我公司尿素裝置節(jié)能降耗改造工程介紹

任冠宇

（中化吉林長山化工有限公司，吉林前郭 131109）

響應(yīng)國家發(fā)改委千家企業(yè)節(jié)能減排號召，我公司對兩套尿素系統(tǒng)提出了節(jié)能改造申請，并獲得了國家發(fā)改委的批準(zhǔn)。項(xiàng)目于2012年7月利用大修期間進(jìn)行了實(shí)施，并于8月份投產(chǎn)試車，運(yùn)行一個(gè)多月后，效果良好，各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到了預(yù)期效果。

1 項(xiàng)目建設(shè)必要性（項(xiàng)目資源消耗的現(xiàn)狀、存在的主要問題）

公司現(xiàn)有尿素裝置二套，采用水溶液全循環(huán)工藝，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)110kt尿素。由于多年來對尿素裝置節(jié)能擴(kuò)產(chǎn)的技術(shù)改造投入不足，當(dāng)雙套尿素裝置日產(chǎn)尿素1000t左右時(shí)，尿素裝置嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行，氨回收效果不好，不僅造成氨耗升高，還造成放空總管氨含量超標(biāo)，嚴(yán)重影響環(huán)境。且雙系統(tǒng)內(nèi)部分換熱設(shè)備規(guī)格小，不適應(yīng)現(xiàn)在的生產(chǎn)能力，造成換熱效果差，從而使蒸汽消耗增加。噸尿素消耗蒸汽約1 700kg、消耗液氨580kg（遠(yuǎn)高于國內(nèi)較先進(jìn)的尿素生產(chǎn)企業(yè)），見表1。造成資源的巨大浪費(fèi)。隨著能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，國家環(huán)保要求日益嚴(yán)格，企業(yè)要生存、想發(fā)展，節(jié)能降耗改造勢在必行。

2 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

對于公司300kt／a尿素生產(chǎn)裝置，通過采用預(yù)分離－預(yù)精餾工藝及高效節(jié)能塔盤、KL 型高效塔板，對現(xiàn)有尿素裝置的高壓合成、中壓分解吸收、低壓分解吸收及蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)工藝優(yōu)化及節(jié)能降耗改造，新增生產(chǎn)設(shè)備21 臺（套）。項(xiàng)目實(shí)施后，年可實(shí)現(xiàn)節(jié)約標(biāo)煤15.1kt。

表1 改造前尿素能耗

3 建成后達(dá)到目標(biāo)

項(xiàng)目建成后，每年可節(jié)約蒸汽78 537t，節(jié)約原料液氨1 872t，節(jié)約電能72.86×104kW·h，節(jié)水65 006t，節(jié)能折標(biāo)煤15.1kt；減少CO2排放量10 793.7t，減少SO2排放量265.8t，減少排放氮氧化物251.3t，減少煙塵排放1 546.56t，有明顯的社會效益。

項(xiàng)目總投資1 120.05萬元。

4 項(xiàng)目實(shí)施前工藝流程

水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)工藝流程基本由七個(gè)單元組成，即原料壓縮、尿素的高壓合成、含尿素溶液的分離過程、未反應(yīng)氨和二氧化碳的循環(huán)回收、尿素溶液的濃縮、造粒與產(chǎn)品輸送和工藝?yán)淠幚?。圖1為水溶液全循環(huán)法流程方框圖。

圖1 水溶液全循環(huán)法流程圖

5 改造情況

中壓分解采用預(yù)精餾流程（圖2），出尿素合成塔的反應(yīng)溶液減壓后溫度為120℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔頂部，在預(yù)精餾塔上部閃蒸，溶液自上而下在精餾段與自下而上溫度為158℃的分解氣進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，出精餾段的溶液溫度為135℃，進(jìn)入一分加熱器，被加熱至160℃，氣液混合物經(jīng)氣液分離，尿液去一段分解系統(tǒng)。

