（化学工程专业论文）泸天化750td尿素装置高压圈扩能改造研究.pdf

泸尺化7 5 0 t d 尿臻址霄商恨恻于r 能尥造l i i 究 2 当代主要尿素生产技术 2 1 尿素生产工艺发展历程 fl 煳球豢i 业，i 二产存在炳大障碍：( 1 ) 朱反应物的回收问题，在 对此问题的研究过程中相继丌发了半循环法工艺、高效半循环法厂艺 和全循环法： 艺。( 2 ) 尿素生产过程中介质对设备材料的腐蚀性荷 兰s t a m i c a r b o n 公司采用加氧的办法防止奥氏体不锈钢材料的腐蚀， 为尿素的大规模发展提供了条件。 5 0 年代世界各囡推出了多种溶液全循环工艺流程：热气循环法、 恩。浮液循环法、气体分离循环法、水溶液循环法。东溶液全循环法由 于二l ：艺简单，在较短时删氍得到快速发展。1 9 5 6 年幽荷兰s t a m i c a r b o n 公t 日设计的第一。家工渡觇攒的尿素厂投入生产；1 9 5 8 年k e l l o g g 公司 妊荚斛采粥惫人利f a u s em o n t e c a t i n i 全循环i _ 茁技术建域同产2 0 0 吨尿 袭j ：厂：1 9 5 8 年卜1 奉东洋商压公列建设的金衍环法尿素j ：厂也丌始运 行。拒 q j 太j 6 0 i 代沪天化；l 进水溶液全循环法廉豢k 产：技术。以后 桐继引进了火批采用法e 艺的，l 产装箨。目前，为了提高竞争力， 这螳装置夫都需要进行技术改造。i a l 6 0 年代之后尿素：r 业发展的特点是尿素装置趋于荤系列大型化 和广泛采用汽提法：| 岂。先后出现了二氧化碳汽提法，氨汽提法和f l 本t o y ok o a t s u 全循环改良c 法。 8 0 年代之后二二氧化碳汽提法和氨汽提法得到进一步改进和完 善。日d d ，眦界l ：已经工业化的尿素生产r ：岂技术主耍有二氧化碳汽 提法，氩汽提法，u t i 法。a c e s 法而近卜年来全球新建的确尿索装 背约有8 0 以t ：恐采用荷兰s t a m i c a r b o n 公词二氧化碳汽提法尿素：r 艺和意大利s n a m p r o g e t t i 公司的氨汽提法尿素一 艺。1 9 1 2 2 当代主要尿素生产工艺 22 1二氧化碳汽攫法尿素工艺 茼兰s t a m i c a r b o n 公司于4 0 年代后期丌始尿素生产工艺的研究。 6 0 年代初丌发了二：氧化碳汽提法尿素 ：艺，1 9 6 4 年s t a m i c a r b o n 厂f 产2 0 吨的尿素实验装置建成，到1 9 6 74 ：二：氧化碳汽提法尿素工厂f 式投产。 2 0 i d 台成塔2 0 1 c 汽捉塔 2 0 2 c 高骶甲饺冷凝器2 0 3 c 高压洗涤器 图1 二氧化碳汽提法高压圈流程示意囱 j 。：氧化碳汽提工艺尿素的合成和高压回收郝分主要由合成塔、二 氧化碳汽提塔、高压甲铵冷凝器和高压洗涤器组成。合成塔操作条件 泸天化7 5 0 f f d 尿求址置商m f 程| 士r 能政造研究 为： t =18 3 p=l39m p a n h c o z = 3 6 h 2 0 c 0 2 = o 6 07 c 0 2 转化率为5 8 联系合成液经溢流管从合成塔底部排出进入汽提塔l 二部，再经塔 i j 液体分 t ； ! ；均匀分配到每根汽提管，沿管壁成液膜下降，在塔f 部 导入的。：氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流接触，管问以蒸汽加 热。台成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被汽提蒸出和分解。从汽提 塔排出的气体，与液氨以及高压洗涤器来的甲铵+ 一起进入高压甲铵冷 凝器，冷凝及来冷凝的物料一起进入合成塔，合成塔顶排出的气体进 入高压沈涤器，羽循环段束的甲铵液冷凝吸收，然后再经商匪甲铵冷 凝器返m 合成塔。