年产30万吨至52万吨CO2汽提法尿素装置节能技改总结.doc

年产30万吨至52万吨CO2汽提法尿素装置节能技改总结王 翔（山西天泽煤化工集团股份公司 山西晋城 048026）前 言山西天泽煤化工集团股份公司下属的化工厂，2003年底投资3.52亿元在国内小氮肥第一次建成了年产18万吨合成氨、30万吨CO2汽提法大颗粒尿素（简称“1830”），并于2004年当年达产达效，并取得良好的经济效益。2005年通过节能挖潜技改，该装置达到了年产24万吨合成氨、40万吨尿素生产能力（简称“2440”），当年达产达效，取得良好的经济效益。连续稳定运行6年后，于2011年再次对该系统挖潜技改，使装置能力达到了年产30万吨合成氨、52万吨尿素生产能力（简称“3052”）。2012年生产合成氨32.71万吨，大颗粒尿素58.02万吨。2013年16月，生产合成氨16.32万吨，大颗粒尿素28.67万吨。从年产30万吨到40万吨，再到52万吨的不断挖潜技改，为公司的快速发展和历年取得显著经济效益发挥了重要作用。现将改造情况总结如下：1、第一步由“1830”节能挖潜技改达到“2440”2005年5月投资3433万元，根据“1830”一年多的运行情况，对全系统进行优化平衡后进行节能挖潜技改，实现了年产24万吨合成氨、40万吨大颗粒（简称“2440”）的目标。主要技改内容：1.1合成氨装置：1.1.1造气系统：在原来三组15台2650煤气炉基础上再新增一组5台2650煤气炉及配套吹风气余热回收装置。1.1.2净化系统：以0.8MPa、DN5400变换炉为配套的2变换系统可通过合成氨能力为16万吨年，1变换个别设备阻力太大，生产能力偏小的问题，通过对0.8MPa、DN3600主变换炉一段加高2米、更换煤气入口冷却器、新增板式脱盐水加热器等措施，消除制约生产瓶颈，生产能力由6万吨合成氨年提高到8万吨合成氨年；变脱系统有变脱塔DN4800和DN3800两套系统，经核算可满足24万吨合成氨年要求。针对贫液再生效果差的问题，对再生槽硫泡沫回收结构由单环式改为双环式。两套变脱塔入口气体管道增加联通阀门可相互调节；脱碳系统配置为两套12万吨合成氨年设备，精脱硫、醇烃化装置系统配置较大，均不需要改造。1.1.3压缩机系统：压缩工段配有单机合成氨生产能力2.5万吨/年，型号为6MD32-180/320机9台，4M16-57/320型压缩机两台，共有11台压缩机可满足24万吨/年合成氨生产要求。1.1.4氨合成系统：氨合成系统配置DN1600、DN1400两个系统，设计能力为15和12万吨合成氨年,生产能力有富裕。1.2.尿素装置：1.2.1主要运转设备：尿素装置主要运转设备CO2压缩机、液氨泵、甲铵液泵。日产1350吨采取了将CO2压缩机一段出口压力提至0.1750.18Mpa；液氨泵、甲铵液泵，通过变频器调节余量等措施。1.2.2 高压系统尿素装置的高压圈尿素合成塔、汽提塔、高压洗涤器、高压甲铵冷凝器和高压喷射器五台设备能力较富裕。针对高调冷却器换热面积小，不能满足高压洗涤器的洗涤效果问题，采取了增加一台同面积换热器的措施。1.2.3 低压分解与循环吸收系统一是采取精馏塔塔身和填料段分别加高1.2米，循环加热器由0.4MPa低压蒸汽改为0.8MPa的中压蒸汽，提高温度增强分解效果的措施；二是增加一台同等换热面积359 m2的低压甲铵冷凝器与原来的串联，低压甲铵冷凝器液位槽加高1.5米，增加3.8 m3体积来增强冷凝、分离效果，提高甲铵液浓度，减少液体夹带。1.2.4 解吸、水解系统一是将解吸塔原来的鲍尔环填料改为高效低阻新型规整填料，可有效提高解吸效率；二是将回流冷凝器液位槽加高并在气相出口增加丝网除沫器，加大分离空间，以提高分离效果，减少气相带液。1.2.5 蒸发系统一是优化操作，控制好一段蒸发冷凝器液位及洗涤器洗涤液浓度以减少蒸发负荷；二是大颗粒洗涤液由脱盐水改为一表液，减少系统外来水量；三是增加一段蒸发加热器换热面积130m2，提高进加热器蒸汽压力。1.2.6 大颗粒造粒系统大颗粒造粒系统更换了斗提机减速机电机和流化风机风叶、电机，适当提高斗提机转速和流化风量即可。