水溶液全循环法尿素生产工艺降低蒸汽消耗途径分析

蒋春华 张亚杰 李标

新疆心连心能源化工有限公司 新疆 昌吉 832200

摘要：本文研究结合近年来水溶液全循环法尿素生产工艺的新技术，从降低蒸汽消耗的角度出发，探讨和论述了装置提升改造常用的方式和方法，对于实现企业经济效益的提升具有积极意义。

关键字：尿素生产，水溶液全循环法，蒸汽消耗

1 引言

本文研究针对于传统的水溶液全循环法尿素生产工艺，该套工艺设备设计的生产能力为每年48万吨，属于中型的尿素生产工艺流程。近年来，在需求端对尿素质量要求不断提升和环保问题日益突出的背景下，针对于水溶液全循环法尿素生产，通过引进先进生产工艺和节能新型技术，实现尿素生产的节能降耗具有重要的现实意义。另一方面，实现水溶液全循环法尿素生产工艺能耗优化，也能发挥传统装置的内在潜能，为企业带来更加丰厚的经济效益，并创造一定的社会效益。

2降低装置蒸汽消耗的途径

2.1 .新技术的运用推广，从工艺自身降低装置蒸汽消耗

（1）增设预分离及一吸塔外冷器系统

尿素装置预分离器技术是目前国内水溶液全循环法尿素工艺的一项先进节能技术。改造后使尿素装置的预分离和预蒸发串联使用，物料从合成塔出来后进入预分离器进行自然减压。与此同时，将一段分解气和预分离气相混合，混合后一起进入一蒸加热器，然后进入一段吸收塔内，可明显降低一段吸收塔的实际热负荷，增加操作的灵活性。实践证明，该种操作模式下，操作弹性提升40%以上。另一方面，一段收集系统的收集能力明显提升。后期在外冷器中设置了温控系统，保证进入一段收集塔的气体温度更加恒定，操作也更加简便。该装置投用完成后，优于一段收集塔温度过高引起的超负荷运行情况明显减少，停工情况基本没有出现。

对比改造前后水溶液循环法尿素生产在相同工况下的蒸汽消耗，每吨尿素生产实际消耗的蒸汽下降了0.14吨，蒸汽消耗降低效果明显。此外，场内的装置负荷进一步提升，日产量相较于改造之前提升6%以上。认为改造后的氨泵、一甲泵和压缩机使用效率得到改善，装置整体耗电量得到有效控制。

（2）增加水利抽真空系统

在生产工艺中增加了一套水力抽真空系统，该系统运行之后，蒸发真空度波动范围明显减小，有效控制了外界蒸汽压力波动对于尿素生产的影响，对于稳定尿素生产质量具有积极作用。

2.2 优化控制流程

（1）优化合成塔操作流程

研究表明，提升合成塔的顶部温度有利于提升反应速率和物料的转化效率，本次改造将合成塔顶部温度从185℃提升到191-195℃，结果表明，合成塔内未反应物量明显减少，分解加热器的热负荷和蒸发系统的负荷得到降低。与此同时，进入一分加热器的物料温度明显上升，可降低一分加热器蒸汽的使用量，从而降低蒸汽消耗，实现节能降耗的目的。

在此基础上，使用一甲泵和氨泵是变频控制系统，则对于合成塔的量化控制更加有益，对于稳定合成塔的转化效率具有积极意义，保证合成塔转化效率能长时间内稳定在较高水平。理论分析认为，对于进一步降低水溶液全循环法尿素生产过程中蒸汽消耗具有积极作用。

（2）优化调整解吸系统的运行流程

在传统的主线自动调节模式下，解吸蒸汽流量为3500Nm³/h，后改为副线手动控制，解吸蒸汽流量降低为15t/h，蒸汽消耗降低较为明显，计算可得生产每吨尿素蒸汽消耗下降约为0.03~0.04吨。在此基础上，进一步控制一甲泵冲洗水的使用量，密切监控中压泵排放阀等相关部件，避免由于泄漏、阀体不紧等造成的液位控制不当，尽可能的控制液位在低水平；引入更加精密的调节系统，精细化控制解吸流量，并根据解吸流量适时调整蒸汽流量，既保证生产工艺的顺利进行，也能降低蒸汽消耗。优化改进实践证明，调整后的解吸流量在维持二段系统正常运行的前提下，实现了良好循环，达到了降低蒸汽消耗的目的。

（3）定期清洗分解加热器

针对于水溶液全循环法尿素生产工艺流程，加热器的清洗主要是进行化学清洗。分解加热器在使用过程中的结垢问题，是尿素生产过程中普遍存在的问题，尤其是一分和二分加热器，如果产生严重的结垢，将直接影响系统的正常运行，部分生产工艺和产品质量指标无法保证，同时也增加了蒸汽消耗量。在设备停产或者检修时，对一分加热器和二分加热器进行化学清洗，清洗之后每生产一吨尿素，约节省蒸汽0.1~0.2吨。现阶段在使用复线控制的基础上，一分加热器和二分加热器能在开度较小的情况下完成生产任务，换热效率明显提升，蒸汽使用量得到控制。建议在检修、停产时，对一分加热器和二分加热器完成化学清洗作业。

3 进一步降低蒸汽消耗的途径分析

3.1 增加第三饱和器使用单位

现阶段第三饱和器在水溶液全循环法尿素生产工艺中，只是作为保温和半热装置使用，进而造成了蒸汽资源的浪费。为此，建议增加第三蒸汽饱和装置的使用用户，提升第三饱和器蒸汽回收利用效率；有条件的地区可探讨增加4级饱和装置，部分的回收利用换热器的加热蒸汽。

3.2 增设加热器

在保证蒸汽压力满足使用条件的基础上，可在闪蒸槽下增设加热器，加热器类型建议使用第三饱和器蒸汽换热装置，目的在于降低一段蒸发器的工作负荷，从二段加热塔中出来的物料经闪蒸后浓度可接近75%，在此条件下，如能利用高压蒸汽冷凝产生的余热，可降低该段工艺的蒸汽使用量。

4 结语

本次研究基于水溶液全循环法尿素生产的传统流程，通过上述各项优化改进措施，蒸汽消耗量得到明显的控制。数据显示，改造之后的生产工艺流程，蒸汽消耗降低率在7%~10%之间，实现了低投入高产出的目的。另一方面，本次优化改进也发掘了传统设备和工艺流程的提升潜力，为企业带来了较好的经济效益，实现了提质增效，节能减排的目的。

参考文献：

[1] 张志国, 秦宝龙. 水溶液全循环法尿素生产工艺降低氨耗的三个途径[C]// 全国尿素厂年会. 全国化肥工业信息总站, 2009.

[2] 李红明, 马明新, 李娜. 水溶液全循环尿素装置节能降耗总结及方向[J]. 尿素, 2017(3):1-2.