尿素合成塔塔盘改造运行总结

苏永辉,王胜堂,樊会会

(兖矿新疆煤化工有限公司, 乌鲁木齐 830000)

1 合成塔概况

兖矿新疆煤化工有限公司尿素合成塔由大连冰山集团金州重型机器有限公司设计并制造，尿素合成塔由上封头、下封头、筒体和内件构成(见图1)，设备规格为Φ2 800 mm×162 mm，设备高度为35 770 mm。

图1 合成塔简易图

筒体段由13个碳钢筒节组成，筒节采用层盘包扎结构，衬里壁厚为8 mm,内筒壁厚为34 mm，筒节层盘共10层、每层为12 mm，层盘、内筒的材料均为Q345R，上、下封头为单层球形封头结构，其材料为Q345R。筒体的内表面衬里厚度为8 mm，材质为316L(Mod)不锈钢，上、下封头内堆焊8 mm厚的尿素级不锈钢。每一节筒节设有独立的检漏系统。上封头设有Φ800 mm检修人孔，塔内安装卡萨利孔盘式塔盘，塔盘间距约2 450 mm。合成塔的工艺基本操作参数见表1(其中，氨碳比为氨和碳的物质的量比，水碳比为水和碳的物质的量比)。

表1 合成塔的工艺基本操作参数

2 径流式塔盘

径流式塔盘可以使尿素合成塔内气相和液相两相混合物自下而上沿径向水平方向流动，增加了气液两相的接触面积，减少液相的返混，提高CO2转化率，降低蒸汽消耗[1-2]。

径流式塔盘尿素合成塔内气液两相流程见图2。

A—塔盘；B—气相挡板；C—气相通道；D—液相通道。

塔盘A为径流式塔盘，是无孔塔盘。气液两相混合物在合成塔内两塔盘之间形成径向水平流动。气相流至气相挡板B被阻拦，通过气相通道C，以气泡的形式进入液相，形成液相鼓泡。气相和液相完全接触，NH3和CO2反应生成甲铵，并放出大量反应热，提供甲铵脱水生成尿素所需要的热量。

液相经液相通道D向上流动，流经凸起顶部气相通道C而进入径向水平流动，进行甲铵脱水生成尿素反应[3-4]。

3 改造方案及效果

将原13层卡萨利孔盘式塔盘改造为18层径流式高效塔盘+2层卡萨利孔盘式塔盘，改造前后塔盘的比较见表2。改造前后的生产数据对比见表3。

表2 改造前塔盘与改造后(径流高效塔盘)的比较

表3 改造前和改造后的生产数据对比

由表3可得：2019年2月25日—29日5 d生产数据的平均值，即尿素产量为1 785.8 t,CO2转化率为59.3%，氨单耗质量为0.575 t,2.5 MPa蒸汽单耗质量为1.03 t,CO2单耗体积流量为416 m3/h；2020年2月25日—29日5 d生产数据的平均值，即尿素产量为1 922.8 t,CO2转化率为60.9%，氨单耗质量为0.572 t,2.5 MPa蒸汽单耗质量为0.99 t ,CO2单耗体积流量为392 m3/h。

改造后，尿素产量增加7.6%，CO2转化率增加2.6%，氨单耗质量降低0.5%，2.5 MPa蒸汽单耗质量降低3.8%，CO2单耗体积流量降低5.7%。

尿素产量平均每天增加137 t,按目前市场价1 300元/t计算，生产尿素的完全成本价为1 168.49元/t，年生产时间按300 d计算,则改造后产生了约540万元的利润。吨尿素耗蒸汽节约0.04 t,尿素年产量按50万t，2.5 MPa蒸汽完全成本价按60元/t计算，则改造后蒸汽消耗节约120万元。

4 结语

对合成塔塔盘的改造虽然取得的一定的效果，即年增长660万元经济效益,但是各项经济指标仍达不到尿素装置的设计值(氨单耗质量0.570 t，2.5 MPa蒸汽单耗质量0.98 t,CO2单耗体积流量376.8 m3/h)。目前该尿素装置仍存在低压系统负荷重、氨水槽浓度高等现象，需要进一步对系统进行优化调节。