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WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司1安徽泉盛化工有限公司尿素装置技改工程技术方案中国五环工程有限公司二零一七年六月武汉WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司2目录第一章概述第二章生产规模和产品规格2.1生产规模2.2产品规格第三章技改工艺技术方案3.1技改工艺技术概况3.2技改工艺方案的选择3.3主要节能措施3.4技改涉及的主要新增设备3.5经济技术指标3.6技改后对原生产装置的影响3.7技改后对产品质量的影响第四章原料供应第五章装置布置第六章投资估算及设计进度计划第七章经济效益分析WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司3第一章概述安徽泉盛化工有限公司目前有一套设计日产1400吨尿素装置，采用改进型CO2汽提法工艺，消耗较高，为了降低消耗，准备进行节能改造。这套装置的核心设备汽提塔、合成塔和高压冷凝器等与其它类似规模日产1000吨装置的设备参数一样。本次技改的主要目的是以相对较低的改造投资来降低单位尿素产品的蒸汽消耗，降低了运行成本，增加企业的盈利能力。WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司4第二章生产规模和产品规格2.1生产规模改造前后的规模如下表：设计产能t/d改造后产能140010002.2产品规格造粒塔造粒，产品规格满足GB2440-2001农用优等品规格。WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司5第三章技改工艺技术方案3.1技改工艺技术概况工业化尿素生产是以CO2气体和液氨为原料，经过高压合成和中压或/和低压分解回收以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。目前，国内外尿素装置生产工艺主要有如下几种：荷兰斯塔米卡邦(Stamicarbon)CO2汽提法工艺、意大利斯那姆(Snamprogetti)氨汽提法工艺、日本TOYO的ACES21工艺、瑞士卡萨里(Casale)高效合成工艺、水溶液全循环法工艺等。其中，以CO2碳汽提工艺和氨汽提工艺最具竞争力，国内尿素市场的汽提法尿素装置中，二氧化碳汽提法尿素装置占约占所有汽提法尿素产能的80%以上，且大部分是传统的CO2汽提法工艺流程。传统的CO2汽提法工艺流程为，原料氨及CO2经增压后送入尿素合成塔(压力14~14.5MPaA)合成尿素，出尿素合成塔含甲铵的尿素溶液经高压分解回收（压力14~14.5MPaA）、低压分解回收（压力0.3~0.4MPaA）以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。高压分解采用压力为2.3MPaA的中压蒸汽加热，低压分解及真空浓缩则利用高压回收系统副产的0.45MPaA低压蒸汽加热。通常CO2汽提法工艺装置中，中压蒸汽(2.5MPaA)主要用于高压CO2汽提塔的加热及工艺冷凝液处理系统的尿素水解塔加热，其消耗为950~1000kg/t尿素左右，高压回收系统副产的0.45MPaA低压蒸汽除去系统自己使用外，约200kg/t尿素低压蒸汽需要外送出去。但由于副产的0.45MPaA低压蒸汽品位较低，一般难以利用，即使是注入到CO2压缩机蒸汽透平（蒸汽透平驱动），其效率也是很低的，有些工厂不得已将其放空，白白浪费掉了。目前国内外对CO2汽提法工艺装置进行的改造基本是围绕扩大产能而进行的，但是不节能或节能效果不明显，根据改造后生产能力的不同变化，改造技术方案也不同。1）单纯的节能改造WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司6对于传统的CO2汽提法工艺来说，能耗的最大部分的是中压蒸汽消耗，而中压蒸汽绝大部分是汽提塔消耗。因此，传统CO2汽提法工艺要降低能耗，应设法降低汽提法的蒸汽消耗，即降低汽提塔的操作负荷。