CO2汽提法尿素装置节能降耗改造

１４　小氮肥第４３卷第３期２０１５年３月　ＣＯ２汽提法尿素装置节能降耗改造　韩　亮　（安徽晋煤中能化工股份有限公司　安徽临泉２３６４００）　安徽晋煤中能化工股份有限公司（以下简称　器后，通过液位调节阀（ＬＣ－７０３）排至第２解析塔　顶部解析。在第２解析塔底部加入低压蒸汽，使　第２解析塔底部温度控制在解析塔压力下水的沸　中能公司）现有３套尿素装置，第２套和第３套装　置都采用ＣＯ　汽提法尿素生产工艺。通过多年　的摸索，积累了一些经验，对工艺设计也有了一些　认识，在节能降耗方面也进行了一些改造。　１　水解解析系统改造　１．１水解解析系统工艺流程　解析给料泵将氨水槽的氨水加压后，含有　ＮＨ　、尿素和ＣＯ　的工艺冷凝液经过解析换热器送　点，使出塔底部的废液中尿素质量分数＜５×　１０～、氨质量分数＜５０　Ｘ　１０Ｉ”，经解析换热器和废　水冷却器后排人循环水系统。第１解析塔顶部出　来的气体进入回流冷凝器进行冷凝。回流冷凝器　的气液混合物进入回流冷凝器液位槽进行分离，　气相经调节阀（ＰＣ－７０１）进入常压吸收塔，液相进　入回流泵，加压后一部分送到第１解析塔顶部调　节解析塔出气温度，其余部分送入低压甲铵冷凝　器。回流液中　（ＮＨ，）为３７％，Ｗ（ＣＯ　）为２４％，　至第１解析塔，其流量根据第１解析塔的处理能力　和氨水槽的液位高低由调节阀（ＦＣ－７０１）进行调节，　温度由解析换热器的副线调节，控制在的１１７　ｏＣ，　从塔顶第３块塔板上进入第１解析塔。由调节　阀（ＦＣ－７０４）进行调节的回流液进第１解析塔　第１块塔板，塔板温度控制在１１５　ａＣ左右，尽可　能降低第１解析塔气相含水量，提高回流液含量。　在第１解析塔中，用水解塔和第２解析塔来的气　体把冷凝液中的ＮＨ　和ＣＯ　汽提出来。出第１　结晶温度为３Ｏ℃；操作温度选择高于结晶温度　２０℃，即５０℃（设计值为５７℃）。为了防止回流　冷凝器内部产生结晶，不能将３２℃左右的循环冷　却水直接送入回流冷凝器内，故在设计上采用半　封闭式调温水冷却系统（图１）。　解析塔的液体中仍含有尿素以及少量的ＮＨ　和　ＣＯ，，第１解析塔的液位用调节阀（ＬＣ－７０２）进行　调节。第１解析塔的液体用水解泵将其加压后经　水解换热器再返回水解塔，水解塔塔底的操作压　力为１．９６　ＭＰａ（绝压），操作温度为２１５℃，停留　时间保持在４０　ｍｉｎ左右，采用２．５０　ＭＰａ（绝压）高　压蒸汽直接加热，蒸汽经流量调节阀（ＦＣ－７０２）送人　一７—循环—水＿（去来Ⅱ｛　回＿自１水总—５）总管　＿管｛ｌ　￡　Ｉｌ　ｒＩ　＿１ｌＩ　粤嚣　第解析塔１　图１　半封闭式调温水冷却系统流程　由图１可知：冷却水自成系统进行循环，温水　循环泵将水送进回流冷凝器的管侧，吸收热量后　水解塔底部。水解塔底部出来的液相经水解换热　护痧　返回到温水循环泵进口。当水温升高时，开大调　驴，—：　从表１数据可看出，改造后，低压变换冷凝液　提高；改造后，低压变换冷凝液硬度在改造前、后　ｐＨ降低了４．１２，虽然仍呈酸性，但变换冷凝液系　统设备为不锈钢材质，腐蚀现象不明显，不影响气　化装置的长周期运行；改造后，低压变换冷凝液碱　度由改造前２４６．０　ｍｍｏｌ／Ｌ降至ｌ７．５　ｍｍｏｌ／Ｌ，改　善效果也较为明显，气化系统补水后的水质大幅　没有明显变化，较为稳定。