论文部分内容阅读
黑龙江省北大荒股份有限公司化肥分公司1#尿素装置始建于1974年，为水溶液全循环法尿素生产工艺，原设计能力为110Kt/a，装置运行中存在合成塔超年限运行，产量低、消耗高、系统操作弹性小等原因，严重制约着企业的生存发展。公司经过多方考察，决定采用宁波远东化工集团有限公司专利技术改良型水溶液全循环工艺对1#尿素系统进行节能增产改造，使产量达到170Kt/a。宁波远东化工集团有限公司的改良全循环法技术是在总结国内外先进尿素工艺技术的基础上开发而成的，适合中小尿素装置的实际情况，投资省、见效快，并已在国内100多家尿素厂采用，实践证明非常成功。装置改造后于2008年10月28日一次投料开车成功。
一、静止设备的改造
1.尿素合成塔的改造
因原合成塔已经超过使用年限，此次改造中更新一台容积为44立方米的新合成塔。新合成塔底部为五块旋流板，中间增加WWS等温内件，上部为16层高效球帽塔盘。球帽塔盘采用气室型原理，由中心往边缘的开孔率逐渐加大，减少了尿素合成塔内气液之间的速度差，能有效抑制反应物料的返混和滞流现象，反应的气液两相进一步混合均匀，使二氧化碳转化率达到68%以上。
2.中压系统改造
2.1原予蒸餾工艺改造为予分离—予蒸馏工艺
新增Φ1400予分离器一台，使53%的氨和3%的二氧化碳在予分离器中分离出来，并把预分离气相管道加粗，使予分离器压力降至1.7MPa，保证分离效果。予分离器气相出口直接进入一吸冷却器进口处，使进入预浓缩器热能回收段的氨碳比下降，由8.03降至3.94，提高溶液的沸点，有利于甲铵热的放出，减少一段蒸发加热器蒸汽用量，并有效减轻了一分塔加热器的负荷。予蒸馏塔内加入五层DL-Ⅱ型高效塔盘，以提高予蒸馏塔的传质传热效果。
2.2更新一分塔加热器
原一分塔加热器加热面积为175 m2，并和一分塔连在一起，由于该结构分离效果较差，操作弹性小，不能满足扩能需要。本次改造新增一台F=240 m2的一段分解加热器，把加热段和分离段分开，提高分离效果。并保证一段甲铵分解率和总氨蒸出率分别达到88%
2.3增设一吸外冷却器
原工艺设计流程中没有一吸外冷器，所有甲铵吸收必须在一吸塔鼓泡段内完成，造成一吸塔操作负荷重，弹性小，顶、底回流氨用量大，消耗也会相应增加。此次改造中新增一台F=300m2的一吸外冷器及F=200m2的板式软水冷却器，新增两台400m3/h软水循环泵进行闭路循环满足550吨热量平衡的需要。改造后使进入一吸塔的回流氨量大大减少，降低了氨冷器的负荷，同时使一吸塔的操作弹性大大提高，有利于氨耗的降低。
2.4一吸塔内件改造
一吸塔精洗段原为五层符阀塔盘，操作弹性较小，高负荷时一吸塔气相经常超温，影响系统的长周期运行。改造后一吸塔精洗段更换为四层DL型高效球帽塔盘，三层泡罩塔板。一吸塔鼓泡段的气体分布器开孔总截面积不变的情况下开孔由8mm改为5mm，可使一吸塔底部操作温度提至90度以上，提高一甲液的浓度，减少水碳比，提高二氧化碳转化率。
2.5氨冷器的改造
现装置使用的720m2氨冷器已不能满足550吨尿素生产能力的需要，增产后由于换热面积过小，氨冷器冷凝效果将下降，一方面会增加一吸塔局部压力，造成回流氨、氨水量的不稳，另一方面加大放空量增加氨耗。这次改造新增一台F=320m2的氨冷器与原两台串联使用，并增加循环水总量1300m3/h，提高氨冷器的冷却效果。
3.低压部分改造