通过设置串联中压段，可分流汽提塔的负荷，达到降低蒸汽消耗的目的。2）扩产20%~30%通过增加中压系统，可以很容易实现增产20%~30%，中压系统可以是串联（即在高压汽提塔和低压系统中间增加），也可以是并联（即将合成塔出液分流一部分负荷进入中压系统）。增加中压系统后，可以将增加的负荷在中压系统处理，对高压系统和低压系统的影响较小，改造方案简单，周期短见效快。由于增加的负荷主要在中压系统处理，可以实现增产的同时降低蒸汽消耗。由于高压圈副产的低压蒸汽压力较低，不能直接用作增加的中压系统的加热热源，所以，这种改造方式的蒸汽消耗降低受到一定的限制。3）扩产50%对于传统CO2汽提法尿素装置要扩产50%，原有的尿素合成塔和高压冷凝器能力明显不足，如果仍采用简单的采用中压分流方式，则高压合成系统的转化率大幅度降低，虽然可以达到增产50%的目的，但是消耗几乎不能降低。如果中采用中压分流的同时，对高压圈也进行改造，则可以实现增产和节能的双重目的。目前扩产50%的工业应用案例，比较有代表性的有：Stamicarbon使用池式冷凝器对氨汽提装置进行扩产50%改造，TOYO使用立式浸没式冷凝器对改良C法尿素中进行扩产50%改造。前者的改造方案，节能消耗不明显，而后者的改造方案同时实现量扩产和大幅度降低能耗的目的。由于Stamicarbon的池式冷凝器副产的低压蒸汽压力不高，而中压分解加热器采用传统的加热方式，分解需要的温度高于155°C，不得不采用0.9MPaA以上中压蒸汽（需由2.3MPaA中压蒸汽减压产生）加热，0.45MPaA低压蒸汽仍然不能合理利用，总的2.3MPaA中压蒸汽消耗仍然很高。TOYO的浸没式冷凝器可以副产0.6MPaA以上的蒸汽，WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司7可以作为中压分解加热器使用，故TOYO的使用浸没式冷凝器进行改造后的蒸汽消耗更低。五环公司的专利技术“高效合成、低能耗尿素技术”已在四川美丰绵阳项目取得成功应用，该技术的专利设备“全冷凝反应器”具有甲铵冷凝和尿素生成反应的双重作用，副产低压蒸汽达到0.6MPaA以上，可以用作中压分解加热器热源，从而易于实现扩产约50%且可实现能耗大幅度降低的改造目的，吨尿素产品的中压蒸汽消耗可降低约20%。3.2技改工艺方案本次拟改造的一套尿素装置，主要目的是以相对较小的改造投资来降低能耗，拟采用串联中压系统的技改工艺方案。具体改造方案描述如下：1）CO2压缩压缩机组不需要改造。2）液氨给料液氨给料系统增加1台高压液氨预热器，利用高调水作为热源，既可以回收高调水的热量，也提高了高压甲铵喷射器的抽吸能力，满足技改后的生产要求。3）高压圈技改后高压圈的流程不变，增加串联的中压系统后，汽提塔的负荷后移，返回高压圈的甲铵液量增大，高压甲铵喷射器的吸液量增加，通过提高高压液氨的温度，高压喷射器能够满足要求。高压圈其它部分不做改动。4）中压系统增加中压系统一是降低汽提塔的负荷，降低中压蒸汽消耗，二是适当降低低压系统的负荷。从汽提塔出来的尿素合成液经减压阀减压至1.8MPaG，送至降膜式中压分解器的上部精馏段，中压分解器使用中压蒸汽饱和器的冷凝液进行加热。离开中压分解器的尿液经减压后送至原精馏塔的上部，气相去新增的真空浓缩器，回收中压分解气的WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司8冷凝器，气液混合物在中压洗涤器下部进行分离，气相经减压后送至低压甲铵冷凝器，液相经高压甲铵泵送至高压圈。增加中压系统后，返回高压系统的甲铵液量增加，原有的高压甲铵泵，2开1备能够满足技改后的生产要求。5）低压系统精馏塔、循环加热器、低压甲铵冷凝器和低压调温水系统的能力能够满足技改后的生产要求，但是常压吸收塔的负荷偏重，尾气放空量大，氨耗增加，需要进行改造局部。增加一台低压洗涤系统，用解吸塔给料泵来的工艺冷凝液进行循环洗涤，洗涤后的洗涤液靠重力自流至低压甲铵冷凝器，低压甲铵冷凝器液位槽的气体先经过低压洗涤器洗涤后送至常压吸收塔。另外，根据目前实际运行情况，低压吸收塔出口去常压吸收塔的吸收液温度太高（60℃以上），造成进常压吸收塔上段后不但没有起到吸收效果，反而造成氨闪蒸，增加氨耗。