尿素系统中、低压移热改造总结
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１６ 氮肥与合成气第４５卷第６期２０１７年６月 尿素系统中、低压移热改造总结 常荣芳，吴培，张本峰，张广瑞 （河南心连心化肥有限公司，河南新乡４５３７３１） 摘要：在以往的水溶液全循环法尿素生产系统中存在很多能量的浪费问题，通过对部分废热的回收，降 低了尿素系统的蒸汽消耗，同时可减轻尿素循环水系统的负荷，节约尿素生产成本。改造完成后，吨尿素蒸汽消 耗由１ ０１０ ｋｇ降低至８９０～９０５ ｋｇ，年可降低生产成本２９５．６８万元，经济效益显著。 关键词：水溶液全循环法；尿素；改造 中图分类号：ＴＱ４４１．４１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：２０９６—３５４８（２０１７）０６—００１６—０２ １ 改造背景 传统的水溶液全循环法尿素生产工艺中，低 压分解塔分离出来的液体中氨含量较高（一般质 量分数在２．５％以上），对后续工段影响较大。为 了降低低压分解塔出液氨含量，拟增加１台ＣＯ， 汽提塔，以提高低压分解的分解率。二分塔气相 热量为５．４４ ＧＪ／ｈ，此部分热量被循环水带走，造 成很大浪费，同时加重循环水的负荷，为此，将二 分塔出口气相热量回收至一吸冷软水回路中，供 溴化锂机组使用，通过此移热措施，减轻了循环水 系统的负荷，同时也为溴化锂机组提供了热源，减 少了低压蒸汽的用量。水解解吸系统中解吸塔顶 部气相温度为１３０ ｏＣ，通过解吸回流冷却器进行 冷却，此部分热量得不到回收，同时也浪费了循环 水，为此，考虑将解吸塔顶部的气相热量引入二分 塔上部加热段进行热量回收，同时对解吸废液 （温度在１２７℃左右）的热量进行回收，将其引至 二分塔下部，作为下部热源进行加热使用。 ２ 改造措施 ２．１二分塔气相移热改造 二分塔气相热量为５．４４ ＧＪ／ｈ，原先此部分 热量被循环水带走，造成很大浪费，也增加了循环 水系统的负荷，为此，河南心连心化肥有限公司决 定对现有溴化锂机组运行模式进行调整。原模式 中溴化锂机组回水温度为６９ ｑＣ左右，依次进入一 吸冷却器Ｂ、一吸冷却器Ａ进行换热，换热后控制 作者简介：常荣芳（１９６８～），女，工程师，从事合成氨设计及管理工作。 出水温度在１０３ ｏＣ左右，作为溴化锂机组的热源。 二分塔过来的分解气进入二吸冷却器Ａ，与循环 水换热后进入二吸冷却器Ｂ再次与循环水进行 换热，将温度降低至８０℃左右，然后进入二循一 冷。改造后溴化锂机组工艺流程见图１。 溴化锂机组回水先进入二吸冷却器Ｂ进行 换热，温度由７５℃加热至８０℃，之后再进入二吸 冷却器Ａ中进行加热，温度由８０ ｃＩ＝升至８５℃， 从二吸冷却器Ａ出来的软水进入软水泵加压后， 一路进入软水加热器，该支路一般不开（当系统 运行不正常或溴化锂机组热源不足时，才投用该 支路），利用蒸汽为软水进行加热；另一路进入一 吸冷却器Ｂ与一分塔分解的气体进行换热，换热 后软水温度升至９３℃左右，随后进入一吸冷却器 Ａ与一分塔分解的气体进行换热，换热后温度提 升至１０３℃，该温度已满足溴化锂机组的正常运 行需求，可作为溴化锂机组上水进行利用。改造 完成后，溴化锂机组回水温度由６９℃升至７６℃， 尿素系统为溴化锂机组提供的热水流量由 ３８０ １＂１３＿ ／ｈ提高至４２０ ｎ＇ｌ ／ｈ，提高了溴化锂机组的 能力，同时也提升了溴化锂机组的制冷量。 ２．２解吸塔移热改造 在二分塔通过低压分解，分解后的液体中氨 含量仍较高（一般质量分数在２．５％以上），这部 分氨进入后续的蒸发系统内被蒸发出来，然后进 入水解解吸系统进行分离。由于氨含量较高，加 重了水解解吸的负荷，同时也降低了氨的利用率，
为提高二分塔的分离效率，决定在二分塔旁边增 氮肥与合成气第４５卷第６期２０１７年６月
图１ 改造后溴化锂机组工艺流程 加１台ＣＯ 汽提塔，利用ＣＯ：汽提的方式将二分 下液中的氨进行分离。另外，解吸塔上部气相热 量较高，一般温度在１３０ ｏＣ左右，以往是通过解吸 回流冷却器利用循环水进行冷却，浪费了大量的 热量。经本次改造后，利用解吸塔顶气相热量作 为二分塔上部的热源，利用１２５℃解吸废液作为 二分塔底部的热源，大大降低了二分塔蒸汽的消 耗，同时也将解吸塔顶部气体进行降温以备回流 使用，减少了解吸过程中对循环水的使用，回收了 大部分的热量。二分塔改造流程示意见图２。
图２二分塔改造流程示意 ３ 改造后运行情况及效益分析 去预蒸发器 尿素装置改造前、后工艺参数对比如表１所 示。吨尿素蒸汽消耗由１ ０１０ ｋｇ降低至８９０— ９０５ ｋｇ，达到了预期目标。 表１尿素装置改造前、后工艺参数对比 １７
