尿素精馏蒸发系统改造运行总结

2021-04-30李法金

氮肥与合成气 2021年4期

李法金

(安徽晋煤中能化工股份有限公司，徽省临泉 236400)

安徽晋煤中能化工股份有限公司有3套尿素装置，其中1#尿素系统采用水溶液全循环法尿素生产工艺，2#尿素系统和3#尿素系统采用二氧化碳汽提法尿素生产工艺。2#尿素系统运行一段时间后，精馏蒸发系统存在工艺指标达不到设计要求、蒸汽使用不合理、产生解吸废液多等现象，需要对该系统进行改造。

1 尿素精馏蒸发系统的运行现状

1.1 二段分解系统

目前，精馏塔顶加热器换热器面积F为132 m2，富余量较小。在日产750 t尿素负荷下，加热蒸汽压力控制在上限(0.65 MPa)时，精馏塔顶加热器出口尿液温度只有123 ℃，设计温度为135 ℃。精馏塔顶加热器原设计用自产的0.35 MPa蒸汽对尿素溶液进行加热，实际采用1.3 MPa外来蒸汽，存在着蒸汽利用不合理现象。

1.2 一段蒸发加热器

一段蒸发加热器运行效果差，在蒸汽阀门全开的情况下，一段蒸发加热器蒸汽压力控制在上限(0.35 MPa)，出口尿液温度只有118 ℃，低于指标(125 ℃)。

1.3 蒸发真空系统

蒸发真空系统采用蒸汽为动力抽真空，蒸汽抽真空后冷凝形成氨水，然后送解吸系统用蒸汽进行解吸回收氨，解吸后的废液排到总排污口。在日产750 t尿素负荷下，4台蒸汽喷射器消耗0.35 MPa蒸汽4 t/h,即产生4 t/h氨水。这些氨水在解吸系统解吸时又要消耗蒸汽1.2 t/h,总计在此产生5.2 t/h解吸废液。

2 改造方案

2.1 精馏塔

原精馏塔顶加热器直径D=1 000 mm、F=132 m2、换热管数量为764根、换热管长度为2 309 mm。计划更换为D=1 000 mm、F=195 m2、换热管数量为764根、换热管长度为3 309 mm的加热器，比现役设备加长1 m。改造后使用自产的 0.35 MPa蒸汽；同时对精馏塔底加热器进行彻底清理，提高热水进出口温差(>10 K)。改造后精馏塔出液温度达到设计指标(135 ℃)。

2.2 一段蒸发加热器

分析一段蒸发加热器出口尿液温度低的原因，主要是加热器内壁结垢。该设备投产初期在日产750 t尿素负荷下，F=297 m2，因缩二脲含量高堵塞了一部分换热管，使F减小到210 m2，加热蒸汽压力只要0.1～0.15 MPa就能保证温度指标。计划采用高压射水法对该设备进行彻底清理，水压要大于70 MPa,以保证清理效果。

2.3 真空系统

计划将现役蒸发真空系统改造为水力抽真空系统，减少蒸汽使用。需要增加2台水力喷射器、1台蒸汽喷射器、2台循环水泵、1台循环水槽和1台循环冷却器，更换中间冷凝器。新增设备规格见表1。

表1 真空系统新增设备

3 改造效果

改造后如果按日产750 t尿素负荷运行，可以节约0.35 MPa蒸汽6 t/h, 少产生解吸废液7.6 t/h，减小废水排放压力，同时也减小解吸负荷，有利于稳定生产。如果解吸负荷为15 t/h，则可以多回收合成氨产生的氨水，提高氨利用率。

二段蒸发分离器出口的二次蒸汽(压力为0.003 MPa、温度为135 ℃)先进入二段蒸发冷凝器用循环水冷凝，冷凝液入碳铵液槽，不凝性气体进入二段蒸发第一喷射器升压到0.009 Pa后进入中间冷凝器再次冷凝，冷凝的液体回收，不凝气体进入二段蒸发第二喷射器，被循环水泵来的氨水带出，维持系统真空[1-2]。

一段蒸发分离器出口的二次蒸汽(压力为0.013 Pa、温度为125 ℃)首先进入一段蒸发冷凝器用循环水冷凝，冷凝液入碳铵液槽，不凝性气体进入一段蒸发喷射器，被循环水泵来的氨水带出，维持系统真空。

由循环水泵来的氨水经过循环氨水冷却器冷却后分为两路，一路进一段蒸发喷射器，另一路进二段蒸发喷射器。通过调节进喷射器前阀门控制水压，控制真空[3-4]。出喷射器的氨水分别进入循环水槽,然后进入循环水泵循环。控制循环槽内的氨水质量分数小于6%,当氨水质量分数超过6%时，通过循环水泵出口管线排到碳铵液槽，同时补入氨浓度低的二段蒸发冷凝液。

改造后的水力抽真空工艺流程见图1。

1—二段蒸发分离器;2—二段蒸发冷凝器;3—升压器;4—二段蒸发第一喷射器;5—原二段蒸发喷射器;6—二段蒸发第二喷射器;7—中间冷凝器;8—循环氨水冷却器;9—一段蒸发喷射器;10—一段蒸发冷凝器;11—原一段蒸发喷射器;12—一段蒸发分离器;13—最终冷凝器;14—循环水槽;15—循环水泵A/B。

4 效益分析

精馏塔改造后使用0.35 MPa蒸汽，其出口尿液温度为135 ℃，达到设计指标。一段蒸发加热器清洗后，其蒸汽压力控制在0.1～0.35 MPa，出口尿液温度达到指标要求(125 ℃)。改造后每小时循环水泵消耗电能为75 kW·h，电价按0.42元/(kW·h)计算,每小时电费为31.5元。改造后,实测节约蒸汽3.7 t/h,蒸汽价格按80元/t计，每小时节约费蒸汽费用296元，去掉所消耗的电费，每小时节约费用264.5元，同时少产生解吸废液7 t/h，减小废水排放压力。