CO2汽提法尿素装置水解解吸系统工艺改造

2023-02-14张永强

氮肥与合成气 2023年1期

张永强

(安徽晋煤中能化工股份有限公司,安徽阜阳 236400)

安徽晋煤中能化工股份有限公司有3套尿素装置，其中，2002年建成开车的第二套装置和2011年建成开车的第三套装置均采用二氧化碳汽提法生产工艺。通过10多年的摸索，积累了一些经验，对工艺设计也有了更深入的认识，在节能降耗方面进行了优化和改造[1]。

1 水解解吸系统

解吸给料泵将氨水槽的氨水加压后，含有氨、二氧化碳和尿素的工艺冷凝液经解吸换热器送到第一解吸塔。根据解吸塔的能力和氨水槽的液位高低，由调节阀(FIC-701)调节冷凝液的流量。通过解吸换热器的副线调节冷凝液的温度，控制其在117 ℃左右[2]。经过调节阀(FIC-704)进行调节的回流液进入解吸塔第一层塔板，控制塔板温度在115 ℃左右，尽可能降低解吸塔气相含水量，提高回流液浓度。在第一解吸塔中用水解塔和第二解吸塔来的气体把冷凝液中的氨和二氧化碳汽提出来。出第一解吸塔的液体中仍含有尿素和少量氨、二氧化碳，用水解泵将其加压后经过水解换热器进入水解塔，第一解吸塔的液位用调节阀(LIC-702)进行调节。水解塔塔底的操作压力为1.96 MPa，操作温度为215 ℃，保持40 min左右的停留时间，采用2.50 MPa高压蒸汽直接加热。蒸汽经流量调节阀(FIC-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(LIC-703)排至第二解吸塔顶部解吸。在第二解吸塔底部加入低压蒸汽，使第二解吸塔底部温度控制在解吸塔压力下水的沸点，使出塔底部的废液中尿素质量浓度低于5 mg/L、氨质量浓度低于50 mg/L，经解吸换热器和废水冷却器后排入循环水系统。第一解吸塔顶部出来的气体进入回流冷凝器进行冷凝，回流冷凝器液位槽气体出口管线上的调节阀控制解吸塔内的压力为0.20～0.30 MPa。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，气相进入常压吸收塔，液相进入回流泵，加压后一部分送到解吸塔顶部，其余部分送入低压甲铵冷凝器。回流液中，氨的质量分数为37%，CO2的质量分数为24%，结晶温度为30 ℃，选择操作温度高于结晶温度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通入回流冷凝器内，因而在设计上采用半封闭式调温水冷却系统，见图1。

图1 改造前,半封闭式调温水冷却系统流程图

冷却水自循环系统中，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，部分循环水从系统流出，进入循环水回水总管；温度较低的循环水补充到自循环系统，自循环系统的水温要以回流冷凝器壳侧不结晶为原则，一般控制为40～45 ℃。

2 存在的问题

因回流冷凝器壳侧进气温度高(120 ℃)，回流冷凝器管内容易结垢，每年要用高压射流水枪清洗一次。原设计回流冷凝器采用“U”型管结构，高压射流水枪难以对“U”型管底端进行清洗，且清洗时脱落的污垢会积存在“U”型管底端，造成管径变窄，降低了循环水流量。解吸气相不能够全部回冷凝管时，回流液温度由正常60 ℃逐渐升高到75 ℃，回流冷凝器液位槽放空阀开度由15%逐渐增大到100%，有时还需开副线阀来增大放空量。大量气氨被放空，浪费原料的同时污染环境。

3 改造方案

取消温水循环泵，将半封闭式调温水冷却系统改为不封闭系统，冷却水直接进入回流冷凝器，温度调节阀(TIC-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，调节回流冷凝器出液温度在55 ℃左右。回流冷凝器结构由“U”型管改为列管式换热器，能够被彻底清洗，保证回流凝器可长期使用[3]。改造后的不封闭式调温水冷却系统流程见图2。

图2 改造后,不封闭式调温水冷却系统流程图

4 可行性分析

改造后30℃左右的循环水直接进入回流冷凝器，有时进水管处会产生局部结晶，但随着换热进行，循环水温度逐渐升高至40 ℃以上时，结晶便不会产生，换热可以正常进行。进水管处产生的局部结晶浸泡于冷凝下来的回流液中，由于回流液温度为60 ℃，高于结晶温度，列管外围的结晶会部分融化，最终达到结晶、融化平衡。换热器内的换热会正常进行。

5 改造效果

改造后，回水温度(TI-715)控制在55 ℃以上，回流液温度在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。因取消温水循环泵，每年可节约用电39.6万kW·h，合计节约电费19.8万元。减少放空气氨107 t，合计产生经济效益30万元。改造系利用旧设备，且退下来的3台设备仍可投入使用，改造费用可忽略不计[4]。