小型尿素增产降耗技术改造

靳燕雄

（山西兰花科创股份有限公司化肥分公司，山西晋城 048006）

山西兰花科创股份有限公司化肥分公司一套尿素装置为水溶液全循环法，1999年投产，生产能力为100kt／a。2008年9月对装置进行挖潜改造，进一步提高尿素产量、降低消耗，与武汉绿寰科技发展有限公司共同制定了节能增产技术方案，采用该公司的一分预热器、惰气精洗器、翅片塔盘等尿素专有技术设备，使尿素装置达到增产降耗的双重目的。到目前为止，年产量是130kt，增产30%，且系统运行平稳，蒸汽消耗从锅炉计算比改造前吨尿素降低200kg，氨耗降低10kg。

1 生产能力与增产降耗的阻力

1.1 尿素合成塔

尿素合成塔直径φ1 200mm，体积V24m3，内装22层塔盘，生产能力为日产320t尿素，合成塔的生产强度是13.33t／（m3·d），分析合成塔转化率是60%。转化率已经很低，如果再加量的话，合成转化率会更低，会造成后序工段负荷很重，消耗增高。

1.2 预分离器

预分离器直径φ1 000mm，高度H3 170mm，体积V2m3，不能充分分离减压后合成液中的游离氨，预分离气相阀开不大，开大会直接影响一分塔的压力平衡，使一分液位无法控制，并且带液到一吸塔，使一吸塔超温，难以控制。存在的问题有以下：① 预分离气和一分气的阻力降差偏大，预分离气阀门开不大，容易引起一分塔温度波动；②71m2一吸外冷器壳层空间小，尤其是吸收效果不好时，预分离气和一分气两股物料经过容易产生气阻现象，引起一吸塔吸收不稳定；③预分离器直径小，缓冲作用有限，当操作不稳定时波动效应易放大。

1.3 一分塔

一分塔直径φ1 100mm，内装5层泡罩＋DL塔盘，一分液氨含量9.8%，指标为7.75%，分离效果差，直接影响蒸汽用量和二分塔的负荷。

1.4 一吸塔

产量在320t／d时，一吸塔负荷已满，一甲液温度在100℃，一吸塔温度难以控制，二氧化碳吸收不完全，导致精洗段上部的温度在50℃左右，如果系统稍有波动，则一吸塔气相温度将超过47℃。

1.5 一吸外冷器

两个一吸外冷器的水全开，冷却后的混合液温度在103℃，多余的热量移不走，将全部被带入一吸塔。明显感觉换热面积不够。

1.6 氨 耗

吨尿素氨耗在595kg，比同行业高出15kg。

1.7 蒸汽消耗

（1）CO2转化率低，循环量大，使分解蒸汽消耗增加。

（2）预分离器不能正常投用，导致一分负荷大，浪费蒸汽。

（3）一分加热器蒸汽压力偏高（1.0MPa以上），按320t／d产量计，180m2一分加热器的蒸汽压力应不超过0.8MPa。

（4）解吸换热器面积小，热点下移，增加了解吸蒸汽消耗，解吸温度控制在157℃废液才能达到指标，超设计值10℃。

（5）第一膨胀槽未投用，蒸汽余热被浪费。

（6）第二膨胀槽压力超指标，常开放空控制压力，蒸汽被排放，余热未利用。

1.8 水平衡的问题

返回合成塔的水量控制不稳定，水碳比在0.8～1.2之间波动，超出设计值23%～85%，严重影响了CO2转化率。造成水平衡不稳定且偏高的原因有以下。

（1）一吸外冷器换热效果差，在高温下操作，CO2吸收效果不好，入一吸塔气液混合物温度在103℃；一甲液温度在100℃。负荷后移，回流氨消耗大，一甲液增加。

（2）一分效果不理想，一分液温度波动，分解效果差，负荷后移至二段循环，二循一冷温度高，二甲液CO2达23%，超出指标5%。

（3）5.5m3／h二甲泵开两台，一吸系统加水量偏大。按尿素产量320t／d计算，320／24×0.32＝4m3／h，理论上加入一段吸收系统的二甲液量4m3／h就够了。按开两台25Hz计算，25／50× 5.5×2＝5.5m3／h，实际超出设计值1.5m3／h。

