CO2汽提法尿素装置扩能改造总结

(山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253024)

山东华鲁恒升化工股份有限公司(以下简称华鲁恒升)有2套40万t/a CO2汽提尿素装置，1#装置于2006年7月开车，2#装置2010年9月开车，均为山东化工规划院设计。2012年由于前系统合成氨扩能增产，液氨过剩，需要配套提高尿素装置产能，通过充分论证，启动了尿素装置扩能改造项目。经过对国内、国际各种尿素扩能路线调研，最终选择在原流程基础上并联一套中压系统的技术方案，委托北京众联盛化工工程有限公司进行工程设计[1]。

1 改造方案

为合理控制改造费用和施工周期，总体思路为对高压系统合成塔塔盘升级改造，提高转化率，同时将合成下液和汽提塔下液分流，部分去新增中压系统，蒸发增加预浓缩，在回收中压热负荷的同时可提高尿液浓度，不增加现有低压及蒸发系统负荷。

1.1 高压系统改造

根据物料平衡计算结果，将尿素产量从1 300 t/d提高到1 800 t/d，合成塔的生产强度由9.15 t/(d·m3)增加到12.67 t/(d·m3)，合成塔塔盘需要进行相应改造。经过计算，塔底气量增加42%，液体量增加24%，塔顶气量增加18%，液体量增加45%。在现有塔盘情况下，塔底气相阻力增加102%，液相阻力增加54%；塔顶气相阻力增加39%，液相阻力增加110%。阻力增加将给系统改造带来不利影响。为此根据物料参数对塔盘气相通道和液相通道进行相应的调整。

首先将塔内溢流管上端溢流漏斗提高600 mm，以增加尿塔有效容积；其次由于尿塔整体空速增加，为了稳定尿塔液位，最上层塔盘(第17层)由径流式塔板改为均布式塔板，以减小液位波动，减少塔顶气液夹带；从底部往上1至16层塔盘的D片重新设计制作。

为了解决高压甲铵喷射器抽吸能力不足的问题，新配一条甲铵液管线，由甲铵泵直接进入高压甲铵冷凝器。正常生产时甲铵液分两股进入高压系统，一股走现有流程进入高压洗涤器，另一股(基本上是扩能增加的甲铵液量)进入高压甲铵冷凝器。

合成塔下液管线配一条至中压汽提塔管线，扩能改造增加的负荷经此管线直接进入中压汽提塔，保证高压汽提塔的稳定[2]。低负荷运行需要甩开中压系统走原有流程。原至低压精馏塔管线的汽提塔下液管线保留，新配管线至中压汽提塔，正常满负荷生产时高压汽提塔物料可以部分或全部进中压汽提塔，进一步气提分解后再进低压系统，降低低压精馏塔的负荷。

1.2 新增中压系统

中压系统操作压力为1.8 MPa，主要设备包括中压汽提塔、甲铵冷凝器、甲铵分离器。约1 500～2 000 Nm3/h的中压CO2直接进入中压汽提塔，以甲铵液的形式进入高压系统。这样可以降低低压精馏塔的负荷，避免改造现有低压精馏系统，同时在中压压力下，最大限度地利用气体冷凝热，降低系统蒸汽消耗。新增中压系统流程见图1。

图1 新增中压系统流程

1.3 低压系统

由于低压设备较大，低压精馏塔直径为1.8 m，低压精馏塔加热器换热面积为660 m2，且高压汽提塔物料经中压汽提塔物料二次分解后再进低压系统，降低了低压系统负荷，因此低压系统可以不作任何改动。

1.4 蒸发系统

增设预浓缩加热器、预浓缩分离器、预浓缩表冷器、预浓缩喷射器，将现有蒸发改为三段蒸发，保留现有闪蒸系统。低负荷运行时，按现有闪蒸加两段蒸发操作。为充分利用中压分解气吸收热，预浓缩设计为两段结构，下部为热利用段，回收中压分解气吸收产生的热量，上部为蒸汽加热段，以保证预浓缩下液浓度稳定。为解决造粒塔能力不足问题，新增两套转鼓大颗粒装置。上述改造解决了蒸发系统能力不足的问题，系统其他部分不需要改动。

1.5 水解解吸

改造后尿素产量增加值为20 t/h，水解解吸氨水量增加约10 t/h。将蒸发抽真空系统的蒸汽喷射泵改造为水力喷射器，解吸氨水量基本没有增加，改造后水解解吸负荷仍能维持在40 t/h左右，因此，水解解吸系统不需要作任何改动。

1.6 运转设备

增加1台往复式高压氨泵、2台往复式高压甲铵泵、2台离心式低压甲铵泵、2台900 m3/h调温水泵。主要设备参数见表1。

表1 主要设备参数

2 改造后运行情况

(1)华鲁恒升2套40万t/a扩能改造分别于2014年和2016年开车，由于中压系统采用并联设计，可与原装置实现自由对接。在开车投料时，先不投用新增中压系统，当系统稳定后，在加量过程中逐步投用，操作简洁方便。经过两年的运行优化，目前运行稳定，单套装置尿素可稳定在1 750 t/d，最佳工况达到1 795 t/d，达到设计预期，同时装置的消耗保持在同类装置较好的水平。

(2)中压汽提塔采用双相钢S32750材质，同时一直保持含有0.6%～0.8%氧气的CO2通入，有效防止了中压系统出现低氧腐蚀，装置投用后产品镍离子含量控制在0.26%～0.28%；由于蒸发系统没有较大改造，扩能后物料流速提高，停留时间变短，虽然流程变长，但缩二脲并没有增长；同时原来蒸发蒸汽系统喷射泵改为水力喷射器后，大大降低了蒸发表冷器的负荷，即使在夏季循环水32 ℃的条件下，产品质量也可以稳定在优等品。

3 结语

(1)项目采用提前预制、短停并网的施工方案，利用装置大修机会，分别于2014年和2016年实现并网运行。改造前后数据对比见表2。

表2 改造前后数据对比

注：①2#尿素回收大颗粒洗涤液(尿素质量分数为45%，Q=5 m3/h)，蒸汽消耗偏高；②电耗以主装置运行设备计算。

(2)经过两年的优化调整，装置扩能35%以上稳定运行，产品蒸汽消耗和液氨消耗均有一定下降。