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尿素系统节能降耗与提质技术改造樊会会杨雪娇刘瑞

发表时间：2021/4/14 来源：《中国科技信息》2021年4月作者：樊会会杨雪娇刘瑞

[导读] 煤气化厂1#尿素装置采用CO2汽提法工艺，于2008年建成投产，设计生产能力1350t/d。2014年对尿素装置进行改造，新增中压系统，对低压、解吸水解、700t/d蒸发等系统进行改造，技术改造后装置投料生产以来，通过系统优化调整，生产能力达到2000t/d，但是蒸汽消耗高达1400kg/tUr，成品尿素缩二脲含量1.0%，很难达到优等品级别。

新疆乌鲁木齐市兖矿新疆煤化工有限公司樊会会杨雪娇刘瑞 830000

摘要：煤气化厂1#尿素装置采用CO2汽提法工艺，于2008年建成投产，设计生产能力1350t/d。2014年对尿素装置进行改造，新增中压系统，对低压、解吸水解、700t/d蒸发等系统进行改造，技术改造后装置投料生产以来，通过系统优化调整，生产能力达到2000t/d，但是蒸汽消耗高达1400kg/tUr，成品尿素缩二脲含量1.0%，很难达到优等品级别。为降低蒸汽消耗，提高尿素成品质量，2019年对煤气化厂1#尿素装置进行了节能降耗与提质技术改造，于2020年1月投运后，达到了预期效果。
关键词：尿素；节能降耗；提质；改造
        引言
        某化工投资控股集团有限责任公司尿素装置，主要利用往复式压缩机加压和往复式柱塞泵加压提供原料输送，单套设计产能为1330t/d，每套尿素装置的主要用电设备为3台往复式压缩机、3台往复式高压氨泵、3台往复式高压甲铵泵、30台离心泵、2台循环水泵和8台循环水风机。尿素装置运行后发现吨尿素电耗较高。经分析对比发现压缩机的设计余量较大，在满负荷情况下仍存在余量，设计匹配上余量较大;循环水分摊电量较多。为了彻底解决吨尿素电耗较高的问题，在2017年对尿素装置主要用电设备进行了多项技术改造，最终使吨尿素电耗大幅下降。
        1改造前工艺流程
        1.1中压系统
        来自尿素合成塔的分流尿素溶液减压送入中压精馏塔，加热精馏后送入中压汽提塔中。来自中压精馏塔和中压汽提塔的气体和低压系统生成的甲铵液混合后进入中压甲铵冷凝器进行冷凝吸收，这部分中压甲铵反应热未做回收，通过中压调温水移走。冷凝后的物料进入中压甲铵冷凝器液位槽分离，液相由高压甲铵泵送入高压系统；气相减压后送入低压系统。
        1.2蒸发系统
        该尿素装置配备两套蒸发系统，1#蒸发系统生产能力1300t/d，2#蒸发系统生产能力700t/d。原流程：来自闪蒸槽的尿液进入尿液缓冲槽，由尿液泵送入一段蒸发加热器加热提浓，尿液在一段蒸发分离器分离后通过U型管进入二段蒸发加热器的底部，在二段蒸发分离器分离后尿液由熔融泵送入造粒塔进行造粒。来自闪蒸槽的气体进入一段蒸发冷凝器，冷凝后的液体流至氨水槽，未冷凝的气体由一段蒸发喷射器抽出送入最终冷凝器，最终冷凝器中冷凝后的液体自流至二表槽，未冷凝气体排至放空筒。
        2提高CO2转化率的重要性
        CO2转化率是指转化成尿素的CO2与进入尿素合成系统的CO2的摩尔比，也即尿素合成率。提高CO2转化率，意味着原料更多地转化为尿素，未反应物料的循环量就会降低，生产效率得以提高，能耗随之降低。所以，尿素工业装置中的工艺优化与设备改进的核心目标之一就是提高CO2转化率。在同样的装置和投料条件下，提高CO2转化率，即可提高尿素产量，不仅可降低原料和能源的消耗，而且可提高资源利用率、降低生产成本，从而提升企业的效益。
        3.氨泵升级改造
        2016—2017年度尿素装置检修期间，将国外制造的双级卧式高速离心泵更换为国内制造的中速离心式高压氨泵，实现了高压氨泵国产化改造。其中，高压氨泵电机和高压氨泵油系统实现修旧利废。
        改造后运行效果：①高速高压氨泵运行时电流主要控制在150A左右，中速高压氨泵运行时电流主要控制在125A左右，两者对比改造后高压氨泵每小时可节约电量在232.5kWh，电耗下降20%，在低负荷下能耗的节省将会进一步提高；②双级卧式高速离心泵运行期间，每年需检修4～5次，检修费用为10万元，备件费90万元；中速高压氨泵由于转速低（转速只有高速泵的36%），抗汽化能力强，基本可以实现了全年零检修。

