尿素节能改造及优化控制小结_尿素技改小结

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尿素装置节能改造与优化操作小结

刘肇庆

（山东阳煤恒通化工股份有限公司

山东郯城

276100）

一、基本概况

山东阳煤恒通化工有限公司现有二套化四院设计年产四万吨、六万吨水溶液全循环法尿素装置各一套，近年来采用同行业先进的尿素系统化改造技术，分步骤对尿素装置进行了技术改造，已具备日产800吨的生产能力，各项消耗指标均有所下降。

二、系统节能改造情况 1.高压系统

1.1在原设计为40kt/a和60kt/a生产能力的基础上，先后对两套尿素进行双塔并联流程改造，由于产能的扩大，合成塔生产强度的提高，相应合成塔转化率有所下降，通过应用新型高效塔板，在塔板上增加气泡式泡罩，使气液相接触反应的几率增加，并加快反应热的扩散速度，从而提高第一反应式的完成程度。同时增加了塔板的安装数量，增加了塔内的反应区段，从而提高了气液传质效果。改造后，在高生产强度下，合成转化率可提高到67%，生产能力提高的同时，中压系统负荷也大大降低。

1.2入塔立式止回阀全部更换成卧式止回阀，不仅方便了检修，降低了维修费用，而且使用效果较好。

1.3两套尿素各增加一台14m3/h的3JA-14/21-TB一甲泵和一台20m3/h的3A-20/21-T的液氨泵。2.中压系统

2.1中压分解系统改造。中压分解系统的改造重点通过新技术的应用改造一段分解系统，降低一段分解蒸汽耗。原一段分解采用预蒸馏流程，2000年5月，2#尿素新上一台φ800mm预分离器，采用预分离—预蒸馏流程，即合成塔出来的反应熔融物，经减压绝热膨胀，进入预分离器，分解所需的热量由合成塔出来的熔融物自身降温提供，使大部分游离氨得到分离。提高了CO2的吸收率，大大降低了一吸塔的热负荷，减少了一吸塔塔顶和塔底回流氨用量，同时一分塔蒸汽消耗也明显下降。但是随着负荷的增加，由于预分离器容积较小（￠800×2600，V=0.8m3），安装位差达不到要求，在运行中预分离器气相带液严重，达不到理想的预分离效果。2006年11月，2#尿素新上一台φ1200mm F=333m2的自气提式一分塔，分上下两段，上段为五层GC型高效翅片式塔板，下段为降膜式换热器。改造开车后得到了较好的效果：一分塔气相温度由原来的130℃下降为123℃，一吸塔运行稳定；吨尿素蒸汽消耗下降约50Kg。由于效果显著，在2009年6月1#尿素进行了同样改造。

2.2中压吸收系统改造。中压吸收系统的改造重点在于中压吸收塔的优化，扩大一吸冷却器面积，尽可能的降低一吸塔精洗段的负荷，并相应增加氨冷器面积，满足扩能的需要。一吸塔是水溶液全循环法工艺的“心脏”，其塔盘泡罩高度，鼓泡段容积、分布器开孔情况对热平衡和物料平衡影响很大。1#尿素原φ1000mm的一吸塔更换为φ1200mm的一吸塔，2#尿素在原φ1100mm一吸塔下部加长了2m，对分布器重新开孔；对一吸冷却器设备流程进行优化改造，1#尿素增设一台φ600mm、F=71m2的第二一吸冷却器，与原71m2串联；2#尿素增设一台φ800mm、F=90m2的第二一吸冷却器及一台φ1000mm、F=150m2的第三一吸冷却器，与原71m2串联，使一吸塔的吸收负荷外移。从而提高了一段吸收系统的生产能力，使一吸塔内的吸收负荷下降，减少了顶底回流氨用量，增加了一吸塔调节裕量，进一步提高了一吸塔的操作稳定性和生产能力。

2.3对氨冷器进行了改造，1#尿素增设一台φ800mm、F=220m2氨冷器；2#尿素增设一台φ800mm、F=110m2氨冷器，同时把氨冷器A由原来F109m2更换为F350m2的氨冷器，增加一根φ57mm气相平衡管，平衡了氨冷器的负荷，提高了氨冷器的冷却效率，从而提高了整个吸收系统的生产能力。解决了以前因水温高造成氨冷器积液，引起工况波动，为稳产高产提供了保证。

2.4两套尿素的二甲泵由原来2台增加到3台；改变了原来二循二冷溶液中CO2含量超标的现象，吨尿素氨耗进一步下降。

2.5对两套尿素的脱盐水冷却系统进行改造。1#尿素增设一台换热面积为139m2卧式脱盐水换热器。2#尿素增设一台换热面积为200m2立式脱盐水换热器，提高了换热效率，吨尿素脱盐水消耗由3.0m3左右降到2.0 m3以下。