原装置上φ900二分塔精洗段采用鲍尔环散堆填料，当生产能力扩大后，已不能适应生产需要，会造成精馏效果下降，直接影响到二段分解率，使成品中的游离氨含量增高。改造后把设备筒体加高1500mm，鲍尔环填料改为规整填料，并把填料层高度由原来的 1500mm增加至2000mm，提高二段分解率，同时增加分离段空间，减少气相带液。
4.蒸发系统改造
4.1增设真空预浓缩器
现有尿素厂家在蒸发改造过程中一般都采用“三段蒸发流程“，即闪蒸槽按照二段蒸发器的模式增加了闪蒸加热器，采用低压蒸汽加热。闪蒸加热器的使用，在一定程度上可减轻一段蒸发器的负荷，但却不利于降低蒸发系统蒸汽的消耗。物料在1.8MPa压力，现有H2O/CO2、NH3/CO2条件下，一段蒸发器热能回收段壳侧物料的冷凝温度为125℃左右，采用闪蒸加热器后，蒸汽把闪蒸后的尿液浓度即从原来的71%增至75%，闪蒸出液温度也从原来的90℃增至95℃以上，提高了进一蒸热利用段尿液的温度和浓度，缩小了物料的传热温差，降低了一蒸热利用段的效率，热利用段回收的甲铵反应热将会减少，多余热量就会转嫁到一吸外冷器中去移走。增加外冷器负荷，而蒸气消耗并没有降低。因此这次改造借鉴氨汽提法真空预浓缩器工艺，新增一台Φ2000/F=250㎡的真空预浓缩器，取代闪蒸槽。真空预浓缩器为新型降膜式蒸发器，由二分塔过来的尿液经尿液过滤器后进入真空预浓缩器上部分离段，气液在此分离，液体经液体分布器均匀分配到每根换热管中，管外为来自预精馏塔的气体和来自二甲泵的二甲液，利用其反应热，将尿液浓度提高到80%以上，温度为102℃左右，从而有效减轻一段蒸发加热器和一吸外冷器的负荷，降低蒸汽消耗。
4.2蒸发系统改为水力喷射泵抽真空
在尿素生产过程中，为将尿素溶液中的水分蒸出得到浓度为98.5%以上的浓尿液，蒸发系统采取在真空条件下操作。真空的形成原设计为蒸汽喷射器抽真空，是靠蒸汽通过蒸汽喷射器时减压节流的能量形成真空，尿素中的水分被形成的真空抽出，随蒸汽一起被排入大气，同时部分蒸出的气氨也被排入大气，造成原料氨的浪费。我们在将蒸汽喷射器抽真空改为水力循环喷射泵抽真空后，原排入大气的气氨被循环水吸收，当循环水吸收气氨浓度达到一定值后又被送到解吸系统回收其中的氨，起到原料回收和保护环境的目的。
4.3一段蒸发部分改造
系统生产能力扩大至日产550吨后，虽采用降膜式闪蒸预浓缩器可使一段蒸发负荷比原来降低50%左右，但系统生产能力扩大至550吨后，原有一段蒸发分离器分离空间仍然过小，容易造成带液，改造后更换一台φ2200一段蒸发分离器替换原φ1200分离器，把下部F=124m2热利用段改成低压蒸汽加热段，采用一分加热器0.5MPa二次膨胀蒸汽加热，从而减少一蒸加热器高压蒸汽用量。
二、动力设备的改造
1.经测算原有氨泵、一甲泵、二甲泵、氨水泵可以满足增产至日产550吨的生产要求，本次改造把氨泵、一甲泵、二甲泵由电机调速改为变频调速。即稳定了生产，又降低电耗。
2.新增一台打气量为125m3/min的4M50-240/219-BX的CO2压缩机，正常生产时开一台大压缩机再配一台小压缩机即可满足生产要求。
三、 尿素改造后运行情况和经济效益分析
1#老系统尿素装置改造后于2008年10月28日一次开车成功，尿素平均日产560吨，尿素最高日产603吨。吨尿素平均氨耗由580公斤降至575公斤，吨尿素耗蒸汽由1500公斤降至1200公斤以下，吨尿素耗电由135度降至130度。