圖2 預(yù)精餾工藝流程圖

預(yù)精餾塔后工藝流程說明 從預(yù)精餾塔出來的溶液經(jīng)一段分解加熱器，用1.3MPa飽和蒸汽加熱至160℃，然后入一段分解分離器分離，其液相再次節(jié)流減壓至0.4MPa后送往二段分解塔。

后部工藝為沒有改動(dòng)過的水溶液全循環(huán)工藝。

6 實(shí)施節(jié)能改造的工藝流程

6.1 工藝改造的意義

經(jīng)過很多成功的實(shí)踐證實(shí)了采用中國自行開發(fā)的預(yù)分離－預(yù)蒸餾流程改造傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)尿素裝置，以預(yù)分離氣汽提預(yù)蒸餾液，可充分挖掘尿素裝置的節(jié)能潛力，是技改投資低而降耗效能高的工藝。該工藝采用預(yù)分氣和預(yù)蒸餾氣分流的流程，充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)，具有熱能回收和降低汽耗的雙重作用，甲銨熱能回收率可達(dá)80%。

相對于預(yù)蒸餾工藝，在預(yù)蒸餾塔前增設(shè)預(yù)分離器，使合成塔出來的合成反應(yīng)液經(jīng)減壓絕熱膨脹后先進(jìn)入預(yù)分離器，分解所需熱量由合成液自身降溫供給，使大部分游離氨得到分離。預(yù)分氣入一段吸收塔前的一吸冷卻器吸收一分氣中CO2，而預(yù)分離器后尿液流入原預(yù)蒸餾塔上部，與一段分解氣作用（精餾），預(yù)蒸餾氣和一段分解后尿液流程與原工藝流程相同，如此可減輕一分塔負(fù)荷，使一段分解加熱器的汽耗較大幅度下降。同時(shí)，此工藝改變了預(yù)蒸餾氣的組成，NH3／CO2由原來的8.03 下降至3.94，CO2含量由10.4%上升到18.6%，所以在一段蒸發(fā)加熱器熱利用段把二甲液濃度降至15%，讓其更多地吸收CO2，并在相繼的一吸冷卻器中繼續(xù)吸收CO2，使一分氣中CO2總量的80%在一段吸收塔外吸收，進(jìn)入一段吸收塔的熱負(fù)荷下降，這不僅提高一段分解和一段吸收的生產(chǎn)能力，甲銨熱能回收率甚至可達(dá)80%。在熱利用段的殼側(cè)，甲銨液的NH3／CO2也下降，溶液的沸點(diǎn)上升，提高了與換熱段管程的溫差，增加了換熱量。

6.2 預(yù)分離－預(yù)精餾流程

出尿素合成塔的反應(yīng)液經(jīng)減壓后，進(jìn)入預(yù)分離器進(jìn)行閃蒸，閃蒸氣去一吸外冷器，液體進(jìn)入預(yù)精餾塔上部，自上而下與自下而上溫度為158℃的分解氣進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，出精餾段溶液溫度為135℃，進(jìn)入一分加熱器。出預(yù)精餾的氣體去一段蒸發(fā)器熱利用段，尿液去二分塔，流程如圖3。

圖3 預(yù)分離－預(yù)精餾工藝流程

6.3 主要生產(chǎn)裝置的改進(jìn)

（1）高壓合成

尿素合成塔采用高效塔板。對1＃尿素合成塔配套內(nèi)件進(jìn)行改造、更換，新增高效球帽塔板15層，原9 層篩板改為高效塔板，共計(jì)24 層，CO2轉(zhuǎn)化率可由66%提高到68%。

（2）中壓分解、吸收

①對中壓分解的預(yù)精餾工藝實(shí)施預(yù)分離－預(yù)精餾工藝改造。增加一臺φ1 400mm 的預(yù)分離器，在此將53%的氨和3%的二氧化碳分離出來。

