降膜式闪蒸技术在尿素生产上的应用

梁 斐 吴 培 袁红玲 赵国宝

（河南心连心化肥有限公司 河南新乡453731）

降膜式闪蒸技术在尿素生产上的应用

梁 斐 吴 培 袁红玲 赵国宝

（河南心连心化肥有限公司 河南新乡453731）

河南心连心化肥有限公司（以下简称心连心公司）一分厂尿素生产装置采用水溶液循环生产工艺。经多年改造，目前尿素产能已达330kt／a以上，闪蒸的生产能力已很难满足生产的需要，原采用升膜式闪蒸来蒸发尿液中的水分，产生闪蒸分离器真空度高、尿素成品中水分含量高、吨尿素汽耗高等问题，造成尿素生产总成本增加。为此，决定将升膜式闪蒸改为降膜式闪蒸，同时扩大闪蒸冷却器换热面积，以提高甲铵反应热的换热效果，从而达到节约蒸汽、降低气耗的目的。

1 生产现状

升膜、降膜中的膜指的是蒸发器在操作过程中原料液沿着加热管壁呈传热效果最佳的膜状流动。升膜式蒸发器是原料液从蒸发器底部进入，被二次蒸汽带动，沿加热管往上流；降膜式蒸发器是物料由加热室顶部加入，随重力作用沿加热管壁向下流动。降膜式蒸发器与升膜式蒸发器相比，物料的停留时间较短（5～10s）、传热系数高，因此，降膜式蒸发器广泛应用于热敏性物料和蒸发黏度较大的物料。

目前，一分厂吨尿素蒸汽消耗高（1.30t），闪蒸段采用升膜式闪蒸，蒸发器上段采用高压蒸汽，使用压力为0.80MPa，下段采用膨胀槽蒸汽，压力为0.35MPa，一段蒸发器热能利用段采用回收预分离器出气和一分分离器气相与二甲液混合物的反应热。而二分厂尿素蒸发采用降膜式闪蒸，闪蒸热能利用段利用一分分离器气相与二甲液汇合的反应热，一段蒸发器热能利用段采用膨胀槽蒸汽0.40MPa，膨胀槽补入造气系统副产的0.50MPa蒸汽。可以看出，一分厂用的蒸汽压力高，主要原因是甲铵反应热利用不充分。

一分厂共有4台尿素闪蒸冷却器，其中3台闪蒸表冷器和1台闪蒸中间冷却器换热面积共计380m2。由于改造前此4台闪蒸冷却器有串联、有并联，造成冷却器利用效率较低，且每台冷却器都需定期冲洗，造成水解负荷加重，而且一分厂闪蒸中间冷却器出气有蒸汽喷射器，二分厂、三分厂没有设置蒸汽喷射器，蒸汽喷射器的存在增加了汽耗。一分厂二段蒸发冷凝器有效换热面积实际为330m2，吨尿素二段蒸发平均冷却器面积为8.25m2，一分厂吨尿素平均冷却器面积明显低于二分厂（9.20m2）。当班产尿素325t、大气温度35℃，湿度75%以上时，二段真空度不易控制，尿素成品中水分含量极易偏高（质量分数在0.40%左右），会影响尿素的优等品率。

2 改进方案

改用降膜式闪蒸，增加热能回收段换热面积，提高热量利用率，闪蒸下部换热段采用预分离器气相和一分分离器气相与二甲液混合的反应热进行换热，充分利用反应的潜热，一段蒸发器热能利用段采用系统膨胀低压蒸汽换热，充分利用系统低压蒸汽降低蒸汽消耗。

具体方案：增加1台换热面积为400m2的闪蒸冷凝器，用拆除的闪蒸表冷器A（换热面积为125m2）替换现有的二段蒸发中间冷却器（换热面积57m2），从而增加了二段蒸发冷凝器的面积；同时，拆除闪蒸表冷器B、闪蒸表冷器C及闪蒸中间冷却器。

3 效益分析

（1）闪蒸下液尿素质量分数由改造前的75%提高至86%，减少了对一段蒸发和二段蒸发系统负荷的影响，为一段蒸发和二段蒸发系统的稳定运行提供了保障。

（2）闪蒸下液尿素含量升高，闪蒸表冷器有效换热面积的增加，使闪表液的流量增加，同时闪表液中氨质量分数由12.0%下降至8.5%、尿素质量分数由3%左右降至0。

（3）各段用的蒸汽压力下降（表1），对节约蒸汽、降低汽耗提高提供了有力的保障。

（4）改进前、后重要温度点数据对比见表2。

表1 改进前、后各段蒸汽压力对比 MPa

表2 改进前、后重要温度点数据对比 ℃

在大气温度基本相同的情况下，一分分离器的温度变化不大，二分分离器、一段蒸发器、二段蒸发器的温度有所降低，温度降低说明尿液得到了有力的分离，特别是闪蒸下液温度的提高，为尿素产品的质量打下了坚实的基础。

（5）尿素一吸冷外送热量减少。一分分离器气相与二甲液反应热被闪蒸热能利用段大量利用，一吸塔热负荷明显减轻，热电送水、吹风气换热水全部停送，外冷停用，满负荷生产时只能满足1＃和2＃溴化锂制冷机组的负荷。

（6）本次改造设计费用16.0万元，预蒸发器和闪蒸表冷器费用268.0万元，尿液泵、阀门、管材、电仪等费用50.4万元，防腐保温费用4.5万元，闪蒸框架及安装等费用377.4万元。改造后，吨尿素蒸汽消耗（表3）由1.30t降至1.15t，按日产1000t尿素、蒸汽100元／t、年生产天数350d计，则年产生效益约525.0万元。

表3 改进前、后生产负荷及消耗对比

（7）改进后，成品尿素中缩二脲质量分数增加了0.03%，尿液管线比改造前延长了约20m，但二分分离器、闪蒸液位及各段温度控制对缩二脲含量也有较大影响，需进一步摸索优化。

4 结语

通过将尿素闪蒸由升膜式闪蒸改为降膜式闪蒸之后，同等生产负荷下，吨尿素蒸汽消耗降低了0.15t，尿素成品中水分质量分数降低了0.02%，但改造后尿素成品中缩二脲质量分数增加0.03%，以后生产中需要进一步研究以降低尿素成品中的缩二脲含量。综上所述，将尿素闪蒸由升膜式改为降膜式技术，不仅提高了出闪蒸尿液浓度，提高了尿素产品的质量，使吨尿素蒸汽消耗降低，为生产的平稳运行提供了保证；同时，大大降低了生产成本，为节能降耗打下了坚实的基础。

2014-09-23）