李法金

(安徽晉煤中能化工股份有限公司， 徽省臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司有3套尿素裝置，其中1#尿素系統(tǒng)采用水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)工藝，2#尿素系統(tǒng)和3#尿素系統(tǒng)采用二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)工藝。2#尿素系統(tǒng)運行一段時間后，精餾蒸發(fā)系統(tǒng)存在工藝指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計要求、蒸汽使用不合理、產(chǎn)生解吸廢液多等現(xiàn)象，需要對該系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 尿素精餾蒸發(fā)系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀

1.1 二段分解系統(tǒng)

目前，精餾塔頂加熱器換熱器面積F為132 m2，富余量較小。在日產(chǎn)750 t尿素負(fù)荷下，加熱蒸汽壓力控制在上限(0.65 MPa)時，精餾塔頂加熱器出口尿液溫度只有123 ℃，設(shè)計溫度為135 ℃。精餾塔頂加熱器原設(shè)計用自產(chǎn)的0.35 MPa蒸汽對尿素溶液進(jìn)行加熱，實際采用1.3 MPa外來蒸汽，存在著蒸汽利用不合理現(xiàn)象。

1.2 一段蒸發(fā)加熱器

一段蒸發(fā)加熱器運行效果差，在蒸汽閥門全開的情況下，一段蒸發(fā)加熱器蒸汽壓力控制在上限(0.35 MPa)，出口尿液溫度只有118 ℃，低于指標(biāo)(125 ℃)。

1.3 蒸發(fā)真空系統(tǒng)

蒸發(fā)真空系統(tǒng)采用蒸汽為動力抽真空，蒸汽抽真空后冷凝形成氨水，然后送解吸系統(tǒng)用蒸汽進(jìn)行解吸回收氨，解吸后的廢液排到總排污口。在日產(chǎn)750 t尿素負(fù)荷下，4臺蒸汽噴射器消耗0.35 MPa蒸汽4 t/h,即產(chǎn)生4 t/h氨水。這些氨水在解吸系統(tǒng)解吸時又要消耗蒸汽1.2 t/h,總計在此產(chǎn)生5.2 t/h解吸廢液。

2 改造方案

2.1 精餾塔

原精餾塔頂加熱器直徑D=1 000 mm、F=132 m2、換熱管數(shù)量為764根、換熱管長度為2 309 mm。計劃更換為D=1 000 mm、F=195 m2、換熱管數(shù)量為764根、換熱管長度為3 309 mm的加熱器，比現(xiàn)役設(shè)備加長1 m。改造后使用自產(chǎn)的 0.35 MPa蒸汽；同時對精餾塔底加熱器進(jìn)行徹底清理，提高熱水進(jìn)出口溫差(>10 K)。改造后精餾塔出液溫度達(dá)到設(shè)計指標(biāo)(135 ℃)。

2.2 一段蒸發(fā)加熱器

分析一段蒸發(fā)加熱器出口尿液溫度低的原因，主要是加熱器內(nèi)壁結(jié)垢。該設(shè)備投產(chǎn)初期在日產(chǎn)750 t尿素負(fù)荷下，F(xiàn)=297 m2，因縮二脲含量高堵塞了一部分換熱管，使F減小到210 m2，加熱蒸汽壓力只要0.1～0.15 MPa就能保證溫度指標(biāo)。計劃采用高壓射水法對該設(shè)備進(jìn)行徹底清理，水壓要大于70 MPa,以保證清理效果。

2.3 真空系統(tǒng)

計劃將現(xiàn)役蒸發(fā)真空系統(tǒng)改造為水力抽真空系統(tǒng)，減少蒸汽使用。需要增加2臺水力噴射器、1臺蒸汽噴射器、2臺循環(huán)水泵、1臺循環(huán)水槽和1臺循環(huán)冷卻器，更換中間冷凝器。新增設(shè)備規(guī)格見表1。

表1 真空系統(tǒng)新增設(shè)備

3 改造效果

改造后如果按日產(chǎn)750 t尿素負(fù)荷運行，可以節(jié)約0.35 MPa蒸汽6 t/h, 少產(chǎn)生解吸廢液7.6 t/h，減小廢水排放壓力，同時也減小解吸負(fù)荷，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)。如果解吸負(fù)荷為15 t/h，則可以多回收合成氨產(chǎn)生的氨水，提高氨利用率。

二段蒸發(fā)分離器出口的二次蒸汽(壓力為0.003 MPa、 溫度為135 ℃)先進(jìn)入二段蒸發(fā)冷凝器用循環(huán)水冷凝，冷凝液入碳銨液槽，不凝性氣體進(jìn)入二段蒸發(fā)第一噴射器升壓到0.009 Pa后進(jìn)入中間冷凝器再次冷凝，冷凝的液體回收，不凝氣體進(jìn)入二段蒸發(fā)第二噴射器，被循環(huán)水泵來的氨水帶出，維持系統(tǒng)真空[1-2]。

一段蒸發(fā)分離器出口的二次蒸汽(壓力為0.013 Pa、溫度為125 ℃)首先進(jìn)入一段蒸發(fā)冷凝器用循環(huán)水冷凝，冷凝液入碳銨液槽，不凝性氣體進(jìn)入一段蒸發(fā)噴射器，被循環(huán)水泵來的氨水帶出，維持系統(tǒng)真空。

由循環(huán)水泵來的氨水經(jīng)過循環(huán)氨水冷卻器冷卻后分為兩路，一路進(jìn)一段蒸發(fā)噴射器，另一路進(jìn)二段蒸發(fā)噴射器。通過調(diào)節(jié)進(jìn)噴射器前閥門控制水壓，控制真空[3-4]。出噴射器的氨水分別進(jìn)入循環(huán)水槽,然后進(jìn)入循環(huán)水泵循環(huán)?？刂蒲h(huán)槽內(nèi)的氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6%,當(dāng)氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過6%時，通過循環(huán)水泵出口管線排到碳銨液槽，同時補入氨濃度低的二段蒸發(fā)冷凝液。

改造后的水力抽真空工藝流程見圖1。

1—二段蒸發(fā)分離器;2—二段蒸發(fā)冷凝器;3—升壓器;4—二段蒸發(fā)第一噴射器;5—原二段蒸發(fā)噴射器;6—二段蒸發(fā)第二噴射器;7—中間冷凝器;8—循環(huán)氨水冷卻器;9—一段蒸發(fā)噴射器;10—一段蒸發(fā)冷凝器;11—原一段蒸發(fā)噴射器;12—一段蒸發(fā)分離器;13—最終冷凝器;14—循環(huán)水槽;15—循環(huán)水泵A/B。

4 效益分析

精餾塔改造后使用0.35 MPa蒸汽，其出口尿液溫度為135 ℃，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。一段蒸發(fā)加熱器清洗后，其蒸汽壓力控制在0.1～0.35 MPa，出口尿液溫度達(dá)到指標(biāo)要求(125 ℃)。改造后每小時循環(huán)水泵消耗電能為75 kW·h，電價按0.42元/(kW·h)計算,每小時電費為31.5元。改造后,實測節(jié)約蒸汽3.7 t/h,蒸汽價格按80元/t計，每小時節(jié)約費蒸汽費用296元，去掉所消耗的電費，每小時節(jié)約費用264.5元，同時少產(chǎn)生解吸廢液7 t/h，減小廢水排放壓力。

5 結(jié)語

經(jīng)過改造及運行效果分析，各項工藝參數(shù)達(dá)到了設(shè)計要求，節(jié)約了蒸汽，回收了尾氣中的氨，對環(huán)境保護(hù)起到了關(guān)鍵的作用，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。