王聰茂

降低尿素裝置氨耗的系列改造

王聰茂

（河南能源化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

針對(duì)尿素裝置氨耗高的問題，分析原因，采取一系列技改措施，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率，減少放空量，降低氨耗，達(dá)到降低成本和環(huán)境改善的目的。

尿素裝置；氨耗；技改

河南能源化工集團(tuán)中原大化公司尿素裝置是從意大利斯納姆公司成套引進(jìn)的，采用該公司開發(fā)的氨汽提法尿素生產(chǎn)工藝。該工藝技術(shù)在我國是首次引進(jìn)，本裝置于1990年5月5日建成投產(chǎn)，年產(chǎn)尿素520kt。經(jīng)過操作經(jīng)驗(yàn)積累，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)際生產(chǎn)中，噸尿素氨耗較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990—2010年，噸尿素耗液氨平均為0.578t，比設(shè)計(jì)平均偏高0.008t。2011年后采取一系列降低氨耗技改措施，成效顯著。

1　氨耗的組成

尿素生產(chǎn)的主要成本在液氨，占總生產(chǎn)成本的86%。合成的液氨消耗在以下部分：主要反應(yīng)生產(chǎn)尿素，理論計(jì)算每生產(chǎn)1t尿素消耗液氨0.567t液氨；其次是中壓放空和低壓放空，是氨損耗的重點(diǎn)，也是各個(gè)廠家技術(shù)改造的重點(diǎn)；再次就是造粒過程中形成的飄入大氣中的尿素粉塵；最后還有管線設(shè)備的跑冒滴漏。

2　系列技術(shù)改造

2.1新型吸收冷卻器的研發(fā)

低壓系統(tǒng)放空量大是引起尿素氨耗偏高的重要影響因素之一。從分析數(shù)據(jù)來看，低壓放空氣中的氨含量平均高達(dá)85%。針對(duì)“尿素低壓放空大，放空氣中氨含量高，噸尿素氨耗高，同時(shí)污染環(huán)境的問題”進(jìn)行攻關(guān)研發(fā)，研制成一種新型的吸收冷卻器，獲得了國家專利。

研發(fā)的新型吸收冷卻器技術(shù)首先于2011年底大修期間在低壓惰氣洗滌塔（C104）上應(yīng)用（見圖1），應(yīng)用后設(shè)備位號(hào)更名為CE104，兼具吸收和冷卻的功能，傳質(zhì)和傳熱同時(shí)進(jìn)行。增加吸收水噴淋裝置可使吸收水分布均勻，增加列管和循環(huán)水可使吸收熱及時(shí)帶走，列管內(nèi)裝填鮑爾環(huán)可增加吸收水和氣體的接觸面積，三種改變共同作用，使得吸收效果明顯增強(qiáng)。

圖1　C104改造為CE104前后對(duì)比

新型吸收冷卻器投用后，低壓系統(tǒng)的壓力可得到有效控制，指標(biāo)在可控范圍之內(nèi)，低壓放空氨含量降低至10%以下。優(yōu)化了蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)，低壓系統(tǒng)放空尾氣中的氨得到了回收，節(jié)省了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染。

2.2新型吸收冷卻器在中壓系統(tǒng)的應(yīng)用

正常高負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，特別是夏季高溫季節(jié)，中壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，中壓放空閥開度較大，放空氨含量較高，氨損失較大，按原始設(shè)計(jì)放空氨含量為0，而實(shí)際情況一般在20%左右，夏季高至50%，氨耗偏高且污染環(huán)境。為降低氨損失控制中壓系統(tǒng)壓力，2012年底大修時(shí)，運(yùn)用新型吸收冷卻器技術(shù)對(duì)中壓E111進(jìn)行改造（見圖2）。每根列管內(nèi)填充400個(gè)左右小鮑爾環(huán)，下部管口增加一個(gè)篩板，上管口上部（C103內(nèi)）堆積同樣鮑爾環(huán)（大小兩種）再用篩板固定，上部增設(shè)一個(gè)全方位脫鹽水噴頭。

圖2　新型吸收冷卻器技術(shù)運(yùn)用到中壓惰氣洗滌塔

改造后效果顯著，以同樣負(fù)荷維持同樣中壓壓力，中壓放空閥開度減小，放空氨含量降至10%以下，夏天沒有出現(xiàn)超壓的情況，周圍環(huán)境明顯改善。

2.3尿素合成塔改造

合成塔是尿素裝置中最重要的設(shè)備之一，已經(jīng)使用23a，襯里有明顯減薄現(xiàn)象，出現(xiàn)過泄漏；舊塔盤為篩板，轉(zhuǎn)化率低，導(dǎo)致汽耗和氨耗增加。2013年底大修時(shí)，在原合成塔基礎(chǔ)和外部結(jié)構(gòu)不做改動(dòng)的情況下，在合成塔原來的316L尿素級(jí)不銹鋼襯里基礎(chǔ)上增加新型材料25-22-2襯里，合成塔襯里厚度增加到10mm，原襯里得到合理利用；合成塔塔盤由傳統(tǒng)篩板式塔盤更換為徑流式新型塔盤，塔盤由12層增加為18層，塔

