尿素系统提产优化总结

张东旭， 吴 涛， 杨建霞

(兖矿新疆煤化工有限公司， 乌鲁木齐 830000)

兖矿新疆煤化工有限公司60万t醇氨联产项目，其产能规模为30万t/a甲醇、52万t/a尿素，同时副产2.6万t/a硫酸及5万t/a液氧，于2012年投产运营。虽然系统稳定运行近10a，但是产量、氨耗等指标遇到瓶颈。为达到增产降耗的目标，尿素车间聘请有关专家，结合系统实际给出可行性意见并调整工艺指标，最终取得了良好效果。

1 尿素装置工艺简介

二氧化碳气体压缩系统：从前工序净化装置来的二氧化碳，经蒸汽透平离心式压缩机后进入尿素装置高压系统。

液氨给料系统：来自液氨球罐的液氨经输氨泵、高压液氨泵加压进入高压氨加热器，加热后进入高压喷射器，与被吸入的甲铵液混合送入高压甲铵冷凝器上部。

尿素合成系统：尿素合成塔、汽提塔、高压甲铵冷凝器和高压洗涤器组成高压圈，是尿素生产装置的核心部分。二氧化碳与液氨在尿素高压圈装置中合成尿素。

循环吸收系统：来自尿素装置高压圈的尿液进入精馏塔分离，分离后尿液进入尿液槽，气体送到低压甲铵冷凝器冷凝吸收，吸收后的气液混合物溢流到低压甲铵冷凝器液位槽，液体从其液位槽底部导出，经高压甲铵泵加压后，送入高压洗涤器顶部。

蒸发造粒系统：从尿液槽来的尿液，经尿素蒸发系统蒸发后，尿液质量分数达到99.7%，由尿素熔融泵加压送至造粒塔通过喷头将尿液喷出，液滴被塔底进入的空气冷却凝固。落到塔底的尿素颗粒温度约为70 ℃，经由刮料机刮入下料槽，由造粒塔皮带送入成品包装部称重计量后包装入库。按照GB/T 2440—2017 《尿素》标准要求，生产的尿素达到优级品级别。

解吸水解系统：针对尿素生产中的氨水，解吸水解装置将NH3、CO2、尿素与H2O分离，处理合格的H2O返回公用工程回收利用，NH3、CO2和尿素返回尿素装置用于尿素生产[1]。

粉尘回收系统：2017年8月投用该装置后，塔顶粉尘质量浓度由100 mg/m3降至30 mg/m3以下，氨质量浓度在10 mg/m3以下，环保效果良好，达到设计要求。

2 系统问题及可行性优化

系统经过近10a运行，产量、氨耗、蒸汽等指标已经达到极限，且存在低压循环负荷重、压力不稳定等问题。一旦压力超过0.32 MPa，则带动蒸发系统真空阶段性波动。高压洗涤器尾气放空阀开度大，氨尾气排放虽符合国家要求，但仍有可控价值。现针对系统问题提出相关优化调整。

2.1 降低高压洗涤器调温水温度

NH3、CO2、甲铵液在高压洗涤器中反应放热，通过在壳侧用高压调温水(密闭循环水)换热移走反应放出的热量，同时也减少去后系统的物料，以减轻后系统的负荷。过程中，需要调控高压调温水温度。若温度过低，则会过度冷凝，使高压洗涤器列管结晶堵塞，造成系统停车；若温度过高，则吸收效果差，后系统负荷重且氨耗大。对比分析脱硫脱氢的情况，虽然专家建议将高压调温水温度控制在90 ℃左右，但综合考虑安全性及设备情况后决定逐步降低其温度，从119.5 ℃下降至116 ℃。有些企业利用温差实现了高压调温水发电，且取得了一定的经济效益[2-3]。

2.2 提高精馏塔温度，降低低压甲铵冷凝器调温水温度

从汽提塔来的物料中，含有NH3、CO2、H2O、甲铵、尿素等组分，在精馏塔中继续进行尿液提浓，减轻后续蒸发系统的负荷压力，保证蒸发系统的稳定运行。降低低压甲铵冷凝器调温水温度，其原理同于降低高压调温水。将精馏塔温度提高约0.5 K，蒸发系统稳定，温度和真空度波动情况减少。同时，低压循环系统中，减小低压甲铵冷凝器液位槽气相压力阀开度，会降低放空气中的氨损失。

2.3 提高汽包压力，升高合成塔出液温度

在合成塔内反应分两步，化学式为：

(1)

(2)

第二步甲铵分解生成尿素为尿素合成反应的速控步骤，一般在高压甲铵冷凝器中未反应的NH3、CO2在尿素合成塔中进一步反应，为甲铵脱水生成尿素提供热量。可以通过提高汽包压力，使一部分外部热量随物料进入合成塔，为甲铵分解生成尿素提供热量，从而获得较高的转化率。

提高合成塔出液温度(TI8010)至183.5 ℃以上，低压汽包压力随之从0.352 MPa提至0.361 MPa。

2.4 调整高饱器，提高汽提塔效率

高饱器主要作用是汽提分解甲铵，化学式为：

(3)

甲铵分解的和未参加反应的NH3、CO2、H2O等返回高压甲铵冷凝器继续反应。分解所需热量由壳侧2.5 MPa蒸汽提供，蒸汽压力直接影响了汽提塔工作效率，同时也影响后工段的稳定运行。提高壳侧压力，可提高甲铵分解效率，降低低压循环非必要负荷。高饱器压力高会使产品中缩二脲含量上升，从而影响产品质量，因此需兼顾多方确定工艺指标。一般在满负荷下提升到2.010 MPa左右即可。前期氨水槽“冒气”，现场局部有氨味，发现低压循环负荷重、氨耗高等问题。经过车间排查，发现气体出液有“串气”，通过提高汽提塔液位并调整各工艺指标后，氨水槽“冒气”现象得到改善。

调整高压调温水温度、汽包压力、低压调温水温度、精馏塔温度、汽提塔壳侧(高饱器)压力后，同等负荷下系统产量提高，且整个工艺系统更加稳定，尾气放空量减少，现场效果明显改善[4]。

3 经济效益

在满负荷30 000 m3/h情况下，对比系统优化前后的产量及消耗数据(见表1和表2)。

表1 系统优化前产量及消耗对比 t

表2 系统优化后产量及消耗对比 t

新疆昼夜温差大，造成循环水温度变化，导致产量有差异。3月后温度逐渐回升，对系统负荷影响明显(尤其是CO2气体、冷却循环水等)。由表1和表2可知：日产尿素增加5.85 t，氨耗减少0.000 2 t，折合液氨日消耗减少0.380 t。

全年(按300 d计算)系统运行，尿素产量增加1 755 t，节约液氨量为114 t，按尿素价格为1 800元、液氨价格为2 800元计算，则可增加315.9万元收入，节约31.9万元成本。

6 结语

通过优化系统和调整指标，实现了系统更高效的运行，达到节能降耗、提产增收的目标。与此同时，加强行业交流、借鉴，为国产尿素及化工行业的发展不断努力。