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        3.进一步优化操作管理
        3.1预蒸发系统
        取消700t/d蒸发系统，增加预蒸发加热器和和预蒸发分离器，回收利用中压甲铵反应生成热。来自中压精馏塔和中压汽提塔的气体，与低压系统生成的甲铵液一起，引至预蒸发加热器，作为尿素溶液的加热介质，经热量回收后的中压甲铵气液混合物再送回中压甲铵冷凝器。在中压甲铵冷凝器中，气体被最大程度的冷凝，释放的冷凝热由循环水调节系统吸收。来自1#闪蒸槽和2#闪蒸槽的尿液经预蒸发加热器加热将尿液提浓3%-5%后进入预蒸发分离器，在预蒸发分离器内分离后尿液送入一段蒸发加热器的方式有以下两种。
        （1）尿液先送往尿液缓冲槽，然后通过尿液泵加压送至原有蒸发系统；
        （2）尿液直接送入一段蒸发加热器底部，实现真空进料。
        从预蒸发分离器分离后的气体进入预蒸发冷凝器，冷凝后的液体自流至氨水槽，未冷凝气体由预蒸发喷射器抽出送入最终冷凝器。
        3.2常压闪蒸冷凝系统
        增加常压闪蒸冷凝器、液位槽和冷凝液泵。来自1#闪蒸槽和2#闪蒸槽、1#低甲冷液位槽和2#低甲冷液位槽、1#回流冷液位槽和2#回流冷液位槽的气体和来自解吸泵的稀氨水混合送入常压闪蒸冷凝器，冷凝后的液体流至常压闪蒸冷凝器液位槽，经过冷凝液泵加压后送至1#和2#低压精馏塔气相。未冷凝的气体由常压闪蒸喷射器抽出送入常压吸收塔进行吸收。
        3.3系统水碳比的调整
        在尿素系统运行过程水碳比的高低直接决定着蒸汽消耗的高低，因此控制循环系统返回高压系统的水尽可能少。因合成塔内甲胺脱水生成尿素化学平衡反应中水不可控。所以水碳比的控制主要是控制系统外加水。装置正常运行时尿素系统外加水用户有：
        中压惰气洗涤水、中压吸收塔液位计用水、低压惰气洗涤水、低压碳铵储槽液位计用水，以上几处冲洗水用户系统正常运行时，在保证其正常运转的前提下尽可能减小用量。高压甲胺泵P102A/B机封冲注水在起泵时，将其流量调高，启泵后观察待运转正常，调整机封冲注水流量为0.5m3/h。
        另外装置各设备、管线、机泵开停车或事故状态下处理用冲洗水，需严格控制，防止因未检查到位加入系统造成系统恶化蒸汽浪费。
        3.4解析水解的控制
        为降低解析水解蒸汽用量，又能保证处理后工艺冷凝液合格回收，需从以下方面控制。
        控制工艺冷凝液量：工艺冷凝液主要来源为蒸发抽真空工艺气冷凝液，为减少工艺冷凝液量，蒸发一段、二段真空达指标即可，防止抽的太低加重水解解析量和增加工艺冷凝液中尿素组分含量。其他来源为装置设备安全阀放空管线吹扫蒸汽、中低压隋气排放管线吹扫蒸汽、储槽T104、T101气相放空管线吹扫蒸汽，几处吹扫蒸汽冷凝液因其吸收尾气中少量的氨和二氧化碳全部回收到工艺冷凝液储槽T104，运送到解析水解。所以几处吹扫蒸汽尽可能关小，尤其到夏季达到吹扫和吸收效果即可，既能降低解析水解量又能直接节约蒸汽。
        结语
        通过以上改造，吨尿素电耗总体降低了25．5kW·h，夏季吨尿素电耗降低至130kW·h左右，冬季高产情况下吨尿素电耗降低至120kW·h以内，效果非常理想。
参考文献
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［2］赖兴雨．6M50-335/315型氮氢气压缩机技术改造［J］．压缩机技术，2018(6):48-51，5．
［3］王琦．浅谈SCＲ尿素热解法脱硝工艺［J］．中国高新技术企业，2012(22):52－54．
［4］陶萍．循环水设备节能技术改造［J］．盐业与化工，2015，44(5):44-47．
［5］张海春．降低尿素装置生产过程中蒸汽消耗［J］．化工设计通讯，2019，45(7):12，16．