2.6更换了两套尿素框架内的原料氨管线，对两套系统液氨缓冲槽液位调节阀、中压压力调节阀进行了改造，由六楼移到三楼，降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率，减少了工况波动。3.低压及解析系统

为降低改造的投资费用，低压分解系统基本利用一段分解系统设备进行改造，扩大低压分解系统的能力，并利用新技术，降低分解消耗，降低低压吸收系统的负荷。

3.1把原一分塔改为二分塔使用。并把一分加热器液位槽的膨胀蒸汽送给二分加热器使用，不足部分由中压蒸汽管网提供。1#尿素二循一冷更换为F=220m2，原F=168m2的二循一冷作为二循二冷使用。利用废旧的闲置设备，在二循一冷前增设预冷器，减轻了二循一冷和二循二冷的吸收负荷。改造后，不仅完全满足了高负荷生产的要求，而且吨尿素氨耗和蒸汽消耗进一步降低。

3.2对尾吸系统进行了改造，采用双尾吸流程。在常压尾吸塔前，增设0.4Mpa带压尾吸，提高了尾吸吸收效率，减少了尾吸塔排放气中的氨含量，由原来设计的8%降至1%以下，尿素氨耗进一步降低。

3.3对尿素深度水解装置的回流冷凝器流程进行改造，改变了以往因回流液温度高，解析超压问题。深度水解回流液温度控制在45~50℃送二循一冷。处理后含氨≤20ppm，尿素≤5ppm的废水送往水解废液和甲醇残液回处理系统，经处理合格后给造气夹套汽包使用，既节约了脱盐水，又提高了经济效益和环保效益。

3.4对高压柱塞泵填料密封水进行改造。正常运行时，氨泵填料密封水、一甲泵填料密封水、熔融泵密封水、二甲泵、氨水泵的填料密封水收集后送往碳铵液槽，经解析泵泵送入水解系统，既控制了环保排放，又降低了氨耗。同时增加了φ5000mm、V=100 m3和V=50 m3的碳铵液事故槽，供生产不正常时使用。

4.蒸发造粒及包装系统

4.1二蒸分离器进行改造，改为旋风分离器，二蒸加热器的换热面积由原来7.5m2增加为F=12.85 m2，使用钛材材质，有效的延长了加热器的使用寿命，由原6个月左右的使用周期到目前使用10年。

4.2一尿的闪蒸由原来￠500mm改为￠700mm。并增设了闪蒸冷凝器，有利于蒸发真空度的控制。

4.3对表冷器流程进行优化改造。一表冷进行更换由F=112m2改为F=207m2，新增了二表水冷，与原二表水冷串联，改造后，保证系统的冷却效果，满足了生产能力提高的需要。

4.4一尿二表氨冷改用冷却水冷却，因原二表氨冷换热面积偏小，在其后又串联一个第二表冷器，以满足二段真空度的要求。氨冷改用水冷后，吨尿素节约冷量2.63~3.05GJ，可节约合成氨冰机吨氨电耗1度。但近年来由于一次水资源比较紧张，夏季循环水温度高，氨冷改用水冷后，二段真空度难以控制。

4.5对二蒸下液管进行改造，对易出现冲刷腐蚀的二蒸出口管道进行加粗，由￠159mm改为￠219mm有效的减少了设备的腐蚀情况，同时提高了管道的使用材质，使用316材质的管道，延长了管道的使用寿命，由一年到现在的3年左右。

4.6增设水力喷射装置。原有的蒸发系统喷射器采用蒸汽作为动力，既浪费了蒸汽，又造成氨损失。经过考察论证，两套尿素各增1套水力双吸喷射装置，取代了原一段蒸汽喷射器和二段蒸汽喷射器。水力喷射循环槽用水由熔融泵密封水供给，循环提浓后送水解系统，这样不仅节约了密封用脱盐水，而且减轻了环保压力。改造后，吨尿素蒸汽消耗下降了50Kg，日回收氨0.5t。

4.7对蒸发系统的蒸汽冷凝液系统进行改造，一、二蒸加热器不使用疏水器疏水，使用了液封自流式液位槽，降低了蒸汽消耗。

4.8对造粒系统进行改造，有效的改善了造粒塔粘塔的现象，同时尿素质量也有所提高，保证了系统扩能的要求。

5.空压站循环水系统

5.1在2009年1月份对循环水流程进行改造，增设4台12SA-13A扬程为26米的低压循环水泵，压缩机及二循一冷、二循二冷改用低压水，保证了六楼氨冷器水量，避免了夏季氨冷积液现象，同时节约了水量，减少了开泵台数，节约了电耗。

