水溶液全循环尿素装置工艺优化及运行总结

梅树美

(安徽昊源化工集团有限公司安徽阜阳236056)

水溶液全循环尿素装置工艺优化及运行总结

梅树美

(安徽昊源化工集团有限公司安徽阜阳236056)

安徽昊源化工集团有限公司(以下简称昊源公司)2#尿素装置原采用传统型水溶液全循环工艺，公称设计能力为400kt/a，2007年建成投产。由于传统型水溶液全循环工艺吨尿素汽耗、氨耗偏高，解吸废液中尿素含量也偏高。为此，对该尿素装置进行了节能优化技改。投产运行至今，尿素装置运行稳定，消耗大幅下降。

1 工艺优化技术方案

1.1 尿素合成塔塔盘改造

尿素合成塔塔盘原先采用普通塔盘，随着尿素合成塔生产负荷的逐渐提高，物料返混加重，塔壁效应导致产生内环流现象，物料停留时间加长，合成转化率偏低，致使物料消耗升高。通过改造尿素合成塔内件和调整塔内反应结构区域，使尿素生成反应按照活塞状态上移，能最大限度解决合成塔内物料返混和提高气液接触的比表面积，从而达到提高CO2转化率的目的。

经多次论证，决定采用GC-IB型高效翅片式塔盘，其利用气体动能进行强化分离和吸收，特殊的翅片型结构将运动中的气体能量加以充分利用;在分离工况下，有利于提高气体从液体中逃逸，以避免夹带;在吸收工况条件下，有利于提高气体在液体中的分离度，增加气液接触机会，增大液膜传质面积;克服了原泡罩塔塔盘通量小、易腐蚀等不利因素，避免了垂直筛板型塔盘在低负荷条件下易漏液的不足之处。除具有解决轴向返混的作用外，尤其在提高径向混合程度方面具有独特优势。因为GC-IB型高效翅片塔盘利用罩帽顶部装有的旋转型翅片，使通过翅片的气体达到一定的旋转速度，并转变为径向的圆周运动，与其他各种仅能防止轴向返混作用的塔盘相比，不仅将塔盘上的气相流与液相流分开走，以减少轴向返混，并且可强化气液接触，使塔内气液两相每经过一层高效塔盘，气液之间都会重新分布，改善气液相的质热平衡状态，加快CO2气体在液相中的溶解速度，促进氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应，真正实现减少返混、高效吸收。

1.2 中压分解塔改用自汽提塔

自汽提中压分解塔的工作原理是通过液体分布器对尿液的分布呈降膜状态，在加热分解过程中，由于过剩氨的蒸发对甲铵的分解产生汽提作用。自尿素合成塔出来的气液混合物进入预分离器分离成气液两相，其中尿液进入自汽提中压分解塔上部，经蒸镏段的精镏作用以减少气相带水量，再经液体分布器均匀地分配到每根汽提管中，自上而下呈降膜式流动。由于过剩氨的原因，边加热边分解的富氨气体对CO2产生一定的汽提作用，此种自汽提作用可使甲铵分解率由88%提高至95%。

自汽提中压分解塔的核心部件是旋流成膜的液膜器，使汽提换热管内液体分布均匀，在液膜器顶端设限流孔板，大大提高汽提管间的阻力分布均匀程度，有利于提高分解效率，减少干管造成的腐蚀现象。

1.3 增加惰气精洗器

来自惰洗器的不凝性气体进入惰气精洗器上部的内防爆空间，以缓冲和吸收爆源能量，再进惰气精洗器的底部换热段，由精洗液进行鼓泡吸收;精洗后的尾气由压力调节阀减压后直接送至放空总管，从惰气精洗器底部换热段进入的精洗液由下而上吸收氨后，在三套筒间建立防爆罩的液封，使其既能自由升降，具有爆后自动复原的功效，又能隔离防爆空间与吸收空间，起到密封作用;从设备上中部引出的精洗液，经液位调节阀减压后送精洗槽。精洗槽的液体由精洗泵加压，部分送惰气精洗器循环使用，部分送二循一冷、二冷作为吸收液。表冷液作精洗液循环使用，部分送二循一、二冷使惰气中的氨直接回收到系统，构成尾气氨回收工艺流程，降低了氨耗，节省了蒸汽消耗。