高压灰水的碱度由改　造前２５．０　ｍｏｌ／Ｌ降至１５．０　ｍｍｏＬ／Ｌ，其碱度的降　低对减缓灰水系统结垢、稳定航天炉粉煤加压气　化装置运行起到至关重要作用。　（收到修改稿日期２０１４．０９．１３）　小氮肥第４３卷第３期２０１５年３月　节阀（ＴＩ－７１５），温度升高后的部分循环水从系统流　至循环水回水总管；同时，温度较低的循环水补充　至自循环系统，自循环系统的水温控制应以回流冷　凝器壳侧不出现结晶为原则，一般控制在４０—　４５　ｑＣ。　１．２存在的问题及改造方案　回流冷凝器壳侧进气温度高达１２０　ｏＣ，回流　冷凝器管内容易结垢，每年都要用高压射流水　枪清洗１次。原设计回流冷凝器采用ｕ形管结　构，ｕ形管底端无法采用高压射流水枪清洗，且　清洗时脱落的污垢会积存在Ｕ形管底端，造成　管径狭窄，循环水流量降低，解析气相不能全部　冷凝，回流液温度由正常时的６Ｏ　ｃ【＝左右升高至　７５℃，回流冷凝器液位槽放空阀开度由１５％增　大至１００％，有时还需开副线阀来增大放空量，　造成大量气氨放空，影响环境，浪费原料，消耗　上升。　改造方案：取消温水循环泵，由半封闭式调　温水冷却系统改为不封闭冷却系统（图２），冷却　水直接进入回流冷凝器，温度调节阀（ＴＩ＿７１５）　安装在回水管道上，通过控制进入回流冷凝器　的冷却水量来调节回流冷凝器出液温度，使其　达到５５℃以上。回流冷凝器结构由ｕ形管改　为列管式换热器（用水溶液全循环法尿素装置　退役的一吸冷却器进行利旧改造），能够彻底清　洗，可保证回流凝器长期运行，同时减少２台温　水循环泵。　调节Ｍ（ＴＩ－７１５）　循环水去回水总　循环水来自总管　图２　１．３改造效果　改造后，回水温度控制在５５　ｃＩ＝以上，回流液　温度为６０℃左右，回流冷凝器液位槽放空阀开度　减小１５％左右，回流冷凝器无结晶堵塞现象发　生。由于取消了温水循环泵，每小时可节约用电　５０　ｋＷ・ｈ，年可节约电费２０万元左右；减少放空　氨１０７　ｔ，节约费用３０万元左右。　１５　２　尾气吸收系统改造　２．１　改造前尾气吸收系统流程　改造前尾气吸收系统流程见图３。低压系统　放空气和解析水解放空气进入常压吸收塔第２段　填料下部，在常压吸收塔上部填料段内使用来自　于０．４　ＭＰａ吸收塔下液进行吸收。为了增大循环　量和提高吸收效果，进入常压吸收塔的吸收液用　循环泵经冷却器冷却后再次抽送至常压吸收塔　第２段填料上部进行循环吸收。在常压吸收塔　的中部设有溢流口，循环吸收后的液体由溢流口　流至氨水槽。　放空　环泵　图３　改造前尾气吸收系统流程　２．２存在的问题及改造方案　存在的问题：０）０．４　ＭＰａ吸收塔下液中氨含　量较高（质量分数可达１２％以上），再进入常压吸　收塔易发生闪蒸现象，容易造成常压吸收塔气相　带液；②常压吸收塔吸收液中氨含量已很高，再循　环提浓会使常压吸收塔吸收效果更差，低压放空　气中ＣＯ：含量较高，常压吸收塔的下液结晶温度　较高，达到５５℃左右，在生产中时常发生结晶而　造成管道堵塞，严重影响生产；③常压吸收塔下液　管由倒ｕ形管形成液封来控制液位，一旦塔压力　过高，液封就会冲破，引起塔内空液位而造成常压　吸收塔气体窜入氨水槽，冲破氨水槽液封，致使氨　水槽大量冒气，污染现场操作环境。　