5.2在2009年2月份循环水系统增设旁滤装置，循环水水质得到改善，保证了冷却器冷却效果。同时减少了排水量，节约了一次水用水量。

5.3在2007年12月份仪表空气增设了冷干机，增加一台100m3的空气储罐，解决了仪表空气带水问题，保证了调节阀门的稳定运行。

三、工况的优化控制

设备具备了降耗的基础，同时再以正确的调整方法，即可达到节能降耗的目的，优化工艺控制操作如下: 1.用水平衡的概念指导操作

水溶液全循环法工艺是指用水吸收未反应物，分解出来的氨、CO2，以甲铵液返回合成塔。循环的内容有：①过量的氨和未反应物中分解的氨循环；②未反应物分解后CO2的循环；③水的循环。水溶液全循环法工艺的核心是保持系统水平衡，水的来源有三个：①用于吸收分解气的水；②解析气相中带的水；③一、二分气相带来的水。如果操作不稳定，带进尿塔的水增多，则转化率下降，进入循环系统的未反应物增多，分解气中水蒸气也增多；一甲液浓度下降速度增加。致使操作难以控制，发展到恶性循环而不能控制的地步。因此，维持系统水平衡的关键在于控制吸收用水和分解气、解析气中的水含量。

根据系统工艺工况，系统水平衡有三个标志：①入塔H2O/CO2比在0.65~0.85；②一甲液中CO2含量在28~34%；③二分后尿液浓度为约67%。由工艺物料衡算可知，吨尿素一段进入合成塔的水330Kg，合成塔生成的水300Kg，最后由解析废液排出。

2.提高CO2转化率

二氧化碳转化率是尿素生产中的重要工艺指标，直接影响蒸汽消耗量和尿素产量，转化率每上升1%，吨尿素在一分加热器的蒸汽耗下降约40Kg。因此，提高尿素合成塔的转化率，是降低消耗的重要因素之一，首先维持好全系统水平衡，控制入塔NH3/CO2比在4.0，H2O/CO2比在0.65（最大限度不能超过0.85），塔温188温度，尿塔顶、底温差控制在6~8度。提高转化率，减少循环负荷，减少损失量。其次是控制好CO2气的纯度，我公司NHD脱碳工艺CO2纯度在98.5%以上，CO2气的氧含量能控制的是加空气量，正常生产时控制在指标的中下限，以减少带入系统的惰性气，减少尾气排放量。同时要稳定合成塔负荷，避免合成塔压力温度的波动。入塔甲铵液温度严格控制在95℃以内，保证一甲泵长周期稳定运行。

3.控制好一、二段的分解温度

操作中控制好一、二段的分解温度在指标内，保证使一、二段的甲铵分解率和总氨蒸出率达到指标要求。即一段甲铵分解率达89%；二段甲铵分解率达98%，总氨蒸出率达99%以上。若一段分解不完全，则负荷带至二段，一是吸收用水增多，影响系统水平衡，二是尾气中氨含量升高，氨耗高。因为二段分解负荷增加，去蒸发尿液中氨含量上升。

4.吸收系统操作

4.1一吸塔操作是关键，一吸塔工况稳定与否是体现系统水平衡程度的主要标志。稳定一吸塔的操作，控制进水量，使一甲液浓度稳定，维持液位稳定，不排放。一吸塔尽量不用底部回流氨，少用顶部回流氨，塔底部温度控制不能太底，一般在90~95度；对于水溶液全循环法，按吨尿素为基准：氨泵2.2~2.4m3，一甲液1.1 m3，氨水0.16 m3，二甲液0.32 m3，一冷加水50kg，二冷加水100kg。在实际操作中，为提高热能利用段的效率和提高一吸塔下部鼓泡段吸收CO2 的能力，应尽量加大二甲液量，但总的补水量是不变的，但要注意在改变补水量的分配后，不要忘记一吸塔的最少喷淋量，防止过低的减氨水造成精洗段超温。从一吸塔上部进入精洗段的氨水量减少后，提高了该段氨水的浓度，所以该段的温度较好控制，顶氨的补入量也减少了，能够降低一定的氨耗和顶部温度易于控制；由于进入一吸塔下部鼓泡段的二甲液增加，吸收一分气相中CO2 的能力增强，提高了一吸塔的生产能力，同时到精洗段气相中的CO2 相减少，顶部温度更加容易控制，所以能够达到降低氨耗、增强产能和稳定一吸塔操作的目的。脱盐水温度控制在90~95℃，使浓甲铵在一吸冷却器中不产生结晶的危险。水温调至95℃是上限，如在95~100℃下循环，因汽化而使泵的循环量下降，一吸塔底部温度会上升。

