600 kt/a尿素装置设计建设总结



600 kt/a尿素装置设计建设总结

毕志伟刘杰杜志悦

(河北东光化工有限责任公司061600)

河北东光化工有限责任公司(以下简称东光公司)原有2套尿素生产装置，年尿素产能可达800 kt。2013年，新增1套600 kt/a尿素生产装置，总投资1.06亿元。该项目于2013年3月基建动土施工，2013年11月开始设备安装，于2014年7月29日一次开车成功，尿素总产能达到1 000 kt/a以上。目前，600 kt/a尿素生产装置日产尿素2 100 t左右，吨尿素氨耗<570 kg，吨尿素蒸汽消耗<1 250 kg，实现了建设周期短、稳定高产、低耗节能、投资少、见效快的目标。

1 尿素工艺设计路线

1.1提高尿素合成转化率

综合原有2套尿素生产装置多年的运行经验，新建装置的尿素合成塔采用GC型高效翅片塔盘和双合成塔并联工艺，单塔生产强度<13 t/(d·m3)，可将尿素合成转化率提高至66%以上。经计算，合成转化率每提高1%，中压分解吸收负荷可降低4%左右，一分塔吨尿素蒸汽消耗可降低30 kg，吨尿素减少合成循环量50 kg、冷却水消耗3 m3、电耗7 kW·h。因此，提高合成转化率是提高尿素产量、降低尿素各项消耗最为重要的技术措施之一。

1.2采用自汽提工艺设备

原2套尿素装置均采用自汽提工艺，装置运行稳定，蒸汽消耗低，因此，600 kt/a尿素装置的中、低压分解设备仍采用降膜式自汽提工艺。自汽提一、二分塔的工作原理是通过液膜器对尿液精确计量，旋流使尿液呈降膜状态分布，尿液在加热分解过程中自上而下作降膜式流动，由于过剩氨的原因，边加热边分解出的富氨气体对二氧化碳产生一定的汽提作用，类似于氨汽提工艺，属于自汽提范畴，此种汽提作用可使一分塔甲铵分解率由88%提高至95%。

自汽提一、二分塔的主要优势是分解方面提高了蒸汽利用率，降低了蒸汽消耗。自汽提一分加热器进口蒸汽压力低(平均0.650 MPa)，比原一分加热器蒸汽设计压力(1.275 MPa)降低了53%。以表观有效传热温差计，改进型自汽提一分塔温差实际仅为8.6 ℃，较原预蒸馏塔换热段的设计温差(35.0 ℃)缩小了75%，证明了改进型自汽提一分塔的膜传热系数比一分加热器有大幅提高，甚至超过了板式薄壁型换热设备的传热系数，降膜式换热工艺对蒸汽节约效果显著。

1.3采用预分气喷射器

利用预分离气相作为动能，抽吸喷射汽提塔换热后的分解气，使喷射汽提塔内形成相对真空状态，以提高水解气与管程尿液的传质和传热效果，最终达到节约蒸汽的目的。

1.4采用降膜式闪蒸器

采用降膜式闪蒸回收一分气和二甲液的甲铵反应热及潜热，其原因是进入降膜式闪蒸器的尿液温度低，与甲铵液换热温差大，有利于甲铵热的回收。最早工艺路线是一分气、二甲液进入一段蒸发热能利用段，是因为蒸发系统仅有两段蒸发，进入一段蒸发热能利用段比较合适。为了充分利用热能，改为三段蒸发，一分气和二甲液进入闪蒸热能利用段回收甲铵热，一级膨胀蒸汽进入一段蒸发热能利用段，实现热能利用最大化，使甲铵反应热和低压蒸汽在合适的工艺条件下发挥最大作用，蒸发工段吨尿素蒸汽消耗可降低约50 kg。

1.5采用二甲液预热器

利用二分气加热二甲液，可使二甲液温度由35～45 ℃上升至80～90 ℃。加热后的二甲液可将闪蒸热利用段的气液混合物温度提高5～10 ℃，有利于提高热能利用率。

1.6增设一甲液高效混合器

采用回流氨水二次吸收工艺，使一吸塔出气CO2体积分数降低至50×10-6以下。一吸冷却器的气液混合物经一甲液高效混合器与氨水混合吸收，使进入一吸塔的甲铵液组分更合理、稳定，大大优化了一吸塔操作，保证一甲泵稳定运行和尿素装置的稳产低耗。