②預(yù)蒸餾塔內(nèi)件及填料更換。填料塔為φ1.4m，鮑爾環(huán)。為了提高甲銨分解及總氨蒸出率，降低蒸汽消耗，把預(yù)精餾塔內(nèi)件更換為新型分布器和規(guī)整填料。

③一吸塔內(nèi)件改造?，F(xiàn)裝置一吸塔為φ1 600mm，隨著日產(chǎn)量的提高，4 層浮閥塔板無法滿足尿素系統(tǒng)高負(fù)荷生產(chǎn)的需要，擬將一吸塔增加4層DL－1型塔盤、4層泡罩塔板，底部回流氨加至最下面一層DL塔板上。

④更換一臺φ1 200mm／φ700mm、F120m2防爆型惰洗器，用于安全生產(chǎn)和回收氨（現(xiàn)裝置上的惰洗器，國內(nèi)已有十多家發(fā)生過爆炸，更換的新型專利惰洗器，能在不停車狀態(tài)下處理爆炸隱患）。

⑤增加惰洗器精洗器。在惰洗器后增設(shè)一臺精洗器，內(nèi)件采用防爆裝置，主要目的是回收放空氣中的氨，降低氨耗。

⑥增加中壓蒸汽0.6MPa（表）回收裝置，用于低壓分解。

（3）低壓分解、吸收

①改造二分塔φ1 200mm／φ900mm，增加一段上部分離段筒體，增加專用填料及分布器。

②增加一臺F120m2的二甲液預(yù)熱器。

③增加一臺φ400mm 的二甲液混合器。

（4）閃蒸及蒸發(fā)（將二段蒸發(fā)改為三段蒸發(fā)）

為進(jìn)一步降低蒸汽消耗，增加一套水力噴射器。

尿素雙系統(tǒng)改造后于8月26日開車，9月2日系統(tǒng)高負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)。

7 項(xiàng)目改造后的能耗情況

改造后噸尿素產(chǎn)品能耗如表2。

表2 改造后消耗情況

根據(jù)中化吉林長山化工有限公司現(xiàn)有尿素裝置能源消耗統(tǒng)計(jì)資料提供的數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目主要消耗能源品種為電力、蒸汽、液氨及生產(chǎn)用水等二次能源及耗能工質(zhì)。各種能源消費(fèi)量如下。

（1）蒸汽

項(xiàng)目實(shí)施前尿素裝置年消耗蒸汽實(shí)物量為458742t。通過技術(shù)改造，充分利用不同壓力等級的蒸汽膨脹槽閃蒸氣，使蒸汽熱能實(shí)現(xiàn) “分配得當(dāng)、各得所需、溫度對口、梯級利用”，提高了能源利用效率。改造后蒸汽年實(shí)物消耗量為380 205t，年可節(jié)約蒸汽78 537t。

（2）電力

本項(xiàng)目電能主要用于生產(chǎn)裝置用電設(shè)備、裝置區(qū)照明設(shè)備等。據(jù)實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目實(shí)施前尿素裝置電能年實(shí)物消耗量4 434.51×104kW·h，本次技改工程實(shí)施后尿素裝置電力年實(shí)物消耗量4 361.64×104kW·h，年可節(jié)約電能72.86×104kW·h。

（3）液氨

改造前噸尿素液氨消耗量為580kg。通過對尿素合成塔采用高效塔盤、更換防爆型惰洗器、增加惰洗器精洗器等措施，降低生產(chǎn)過程中液氨消耗量，降至575kg。改造年前液氨實(shí)物消耗量177 723t，改造后年液氨實(shí)物消耗量175 851t，年可節(jié)約液氨1 872t。

（4）生產(chǎn)用水

尿素裝置改造前年冷卻水補(bǔ)水量432 000t。項(xiàng)目實(shí)施后，由于裝置用熱量降低，換熱所需的冷卻循環(huán)水量也減少，年需要冷卻水補(bǔ)水366 994t，年可減少冷卻循環(huán)水補(bǔ)充水65 006t。