04尿素装置技改工艺方案

湖北宜化浠水化工公司十三万吨尿素节能技术改造工程1武汉裕和远东化工科技有限公司尿素装置技改工艺方案涡阳远东化工机械有限公司彭本成李廷仁1概述该公司现有的尿素装置，系采用我公司设计的年产四万吨尿素通用设计，1994年5月建成投产，经改造后尿素装置能力已达日产尿素300吨。目前，对于全循环法尿素装置的改造，有几种工艺方案可选择，如我公司的二氧化碳气提高压圈技术、改良全循环法技术、意大利斯那姆公司的氨气提高压圈技术、瑞士卡萨里公司的高压圈技术等。根据各项技术的使用情况、技术要求以及该公司的实际情况，本次技改拟采用改良全循环法技术，以求少投入多产出，大幅节能的技改方案。本次技改主要集中在尿素合成、中压循环、蒸发造粒工序以及蒸汽冷凝液分级回收分级使用。2尿素装置技改方案2.1合成现有尿素合成塔容积为20m3，本次拟新增一台容积为20m3尿素合成塔，双塔并联操作。采用我公司开发的新型尿素合成塔盘改造原尿素合成塔，尿素合成转化率可达65%以上，根据其他同类型装置的实际生产情况及有关技术文献资料看，合成转化率每升高1%，中低压循环的负荷将减少10%。中低压循环负荷的降低意味着分解所需加热蒸汽减少和循环回收所耗电能的降低。2.2中压分解采用新型的自汽提式一分塔代替原预蒸馏塔，是改良全循环法技术的核心之一。该技术借鉴了二氧化碳气提尿素工艺和中压联尿尿素工艺的经验，目的在于提高一段分解的蒸汽利用率，从而实现节能的目标。一分塔设备直径φ1200mm，高约10000mm，汽提换热面积350m2。2.3中压吸收(1)一吸塔本次一吸系统改造的措施为：增加第二台一吸冷却器，增加一台板式换热器作软水冷却器。对于一吸塔关键要搞好鼓泡段的操作，因为95％的CO2吸收是在鼓泡段，而精馏段的能力很小，本次改造也是从这点考虑的。一吸塔鼓泡吸收可分为三个部分：一是一段蒸发器热能回收段；二是一吸冷却器；三是一吸塔底部鼓泡段，而这三部分的重点就是一吸冷却器。本次改造，一吸塔采用新工艺流程，该新工艺流程将一吸塔第九块塔盘的液体湖北宜化浠水化工公司十三万吨尿素节能技术改造工程2武汉裕和远东化工科技有限公司送到一吸冷却器，使一吸塔底部的鼓泡段全部移到一吸冷却器，这样可减少顶部回流氨的加入量，减轻精馏段的负荷，使其增产15%~20%。(2)一吸冷却器和软水冷却器目前只有一台一吸冷却器，换热面积79m2，一台软水冷却器，换热面积34m2。此次需增加第二台一吸冷却器，换热面积为150m2，与原一吸冷却器串联使用。较高温度脱盐水的热量需由冷却水移走，因此增加一台板式换热器替代原软水冷却器，换热面积为100m2。新增二台软水循环泵取代原有设备，其技术参数为Q＝300m3/h，H＝30m。(3)氨冷凝器现有氨冷凝器总换热面积为540m2，本次新增一台氨冷凝器，换热面积A=300m2，将现有的氨冷凝器（A）作为闪蒸冷凝器使用。2.4低压循环系统现有的二分塔φ700/φ600A＝70m2，能力明显不足，拟将替换下来的预蒸馏塔作二分塔使用，以满足改造后生产需要。本次新增一台二循一冷器，换热面积A=400m2，将原有的二循一冷作为二循二冷器使用，淘汰原有二循二冷器，这样改造后，低压系统可满足尿素改造后生产要求。2.5蒸发系统由于产量的大幅增加，现有蒸发系统能力不足，须作改进。新增一台闪蒸槽，规格为φ1000。更换一段蒸发加热器，规格为φ700，换热面积A上=40m2/A下=110m2。新增一段蒸发尿素洗涤装置，回收蒸发蒸汽中的尿素，使解吸塔出口废液中的尿素降到0.5%以下。更换二段蒸发加热器，规格为φ400，换热面积A=15m2。由于能力的扩大，原有的二段抽真空能力不足，为保证二段蒸发的真空度，本次改造在二段蒸发后增加升压器，使二段蒸发为三级喷射。2.6造粒现有造粒塔为φ9000，H＝70m，可满足日产450吨尿素生产能力。采用新型变频造粒喷头代替原造粒喷头，以降低造粒塔尾气尿素粉末含量高的问题。