內(nèi)物料有傳統(tǒng)的軸向流動(dòng)改為在塔板上的徑向流動(dòng)，以克服原篩板的弊端，可以實(shí)現(xiàn)合成塔無返混現(xiàn)象，提高CO2轉(zhuǎn)化率。

改造后，合成塔轉(zhuǎn)化率提高3%，消耗明顯減少，噸尿素耗汽減少0.15t，噸尿素耗氨降低了3.4kg。

2.4低壓冷凝器循環(huán)水側(cè)改造

低壓冷凝器E108是4管程1殼程列管式換熱器，循環(huán)水單進(jìn)單出，流速慢，容易結(jié)垢，影響換熱，導(dǎo)致低壓壓力高，低壓放空量大。2014年9月檢修停車期間，循環(huán)水側(cè)改為雙進(jìn)雙出4管程，在下封頭中間加隔板，這樣減少了二次水的循環(huán)，增加了一次水的使用，更多的帶走工藝側(cè)碳銨液的熱量；上封頭在隔板兩側(cè)增設(shè)兩個(gè)排氣孔，保證頂部氣體排空，避免頂部積存惰氣影響換熱效果。（見圖3）

圖3　循環(huán)水側(cè)改造前后對(duì)比（虛線部分為新增）

低壓冷凝器循環(huán)水側(cè)改造后，在同樣工況下，殼程出口甲銨液溫度從46℃降為41℃，壓力由原來的0.46MPa降至現(xiàn)在的0.43MPa，放空量有大幅降低。

2.5跑冒滴漏的回收

隨著設(shè)備運(yùn)行周期的延長，跑冒滴漏不可避免，動(dòng)設(shè)備機(jī)封泄漏較為普遍，很難徹底解決。將所有機(jī)泵的泵座進(jìn)行接管引流，密閉回收，避免機(jī)封泄漏造成污染；靜設(shè)備及管線在消除漏點(diǎn)之前及時(shí)回收，減少氨損耗。改造后環(huán)保達(dá)標(biāo)率提高到95%。

3　實(shí)施改造后的效果

一系列的技術(shù)改造實(shí)施后，效果非常顯著，轉(zhuǎn)化率提高，氨耗、汽耗明顯降低，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，周邊環(huán)境得到改善。

3.1氨耗降低

改造前噸尿素氨耗為0.578t，系列改造后，春秋冬季節(jié)氨耗為0.570t，夏季為0.573t，年平均氨耗0.571t，年平均節(jié)省液氨3 500t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)中低壓放空量的減少，減少了環(huán)境污染，改善了周邊環(huán)境。

3.2轉(zhuǎn)化率提高

改造前用增加吸收水量的方法減少中低壓放空量，效果不好，但是增加了系統(tǒng)的加水量，影響了系統(tǒng)水平衡，造成水碳比提高，降低系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率，形成惡性循環(huán)。通過系列技術(shù)改造，減少放空量的同時(shí)也減少了系統(tǒng)的加水量，降低了水碳比，提高了轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率從55%提高到59%。

3.3蒸汽消耗降低

改造后，水碳比的降低，轉(zhuǎn)化率的提高，降低了蒸汽的消耗，蒸汽壓力得到有效控制，噸尿素蒸汽消耗降低0.2t，每年減少蒸汽用量100kt。

3.4裝置穩(wěn)定運(yùn)行

改造后，系統(tǒng)水平衡得到控制，轉(zhuǎn)化率的提高，增大了操作彈性，降低了操作難度，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，2015年實(shí)現(xiàn)兩個(gè)A級(jí)長周期100d。

4　下一步的措施

經(jīng)過一系列技術(shù)改造，氨耗有明顯下降，仍然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下一步就節(jié)能降耗繼續(xù)改造，造粒塔粉塵回收裝置已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，2016年6月進(jìn)行施工，改造后預(yù)計(jì)造粒塔頂部粉塵含量可以控制在25mg/m3以下；同時(shí)將加入高壓系統(tǒng)的鈍化空氣改為氧氣，提高原料氣的純度，減少惰氣含量，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率，減少中壓放空量，進(jìn)一步降低氨耗，目前正在設(shè)計(jì)中，2016年底前實(shí)施。

5　結(jié)束語

化工生產(chǎn)首要是運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)要不斷的優(yōu)化，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)施一系列技術(shù)改造，使裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定，降低消耗，降低成本，減少環(huán)境污染，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

Modification of Urea Plant to Reduce Ammonia Cnsumption

Wang Cong-mao

According to the problem of high consumption of ammonia urea plant，analyzes the reasons，to take a series of technical measures，improve the conversion rate of system，reduce venting quantity，lowering ammonia consumption，to reduce the cost and improve the environment.

urea plant；ammonia consumption；technical transformation

TQ441.41

A

1003-6490（2016）06-0002-02