尿素系統(tǒng)提產(chǎn)優(yōu)化總結(jié)

張東旭， 吳 濤， 楊建霞

(兗礦新疆煤化工有限公司， 烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司60萬t醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，其產(chǎn)能規(guī)模為30萬t/a甲醇、52萬t/a尿素，同時副產(chǎn)2.6萬t/a硫酸及5萬t/a液氧，于2012年投產(chǎn)運(yùn)營。雖然系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行近10a，但是產(chǎn)量、氨耗等指標(biāo)遇到瓶頸。為達(dá)到增產(chǎn)降耗的目標(biāo)，尿素車間聘請有關(guān)專家，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際給出可行性意見并調(diào)整工藝指標(biāo)，最終取得了良好效果。

1 尿素裝置工藝簡介

二氧化碳?xì)怏w壓縮系統(tǒng)：從前工序凈化裝置來的二氧化碳，經(jīng)蒸汽透平離心式壓縮機(jī)后進(jìn)入尿素裝置高壓系統(tǒng)。

液氨給料系統(tǒng)：來自液氨球罐的液氨經(jīng)輸氨泵、高壓液氨泵加壓進(jìn)入高壓氨加熱器，加熱后進(jìn)入高壓噴射器，與被吸入的甲銨液混合送入高壓甲銨冷凝器上部。

尿素合成系統(tǒng)：尿素合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器和高壓洗滌器組成高壓圈，是尿素生產(chǎn)裝置的核心部分。二氧化碳與液氨在尿素高壓圈裝置中合成尿素。

循環(huán)吸收系統(tǒng)：來自尿素裝置高壓圈的尿液進(jìn)入精餾塔分離，分離后尿液進(jìn)入尿液槽，氣體送到低壓甲銨冷凝器冷凝吸收，吸收后的氣液混合物溢流到低壓甲銨冷凝器液位槽，液體從其液位槽底部導(dǎo)出，經(jīng)高壓甲銨泵加壓后，送入高壓洗滌器頂部。

蒸發(fā)造粒系統(tǒng)：從尿液槽來的尿液，經(jīng)尿素蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)后，尿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.7%，由尿素熔融泵加壓送至造粒塔通過噴頭將尿液噴出，液滴被塔底進(jìn)入的空氣冷卻凝固。落到塔底的尿素顆粒溫度約為70 ℃，經(jīng)由刮料機(jī)刮入下料槽，由造粒塔皮帶送入成品包裝部稱重計(jì)量后包裝入庫。按照GB/T 2440—2017 《尿素》標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)的尿素達(dá)到優(yōu)級品級別。

解吸水解系統(tǒng)：針對尿素生產(chǎn)中的氨水，解吸水解裝置將NH3、CO2、尿素與H2O分離，處理合格的H2O返回公用工程回收利用，NH3、CO2和尿素返回尿素裝置用于尿素生產(chǎn)[1]。

粉塵回收系統(tǒng)：2017年8月投用該裝置后，塔頂粉塵質(zhì)量濃度由100 mg/m3降至30 mg/m3以下，氨質(zhì)量濃度在10 mg/m3以下，環(huán)保效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 系統(tǒng)問題及可行性優(yōu)化

系統(tǒng)經(jīng)過近10a運(yùn)行，產(chǎn)量、氨耗、蒸汽等指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到極限，且存在低壓循環(huán)負(fù)荷重、壓力不穩(wěn)定等問題。一旦壓力超過0.32 MPa，則帶動蒸發(fā)系統(tǒng)真空階段性波動。高壓洗滌器尾氣放空閥開度大，氨尾氣排放雖符合國家要求，但仍有可控價值。現(xiàn)針對系統(tǒng)問題提出相關(guān)優(yōu)化調(diào)整。

2.1 降低高壓洗滌器調(diào)溫水溫度

NH3、CO2、甲銨液在高壓洗滌器中反應(yīng)放熱，通過在殼側(cè)用高壓調(diào)溫水(密閉循環(huán)水)換熱移走反應(yīng)放出的熱量，同時也減少去后系統(tǒng)的物料，以減輕后系統(tǒng)的負(fù)荷。過程中，需要調(diào)控高壓調(diào)溫水溫度。若溫度過低，則會過度冷凝，使高壓洗滌器列管結(jié)晶堵塞，造成系統(tǒng)停車；若溫度過高，則吸收效果差，后系統(tǒng)負(fù)荷重且氨耗大。對比分析脫硫脫氫的情況，雖然專家建議將高壓調(diào)溫水溫度控制在90 ℃左右，但綜合考慮安全性及設(shè)備情況后決定逐步降低其溫度，從119.5 ℃下降至116 ℃。有些企業(yè)利用溫差實(shí)現(xiàn)了高壓調(diào)溫水發(fā)電，且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。

