CO2汽提法尿素裝置熱能回收的一些認(rèn)識(shí)

[甘肅劉化(集團(tuán))有限責(zé)任公司，甘肅 永靖 731603]

在尿素生產(chǎn)過程中，尿素混合液需用蒸汽加熱進(jìn)行分解，而分解產(chǎn)生的大量高溫氣體，需用循環(huán)水冷卻，并最大化地對(duì)物料進(jìn)行回收以降低消耗。CO2汽提法尿素裝置生產(chǎn)過程中有很大一部分熱能沒有得到回收利用，而是依靠循環(huán)水(冷卻)將其帶走，造成了熱能的較大浪費(fèi)。同時(shí)，大量的熱能被循環(huán)水帶走，使冷卻水溫度升高，造成了冷卻設(shè)備列管的結(jié)垢，影響其換熱效果。如果長時(shí)間運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)生結(jié)垢的設(shè)備不做清洗處理，結(jié)垢會(huì)越來越嚴(yán)重，甚至于最終將冷卻設(shè)備結(jié)垢堵死而不能使用。冷卻設(shè)備結(jié)垢后處理困難，需經(jīng)過較長時(shí)間的化學(xué)清洗才能清除，這樣又會(huì)造成設(shè)備不同程度的腐蝕；化學(xué)清洗次數(shù)越多，對(duì)設(shè)備的腐蝕就越嚴(yán)重。在CO2汽提法尿素裝置中，熱能的回收和設(shè)備的結(jié)垢問題主要體現(xiàn)在脫氫單元和高壓調(diào)溫水單元。筆者結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，談?wù)剬?duì)CO2汽提法尿素裝置生產(chǎn)過程中熱能回收的一些認(rèn)識(shí)。

1 脫氫單元熱能回收利用

由于CO2汽提法尿素裝置采用脫氫技術(shù)，其流程為，CO2壓縮機(jī)五段出口送來的110 ℃左右的CO2氣體，經(jīng)CO2加熱器用2.5 MPa的蒸汽加熱至活性溫度150 ℃后，進(jìn)入脫氫反應(yīng)器；出脫氫反應(yīng)器的CO2氣體溫度上升到180 ℃左右，經(jīng)CO2冷卻器用循環(huán)水冷卻至120 ℃左右，再進(jìn)入CO2汽提塔。CO2冷卻器為U形管式，CO2氣體走管程，循環(huán)水走殼程。在生產(chǎn)中，CO2氣體被循環(huán)水冷卻后，冷卻水回水溫度大幅升高，管間結(jié)垢嚴(yán)重，冷卻效果降低。為此，需利用停車機(jī)會(huì)，多次對(duì)CO2冷卻器進(jìn)行化學(xué)清洗；由于管間靠近中心位置結(jié)垢嚴(yán)重，化學(xué)清洗作用不大，只是將管間外側(cè)的結(jié)垢清洗掉，投運(yùn)半年后，即會(huì)使冷卻水主副線閥全開，而冷卻后的CO2氣體溫度仍高于120 ℃。為能更好地回收這部分熱能，以降低系統(tǒng)蒸汽消耗和冷卻水消耗及減緩冷卻設(shè)備的結(jié)垢，可對(duì)CO2脫氫單元進(jìn)行如下改造。

1.1 增加CO2氣-氣換熱器(圖1)

CO2壓縮機(jī)五段出口送來的110 ℃左右的CO2氣體，先進(jìn)入CO2氣-氣換熱器，與脫氫反應(yīng)器出來的高溫CO2氣體換熱后，進(jìn)入CO2加熱器，利用2.5 MPa的蒸汽加熱到150 ℃后，再進(jìn)入脫氫反應(yīng)器進(jìn)行脫氫反應(yīng)；溫度升高到180 ℃后，進(jìn)入CO2氣-氣換熱器與壓縮機(jī)五段出口來的CO2氣體換熱后，再進(jìn)入CO2冷卻器，進(jìn)一步降溫到120 ℃后進(jìn)入CO2汽提塔。

圖1 增加CO2氣-氣換熱器后脫氫單元流程

該流程利用脫氫后180 ℃的CO2氣體加熱110 ℃的進(jìn)料CO2氣體，使其溫度上升，減少CO2加熱器加熱所需蒸汽用量，同時(shí)使出脫氫反應(yīng)器180 ℃的CO2氣體被110 ℃的CO2氣體冷卻，減少CO2冷卻器冷卻水的用量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。CO2氣體溫度降低后，可以減緩冷卻設(shè)備的結(jié)垢，減少冷卻設(shè)備的化學(xué)清洗，減緩設(shè)備的腐蝕和節(jié)省檢修費(fèi)用。該流程中CO2加熱器用于開車之前催化劑的升溫和后期催化劑活性降低后的加熱。

該流程適用于新上裝置；對(duì)于已上脫氫系統(tǒng)的裝置，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，CO2氣-氣換熱器可以安裝于CO2加熱器前或者CO2加熱器后，均可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1.2 副產(chǎn)低壓蒸汽

