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        CO2汽提法尿素裝置節(jié)能降耗改造

        2015-05-25 02:25:53
        氮肥與合成氣 2015年3期
        關(guān)鍵詞:常壓氨水冷凝器

        韓 亮

        (安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

        CO2汽提法尿素裝置節(jié)能降耗改造

        韓 亮

        (安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

        安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡稱中能公司)現(xiàn)有3套尿素裝置,第2套和第3套裝置都采用CO2汽提法尿素生產(chǎn)工藝。通過多年的摸索,積累了一些經(jīng)驗,對工藝設(shè)計也有了一些認識,在節(jié)能降耗方面也進行了一些改造。

        1 水解解析系統(tǒng)改造

        1.1 水解解析系統(tǒng)工藝流程

        解析給料泵將氨水槽的氨水加壓后,含有NH3、尿素和CO2的工藝冷凝液經(jīng)過解析換熱器送至第1解析塔,其流量根據(jù)第1解析塔的處理能力和氨水槽的液位高低由調(diào)節(jié)閥(FC-701)進行調(diào)節(jié),溫度由解析換熱器的副線調(diào)節(jié),控制在的117℃,從塔頂?shù)?塊塔板上進入第1解析塔。由調(diào)節(jié)閥(FC-704)進行調(diào)節(jié)的回流液進第1解析塔第1塊塔板,塔板溫度控制在115℃左右,盡可能降低第1解析塔氣相含水量,提高回流液含量。在第1解析塔中,用水解塔和第2解析塔來的氣體把冷凝液中的NH3和CO2汽提出來。出第1解析塔的液體中仍含有尿素以及少量的NH3和CO2,第1解析塔的液位用調(diào)節(jié)閥(LC-702)進行調(diào)節(jié)。第1解析塔的液體用水解泵將其加壓后經(jīng)水解換熱器再返回水解塔,水解塔塔底的操作壓力為1.96MPa(絕壓),操作溫度為215℃,停留時間保持在40min左右,采用2.50MPa(絕壓)高壓蒸汽直接加熱,蒸汽經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥(FC-702)送入水解塔底部。水解塔底部出來的液相經(jīng)水解換熱器后,通過液位調(diào)節(jié)閥(LC-703)排至第2解析塔頂部解析。在第2解析塔底部加入低壓蒸汽,使第2解析塔底部溫度控制在解析塔壓力下水的沸點,使出塔底部的廢液中尿素質(zhì)量分數(shù)<5× 10-6、氨質(zhì)量分數(shù)<50×10-6,經(jīng)解析換熱器和廢水冷卻器后排入循環(huán)水系統(tǒng)。第1解析塔頂部出來的氣體進入回流冷凝器進行冷凝?;亓骼淠鞯臍庖夯旌衔镞M入回流冷凝器液位槽進行分離,氣相經(jīng)調(diào)節(jié)閥(PC-701)進入常壓吸收塔,液相進入回流泵,加壓后一部分送到第1解析塔頂部調(diào)節(jié)解析塔出氣溫度,其余部分送入低壓甲銨冷凝器。回流液中w(NH3)為37%,w(CO2)為24%,結(jié)晶溫度為30℃;操作溫度選擇高于結(jié)晶溫度20℃,即50℃(設(shè)計值為57℃)。為了防止回流冷凝器內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶,不能將32℃左右的循環(huán)冷卻水直接送入回流冷凝器內(nèi),故在設(shè)計上采用半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)(圖1)。

        圖1 半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)流程

        由圖1可知:冷卻水自成系統(tǒng)進行循環(huán),溫水循環(huán)泵將水送進回流冷凝器的管側(cè),吸收熱量后返回到溫水循環(huán)泵進口。當水溫升高時,開大調(diào)節(jié)閥(TI-715),溫度升高后的部分循環(huán)水從系統(tǒng)流至循環(huán)水回水總管;同時,溫度較低的循環(huán)水補充至自循環(huán)系統(tǒng),自循環(huán)系統(tǒng)的水溫控制應(yīng)以回流冷凝器殼側(cè)不出現(xiàn)結(jié)晶為原則,一般控制在40~45℃。