改造后尿素产量每天提高200吨左右，每吨利润按100元，生产天数按330天计算，一年增加利润660万元。每吨尿素汽耗降低300 kg，每吨蒸汽按100元计算，一年增加利润545万元。吨尿素氨耗降低5kg，每吨氨按2000元计算，一年可增加利润约182万元。吨尿素电耗降低5度，每度电按0.3元计算，一年增加利润约28万元。整个扩能改造项目总投资3018万元，改造后一年新增利润大约1415万元，二年半即可收回全部投资，可见本项目有较好的经济效益。
一、静止设备的改造
1.尿素合成塔的改造
因原合成塔已经超过使用年限，此次改造中更新一台容积为44立方米的新合成塔。新合成塔底部为五块旋流板，中间增加WWS等温内件，上部为16层高效球帽塔盘。球帽塔盘采用气室型原理，由中心往边缘的开孔率逐渐加大，减少了尿素合成塔内气液之间的速度差，能有效抑制反应物料的返混和滞流现象，反应的气液两相进一步混合均匀，使二氧化碳转化率达到68%以上。
2.中压系统改造
2.1原予蒸餾工艺改造为予分离—予蒸馏工艺
新增Φ1400予分离器一台，使53%的氨和3%的二氧化碳在予分离器中分离出来，并把预分离气相管道加粗，使予分离器压力降至1.7MPa，保证分离效果。予分离器气相出口直接进入一吸冷却器进口处，使进入预浓缩器热能回收段的氨碳比下降，由8.03降至3.94，提高溶液的沸点，有利于甲铵热的放出，减少一段蒸发加热器蒸汽用量，并有效减轻了一分塔加热器的负荷。予蒸馏塔内加入五层DL-Ⅱ型高效塔盘，以提高予蒸馏塔的传质传热效果。
2.2更新一分塔加热器
原一分塔加热器加热面积为175 m2，并和一分塔连在一起，由于该结构分离效果较差，操作弹性小，不能满足扩能需要。本次改造新增一台F=240 m2的一段分解加热器，把加热段和分离段分开，提高分离效果。并保证一段甲铵分解率和总氨蒸出率分别达到88%
2.3增设一吸外冷却器
原工艺设计流程中没有一吸外冷器，所有甲铵吸收必须在一吸塔鼓泡段内完成，造成一吸塔操作负荷重，弹性小，顶、底回流氨用量大，消耗也会相应增加。此次改造中新增一台F=300m2的一吸外冷器及F=200m2的板式软水冷却器，新增两台400m3/h软水循环泵进行闭路循环满足550吨热量平衡的需要。改造后使进入一吸塔的回流氨量大大减少，降低了氨冷器的负荷，同时使一吸塔的操作弹性大大提高，有利于氨耗的降低。
2.4一吸塔内件改造
一吸塔精洗段原为五层符阀塔盘，操作弹性较小，高负荷时一吸塔气相经常超温，影响系统的长周期运行。改造后一吸塔精洗段更换为四层DL型高效球帽塔盘，三层泡罩塔板。一吸塔鼓泡段的气体分布器开孔总截面积不变的情况下开孔由8mm改为5mm，可使一吸塔底部操作温度提至90度以上，提高一甲液的浓度，减少水碳比，提高二氧化碳转化率。
2.5氨冷器的改造
现装置使用的720m2氨冷器已不能满足550吨尿素生产能力的需要，增产后由于换热面积过小，氨冷器冷凝效果将下降，一方面会增加一吸塔局部压力，造成回流氨、氨水量的不稳，另一方面加大放空量增加氨耗。这次改造新增一台F=320m2的氨冷器与原两台串联使用，并增加循环水总量1300m3/h，提高氨冷器的冷却效果。
3.低压部分改造
原装置上φ900二分塔精洗段采用鲍尔环散堆填料，当生产能力扩大后，已不能适应生产需要，会造成精馏效果下降，直接影响到二段分解率，使成品中的游离氨含量增高。改造后把设备筒体加高1500mm，鲍尔环填料改为规整填料，并把填料层高度由原来的 1500mm增加至2000mm，提高二段分解率，同时增加分离段空间，减少气相带液。
4.蒸发系统改造
4.1增设真空预浓缩器