（4）解吸冷凝气温度过高，在125℃，设计值为不超过112℃，超出指标13℃，说明解吸气冷凝效果不好，解吸气带回系统水过多。

通过分析计算，确定改造方案如下。

2 改造方案

2.1 合成系统

合成塔内件改造，增加3层塔盘。

2.2 一段分解、吸收系统

（1）预分离器更换为直径φ1 400mm的新预分离器，原直径φ1 000mm预分离器改作一分塔气相分离器。

（2）一分塔前新增一分预热器，用第一膨胀槽的蒸汽加热。

（3）将直径φ1 100mm的一分塔更换为直径φ1 200mm的一分塔，内装2块φ1 200GC－ⅡB分离型塔盘，3块φ1 200GC－ⅢC型吸收型塔盘。

（4）换热面积F71m2的一吸冷却器A更换为F212m2的换热器。

（5）一吸塔精洗段采用5块φ1 100GC－ⅢB型塔盘，鼓泡段在去掉封头下加长3.5m，加长段直径为φ1 400mm。增加3块φ1 400GC－ⅠA型液体高效分布板。

（6）增加一台F343m2的氨冷器，作为氨冷A，原氨冷A、B更改为氨冷B、C。

2.3 二段分解、吸收系统

（1）新增一台直径φ600mm、换热面积F 88.4m2的二甲液预热器，布置在二分气气相出口管上。作用有二：一是预热进热利用段前的二甲液，二是回收二分气的热量。

（2）新增一台直径φ800mm、F168m2的二循一冷预冷器，布置在一冷前的二分气管线上，用冷却水冷却。

2.4 蒸发系统

因生产大颗粒尿素，故二段蒸发改为一段蒸发。（1）取掉闪蒸。

（2）一蒸系统改作加热式闪蒸系统，用第二膨胀槽的蒸汽加热。

（3）新增一台直径φ800mm的一蒸加热器，加热段面积F46.1m2，使用新鲜蒸汽加热，取掉旧加热器（F9.3m2）。热利用段（F145.7m2）布置在加热器前。闪蒸过来的尿液经过热利用段，进一蒸加热器，再进入一蒸分离器。

（4）二蒸系统改作一蒸系统，分离器增加一段直筒段，直筒段带螺旋进料口，连接新增的一蒸加热器。

（5）出一蒸的尿液由熔融泵送往大颗粒系统。

（6）将F122m2的二表冷更换为F241m2的旧设备。

2.5 解吸、精洗系统

（1）将F27.5m2的解吸换热器更换为退役下来F71m2的一吸外冷A。

（2）把换下来F44m2的旧解吸换热器改作第二解吸冷凝器，布置在解吸气相上，解吸冷凝器改用循环冷却水冷却，提高解吸冷凝器的冷凝效果，减少系统带入水量。

（3）新增一台直径φ1 200mm的惰气精洗器，布置在惰洗器气相出口上。改惰洗气去尾吸塔为去精洗塔，精洗后的尾气直接放空，精洗后的吸收液回二表槽。

（4）增加一台Q5.5m3／h的精洗泵。进口接在二表槽内，出口送往精洗塔。

另外，通过核算，主要机泵均能满足增产要求。

3 改造后的运行效果

山西兰花科创股份有限公司化肥分公司一套尿素装置2008年9月挖潜改造后，于2008年11月投产运行。投运后生产稳定，生产气量由原先的0.20MPa×2增加到0.25MPa×2，合成转化率达到65%，一吸塔还有裕量，各项工艺指标平稳，达到了400t／d的生产能力。以结果观察氨耗降低了10kg。从锅炉计算蒸汽消耗降低了200kg。按液氨2 000元／t，蒸汽80元／t计算，吨尿生产成本下降36元，年降低生产成本468万元。