1.3 “1830” 改造“2440”的效果2005年5月完成改造后，当年氨醇产量24.048万吨、大颗粒尿素40.754万吨。在主要设备不增加的情况下，顺利实现了“1830”改造为“2440”的技改目标。也为后来国内同行建设“2440”装置创出一条捷径。几年来该装置一直保持安全稳定运行，产量稳步提升，该装置成为我公司利润增长的核心。2005年2011年合成氨、尿素产量如下（2011年5月“3052”已试产）：化工厂20052011年产量统计 单位：万吨年 份2005200620072008200920102011合成氨24.026.026.425.627.626.727.6尿 素40.7544.2146.2445.1547.0142.2346.731.4 “1830”改“2440”改造内容与投资情况序号改造工段主要改造内容投资（万元）1造气系统新增5台煤气炉及配套吹风气余热回收、循环水、外管等14502变换、变脱变换炉加高、更换入口煤气冷却器、再生槽改造613尿素系统对精馏塔加高和内件改造、低甲冷及回流冷液位槽加高；新增低甲冷、高调水，对斗提机、流化风机改造1424供热新增2台35t/h循环流化床锅炉1780合 计34332、第二步由“2440”节能挖潜技改达到“3050”从2009年起，根据化工厂四年生产运行情况，我公司董事长贾根柱对化工厂提出了更高的要求，即在“2440”基础上再次技术攻关，将其改造成年产30万吨合成氨、52万吨大颗粒尿素（简称“3052”）。通过认真分析，提出最优化的节能挖潜技改方案，用了三年时间，采用边生产、边技改、边投产的方式，投资6654万元，顺利完成了化工厂“3052”改造，并取得良好的经济、社会效益。2.1合成氨装置的改造：2.1.1造气系统：造气是合成氨生产的龙头工序，也是制约合成氨能耗的关键。化工厂造气已配有2650煤气炉20台，受场地限制已没有新增炉子的可能性。要满足年产30万吨合成氨生产需求，只有通过“三优”措施来实现。一是通过优化原料管理，严格控制原料煤质量，杜绝劣质煤入炉。要求原料煤全部采购洗中块或洗粒度，固定碳含量72，煤粉3、矸石2；二是优化操作管理，以“单炉日产60吨合成氨”为目标，建立“公司、工厂、车间、班组”四级节能挖潜管理体系；三是优化工艺指标，严格控制半水煤气中CO7.2，提高蒸汽分解率，杜绝“大蒸汽、低炉温、不产气”的陋习。经过生产实践证明，造气采取上述措施，不但解决了30万吨合成氨生产供气问题，更重要的是原料煤消耗大幅度下降，蒸汽用量、造气污水减少，为节能减排、降低生产成本取得了显著效果。2.1.2净化系统：新上一套2.7MPa、15万吨/年合成氨变换、变换气脱硫，替代原0.8MPa、DN3600变换系统，与原脱碳装置实现等压净化，达到吨氨节电约50度的同时，可使变换生产能力达到30万吨/年合成氨生产要求；将原0.8MPa 、DN3800变换气脱硫改为15万吨/年合成氨配套半水煤气脱硫，既节约投资，节省安装时间，又减少占地面积。为进一步把好脱硫关，在变脱后增加一台DN4000干法脱硫塔，避免单质硫析出对脱碳贫液冷却器堵塞造成影响。2.7 MPa、DN3200脱碳、DN3200精脱硫、DN2000醇烃化系统配置经过设计部门核算，不需要改造即可满足30万吨/年合成氨生产要求。2.1.3压缩机系统：将原煤气化厂闲置的三台6MD25-110/320氮氢压缩机搬迁至化工厂，更替原来的两台4M16-57/320型压缩机，同时拆除原硝酸烟囱，在紧靠3机西侧新增一台。6MD32-180/320机按日产合成氨90吨计算，9台机日产合成氨810吨；6MD25-110/320机按日产合成氨50吨计算，3台机日产合成氨150吨；12台压缩机日产合成氨960吨，基本可满足30万吨/年合成氨生产要求。2.1.4氨合成系统：氨合成系统配置DN1600、DN1400两个系统，将操作压力由2425 MPa提高到2627Mpa（设计压力31.4 MPa），将原煤气化厂闲置的一台4m3/min循环机并入DN1600系统，加大循环气量，可满足30万吨合成氨年生产要求。2.2尿素装置尿素装置的改造由北京丰汉工程咨询有限公司提供技术。