2.2 提高精餾塔溫度，降低低壓甲銨冷凝器調(diào)溫水溫度

從汽提塔來的物料中，含有NH3、CO2、H2O、甲銨、尿素等組分，在精餾塔中繼續(xù)進(jìn)行尿液提濃，減輕后續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)的負(fù)荷壓力，保證蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。降低低壓甲銨冷凝器調(diào)溫水溫度，其原理同于降低高壓調(diào)溫水。將精餾塔溫度提高約0.5 K，蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定，溫度和真空度波動情況減少。同時，低壓循環(huán)系統(tǒng)中，減小低壓甲銨冷凝器液位槽氣相壓力閥開度，會降低放空氣中的氨損失。

2.3 提高汽包壓力，升高合成塔出液溫度

在合成塔內(nèi)反應(yīng)分兩步，化學(xué)式為：

(1)

(2)

第二步甲銨分解生成尿素為尿素合成反應(yīng)的速控步驟，一般在高壓甲銨冷凝器中未反應(yīng)的NH3、CO2在尿素合成塔中進(jìn)一步反應(yīng)，為甲銨脫水生成尿素提供熱量?？梢酝ㄟ^提高汽包壓力，使一部分外部熱量隨物料進(jìn)入合成塔，為甲銨分解生成尿素提供熱量，從而獲得較高的轉(zhuǎn)化率。

提高合成塔出液溫度(TI8010)至183.5 ℃以上，低壓汽包壓力隨之從0.352 MPa提至0.361 MPa。

2.4 調(diào)整高飽器，提高汽提塔效率

高飽器主要作用是汽提分解甲銨，化學(xué)式為：

(3)

甲銨分解的和未參加反應(yīng)的NH3、CO2、H2O等返回高壓甲銨冷凝器繼續(xù)反應(yīng)。分解所需熱量由殼側(cè)2.5 MPa蒸汽提供，蒸汽壓力直接影響了汽提塔工作效率，同時也影響后工段的穩(wěn)定運(yùn)行。提高殼側(cè)壓力，可提高甲銨分解效率，降低低壓循環(huán)非必要負(fù)荷。高飽器壓力高會使產(chǎn)品中縮二脲含量上升，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此需兼顧多方確定工藝指標(biāo)。一般在滿負(fù)荷下提升到2.010 MPa左右即可。前期氨水槽“冒氣”，現(xiàn)場局部有氨味，發(fā)現(xiàn)低壓循環(huán)負(fù)荷重、氨耗高等問題。經(jīng)過車間排查，發(fā)現(xiàn)氣體出液有“串氣”，通過提高汽提塔液位并調(diào)整各工藝指標(biāo)后，氨水槽“冒氣”現(xiàn)象得到改善。

調(diào)整高壓調(diào)溫水溫度、汽包壓力、低壓調(diào)溫水溫度、精餾塔溫度、汽提塔殼側(cè)(高飽器)壓力后，同等負(fù)荷下系統(tǒng)產(chǎn)量提高，且整個工藝系統(tǒng)更加穩(wěn)定，尾氣放空量減少，現(xiàn)場效果明顯改善[4]。

3 經(jīng)濟(jì)效益

在滿負(fù)荷30 000 m3/h情況下，對比系統(tǒng)優(yōu)化前后的產(chǎn)量及消耗數(shù)據(jù)(見表1和表2)。

表1 系統(tǒng)優(yōu)化前產(chǎn)量及消耗對比 t

表2 系統(tǒng)優(yōu)化后產(chǎn)量及消耗對比 t

新疆晝夜溫差大，造成循環(huán)水溫度變化，導(dǎo)致產(chǎn)量有差異。3月后溫度逐漸回升，對系統(tǒng)負(fù)荷影響明顯(尤其是CO2氣體、冷卻循環(huán)水等)。由表1和表2可知：日產(chǎn)尿素增加5.85 t，氨耗減少0.000 2 t，折合液氨日消耗減少0.380 t。

全年(按300 d計(jì)算)系統(tǒng)運(yùn)行，尿素產(chǎn)量增加1 755 t，節(jié)約液氨量為114 t，按尿素價格為1 800元、液氨價格為2 800元計(jì)算，則可增加315.9萬元收入，節(jié)約31.9萬元成本。

6 結(jié)語

通過優(yōu)化系統(tǒng)和調(diào)整指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)更高效的運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗、提產(chǎn)增收的目標(biāo)。與此同時，加強(qiáng)行業(yè)交流、借鑒，為國產(chǎn)尿素及化工行業(yè)的發(fā)展不斷努力。