小氮肥第３９卷第１Ｏ期２０１１年ｌ０月 １３ ＣＯ２汽提法尿素装置的改造总结 张刘亮 （安徽昊源化工集团有限公司 阜阳２３６０００） ０ 前言 分离工况下，有利于提高气体从液体中逃逸，以避 免夹带；在吸收工况条件下，增加气液接触机会， 安徽吴源化工集团有限公司（以下简称吴源 扩大液膜传质面积。该高效翅片式塔盘，除具有 公司）尿素装置采用Ｓｔａｍｉｃａｒｂｏｎ公司的ＣＯ 汽提 防止轴向返混的作用外，能强化径向混合。该新 工艺。自装置投产以来，ＣＯ 汽提工艺操作弹性 型高效翅片式塔盘利用罩帽顶部装有的旋转型翅 大、运行稳定等优点都得到了充分体现，但尚存在 片，使通过翅片的气体达到一定的旋转速度，并转 不足之处，导致尿素的氨耗、蒸汽耗、ＣＯ：转化率 变为径向的圆周运动。与其它各种仅能防止轴向 未能达到最佳指标，进一步改进的空间仍很大。 返混作用的塔盘相比，该塔盘不仅将塔盘上的气 近年来，吴源公司通过优化工艺、技术改造取得了 相流与液相流分开运动，以减少轴向返混；并且可 良好的节能效果。 强化气液接触，使塔内气液两相每经过１层高效 １ 普通塔盘改成新型高效翅片式塔盘 塔盘，气液之间都进行重新分布，改善气液相的质 热平衡状态，加快ＣＯ 气体在液相中的溶解速 尿素合成塔塔盘形式的选择相当重要，如果 度，促进氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应，达到减 选用了最佳形式塔盘不仅可以使ＣＯ 转化率提 少返混、高效吸收的目的。通过改造尿素合成塔 高、汽提塔蒸汽耗量下降，而且可以使全系统工艺 塔盘、调整塔内反应结构区域，使尿素生成反应按 得到优化。 照活塞状态上移，能最大限度解决合成塔内物料 （１）原尿素合成塔塔盘采用普通塔盘，随着 返混，提高气液接触的比表面积，从而达到提高 生产负荷的逐渐提高，物料返混渐趋严重，由塔壁 ＣＯ 转化率的目的。 效应导致产生内环现象，使物料停留时间延长、 （３）将合成塔原有塔盘改为高效翅片式塔盘 ＣＯ 转化率降低、物料消耗升高。 后，合成塔运行稳定，塔内气相和液相传质、传热 （２）新型高效翅片式塔盘是一种利用气体动 充分，合成塔运行温度为１８２～１８３ ｏＣ，达到设计 能进行强化分离和吸收的动态塔盘；其特殊的翅 工艺指标要求。改造前、后合成塔运行情况对比 片式结构将运动中的气体能量加以充分利用，在 见表Ｉ。 表１ 改造前、后合成塔运行情况对比 ２ 改造精馏塔分离段及内件结构 塔分离段简体直径偏小（ １ ３００ ｍｍ），造成气体 通过时流速过大（２．３２ ｍ／ｓ），超出气液相流体带液 （１）改造前，精馏塔出气温度高且有带液现 临界速度（２．Ｏ０ ｍ／ｓ），导致精馏塔气相容易带液。 象。原因：①喷头设计不合理，相对于流体流速，喷 （２）改造情况：①喷头夹角改为６０。，使喷出 头喷出夹角不合适（５ｏ。），造成尿液喷洒不均匀，气 液体均匀、喷洒半径大，气液相换热效果好。②将 液相接触不充分，精馏塔气相出口温度偏高，返回 精馏塔分离段筒体直径由 １ ３００ ｍｍ扩大至 高压系统物料中水含量高，造成消耗偏高。②精馏 １ ５００ ｍｍ，增大气体通道，降低气体流速，简体 １４ 直径扩大后，流速降至１．７４ ｍ／ｓ；同时增加了填 料装填量，使气相与液相充分传质、传热。 改造后，精馏塔运行稳定，无气相带液现象； 气相出口温度由１３０℃降至１１６℃，大大降低了 气相出口水含量，使进入系统的水量降至最低，提 高了合成转化率。 ３ 解吸塔由板式塔改为高效规整填料塔 （１）改造前，由于解吸塔采用普通板式塔盘， 在生产中（尤其在夏季）经常出现下列现象：①大 量氨水无法消化分解，系统组分较难平衡。②解 吸塔操作压力高（０．４５ ＭＰａ）、锯吸效果差，且经 常出现塔盘蓬液、气相带液现象，影响低压回收系 统的稳定。③废液排放时有氨含量超标现象。 （２）改为高效规整填料塔有如下优点：①生 产能力大。板式塔与填料塔的流体流动和传质机 理不同，板式塔的传质是通过上升的蒸气穿过板 上的液池来实现；填料塔的传质是通过上升的蒸 气和靠重力沿填料表面下降的液体逆流接触实 ．现；若塔内件设计合理，填料塔的牛产能力一般均 高于板式塔。②分离效率高。塔的分离效率决定 于被分离物系的性质、操作状态以及塔的类型及 性能。现有的各种板式塔，包括最常用的筛板塔 及浮阀塔，理论级数最多不超过２级／ｌｑｌ，而工业 填料塔理论级数最多可达ｌ０级／ｍ以上，因而对 于需要较多理论级数的分离操作而言，填料塔无 疑是最佳的选择。③压力降小。由于填料空隙率 较大，故其压力降远远小于板式塔。一般情况下， 板式塔压力降高出填料塔５倍左右。压力降减小 意味着可降低操作压力，在大多数分离物系中，操 作压力下降会使相对挥发度上升，对分离十分有 利。对于新塔，可以大幅度降低塔高，减小塔径； 对于老塔，可以减小回流比，以求节能或提高产量 与产品质量。④操作弹性大。操作弹性是指塔对 负荷的适应性，塔正常操作负荷的变动范围越宽， 则操作弹性越大。由于填料本身对负荷变化的适 应性很强，而板式塔的操作弹性则受到塔盘气液 比、雾沫夹带及降液管能力的限制，一般操作弹性 较小。⑤持液量小。持液量是指塔在正常操作时 填料表面、内件或塔盘上所持有的液体量。它随 操作负荷的变化而有增减。填料塔的持液量一般 小氮肥第３９卷第１Ｏ期２０ｌ１年ｌＯ月 小于６％，而板式塔则高达８％～１２％。 （３）结合实际情况，选用ＪＸ－２５０Ｙ型高效规 整填料。该填料在整个塔截面上呈几何形状规 则、对称、均匀，它规定了气液流走向，改善了沟流 和壁流现象，压力降可以很小。在相同的能量和 压力降下，与散装填料相比，可以安排更大表面 积，因此效率高。 （４）改造后效果：①解吸能力增强，解吸系统 除消耗尿素系统产生氨水外，另增加外来氨水，生 产能力增加了２０％。②消除解吸气相带液，解吸 塔操作压力由０．４５ ＭＰａ降至０．３０ ＭＰａ。③解吸 废液中氨质量分数由０．０５％下降至２×１０一、尿 素质量分数由０．３３％下降至１．５×１０～，日增产 尿素１～２ ｔ。解吸废液达标排放，解决了环境污 染问题 ４ 蒸发系统增加水力喷射器 吴源公司尿素蒸发系统原采用０．８ ＭＰａ蒸汽 喷射抽真空，蒸汽消耗高，喷射后的蒸汽和带出的 氨全部排人大气中，既造成了浪费，又污染了环 境。为此，决定将蒸汽喷射器改为水力喷射器。 （１）水力喷射工艺流程：原一段、二段蒸汽喷 射器不作改动，在一段蒸发冷却器气相出口和二 段蒸发冷凝器气相出口处各安装１只阀门。新安 装２台水力喷射器，喷射后的液体与气氨混合后 进入循环槽循环使用，当循环液中氨质量分数上 升５％～８％时，由溢流口溢流至氨水槽作为解吸 液回收利用，然后补充软水循环。 （２）运行效果：①蒸发系统一段真空度≥ 一０．０７０ ＭＰａ（表压），二段真空度＞一０．０９５ ＭＰａ （表压），完全满足工艺指标，真空度好于蒸汽抽真 空。②蒸发系统运行稳定，因不再使用中压蒸汽， 蒸发系统不受蒸汽波动的影响，能够保证产品质 量；根据２０１０年６月统计，产品一等品达标率 １００％、优等品达标率９９％，质量有明显提高。 ③通过技术改造，尿素装置的生产能力进一步提 高，正常情况下，日产尿素１ １００ ｔ左右，最高日产 达１ ２００ ｔ左右。④吨尿素可节约蒸汽３６～４０ ｋｇ， 扣除喷射循环泵７５ ｋＷ的电耗，仅此１项年节约 费用２２４万元；另外，可回收氨１９８ ｔ／ａ，节约资金 ４５万元，经济效益可观。 小氮肥第３９卷第１０期２０１１年ｌ０月 ｌ５ 蒸汽再沸器的综合利用 高晓静 （山东兖矿鲁南化肥厂 ０ 前言 堵塞设备和管道，这部分冷凝液被送至冷凝液汽 提工序。ＮＨＤ脱硫再生是利用蒸汽再沸器加热 山东兖矿鲁南化肥厂２４０ ｋｔ／ａ合成氨净化装 ＮＨＤ富液，解析出浓度较高的Ｈ ｓ，得到再生 置于２００８年投产运行。氨净化系统主要是把德 度≤１０ ｍｇ／Ｌ的贫液供吸收使用。 士古气化炉来的３．８ ＭＰａ水煤气经过中串低全变 换、ＮＨＤ脱硫、脱碳及甲烷化后制得的合格精制 １ 改造前ＮＨＤ脱硫再生流程 气送往氨合成工序。在氨净化变换工序中，从变 再沸器是一种能够交换热量且有汽化空间的 换气分离出的冷凝液有２种：①高温变换冷凝液， 特殊换热器。热虹吸式再沸器依靠塔釜内的液体 即由煤气水分离器、第１水分离器、第２水分离器 静压头和再沸器内两相流的密度差产生推动力形 分离出来的冷凝液，温度在１４０～２１０ ｏＣ，含有极 成热虹吸式运动。在再沸器中的物料液位和分馏 少量的氨氮，因此可直接送至气化工段磨机；②低 塔液位在同一高度，从塔底线提供液相进入到再 温变换冷凝液，即第３水分离器分离出的冷凝液， 沸器中。通常在再沸器中有２５％～３０％的液相 温度为３０ ｃ（＝，含有大量的氨，容易发生铵盐结晶， 受热膨胀甚至汽化，密度变小，从而离开汽化空 ５ 一段、二段蒸发分离器气相管增加高 壁进行环向冲洗，能有效地清除积聚的缩合物；为 效环型喷射器 了防止冲洗水量过大而影响生产工艺指标和破坏 系统水平衡，在冲洗管路上安装流量计，操作时根 （１）吴源公司三期尿素生产装置自投产以 据流量进行控制；同时设计２路冲洗水源：１路来 来，蒸发分离器及气相出口管内缩合物结垢较严 自低压吸收塔给料泵的工艺冷凝液，用于正常生 重。装置运行时，一段的压力控制在２４～３３ ｋＰａ、 产冲洗，不会破坏系统水平衡；１路来自蒸汽冷凝 温度为１２５～１３０℃；二段的压力控制在４ ｋＰａ、 液，可以用于停车时大量冲洗置换。生产中每２ ｈ 温度为１３８～１４０℃。在该反应条件下，蒸发分离 冲洗１次，因除垢速率超过结垢速率，使设备和气 器及气相管内气相夹带的尿素很容易发生缩合反 相管内不易结垢，保证了生产连续稳定运行。 应而生成缩合物，从而积聚在二段分离器的内壁 （３）蒸发二段分离器采用冲洗防垢技术改造 和气相出口管上。随着缩合物在二段分离器的内 后，运行期间再未发生过分离器出气口堵塞现象， 壁和气相出口管的不断累积，气体通道逐渐变小 使装置运行更稳定，减少了因缩合物积聚而系统 甚至完全堵塞，造成真空度低、产品质量不合格， 停车，避免了人工人塔清垢，节约了维护费用。 严重影响装置的稳定正常运行。经常造成非计划 停车清洗，人工人塔清垢，存在严重安全隐患。 ６ 结语 （２）根据一段、二段蒸发分离器及其气相管 经过上述改造，尿素装置运行平稳，各项经济 的特点，自行设计了一种高效环型冲洗喷头，采用 指标基本上达到或接近设计值，特别是尿素合成 ３２ ｍｍ的不锈钢管弯制而成， ３２ ｍｍ的不锈 塔塔板改造和蒸发系统水力喷射器的使用，为吴 钢管在环周上每间隔３０ ｍｍ钻１个 ６ ｍｍ的小 源公司带来了较大的经济效益。 孔。此结构喷头可以围绕气相管道内壁和设备内 （收稿日期２０１１－０８—１９）