在生產(chǎn)中缺少蒸汽的單位，CO2冷卻器可以使用蒸汽冷凝液或解吸廢水作為冷卻介質(zhì)，產(chǎn)生0.4～0.5 MPa的低壓蒸汽，以供生產(chǎn)系統(tǒng)使用。該低壓蒸汽還可以用于蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)組，產(chǎn)生低溫冷卻水，用于蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段冷凝器，可確保蒸發(fā)系統(tǒng)真空度的穩(wěn)定，進(jìn)而確保成品尿素的質(zhì)量；或者將低溫冷卻水外送用于其他冷卻設(shè)備。

1.3 副產(chǎn)低溫?zé)崴?/h3>

CO2脫氫產(chǎn)生的熱能，可以用來加熱鍋爐給水，提高鍋爐給水溫度，減少鍋爐用煤量，起到節(jié)煤的作用；也可以用來進(jìn)一步地加熱蒸汽冷凝液，提高溫度后回收至鍋爐使用；還可以產(chǎn)生熱水，用于熱水型溴化鋰制冷機(jī)組，產(chǎn)生低溫冷水。

2 高壓調(diào)溫水熱能回收利用

在CO2汽提法尿素裝置中，高壓洗滌器冷卻器采用高壓調(diào)溫水進(jìn)行冷卻，而高壓調(diào)溫水經(jīng)循環(huán)水冷卻降溫后循環(huán)使用。其流程為，高壓調(diào)溫水經(jīng)高調(diào)水泵增壓后，經(jīng)高調(diào)水冷卻器換熱，控制溫度在110～120 ℃之間，進(jìn)入高壓洗滌器冷卻器，經(jīng)換熱后溫度升高到135 ℃以上，再返回到高調(diào)水泵進(jìn)口循環(huán)使用。

高壓調(diào)溫水經(jīng)高調(diào)水冷卻器冷卻過程中，由于其溫度較高，循環(huán)水在冷卻器列管中易結(jié)垢，降低冷卻效果，影響系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行；且冷卻器列管結(jié)垢后工藝處理困難。高壓調(diào)溫水回水溫度在135 ℃以上，用循環(huán)水冷卻至110～120 ℃之間，需用大量的循環(huán)水進(jìn)行冷卻，大量的熱量由循環(huán)水帶走，循環(huán)水溫度升高，造成循環(huán)水及熱能的浪費(fèi)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷較低時(shí)，低壓汽包需補(bǔ)入大量的蒸汽，用以控制低壓汽包的壓力，來滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的需要；當(dāng)高負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，低壓汽包壓力較低，精餾塔出口尿液溫度較低，加熱蒸汽主副線閥全開，溫度仍達(dá)不到控制指標(biāo)，精餾效果降低，影響蒸發(fā)系統(tǒng)的操作。為此，對(duì)高壓調(diào)溫水的這部分熱能加以回收利用，在尿液進(jìn)循環(huán)加熱器前增加熱能回收段，用高壓調(diào)溫水加熱循環(huán)加熱器進(jìn)口尿液，以減少低負(fù)荷時(shí)的蒸汽用量；而高負(fù)荷時(shí)可加熱尿液，提高精餾效果，穩(wěn)定蒸發(fā)系統(tǒng)的操作。同時(shí)，可減緩冷卻器結(jié)垢，減少循環(huán)水帶走的熱量，進(jìn)而減少循環(huán)水用量。

增加熱能回收段后具體的流程如圖2所示。高壓調(diào)溫水經(jīng)高調(diào)水泵增壓后，經(jīng)高調(diào)水冷卻器換熱，控制溫度在110～120 ℃之間，進(jìn)入高壓洗滌器冷卻器后，溫度升高到135 ℃以上，再進(jìn)入循環(huán)加熱器熱能回收段加熱尿液，高壓調(diào)溫水溫度降低到110～120 ℃后，回到高調(diào)水泵進(jìn)口循環(huán)使用。

在CO2汽提法尿素裝置中，如果采用脫氫系統(tǒng)，原料CO2氣體中的H2含量降至50×10-6以下，尾氣中H2含量低，在爆炸限以外，裝置運(yùn)行安全，高壓調(diào)溫水溫度可以降至90～100 ℃之間，而此時(shí)回水溫度降至120～130 ℃之間，則利用高壓調(diào)溫水加熱尿液，沒有多大的利用價(jià)值。如果沒有采用脫氫系統(tǒng)，原料CO2氣體中的H2含量在0.5%～1.0%(V)之間，尾氣

圖2 增加熱能回收段后高壓調(diào)溫水流程

中H2含量較高，在爆炸限以內(nèi)，為了裝置的安全運(yùn)行，高壓調(diào)溫水溫度控制在110～120 ℃之間，此時(shí)回水溫度在135 ℃以上，利用它加熱尿液，具有一定的利用價(jià)值。

3 結(jié) 語

在CO2汽提法尿素裝置中，各冷卻設(shè)備均通過循環(huán)水換熱，某些物料工藝上要求換熱后溫度較高，這將會(huì)使換熱后循環(huán)水溫度較高，導(dǎo)致冷卻設(shè)備內(nèi)結(jié)垢，影響換熱效果，進(jìn)而影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中，據(jù)具體情況，對(duì)換熱后工藝上要求溫度較高的物料，應(yīng)對(duì)該部分熱量予以回收，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。以上是筆者對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中裝置熱能回收的一些認(rèn)識(shí)，期待與同行們進(jìn)行交流，如有不足之處，請(qǐng)指正。