现有尿素厂家在蒸发改造过程中一般都采用“三段蒸发流程“，即闪蒸槽按照二段蒸发器的模式增加了闪蒸加热器，采用低压蒸汽加热。闪蒸加热器的使用，在一定程度上可减轻一段蒸发器的负荷，但却不利于降低蒸发系统蒸汽的消耗。物料在1.8MPa压力，现有H2O/CO2、NH3/CO2条件下，一段蒸发器热能回收段壳侧物料的冷凝温度为125℃左右，采用闪蒸加热器后，蒸汽把闪蒸后的尿液浓度即从原来的71%增至75%，闪蒸出液温度也从原来的90℃增至95℃以上，提高了进一蒸热利用段尿液的温度和浓度，缩小了物料的传热温差，降低了一蒸热利用段的效率，热利用段回收的甲铵反应热将会减少，多余热量就会转嫁到一吸外冷器中去移走。增加外冷器负荷，而蒸气消耗并没有降低。因此这次改造借鉴氨汽提法真空预浓缩器工艺，新增一台Φ2000/F=250㎡的真空预浓缩器，取代闪蒸槽。真空预浓缩器为新型降膜式蒸发器，由二分塔过来的尿液经尿液过滤器后进入真空预浓缩器上部分离段，气液在此分离，液体经液体分布器均匀分配到每根换热管中，管外为来自预精馏塔的气体和来自二甲泵的二甲液，利用其反应热，将尿液浓度提高到80%以上，温度为102℃左右，从而有效减轻一段蒸发加热器和一吸外冷器的负荷，降低蒸汽消耗。
4.2蒸发系统改为水力喷射泵抽真空
在尿素生产过程中，为将尿素溶液中的水分蒸出得到浓度为98.5%以上的浓尿液，蒸发系统采取在真空条件下操作。真空的形成原设计为蒸汽喷射器抽真空，是靠蒸汽通过蒸汽喷射器时减压节流的能量形成真空，尿素中的水分被形成的真空抽出，随蒸汽一起被排入大气，同时部分蒸出的气氨也被排入大气，造成原料氨的浪费。我们在将蒸汽喷射器抽真空改为水力循环喷射泵抽真空后，原排入大气的气氨被循环水吸收，当循环水吸收气氨浓度达到一定值后又被送到解吸系统回收其中的氨，起到原料回收和保护环境的目的。
4.3一段蒸发部分改造
系统生产能力扩大至日产550吨后，虽采用降膜式闪蒸预浓缩器可使一段蒸发负荷比原来降低50%左右，但系统生产能力扩大至550吨后，原有一段蒸发分离器分离空间仍然过小，容易造成带液，改造后更换一台φ2200一段蒸发分离器替换原φ1200分离器，把下部F=124m2热利用段改成低压蒸汽加热段，采用一分加热器0.5MPa二次膨胀蒸汽加热，从而减少一蒸加热器高压蒸汽用量。
二、动力设备的改造
1.经测算原有氨泵、一甲泵、二甲泵、氨水泵可以满足增产至日产550吨的生产要求，本次改造把氨泵、一甲泵、二甲泵由电机调速改为变频调速。即稳定了生产，又降低电耗。
2.新增一台打气量为125m3/min的4M50-240/219-BX的CO2压缩机，正常生产时开一台大压缩机再配一台小压缩机即可满足生产要求。
三、 尿素改造后运行情况和经济效益分析
1#老系统尿素装置改造后于2008年10月28日一次开车成功，尿素平均日产560吨，尿素最高日产603吨。吨尿素平均氨耗由580公斤降至575公斤，吨尿素耗蒸汽由1500公斤降至1200公斤以下，吨尿素耗电由135度降至130度。
改造后尿素产量每天提高200吨左右，每吨利润按100元，生产天数按330天计算，一年增加利润660万元。每吨尿素汽耗降低300 kg，每吨蒸汽按100元计算，一年增加利润545万元。吨尿素氨耗降低5kg，每吨氨按2000元计算，一年可增加利润约182万元。吨尿素电耗降低5度，每度电按0.3元计算，一年增加利润约28万元。整个扩能改造项目总投资3018万元，改造后一年新增利润大约1415万元，二年半即可收回全部投资，可见本项目有较好的经济效益。