        1.2 存在的問題及改造方案

        回流冷凝器殼側(cè)進氣溫度高達120℃,回流冷凝器管內(nèi)容易結(jié)垢,每年都要用高壓射流水槍清洗1次。原設(shè)計回流冷凝器采用U形管結(jié)構(gòu),U形管底端無法采用高壓射流水槍清洗,且清洗時脫落的污垢會積存在U形管底端,造成管徑狹窄,循環(huán)水流量降低,解析氣相不能全部冷凝,回流液溫度由正常時的60℃左右升高至75℃,回流冷凝器液位槽放空閥開度由15%增大至100%,有時還需開副線閥來增大放空量,造成大量氣氨放空,影響環(huán)境,浪費原料,消耗上升。

        改造方案:取消溫水循環(huán)泵,由半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)改為不封閉冷卻系統(tǒng)(圖2),冷卻水直接進入回流冷凝器,溫度調(diào)節(jié)閥(TI-715)安裝在回水管道上,通過控制進入回流冷凝器的冷卻水量來調(diào)節(jié)回流冷凝器出液溫度,使其達到55℃以上?;亓骼淠鹘Y(jié)構(gòu)由U形管改為列管式換熱器(用水溶液全循環(huán)法尿素裝置退役的一吸冷卻器進行利舊改造),能夠徹底清洗,可保證回流凝器長期運行,同時減少2臺溫水循環(huán)泵。

        圖2 不封閉冷卻系統(tǒng)流程

        1.3 改造效果

        改造后,回水溫度控制在55℃以上,回流液溫度為60℃左右,回流冷凝器液位槽放空閥開度減小15%左右,回流冷凝器無結(jié)晶堵塞現(xiàn)象發(fā)生。由于取消了溫水循環(huán)泵,每小時可節(jié)約用電50kW·h,年可節(jié)約電費20萬元左右;減少放空氨107t,節(jié)約費用30萬元左右。

        2 尾氣吸收系統(tǒng)改造

        2.1 改造前尾氣吸收系統(tǒng)流程

        改造前尾氣吸收系統(tǒng)流程見圖3。低壓系統(tǒng)放空氣和解析水解放空氣進入常壓吸收塔第2段填料下部,在常壓吸收塔上部填料段內(nèi)使用來自于0.4MPa吸收塔下液進行吸收。為了增大循環(huán)量和提高吸收效果,進入常壓吸收塔的吸收液用循環(huán)泵經(jīng)冷卻器冷卻后再次抽送至常壓吸收塔第2段填料上部進行循環(huán)吸收。在常壓吸收塔的中部設(shè)有溢流口,循環(huán)吸收后的液體由溢流口流至氨水槽。

        圖3 改造前尾氣吸收系統(tǒng)流程

        2.2 存在的問題及改造方案

        存在的問題:①0.4MPa吸收塔下液中氨含量較高(質(zhì)量分數(shù)可達12%以上),再進入常壓吸收塔易發(fā)生閃蒸現(xiàn)象,容易造成常壓吸收塔氣相帶液;②常壓吸收塔吸收液中氨含量已很高,再循環(huán)提濃會使常壓吸收塔吸收效果更差,低壓放空氣中CO2含量較高,常壓吸收塔的下液結(jié)晶溫度較高,達到55℃左右,在生產(chǎn)中時常發(fā)生結(jié)晶而造成管道堵塞,嚴重影響生產(chǎn);③常壓吸收塔下液管由倒U形管形成液封來控制液位,一旦塔壓力過高,液封就會沖破,引起塔內(nèi)空液位而造成常壓吸收塔氣體竄入氨水槽,沖破氨水槽液封,致使氨水槽大量冒氣,污染現(xiàn)場操作環(huán)境。

        改造方案(圖4):①常壓吸收塔由循環(huán)吸收改為常壓吸收泵抽氨水槽內(nèi)的氨水作為常壓吸收塔的吸收液,降低了循環(huán)吸收液的濃度,提高了吸收效果,避免出現(xiàn)結(jié)晶堵塞現(xiàn)象;②常壓吸收塔液位由倒U形管液封控制改為底部出液管上安裝調(diào)節(jié)閥控制,避免了因液位波動造成常壓吸收塔氣體竄入氨水槽,致使氨水槽液封沖破,大量冒氣污染操作環(huán)境的現(xiàn)象;③利用舊設(shè)備改造成尾氣吸收塔,對常壓吸收塔尾氣再次吸收,使用軟水作為吸收液,最大限度地降低了尾氣中的氨含量,減少了放空損失。