由表１可以看出：①吨尿素蒸汽消耗由 １ ０１０ ｋｇ降低至８９０—９０５ ｋｇ；②二分出液 Ｗ（ＮＨ ）由２．５％降低至０．５％；③ （ＮＨ ＨＣＯ ） 由４．９９％降低至２．２１％，解吸负荷降低。 尿素中、低压移热改造项目共投入３２０万元， 其中，改造设计费用３０万元、设备及各台泵制造 费用１４０万元、防腐保温费用７万元、安装费用 ６０万元、土建费用２０万元以及阀门、管材、电仪 等费用６３万元。 扣除改造后对整体发电和系统热平衡的影 响，改造后吨尿素蒸汽消耗降低８０ ｋｇ以上，电、 冷却水消耗也有不同程度的下降，安全、环保水平 得到较大提升。按蒸汽价格６６ ｔ、年产尿素 ５６０ ｋｔ计，则年可降低生产成本２９５．６８万元，项 （下转第２７页）
氮肥与合成气第４５卷第６期２０１７年６月 的甲醇含量明显增加，已严重制约甲醇合成系统 的平稳运行。本着改造难度小、费用投资省、实施 难度低的原则即可解决分离器分离效率不佳的问 题，对甲醇分离器实施了技术改造。 ５．１改造内容及目标 本次对２台甲醇分离器实施的技术改造仍然 选用高效分离叶片，同时对附属的其他内件进行 相应改造，其改造内容主要包含以下几个方面： ①将原有蘑菇头式进料分布器直管段降低，以增 加蘑菇头出口至分离叶片底部的距离，改善气相 分布情况；②将原有叶片框架切断，根据新设计的 框架尺寸增加相应的钢板对框架进行拼焊，则叶 片框架得到扩大；③原降液管是在４台液体收集 槽底部各１根ＤＮ ５０ ｍｍ管道，现改为ＤＮ８０ ｍｍ 降液管，以提高分离器的降液能力；④原降液管底 部自液封的小桶容易积液，考虑到在停车检修时， 甲醇液体挥发有毒性，另外容器底部高度可满足 降液管的密封要求，故将自液封小桶取消，降液管 底部深入到低低液位以下，解决了降液管容易堵 塞的问题；⑤对原甲醇分离器的叶片进行清理，将 吸附在叶片上的石蜡全部清理干净，并与新增叶 片组合安装。 改造目标：①分离器可以１００％移除直径 ８ ｍ及其以上尺寸的液滴；②分离器人口到出口 的压降＜６．０ ｋＰａ，叶片自身压降＜１．０ ｋＰａ；③分 离器可在操作工况的５０％～１ １０％负荷下正常运 行；④每ｌ ０００ ｍ （标态）合成气中夹带甲醇量为 ０．９５ ｋｇ的液相甲醇。 ５．２改造效果分析 通过实施技术改造后，２台甲醇分离器气相 出口的甲醇含量明显降低。经计算，甲醇分离器 气相出口的液相甲醇含量降低至０．６９％（体积分 ２７ 数），即每１ ０００ ｍ （标态）合成气中夹带甲醇量 为０．８９ ｋｇ的液相甲醇，达到了预期的改造目标。 在投用甲醇分离器内件后，有效地改善了甲 醇合成系统反应状况，甲醇合成系统各项工艺指 标趋于合理。另外，投用２台甲醇分离器之后，甲 醇合成系统弛放气的排放量明显降低，可降低弛 放气排放量２２ ０００ ｍ ／ｈ；在相同的生产负荷情况 下，循环气压缩机的运行负荷降低了２０％。与此 同时，在技术改造投用后，甲醇合成系统实现了满 负荷生产，甲醇产量屡次突破设计最高值，并且减 少了合成系统合成气排入火炬的气量，实现了环 保达标，有效地提高了企业的整体竞争力。 ６结语 对于大规模甲醇生产装置而言，由于生产消 耗大，各系统关联性较强，因此甲醇合成反应的影 响因素较多。对于包头煤化工１ ８００ ｋｔ／ａ甲醇合 成生产装置，选择高效甲醇分离器内件，提高甲醇 分离器的分离效率，可降低甲醇合成塔人口的甲 醇含量，有效提高甲醇产率，对降低甲醇合成生产 装置的生产消耗具有显著作用。本生产装置通过 实施高效分离器内件技术改造，在生产中取得显 著效果，因此在现有大规模甲醇生产装置中具有 较好的推广及借鉴价值。 参考文献 ［１］吴秀章．煤制低碳烯烃工艺与工程［Ｍ］．北京：化学工业出 版社，２０１４． ［２］ 杜景龙．统计指标——探讨“甲醇综合能耗”计算［Ｊ］．数字 石油和化工，２００７（３）：５７—５８． ［３］张士金，李锦．高效分离器在６Ｏ万吨甲醇装置中的应用 ［Ｊ］．煤矿现代化，２０１３（１）：５１－５３． （收稿日期２０１７—０１—１０） （上接第１７页） 目改造回收期约１３个月。 ４结语 本次改造主要从余热回收利用的方面进行考 虑，主要是原系统内余热在本系统内消耗，对其他 系统不产生任何的影响，同时通过对余热的利用 降低了系统内循环水的用量，并降低了循环水系 统的负荷，节省循环水系统的电耗及水耗，属于系 统节能性技术改造，在行业范围内具有很好的推 广作用。 （收稿日期２０１６—０４．１３） 欢迎订阅 欢迎投稿 欢迎刊登
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