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CO2汽提法尿素装置降低消耗的新举措

[日期:2022-04-15] 来源:《中氮肥》2022年第2期  作者: [字体: ]

侯立业,苏顺,姚佳斌,顾占军

(中海石油华鹤煤化有限公司,黑龙江 鹤岗154110

 

[摘  要]中海石油华鹤煤化有限公司520 kt/a CO2汽提法尿素装置采用斯塔米卡邦2000+TM工艺,装置投运以来总体运行平稳。20152019年的生产统计数据表明,吨尿素蒸汽消耗和循环水消耗超过设计值。分析认为症结在于,尿素装置长时间运行在105%108%负荷下,因池式反应器低压侧副产蒸汽量无法满足低压蒸汽用户(主要是蒸发系统)需求而需引中压蒸汽致蒸汽消耗偏高,解吸水解系统回流冷凝器调温水换热器因其列管结垢严重而致循环水用量大大超过设计值。为此,提出增设尿液预热器(利用解吸塔部分气相作为热源来对进入蒸发系统前的尿液预热提浓)及回流冷凝器冷媒直接采用循环水的技改思路,并结合系统工艺流程进行可行性分析与论证。20197月尿素装置大修期间上述两项技改实施后,吨尿素蒸汽消耗由高于1.20 t降至1.12 t以下、吨尿素循环水消耗由高于67 m3降至61 m3以下,尿素生产成本显著降低。

[关键词]CO2汽提法尿素装置;蒸汽消耗;循环水消耗;蒸发系统;解吸水解系统;技改;尿液预热器;回流冷凝器

[中图分类号]TQ441.41   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202202-0024-05

 

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中海石油华鹤煤化有限公司(简称华鹤煤化)520 kt/a CO2汽提法尿素装置采用斯塔米卡邦2000+TM工艺,大颗粒尿素造粒系统采用荷兰荷丰流化床造粒机技术;201546日上游300 kt/a合成氨装置化工投料,201559日打通全系统流程,顺利产出成品尿素,装置投运以来总体上运行平稳。20152019年的生产统计数据表明,华鹤煤化尿素装置部分能耗指标不能达到设计值及厂控指标,造成生产成本偏高,主要考核项目有吨尿素耗氨量、吨尿素耗甲醛量、吨尿素耗蒸汽量、吨尿素耗循环水量、吨尿素耗电量,其中,吨尿素耗氨量≤0.568 t、吨尿素耗甲醛量≤14 kg、吨尿素耗电量≤57 kW·h,此三项指标均达到设计要求,但吨尿素耗蒸汽量>1.20 t、吨尿素耗循环水量>67 m3,这两项指标超过设计值。为此,需通过优化技改降低装置的吨尿素蒸汽消耗和循环水消耗。以下对有关情况作一简介。

1  尿素装置工艺流程简述

华鹤煤化尿素装置工艺流程简图见图1

液氨和CO2气于温度170185 ℃、压力13.514.5 MPa条件下在池式反应器中反应生成尿素,尿液经池式反应器液位调节阀进入CO2汽提塔,CO2汽提塔出液(尿液浓度约54.1%)进入低压循环系统进行尿液提浓和甲铵分解——先后经过低压精馏塔(低压精馏塔气相进入低压甲铵冷凝器中进行冷凝吸收后进入低压液位槽中,然后通过高压甲铵泵送入高压系统)、常压闪蒸槽、真空闪蒸槽、尿液槽,浓度约796%的尿液由尿液泵送入一段、二段蒸发系统进行提浓,然后浓度约96.6%的尿液送入流化床造粒机中进行造粒,最终经筛分等产出合格尿素产品。

2  技改背景与技改思路及可行性分析

2.1  技改背景

由于华鹤煤化尿素装置需要长时间在105%108%负荷下运行,池式反应器低压侧副产蒸汽量无法满足低压蒸汽用户所需,尤其是尿素装置在拉尿液槽B室尿液(蒸发造粒单元停车或蒸发系统打循环时将高压系统生产的尿液储存在尿液槽B室,蒸发造粒系统重启后需逐步消化尿液槽B室的尿液)和冬季生产时,需要从合成氨装置4.5 MPa中压蒸汽管网引蒸汽进行补汽,由此增加了尿素装置的蒸汽消耗。而蒸发系统是低压蒸汽的主要用户,其蒸汽用量占低压蒸汽总量的68%左右,蒸发系统低压蒸汽使用量降低便能有效降低整个尿素装置的蒸汽消耗。

至于尿素装置的循环水消耗,虽然解吸水解系统回流冷凝器调温水换热器循环水用量仅占尿素装置循环水总量的25%左右,但调温水换热器换热效果差,为保证回流冷凝器的冷凝温度,其循环水流量由正常的477 m3/h提至845 m3/h(极限值);而随着调温水换热器列管结垢越来越严重,即使循环水流量提高至845 m3/h也无法满足工况所需,即调温水换热器循环水流量的提高并没有使回流冷凝器产生预期的冷凝效果,反而浪费了循环水,且会影响尿素装置其他循环水冷却器的运行效能。简言之,调温水换热器列管结垢严重,解吸塔气相无法充分地在回流冷凝器内被冷凝,导致解吸塔压力持续偏高,而受环保方面的约束,又无法通过放空的方式来降低解吸塔的压力,为保证解吸水解系统的稳定运行,不得不减少解吸塔进料负荷,随之而来的就是氨水槽液位升高,有封塔停车的风险。生产中尝试在线清洗调温水换热器,每次清洗时间在3 h左右(在线清洗调温水换热器时,需将解吸气相全部切出回流冷凝系统,即解吸气相全部放空处理,同时将调温水换热器循环水管线关闭),清洗后调温水换热器换热效果可维持10 d左右,随着运行时间的推移,其换热效果又会出现下滑,需再次进行清洗,这种运行维护方式既增加系统氨耗又污染环境,且清洗期间会出现系统水碳比失调、高压系统CO2转化率降低等问题。

为此,华鹤煤化决定将上述两方面作为降低蒸汽消耗和循环水消耗的突破口,同时期望通过优化技改极大地改善解吸水解系统运行的稳定性。

2.2  技改思路及可行性分析

 更多内容详见《中氮肥》2022年第2

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