4.2操作中一、二冷液位要保持在下视镜中，防止一、二冷气相带液，同时要注意不能任意排放。

4.3控制好尾吸塔的补水量和塔温，减少放空气中的氨含量。4.4开好解吸，稳定好水解操作。

4.4.1解吸操作的依据：①解析塔气相中水含量尽量少；②解析废液中氨含量，尿素含量达标且尽量低；③达到前两个条件下尽量节约蒸汽。

4.4.2解吸目的：将氨水中的二氧化碳、氨分离出来，得到二氧化碳和氨的混合气体和水的过程，解吸是吸收的逆过程，解吸需降压和提温。为此，解吸压力越低越利于解吸，但解吸气要送至水解回流冷凝故需具有一定压力，克服阻力的影响，解析塔压力控制在0.30~0.43mpa为宜。

4.4.3解析塔上、下塔温度的控制。只要解吸压力确定了，就可以查出对应压力下水的沸点。在此室温下，即可达到解吸效果。解析塔上塔Ｔ≥135℃，解析塔出液Ｔ为145℃~153℃，增大蒸汽量不会改变塔中部和底部温度，而会使顶部温度升高，故应使底部蒸汽刚能使中底部温度达到沸点为宜。

4.4.4解析塔出气温度的控制。为了保证解析塔气相中水含量尽量少应降低解吸气相温度，通过水解自身回流来控制，但同时要兼顾回流液浓度和解析压力，故解析气相温度不能降的过低，一般控制Ｔ≤121℃为宜。

4.4.5尽量提高碳铵液槽氨水浓度。进解析塔的氨水来自氨水槽、提氢等压回收塔氨水以及铜洗再生气回收氨水，其浓度受系统影响，不易选择，碳铵液槽氨水槽氨含量一般为5％~7％。浓度升高，会使进塔溶液中的氨分压增大，从而影响解析塔的正常操作，当氨水槽浓度升高时，操作要小心。当进解析塔的量及其浓度一定时，适当提高氨水温度，可以降低进解析塔的蒸汽用量，进液温度低，耗蒸汽多，进液温度高，易发生闪蒸，使解吸气相含水量增加。进解析塔氨水经解析换热器温度Ｔ＞90℃，一般为115℃左右。

4.4.6水解目的是回收氨水中的尿素。通过直接加热，产生水解反应。得到氨和二氧化碳。水解反应是在液相中产生的，故为使塔内液体不气化，故压力必须大于该温度下的饱和蒸汽压力。水解压力一般控制为1.5~1.7mpa。水解塔温度越高，水解越充分，但由于水解塔材质允许温度的限度。我公司使用的是316衬里水解塔，故水解塔下部壁温Ｔ≥199℃，出液温度Ｔ≥200℃。水解塔上部温度≥190℃，水解气相Ｔ≥180℃。水解塔液位控制为50％~90％。

5.蒸发系统操作

5.1闪蒸真空度维持在0.02~0.03Mpa，使尿液温度达90~95℃，能稳定真空送料至一蒸加热器底部。若闪蒸真空度过高，则下液不畅，蒸发操作不稳定。

5.2维持一、二段操作在工艺指标内，一、二段真空差保持在0.03 Mpa，否则通过二段加热器时间长，缩二尿增高。

一、二段分离器中不能存液。

5.3二表氨冷的操作，对提高二段真空度很重要，必须使液位维持在30%以下，气化后的气氨能释放出去，二表液温度在15~25℃左右。

5.4减少造粒过程中尿素的损失，根据负荷大小及时调整造粒喷头转速，减少造粒粉尘的产生和尿素粘塔现象。

6.压缩机操作

重点是提高压缩机的打气量，特别是在夏季，水温高，传热效果差，能耗高是制约生产的主要问题，因此如何有效的降低一段进气温度是提高压缩机打气量关键问题所在。

6.1提高一入气体压力，增设了一入压力调节阀，便于提高和稳定一入气体压力。

6.2加强循环冷却水管理，降低水温，保证水质；定期清理各段水冷器，提高冷却效果，降低压缩机功耗。

6.3定期清理汽缸夹套；定期清理活门，提高压缩机出力率。6.4进口气阀选择弹性适宜的弹簧，降低吸入阻力 6.5坚持每班按时检查各排油阀，防止泄漏。

6.6保证气质，提高CO2纯度，提高一入气体中的有效成分，减少压缩机虚功。