2.7蒸汽系统现有的蒸汽系统蒸汽压力为1.275MPa及0.39MPa。本次增加一台中压蒸汽膨胀槽，副产0.588MPa的蒸汽，用于解吸塔，使蒸汽冷凝液及蒸汽利用更趋合理。2.8主要动设备改造(1)二氧化碳压缩机根据实际生产中，众多产量较高(超设计值)的厂通过提高二氧化碳压缩机入口压力湖北宜化浠水化工公司十三万吨尿素节能技术改造工程3武汉裕和远东化工科技有限公司(一般可稳定在1000mmH2O柱表压)来实现增产，且能连续稳定运行，故此次改造CO2压缩机一入压力亦按1000mmH2O(表)计算。每吨尿素消耗定额为770kg(100%CO2计)进入尿素界区的原料气体工艺参数如下：CO2纯度95.7%(体积，加氧后)含氧量0.5%(体积)压力0.1113MPa(绝)温度≤35℃水蒸汽饱和度100%小时尿素产量18.75t/h(450t/d)据此，正常生产时原料CO2气体流量为：V=18.75×770×22.4×1×273.15+35×0.1013440.957273.150.1113-0.0056=8304.2m3/h=138.4m3/min该厂现有打气量为49m3/min的CO2压缩机两台，满负荷生产时两台全开。改造后增加一台95m3/min的CO2压缩机，电机功率1200kW。(2)液氨泵450t/d尿素时，进入液氨泵的液氨量为25406kg/h，温度为35℃，密度为587kg/m3，则液氨的体积流量为25406/587=43.3m3/h。原设计选用的两台液氨泵流量为20m3/h，电机功率132kW。此次改造新增一台液氨泵，流量为25m3/h，电机功率132kW，变频调速，同时将原液氨泵进行改造，更换电机改无极变速为变频调速。改造后正常生产时，两开一备。(3)一甲泵450t/d尿素时，进入一甲泵的一甲液量为23550kg/h，温度为90℃，密度为1060kg/m3，则一甲液的体积流量为23550/1060=22.2m3/h。原设计选用的两台一甲泵流量为12m3/h，电机功率110kW。此次改造新增一台一甲泵，流量为12m3/h，电机功率110kW，变频调速。改造后正常生产时，两开一备。(4)二甲泵与氨水泵湖北宜化浠水化工公司十三万吨尿素节能技术改造工程4武汉裕和远东化工科技有限公司原二甲泵与氨水泵体积流量均为3m3/h，满负荷生产时两台全开。本次增加二台9m3/h二甲泵，电机功率11kW，原二甲泵作氨水泵使用。(5)熔融泵熔融尿素体积流量为15.6m3/h，原通用设计熔融泵流量为10m3/h，扬程为69m，配7.5kW电机。应更换为流量20m3/h，扬程为82m，配变频电机，功率18kW，两台，一开一备。3改造前后消耗比较表6-1改造前后主要消耗比较表（吨尿素）序号名称规格单位消耗定额备注改造前改造后1冷却水≤32℃△t=6℃t1801502电kWh1701503蒸汽1.275MPa饱和t1.71.354氨t0.630.594工艺流程说明4.1二氧化碳压缩来自脱碳工段的二氧化碳气体温度35～40℃，压力0.1053MPa(绝)，纯度为95.7%(干基、体积)，含氧量0.5%(干基、体积)，经液滴分离器分离出液滴后进入CO2压缩机；经一、二段压缩到0.981～1.128MPa(绝)，冷却除油除水后送往CO2净化工序进行脱硫处理，净化气体返回CO2压缩机，经三、四、五段压缩到20.69MPa(绝)，约110℃，送往尿素合成塔。4.2CO2净化来自CO2压缩机二段出口的CO2气体，进入两个串联的脱硫槽，气体中的硫化物与脱硫剂作用，从0.15g/m3(标)被脱至0.01g/m3(标)以下,出脱硫槽的净化气体去CO2压缩机三段入口。当脱硫剂中硫含量达到约20%(重量)时，启用备用的脱硫槽，并对原脱硫槽中的脱硫剂进行更换作备用。4.3氨的输送和尿素合成来自冷冻工段液氨贮罐的t≤30℃、P≥2.06MPa(绝)的原料液氨经氨过滤器过滤将液氨送入系统。在控制盘上由流量记录器记录进入系统的原料氨量。经液氨过滤器的液氨送入液氨缓冲槽的原料室中。