增加惰气精洗器的优点:①利用分布吸收原理，在惰洗器的基础上达到精洗的目的;②在加压吸收的条件下，将惰气中φ(NH3)控制在0.3%以下，优于传统常压尾气吸收塔，精洗后的惰性尾气直接去放空总管;③采用微压差液封式防爆装置，达到柔性防爆和永久使用的目的，其最大特点是生产时不漏气，爆炸后能复原;⑤增加了惰气精洗器，惰洗器的惰气中氨含量无需刻意降低，也增强了惰洗器的安全性;⑤减少了尿素生产气体的污染源，环保效益较好。

1.4 真空喷器射改为水力喷射抽真空

尿素装置原先采用蒸汽抽真空，由于蒸汽受各工段工艺设备的影响，蒸汽的带水以及压力的波动均会影响一、二段蒸发真空度，不仅蒸汽消耗高，而且影响产品的质量。为此，现采用水力双吸喷射抽真空技术，安装2台高效水力双吸喷射器，增加1台循环水箱和2台循环水泵(1开1备)，工作介质采用脱盐水或二表液，循环使用。泵的出口分两路，一路进入一段水力喷射器，另一路进入二段水力喷射器，循环水经喷射器被高速喷射流强制挟带，使吸入室内压力降低而形成真空，喷射液体与气体混合吸收进入循环水箱循环工作，随着气体的不断冷凝，循环液体中氨含量逐渐上升，视情况排至碳铵液槽回收利用。

2 运行效果

表1工艺优化前、后工艺参数对比

工艺优化前、后工艺参数对比见表1。

(1)采用GC-IB型高效翅片式塔盘后，大大提高了CO2转化率，减轻了中压吸收负荷及减少了中压放空量，尿素产品优等品率由原98.9%提升至99.5%。增加惰气精洗器后，由于惰气不再送尾气吸收塔，而引入惰气精洗器加压吸收，既可利用分布吸收原理完成惰气精洗，还可避免尾气吸收塔的氨损失，提高了尾气吸收效果。惰气精洗器串联安装于惰洗器之后，使惰气尾气中φ(NH3)由6.0%～10.0%降至0.3%以下，吨尿素可回收氨6～10kg。惰气精洗器的使用，大大改善了尾气吸收效果，降低了氨耗。改造后，吨尿素氨耗下降了33kg。

(2)自汽提中压分解塔运行后，提高了蒸汽利用率，降低了蒸汽消耗。原一分加热器设计成升膜换热器，但因喷射速度不够，尤其是负荷大时难以成膜，几乎是浸没式换热，故换热效果较差。将自汽提中压分解塔改为降膜式换热，通过液体分布器，将尿液分布到每根汽提管中，尿液下降成膜，确保了降膜状流动，传热系数大大提高，提高了蒸汽利用效率，吨尿素蒸汽利用率可提高10%左右，并且系统操作弹性加大;提高了产品质量，减少了缩二脲的生成量，并减少了结垢现象。水力喷射泵抽真空技术的应用明显优于蒸汽喷射器，节约了大量蒸汽;蒸汽的多次综合利用，也有利于蒸汽消耗的降低。改造后，吨尿素汽耗下降了200kg。

3 结语

昊源公司水溶液全循环尿素装置工艺优化后，在提高产品质量、降低生产成本、节能降耗、减少环境污染等方面具有较好的促进作用，每年可节约资金约1500万元。节能新技术在水溶液全循环尿素装置中的应用不仅带来可观的经济效益，而且环保效益较好。

2014-10-09)