        圖4 改造后尾氣吸收系統(tǒng)流程

        2.3 改造效果

        改造后,適當減少0.4MPa吸收塔下液的加入量,避免常壓吸收塔上段填料發(fā)生帶液現(xiàn)象。常壓吸收塔循環(huán)吸收液中CO2質(zhì)量分數(shù)由15%降至8%,再無管道堵塞現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)系統(tǒng)負荷情況調(diào)整尾氣吸收塔軟水加入量,提高吸收效果。經(jīng)尾氣吸收塔再次吸收后,氨體積分數(shù)可降至0.5%以下,噸尿素可減少損失氣氨2kg。

        3 蒸汽冷凝液系統(tǒng)改造

        3.1 存在的問題及改造方案

        傳統(tǒng)CO2汽提法尿素裝置中,精餾塔加熱器、一段蒸發(fā)加熱器、二段蒸發(fā)加熱器產(chǎn)生的蒸汽冷凝液流入冷凝液槽,部分外送,部分補入低壓蒸汽飽和器,產(chǎn)生低壓蒸汽。冷凝液進入冷凝液槽后閃蒸出大量二次蒸汽,為了保護冷凝液槽周圍環(huán)境,閃蒸出的二次蒸汽由設(shè)置在冷凝液槽上方的閃蒸汽冷凝器冷凝后回流至冷凝液槽。此種流程不僅浪費了冷凝液的熱量,而且多消耗冷卻水。在實際生產(chǎn)中,由于設(shè)計不合理,閃蒸汽冷凝器標高偏低,時常有帶液現(xiàn)象,閃蒸出的二次蒸汽不能完全被冷凝,沖破冷凝液槽水封,嚴重影響周圍環(huán)境。

        改造方案(圖5):①增設(shè)鍋爐給水槽。精餾塔加熱器、一段蒸發(fā)加熱器的蒸汽冷凝液進入鍋爐給水槽,鍋爐給水槽與壓力較低的精餾塔加熱器之間設(shè)置平衡管,使鍋爐給水槽內(nèi)的壓力與精餾塔加熱器內(nèi)的壓力保持一致。用鍋爐給水泵將鍋爐給水槽內(nèi)的冷凝液送入低壓蒸汽飽和器,以增加高壓甲銨冷凝器產(chǎn)汽量;鍋爐給水槽內(nèi)冷凝液不足部分由蒸汽冷凝液泵抽蒸汽冷凝液槽內(nèi)的蒸汽冷凝液補充。②增設(shè)一段蒸發(fā)加熱器液位槽。二段蒸發(fā)加熱器內(nèi)的蒸汽冷凝液由直接進入冷凝液槽改為進入一段蒸發(fā)加熱器。為了保證一段蒸發(fā)加熱器內(nèi)的冷凝液能及時排出、避免積液現(xiàn)象,一段蒸發(fā)加熱器冷凝液的排出由疏水器改為液位槽控制。

        圖5 改造后蒸汽冷凝液系統(tǒng)流程

        3.2 改造效果

        根據(jù)相關(guān)設(shè)計,噸尿素在一段蒸發(fā)加熱器、二段蒸發(fā)加熱器、精餾塔加熱器處共冷凝810kg蒸汽冷凝液。改造前,冷凝液進入蒸汽冷凝液槽,在常壓下冷凝液降溫至100℃,焓值為419.1kJ/kg;改造后,鍋爐給水槽壓力在0.32MPa,蒸汽冷凝液焓值為610.6kJ/kg。100%正常生產(chǎn)負荷時,低壓蒸汽飽和器壓力為0.36MPa,水的焓值為2749.8kJ/kg,則噸尿素可多產(chǎn)0.36MPa飽和蒸汽56.4kg。

        4 結(jié)語

        中能公司第3套尿素裝置是在1000t/d裝置的基礎(chǔ)上通過工藝優(yōu)化及設(shè)備改造而成,最大產(chǎn)能為1400t/d;2011年投產(chǎn)后,通過加強管理、不斷優(yōu)化改造,實際產(chǎn)能達1550t/d,噸尿素氨耗572kg、噸尿素蒸汽消耗950kg,產(chǎn)品優(yōu)等品率95%,各項指標優(yōu)于同類裝置。

        2014-04-07)

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