改造方案（图４）：①常压吸收塔由循环吸收　改为常压吸收泵抽氨水槽内的氨水作为常压吸收　塔的吸收液，降低了循环吸收液的浓度，提高了吸　收效果，避免出现结晶堵塞现象；②常压吸收塔液　位由倒ｕ形管液封控制改为底部出液管上安装　调节阀控制，避免了因液位波动造成常压吸收塔　气体窜入氨水槽，致使氨水槽液封冲破，大量冒气　１６　污染操作环境的现象；③利用旧设备改造成尾气　吸收塔，对常压吸收塔尾气再次吸收，使用软水作　为吸收液，最大限度地降低了尾气中的氨含量，减　少了放空损失。　蒸汽冷凝掖泵　循环泵　图４改造后尾气吸收系统流程　２．３　改造效果　改造后，适当减少０．４　ＭＰａ吸收塔下液的加　入量，避免常压吸收塔上段填料发生带液现象。　常压吸收塔循环吸收液中ＣＯ　质量分数由１５％　降至８％，再无管道堵塞现象发生。根据系统负　荷情况调整尾气吸收塔软水加入量，提高吸收效　果。经尾气吸收塔再次吸收后，氨体积分数可降　至０．５％以下，吨尿素可减少损失气氨２　ｋｇ。　３　蒸汽冷凝液系统改造　３．１存在的问题及改造方案　传统ＣＯ　汽提法尿素装置中，精馏塔加热　器、一段蒸发加热器、二段蒸发加热器产生的蒸汽　冷凝液流入冷凝液槽，部分外送，部分补人低压蒸　汽饱和器，产生低压蒸汽。冷凝液进入冷凝液槽　后闪蒸出大量二次蒸汽，为了保护冷凝液槽周围　环境，闪蒸出的二次蒸汽由设置在冷凝液槽上方　的闪蒸汽冷凝器冷凝后回流至冷凝液槽。此种流　程不仅浪费了冷凝液的热量，而且多消耗冷却水。　在实际生产中，由于设计不合理，闪蒸汽冷凝器标　高偏低，时常有带液现象，闪蒸出的二次蒸汽不能　完全被冷凝，冲破冷凝液槽水封，严重影响周围　环境。　改造方案（图５）：①增设锅炉给水槽。精馏　塔加热器、一段蒸发加热器的蒸汽冷凝液进入锅　炉给水槽，锅炉给水槽与压力较低的精馏塔加热　器之间设置平衡管，使锅炉给水槽内的压力与精　小氮肥第４３卷第３期２０１５年３月　馏塔加热器内的压力保持一致。用锅炉给水泵将　锅炉给水槽内的冷凝液送入低压蒸汽饱和器，以　增加高压甲铵冷凝器产汽量；锅炉给水槽内冷凝　液不足部分由蒸汽冷凝液泵抽蒸汽冷凝液槽内的　蒸汽冷凝液补充。②增设一段蒸发加热器液位　槽。二段蒸发加热器内的蒸汽冷凝液由直接进入　冷凝液槽改为进入一段蒸发加热器。为了保证一　段蒸发加热器内的冷凝液能及时排出、避免积液　现象，一段蒸发加热器冷凝液的排出由疏水器改　为液位槽控制。　一段蒸发加热嚣　精馏塔加热器　冷凝液槽　蒸汽冷凝灏泵　锅炉给水泵　图５　改造后蒸汽冷凝液系统流程　３．２改造效果　根据相关设计，吨尿素在一段蒸发加热器、二　段蒸发加热器、精馏塔加热器处共冷凝８１０　ｋｇ蒸　汽冷凝液。改造前，冷凝液进入蒸汽冷凝液槽，在　常压下冷凝液降温至１００　ｏＣ，焓值为４１９．１　ｋＪ／ｋｇ；　改造后，锅炉给水槽压力在０．３２　ＭＰａ，蒸汽冷凝　液焓值为６１０．６　ｋＪ／ｋｇ。１００％正常生产负荷时，　低压蒸汽饱和器压力为０．３６　ＭＰａ，水的焓值为　２　７４９．８　ｋＪ！ｋｇ，则吨尿素可多产０．３６　ＭＰａ饱和蒸　汽５６．４　ｋｇ。　４　结语　中能公司第３套尿素装置是在１　０００　ｔ／ｄ装　置的基础上通过工艺优化及设备改造而成，最大　产能为１　４００　ｔ／ｄ；２０１１年投产后，通过加强管理、　不断优化改造，实际产能达１　５５０　ｔ／ｄ，吨尿素氨　耗５７２　ｋｇ、吨尿素蒸汽消耗９５０　ｋｇ，产品优等品率　９５％，各项指标优于同类装置。　（收稿日期２０１４．０４．０７）