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高效合成塔盤在水溶液全循環(huán)法尿素裝置中的應用

張韌劉振勤姚克亮

(安徽昊源化工集團有限公司安徽阜陽236023)

0前言

安徽昊源化工集團有限公司(以下簡稱昊源公司)現(xiàn)有4套尿素生產裝置，年生產尿素約1 500 kt，其中1#和2#裝置采用水溶液全循環(huán)工藝，3#和4#裝置采用CO2汽提工藝，1#～4#裝置年生產能力分別為200，400，300和500 kt。2#尿素裝置于2006年年底單塔開車投產，2008年轉入雙塔生產，運行中一直存在蒸汽消耗偏高的問題。鑒于4#尿素裝置使用浙江工業(yè)大學化工設備有限公司新型高效塔盤內件后轉化率明顯提升、物料消耗降低，昊源公司決定對2#尿素裝置1#合成塔塔盤進行改造。該改造項目于2014年10月進行，安裝改造歷時1個多月；裝置于2014年12月開車運行，即達到了節(jié)能降耗的目的。1#合成塔投產運行至今，運行穩(wěn)定，物料消耗下降。

1主要技術創(chuàng)新

尿素合成塔塔內設置28塊高效尿素合成塔盤(原為28塊泡罩塔盤)，塔盤開孔率自下而上為2.5%～0.7%不等。上升的氣、液兩相在波形塔盤上進行氣液分流(圖1)， 介質的液相從波谷開設的液相孔與環(huán)向間隙通過，介質的氣相從波峰開設的氣相孔以較高的速度射出后進入上一層塔盤的液相中，強化了氣液接觸。

圖1　高效波形塔盤局部結構

介質通過高效波形塔盤時，氣相和液相分道，流動穩(wěn)定，傳質效率較傳統(tǒng)塔盤有明顯提高。高效波形塔盤結構產生的小氣泡增大了比表面積，且分布更均勻，有利于提高傳熱和傳質的效率。每個反應區(qū)內物料自下而上通過塔盤，使相鄰的多個小反應室的物料避免因密度差而引起回流，從而提高尿素的濃度梯度、減少返混。此高效波形塔盤較傳統(tǒng)塔盤的結構氣液混合效果更好，且制造相對容易。

圖2　高效波形塔盤整體結構

高效波形塔盤整體結構見圖2。

2技術綜合比較

對采用傳統(tǒng)合成塔盤的2#尿素裝置2#合成塔和采用新型高效塔盤的2#尿素裝置1#合成塔的轉化率及單開1#和2#合成塔時的數(shù)據(jù)對比。

(1) 1#合成塔停車檢修，更換塔盤，單開2#合成塔運行1周(表1)，噸尿素平均氨耗543 kg、平均汽耗1 383 kg。

表1　單開2#合成塔1周運行數(shù)據(jù)

1#合成塔檢修結束后，開1#和2#合成塔的CO2轉化率對比見表2。

(2) 2015年3月，因生產負荷調整，2#合成塔停車備用，單開1#合成塔運行1周(表3)，噸尿素平均氨耗542 kg、平均汽耗1 331 kg。

由1#與2#合成塔對比數(shù)據(jù)可以看出，采用新型合成塔塔盤后，CO2轉化率提高了約2.0%，噸尿素平均少用液氨約1 kg、蒸汽約52 kg，節(jié)能效果顯著。

表2　開1#和2#合成塔的CO2轉化率對比　%

表3　單開1#合成塔1周運行數(shù)據(jù)

3結語

昊源公司本次改造通過采用浙江工業(yè)大學化工設備有限公司新型高效波形合成塔盤，不僅提高了CO2轉化率約2.0%，而且增加了裝置操作彈性和生產能力，使裝置運行更加安全、穩(wěn)定；同時，由于中、低壓系統(tǒng)負荷得以減輕，中、低壓系統(tǒng)放空量明顯減少，一吸塔操作彈性增強；減少了氨損失，蒸發(fā)和水解系統(tǒng)負荷也得以減輕，系統(tǒng)噸尿素氨耗、汽耗均降低，達到節(jié)能降耗的目的。單開2#合成塔時，碳銨液中氨質量分數(shù)為6%左右；而單開1#合成塔時，碳銨液中氨質量分數(shù)為5%左右。

收稿日期(2015- 10- 14)