通过增加中压分解循环系统的工艺技术实现增产300t/d的目的，并保证物耗、能耗指标不高于原水平。技术改造后，原有的高压汽提塔处理的尿素产能为1250t/d，而额外的400t/d尿素在新加的中压分解循环系统处理，产生的氨水送回到原有尿素装置的氨水槽中，新增加一台解吸塔以满足处理能力。增产的尿素溶液送入蒸发段，新建一套较小的蒸发装置以满足尿液蒸发。总之，工艺改造综合平衡高、中、低压系统的处理能力，实现生产能力增加、排放数量减少的目的。整个改造基本上不会改变现有的操作条件。因此，增加中压分解循环系统的工艺技术后，所有的设计方案都将融入到现有的操作中，以使装置能够按照当前的方式运行。具体改造内容如下：2.2.1高压系统（1）在合成塔底部出口管到CO2汽提塔调节阀之间的管道上接一旁路支管和调节阀，以调节进入中压系统的尿素溶液流量。（2）增加进入高压甲铵冷凝器的高压甲铵液管道。在进入高压洗涤器的高压甲铵液管道上增加流量计、调节阀。控制高压洗涤器在满负荷运行，余下高压甲铵液直接进入高压甲铵冷凝器。2.2.2中压系统：增加中压精馏塔、中压汽提塔、中压甲铵冷凝器和液位槽。（1）合成塔出来的尿素溶液经调节阀进入中压精馏塔，减压分解（分离）后的尿素溶液进入中压汽提塔，汽提后的尿素溶液送回原有装置的精馏塔（更新）。（2）来自中压汽提塔和中压精馏塔的气体与来自低压系统的甲铵液一并进入中压甲铵冷凝器。冷凝后的溶液进入新增加的液位槽，然后由高压甲铵泵送入高压甲铵冷凝器和高压洗涤器。（3）增加一个中压调温水系统，用来移去中压甲铵冷凝器产生的热能。2.2.3低压系统增加常压闪蒸槽、常压闪蒸冷凝器、常压闪蒸冷凝器液位槽、低压甲铵泵和常压闪蒸冷凝液泵，更新原有的精馏塔。（1）将原来DN1300 精馏塔更新换成DN1600。（2）来自精馏塔（更新后）的溶液先进入常压闪蒸槽，闪蒸分离后气体进入常压闪蒸冷凝器冷凝，底部液体进入原有的真空闪蒸槽。2.2.4 大颗粒造粒系统（1）将原造粒机两个冷却室移出新设冷却室，腾出的两个冷却室改为造粒室，新增两组34个喷头；（2）新增流化冷却室及风机；（3）新增一台7m2平面回转筛；（4）斗提机加高，料斗加大、排列密度加大，减速机电机加大。2.3 循环水系统原合成氨工艺循环水总量12000m3/h，将原冷冻的水冷却改造为蒸发式冷却，可替换出循环水量3000 m3/h，可满足新增合成氨生产循环水需要。尿素（含大颗粒造粒）循环水需要7500 m3/h，将原甲醇精馏冷却水改由永丰公司小尿素循环水系统供给。并通过优化地下管网系统，实现合成氨、尿素水平衡。2.4供热系统2009年化工厂新增了两台40t/h循环流化床锅炉，加上原4台锅炉，蒸汽总量220t/h，可供蒸汽185t/h。可满足要求。2.5 “2440”改“3050”改造内容与投资情况序号改造工段主要改造内容投资（万元）1变换、变脱新增2.7Mpa变换、变脱、干法脱硫系统，原0.8Mpa变脱改为半脱21752压缩机搬迁3台原煤气化6MD25-110压缩机6423循环水改造新增3台蒸发式冷却器，地下管网优化等3154尿素系统增加中压分解循环系统的工艺技术及对造粒系统改造3522合 计66542.6 “2440” 改造“3050”后的效果2011年5月改造完成后进入试产阶段，经过半年多的调试，2012年开始发挥效益，全年共生产合成氨32.71万吨、大颗粒尿素58.02万吨。为集团公司2012年合成氨首次突破100.13万吨，尿素172.16万吨，销售收入39.82亿元，利润6.1亿元；和以合成氨综合能耗1114Kg/t标煤先进的能效水平，再次成为全国以无烟煤为原料的合成氨生产领域三位能效领跑者之一起到了关键作用。2012年合成氨、尿素产量和消耗情况如下：指标月份 氨产量 （t）尿素产量 (t)原料煤(Kg/t标)氨电全耗（度）尿素耗电 （度）尿素耗煤(Kg/t标)129212.7550054.75826125216695228715.1850169.95814127416895326337.2446501.00817127717286427253.7948310.958101313