本次技改增加一台常压吸收塔给料冷却器。6）真空浓缩技改后新增一台真空预浓缩器和分离器，利用中压分解气的冷凝潜热来加热尿液。增加真空预浓缩器后，一段蒸发器和一段蒸发分离器的负荷降低。更换二段蒸发器，由0.9MPaA蒸汽加热改为使用高压冷凝器副产的0.44MPaA蒸汽加热，可降低缩二脲生成量。将熔融尿素泵从地面移至二楼布置，可缩短熔融尿素泵进出口管道的长度，减少熔融尿素停留时间，降低产品中的缩二脲，提高产品质量，真空系统其它设备不需要进行改造。7）造粒造粒系统其它部分不需改造。8）水解解吸水解解吸系统能够满足生产需要，不需改造。9）蒸汽及冷凝液系统二段蒸发器改造后不需要0.9MPaA的蒸汽，从高压蒸汽饱和器出来的蒸汽冷凝液在中压蒸汽饱和器内闪蒸，提高中压蒸汽饱和器的操WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司9作压力至1.0MPaA，闪蒸出的蒸汽除了满足高压系统的伴热保温外，多余部分送至低压蒸汽系统。而中压蒸汽饱和器出来的蒸汽冷凝液用作新增的中压分解器的热源，热量被利用后再去低压蒸汽包。10）循环水系统技改后尿素装置循环水用量略有降低，循环水系统不需改造。3.3技改主要节能降耗措施1）增加中压系统技改增加中压段，增加中压后，高压圈汽提塔约~15%的热负荷可以移至中压系统。改造前汽提塔消耗的2.4MPaG饱和蒸汽约930kg/吨尿素，技改后吨尿素的2.4MPaG饱和蒸汽消耗减少约~130kg。2）改造二段蒸发器更换一台二段蒸发器，由原来的0.9MPaA饱和蒸汽加热，改为使用0.44MPaA饱和蒸汽加热，每吨尿素可直接减少~30kg的2.4MPaG饱和蒸汽消耗（改造前为满足二段蒸发需要的0.9MPaA蒸汽需要，需要向中压蒸汽饱和器中补充2.4MPaG蒸汽，正常负荷操作消耗约~30kg/吨尿素）。3）增加液氨预热器液氨预热器既回收高调水的热量，降低循环水消耗量或降低尿素装置循环水回收温度，也可多副产低压蒸汽。4）增加低压洗涤器增加低压洗涤器，减少了低压尾气量，降低了常压吸收塔的负荷，降低了氨损失。通过上述几种节能降耗的改造措施，每吨尿素总的2.4MPaG饱和蒸汽消耗可以降低约~160kg。3.4技改涉及的主要新增设备序号设备名称设备规格和材质备注1液氨预热器材质：碳钢，设备重：~2t新增一台WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司103.5经济技术指标尿素装置改造后每吨尿素产品的经济技术指标如下表：序号名称及规格单位数量备注1原料1.1液氨（以100%计）kg5692公用工程2.1蒸汽（2.5Mpa(A)饱和蒸汽）kg840比改造前减少160kg2.2电kWh比改造前增加2kWh2.3冷却水（△t=10℃）t比改造前减少4t2中压分解器材质：双相钢，设备重：~16.3t新增一台3中压洗涤器材质：316L,设备重：~7.5t新增一台4真空预浓缩器材质：316L,设备重：~6.2t新增一台5二段蒸发器材质：316L,设备重：~4.4t新增一台6低压洗涤器材质：304L,设备重：~1.2t新增一台7中压甲铵泵离心式，额定流量：30m3/h，扬程：250m，材质：316L新增两台8真空预浓缩分离器材质：304L,设备重：~8.5t新增一台9常压吸收塔给料冷却器材质：304L,设备重：~1.2t新增一台WUHUAN安徽泉盛化工有限公司中国五环工程有限公司113.6技改后对原生产装置的影响（1）对工艺的影响详见技改方案；（2）对装置水、电、蒸汽消耗的影响①对蒸汽及冷凝液的影响1）对2.4MPaG饱和蒸汽的液相改造前吨尿素消耗蒸汽约1000kg，改造后的消耗约为840kg，蒸汽消耗量降低约6.7t/h，对2.4MPaG蒸汽管网几乎没有影响。2）对输出低压蒸汽的影响改造后2.4MPaG饱和蒸汽消耗降低是因汽提塔负荷移至中压系统，高压圈副产低于蒸汽量降低，所以外送的低压蒸汽量减少约2.5t/h。3）对输出蒸汽冷凝液的影响技改后2.4MPaG饱和蒸汽消耗量减少，副产低压蒸汽量减少，中压分解气冷凝热用于一段蒸发，因此，低压蒸汽用量增加，外送蒸汽冷凝液的量减少约4.2t/h，对系统影响可忽略。4）对输出工艺冷凝液量的影响技改后产能不增加，则工艺冷凝液