蘇永輝,王勝堂,樊會會

(兗礦新疆煤化工有限公司, 烏魯木齊 830000)

1 合成塔概況

兗礦新疆煤化工有限公司尿素合成塔由大連冰山集團金州重型機器有限公司設(shè)計并制造，尿素合成塔由上封頭、下封頭、筒體和內(nèi)件構(gòu)成(見圖1)，設(shè)備規(guī)格為Φ2 800 mm×162 mm，設(shè)備高度為35 770 mm。

圖1 合成塔簡易圖

筒體段由13個碳鋼筒節(jié)組成，筒節(jié)采用層盤包扎結(jié)構(gòu)，襯里壁厚為8 mm,內(nèi)筒壁厚為34 mm，筒節(jié)層盤共10層、每層為12 mm，層盤、內(nèi)筒的材料均為Q345R，上、下封頭為單層球形封頭結(jié)構(gòu)，其材料為Q345R。筒體的內(nèi)表面襯里厚度為8 mm，材質(zhì)為316L(Mod)不銹鋼，上、下封頭內(nèi)堆焊8 mm厚的尿素級不銹鋼。每一節(jié)筒節(jié)設(shè)有獨立的檢漏系統(tǒng)。上封頭設(shè)有Φ800 mm檢修人孔，塔內(nèi)安裝卡薩利孔盤式塔盤，塔盤間距約2 450 mm。合成塔的工藝基本操作參數(shù)見表1(其中，氨碳比為氨和碳的物質(zhì)的量比，水碳比為水和碳的物質(zhì)的量比)。

表1 合成塔的工藝基本操作參數(shù)

2 徑流式塔盤

徑流式塔盤可以使尿素合成塔內(nèi)氣相和液相兩相混合物自下而上沿徑向水平方向流動，增加了氣液兩相的接觸面積，減少液相的返混，提高CO2轉(zhuǎn)化率，降低蒸汽消耗[1-2]。

徑流式塔盤尿素合成塔內(nèi)氣液兩相流程見圖2。

A—塔盤；B—氣相擋板；C—氣相通道；D—液相通道。

塔盤A為徑流式塔盤，是無孔塔盤。氣液兩相混合物在合成塔內(nèi)兩塔盤之間形成徑向水平流動。氣相流至氣相擋板B被阻攔，通過氣相通道C，以氣泡的形式進入液相，形成液相鼓泡。氣相和液相完全接觸，NH3和CO2反應(yīng)生成甲銨，并放出大量反應(yīng)熱，提供甲銨脫水生成尿素所需要的熱量。

液相經(jīng)液相通道D向上流動，流經(jīng)凸起頂部氣相通道C而進入徑向水平流動，進行甲銨脫水生成尿素反應(yīng)[3-4]。

3 改造方案及效果

將原13層卡薩利孔盤式塔盤改造為18層徑流式高效塔盤+2層卡薩利孔盤式塔盤，改造前后塔盤的比較見表2。改造前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比見表3。

表2 改造前塔盤與改造后(徑流高效塔盤)的比較

表3 改造前和改造后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

由表3可得：2019年2月25日—29日5 d生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均值，即尿素產(chǎn)量為1 785.8 t,CO2轉(zhuǎn)化率為59.3%，氨單耗質(zhì)量為0.575 t,2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量為1.03 t,CO2單耗體積流量為416 m3/h；2020年2月25日—29日5 d生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均值，即尿素產(chǎn)量為1 922.8 t,CO2轉(zhuǎn)化率為60.9%，氨單耗質(zhì)量為0.572 t,2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量為0.99 t ,CO2單耗體積流量為392 m3/h。

改造后，尿素產(chǎn)量增加7.6%，CO2轉(zhuǎn)化率增加2.6%，氨單耗質(zhì)量降低0.5%，2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量降低3.8%，CO2單耗體積流量降低5.7%。

尿素產(chǎn)量平均每天增加137 t,按目前市場價1 300元/t計算，生產(chǎn)尿素的完全成本價為1 168.49元/t，年生產(chǎn)時間按300 d計算,則改造后產(chǎn)生了約540萬元的利潤。噸尿素耗蒸汽節(jié)約0.04 t,尿素年產(chǎn)量按50萬t，2.5 MPa蒸汽完全成本價按60元/t計算，則改造后蒸汽消耗節(jié)約120萬元。

4 結(jié)語

對合成塔塔盤的改造雖然取得的一定的效果，即年增長660萬元經(jīng)濟效益,但是各項經(jīng)濟指標(biāo)仍達不到尿素裝置的設(shè)計值(氨單耗質(zhì)量0.570 t，2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量0.98 t,CO2單耗體積流量376.8 m3/h)。目前該尿素裝置仍存在低壓系統(tǒng)負(fù)荷重、氨水槽濃度高等現(xiàn)象，需要進一步對系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。