1.7采用惰气精洗器

出惰洗器的惰性气在0.4 MPa压力条件下被来自精洗泵的表冷液冷却、吸收后，放空气中氨含量大幅降低，吨尿素氨耗可降低5～8 kg。精洗器无法像惰洗器那样靠保持足够高的氨浓度来避开爆炸区，而是依靠精洗后惰气中的N2起作用，由于尾气中N2含量不稳定，故必须加强防爆设施，其核心技术是利用保护性气体的微压差和内防爆板的液封作用，设计成多罩帽永久性内防爆装置，既保证了安全生产，又根除了原惰洗器防爆板易破、易失效的问题。精洗后的尾气直接送放空总管放空。

2 尿素工程建设经验总结

2.1正确决策及建设目标

为实现打造河北最大氮肥企业的目标，东光公司决定上马“40·60”项目，建设的中心思想是节能降耗、低成本稳定运行、节省投资。因此，根据多年生产实践的积累，并借鉴兄弟企业的经验，决定尿素装置采用改进型水溶液全循环工艺；同时，为缩短建设周期，边设计、边建设，实现投资少、投产快、运行好、效益高的建设目标。仅尿素装置采用水溶液全循环法投资比汽提装置节约2亿元左右。

决策错误是造成浪费的根源，因此，项目建设技术决策尤为重要。东光公司在总结本企业“18·30”工程生产及建设经验基础上，广泛采用其他氮肥企业选用的先进、成熟、适用的技术，通过消化、吸收、比较、借鉴，制定出既先进适用又经济合理的工艺路线和技术方案。

600 kt/a尿素装置选用的工艺路线：尿素高压合成塔→预分离器→喷射汽提塔→自汽提一分塔→自汽提二分塔→降膜式闪蒸器→一段蒸发器→二段蒸发器→熔融泵→造粒塔喷头→成品包装。

改进型水溶液全循环工艺特点：①双套尿素高压合成塔，便于机泵检修不影响系统正常生产，也有利于系统稳定操作，合理调节分配产量负荷；②自汽提一分塔设备二合一且布置在室外，便于安装和操作,节省投资。

2.2坚持甲乙双方相结合，优化完善设计

设计是对拟建工程的实施在技术上和经济上所进行的全面而详细安排，把先进技术和最新技术成果引入到建设和生产中，也是组织施工的依据和投资计划的具体化，因此，设计质量关系着工程质量和将来装置的运行效果，是决定其工程成败的前提。东光公司的做法是将功夫花在开始阶段的技术路线、方案选定上，明确方向目标，协作各方集中力量以达到不走和少走弯路、建设自然顺利快捷之目的。

设计院每一步完成的设计初稿，东光公司马上召集操作、管理经验丰富的工程技术人员等分别对工艺流程、平面布置、设备选型、管道配置、施工方案等进行充分讨论，及时与设计院沟通讨论结果，有利于设计完善，使设计与实践完美结合，避免走弯路；另一方面，东光公司技术人员、施工人员提前进入角色，不但可减少安装施工中的变更、有效节省投资、缩短建设周期，而且有利于一次开车成功和投产后的稳定运行。

2.3选择安全可靠 、经济实用的国产化设备

整套尿素装置共有设备70余台，设备选型是否经济合理、先进适用关系到工程投资、安全稳定和生产成本的控制。尿素装置全部使用国产安全高效实用的设备，大大节省了装置投资。对设备制作进行全程监控，严把设备制作质量关，从材料的购进到加工制作、组装等环节，安排专门技术人员到设备制作厂家进行验收监督，从而保证了设备的制作质量。

2.4重视开车前的准备，加强生产管理

众所周知，尿素装置工艺流程长、设备多，且相互关联、环环相扣，特别是新尿素装置投产更应精心组织，要求确保试车、开车一次性成功。

(1)以人为本，抓好生产组织和人员培训。有了好的装置设备，人就是确保顺利开车的根本。东光公司及时安排组织人员培训，不仅要求学会现场操作，而且把试车、开车任务落实到位，让员工提前熟悉所操作管理的设备的特点，有利于尿装置的开车顺利并达标达产。

(2)系统开车前，技术准备充分、完善，包括操作人员的培训、上岗考核、操作规程和工艺指标的确定及安全教育等，提前安排装置单机试车、吹除、水联动、仪表调试等工作。

3 结语

目前，东光公司有2套尿素生产装置(原250 kt/a尿素装置退出生产线)，1套为新建600 kt/a尿素装置，1套为400 kt/a尿素装置，年产尿素总量达到1 000 kt以上。东光公司坚持树立科学发展观，推进技术进步，按照循环经济的理念，走低投入、高产出、不排污的可循环道路，认真抓效益、抓节能降耗，科学严格管理，使企业发展更强劲、更有活力。

收稿日期(2015-04-13)