由中压循环系统返回的液氨，进入液氨缓冲槽的回流室。一部分作为一吸收塔的回流氨。多余的液氨流过溢流隔板进入原料室，与新鲜原料氨混合。原料液氨与溢流液氨汇合后，从液氨缓冲槽原料室进入高压液氨泵，高压液氨泵将液氨加压到20.69MPa(绝)后去液氨预热器，被蒸汽冷凝液加热至70℃湖北宜化浠水化工公司十三万吨尿素节能技术改造工程5武汉裕和远东化工科技有限公司进入尿素合成塔。原料CO2气体、液氨、循环回收工序来的一甲液同时送入尿素合成塔底部，其组成NH3/CO2≈4、H2O/CO2≈0.65～0.7，在约19.71MPa(绝)，188℃的条件下合成。气液混合物自下而上经多块塔板，经足够的停留时间，约有65%的CO2转化为尿素。多块塔板可防止物料在塔内返混，形成类似几个串联的反应器。反应熔融物自塔顶排出。尿素合成塔压力由出口压力调节阀控制。4.4循环回收尿素合成塔的反应熔融物经出口压力调节阀减压至1.77MPa（绝）进入预分离器，在此分离出闪蒸气体后，溶液自流至一分塔蒸馏段，与一分加热器来的热气体逆流接触，进行传热蒸馏，使液相中的部分甲铵与过剩氨进一步分解，气化进入气相。同时气相中的水蒸汽部分冷凝，蒸馏后的尿液自上而下进入汽提管内，在蒸汽的加热作用下约88%的甲铵在此分解。预分离器分离出的气体去一吸冷却器。一分塔塔底排出的液相，经减压送往二分塔。来自一分塔的一段分解气与二甲液在热能回收器发生冷凝，放出热量用于加热尿液。热能回收器排出的气液混合物进入一吸冷却器的底部，在软水的循环冷却作用下，气体进一步发生冷凝，出一吸冷却器的气液混合物进入一吸塔，气相经鼓泡段鼓泡吸收后未吸收的气体进入精洗段被来自惰洗器的浓氨水与来自液氨缓冲槽的回流氨进一步精洗吸收，塔顶排出的约50℃，含CO2＜100ppm的气氨进入氨冷器(A)，部分气氨在此被冷凝下来流往液氨缓冲槽。出氨冷器(A)的气体经惰洗器的防爆空间后依次进入氨冷器(B)、氨冷器(C)，在此冷凝下来的液氨也流往液氨缓冲槽。未凝气送惰洗器，被来自二循二冷器的氨水吸收，尾气经减压送尾吸塔。惰洗器排出的约45℃氨水送往一吸塔顶部，一吸塔底部得到的90～95℃一甲液经一甲泵加压送往尿素合成塔。一分塔排出的尿液经减压至0.29～0.39MPa（绝）后，送入二分塔上部的填料段，与来自二分塔加热器段的气体逆流接触后进入加热段被蒸汽加热到135～140℃，尿液中残留的过剩氨与甲铵基本在此气化分解进入气相。出加热段的气液混合物经分离后，尿液减压送往闪蒸槽，气体经填料段后自二分塔顶排出，与来自解吸系统的解吸气混合后进入二循一冷器，被蒸发冷凝液吸收，生成的二甲液由二甲泵送往热能回收器。出二循一冷器的气体在二循二冷器内继续被蒸发冷凝液吸收，生成的氨水由氨水泵送往惰洗器，尾气去尾吸塔。惰洗器尾气与二循二冷器尾气混合后由尾吸塔底部进入，被来自尾吸泵的蒸发冷凝液吸收，生成的碳铵液送往碳铵液槽贮存，尾气通过放空总管放空。4.5尿液加工二分塔排出的尿液经减压至约0.044MPa（绝）后进入闪蒸槽，由甲铵冷凝热加湖北宜化浠水化工公司十三万吨尿素节能技术改造工程6武汉裕和远东化工科技有限公司热，在此分离为气液两相，约90℃，71%（重量），含氨0.6%（重量）的尿液排往一段蒸发器，在0.033MPa（绝）下，尿液经蒸汽加热段被加热到130℃，浓度约96%（重量）。在一段蒸发器分离段分离出的尿液去二段蒸发器，在0.0033MPa（绝），140℃下被浓缩到约99.7%（重量）的熔融尿素，经分离段分离后，熔融尿素由熔融泵送往位于造粒塔顶部的旋转喷头进行造粒，造粒塔底得到的成品颗粒尿素由胶带输送机送至包装楼包装。当蒸发系统操作不正常时，从闪蒸槽出来的尿液可暂时贮存在尿液槽中，等蒸发造粒系统操作正常后，由尿液泵送入一段蒸发器。一段蒸发气经尿素洗涤系统回收尿素后，与闪蒸气汇合送至一段蒸发冷凝器冷凝，两者压差靠阀门调节。一段蒸发冷凝器未凝气由一段蒸发喷射器抽至放空总管放空。二段蒸发气经升压器抽至二段蒸