真空预浓缩蒸发工艺在尿素装置蒸发系统中的应用

王志良

(陕西陕化化工集团有限公司 陕西华县714100)

1 改造的目的及方案的选择

2012年，陕西陕化煤化工有限公司将1套已停运4年的110 kt/a水溶液全循环法尿素装置通过扩能改造为300 kt/a尿素装置，同时大幅度降低各项消耗，全装置系统实现先进DCS控制。由于尿素装置能力扩大，原蒸发系统无法满足日产1 000 t尿素要求。经过多方面论证和详细计算后所确定的方案：原蒸发系统主流程基本不变，除了更换二段蒸发表面冷凝器、二段蒸发加热器、一段蒸发分离器、二段蒸发喷射器A、中间冷凝器等设备外，同时扩大闪蒸槽并垂直向上升高2 m；在蒸发系统闪蒸槽和一段蒸发加热器之间增设了采用先进的真空预浓缩蒸发工艺技术的设备(真空预浓缩加热器、真空预浓缩分离器、真空预浓缩冷凝器等)，布置在20 m楼层框架上。降低了蒸汽消耗，尿素系统实现了长周期、高负荷、高质量、低消耗、安全稳定运行。

2 工艺流程

真空预浓缩蒸发工艺流程如图1所示(云线范围内)。从低压循环系统来的尿素溶液(尿素质量分数67%，温度140 ℃)送入闪蒸槽，闪蒸槽压力为0.06 MPa，闪蒸槽出口气相与真空预浓缩分离器出口气相一并进入真空预浓缩冷凝器。闪蒸槽的作用是使进入闪蒸槽中的尿液在减压后使其中一定量的水、少量氨和二氧化碳自尿液中汽化，同时，尿素溶液温度由140 ℃下降到95～105 ℃，以减少缩二脲的生成量，出闪蒸槽的尿液质量分数约为72%，进入真空预浓缩加热器底部管程(也可以送入尿素槽)，与壳程的一分气和二甲液的混合物产生的反应热换热后，经真空预浓缩分离器分离后，尿液(质量分数约为85%，温度约为110 ℃)进入一段蒸发系统，气相进入真空预浓缩冷凝器；真空预浓缩冷凝器未冷凝的气体进入一段蒸发表面冷凝器。

1.闪蒸槽 2.真空预浓缩冷凝器 3.一段蒸发分离器4.二段蒸发分离器 5.真空预浓缩加热器6.真空预浓缩分离器 7.一段蒸发加热器 8.二段蒸发加热器

图1 真空预浓缩蒸发工艺流程

3 工艺技术特点

(1)采用了升膜式真空预浓缩加热器，传热系数大，工艺物料和热源并流换热，最大限度地吸收二甲液和一分气产生的反应热，减轻了中压分解气进入一吸塔的热负荷，稳定了中压系统的操作。

(2)采用真空预浓缩蒸发与一段蒸发等压操作工艺，无需增设抽真空装置，既不影响闪蒸槽的作用，又使得预浓缩分离器的尿液靠位差进入一段蒸发系统。

(3)一段蒸发加热器全部采用自产的0.75 MPa 饱和蒸汽加热，有效地降低了尿素的汽耗，也确保了尿素成品的质量。

4 效益分析

尿素装置采用真空浓缩蒸发工艺后，热利用段吨尿素回收的甲铵反应热为578 518 kJ，而传统工艺一段蒸发热利用段吨尿素回收的甲铵反应热仅为438 270 kJ，热利用效率提高了32%，吨尿素回收的热量增加140 248 kJ，吨尿素一段蒸发加热蒸汽消耗降低71 kg，真空预浓缩分离器出口尿液中尿素质量分数由原来的71%提高至85%，一段蒸发的负荷减轻了58%。原一段蒸发加热器所用加热蒸汽由原来的1.20 MPa中压蒸汽改用甲铵冷凝器副产的0.75 MPa低压饱和蒸汽，吨尿素一段蒸发蒸汽消耗降低了200 kg，合计吨尿素蒸汽消耗可降低271 kg，经济效益十分可观。