CO2汽提法尿素装置节能降耗改造

2015-05-25韩亮

氮肥与合成气 2015年3期

关键词：常压氨水冷凝器

韩亮

(安徽晋煤中能化工股份有限公司安徽临泉236400)

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(以下简称中能公司)现有3套尿素装置，第2套和第3套装置都采用CO2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NH3、尿素和CO2的工艺冷凝液经过解析换热器送至第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℃，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℃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NH3和CO2汽提出来。出第1解析塔的液体中仍含有尿素以及少量的NH3和CO2，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1.96MPa(绝压)，操作温度为215℃，停留时间保持在40min左右，采用2.50MPa(绝压)高压蒸汽直接加热，蒸汽经流量调节阀(FC-702)送入水解塔底部。水解塔底部出来的液相经水解换热器后，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点，使出塔底部的废液中尿素质量分数＜5× 10－6、氨质量分数＜50×10－6，经解析换热器和废水冷却器后排入循环水系统。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w(NH3)为37%，w(CO2)为24%，结晶温度为30℃;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)。

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，吸收热量后返回到温水循环泵进口。当水温升高时，开大调节阀(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℃。

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℃，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60℃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。

图2 不封闭冷却系统流程

1.3 改造效果

改造后，回水温度控制在55℃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50kW·h，年可节约电费20万元左右;减少放空氨107t，节约费用30万元左右。

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0.4MPa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。

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:①0.4MPa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CO2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。

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0.4MPa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CO2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2kg。

3 蒸汽冷凝液系统改造

3.1 存在的问题及改造方案

传统CO2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，部分补入低压蒸汽饱和器，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。

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810kg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℃，焓值为419.1kJ/kg;改造后，锅炉给水槽压力在0.32MPa，蒸汽冷凝液焓值为610.6kJ/kg。100%正常生产负荷时，低压蒸汽饱和器压力为0.36MPa，水的焓值为2749.8kJ/kg，则吨尿素可多产0.36MPa饱和蒸汽56.4kg。