0 0 1 2 2 ，2 氨汽提法尿素工艺 意人利s n a m p r o g e t t i 公r d 创建i ： _ _ 1 9 5 6 年神16 0 年代初丌始尿素 ，j i 产：的 i j ：究。19 6 6 年第一个以氨为汽捉4 t 的f 1 产7 0 吨的尿素装置建 成投j “r ：i t 刈利 _ 闷氨汽提 ：艺的腺素r 。称为第代氨汽提法。将氨直 接通入汽提塔底部。在7 0 年代中期改进了没计，4 ：向汽捉塔加氨， 这就是所谓的自汽提工艺或称为第二代氨汽提法。1 氨汽提_ ：艺尿素的合成和高压回收部分主要出一个合成塔、个 汽提塔、一个甲铰冷凝器和一个甲铵分离器组成。合成塔操作条件为： t = 1 8 8 p=15 6m p a n h f l c 0 2 = 3 6 h 2 0 i c 0 2 = 0 6 0 7 c o ! 转化率为6 5 扁j 合成塔f j j 合成液进入被蒸汽撕热的降麒式汽挺塔顶部合成液在 列j 1 1 人学t 程坝f 。论空 汽挺管内呈膜状向下流动时被加热，由于氨自溶液中沸腾逸出所起的 汽挺作 j ，使溶液中二：氧化碳含量卜降。汽提塔顶部的气体和来自中 脏系统的甲铵液进入高压甲铵冷凝器，在商压甲铵冷凝器中，除少量 惰性气体外全部混合物均被冷凝，气液混合物在甲铵分离器中分离， 甲铵与液氧混合进入合成塔。 r 1 0 i 一台成塔e 0 l 一汽提塔 v 1 0 1 一甲铵分离e 1 0 4 一高压甲铵冷凝 囤2 氨汽提法流程示意图 泸天化7 5 0 t d 碾索城霄l ：。h h ：蚓壬r 能改造州究 3 对泸天化7 5 0 t d 尿素装置运行现状的分析 3119 8 9 年改造的基本情况 r 火化老系统球索凝置系上f 址纪6 0t 叫匕从荷兰斯塔米卡邦公司 ( s t a m i c a r b o n ) 引进的h 产5 0 0 吨尿素的传统水溶液全循环法生产装 置，孩 ：艺存在物料消耗和能量消耗高的缺点。为了进一步提高装置 的生产能力降低消耗于1 9 8 7 年利用世行贷款引进意大利蒙特爱 迪生的“i d r ”等压双循环汽提【j 艺对原装置进行了增产节能改造，将 装静能力提高到j 1 产7 5 0 吨，并1 9 8 9 年9 月投入生产。 改造时的一个主要原则楚要尽量利用原有设备故改造中装置实 际一 ：只增加了一个新的高压系统( i d r 圈) 和套! l ：艺废水处理装置。 mj 二舣汽捉的”j 日。披岛压系统内来转化的大翔i 分 | 】铵和游离氨在 i d r 圈阳身分解，从而减轻了循环系统的负1 苛，使得原流程f r 的循j 1 ： 系统和燕发系统“作了 | j 份改动就能适应改造的需要。改造后的装置 具备汽提_ 1 艺和水溶液余循环：1 ：艺的特点。 3 2“ld r ”等压双循环尿素生产工艺 “i d r ”等压双循蚓：尿素 ：艺的主要原理是将出合成塔末反应的物 料以等妇i 双循环的形式返回合成塔。溶液中未转化的甲铵在氨汽提塔 中分解，高湍氨与一：氧化碳气体返 1 合成塔，用以维持合成塔的自热 、f 衡；溶液q ，的游离氨则在一：氧化碳，c 提塔中汽提出柬，_ ；j 循环：l ：序 返i i i 的碳铵溶液混合进入商n ；甲铵冷凝器，并利用冷凝热副产压力为 o 7 m p a ( 绝) 的燕汽。i d r 工艺与其它汽提工艺理论一样，只不过同 时 ) 了氨和二氧化碳分别作为汽提剂，较其它汽提】：艺多了一个汽提 塔。 1 2 l 岛i 嘲包括合成塔r 1 、氨汽提塔e 1 、二二氧化碳汽提塔e 2 、高胍 甲铵冷凝器e 3 、e 4 、高压甲铵分离器d l 。 高压液氨经过预热后分三路进入，4 0 进入合成塔r l 上段，4 0 进入合成塔r l 下段，2 0 进入氨汽提塔e i 。合成塔操作条件为： t = 1 8 8 p 2 l8 0 m p a n h 3 c 0 2 = 4 h 2 0 c 0 2 = 0 5 8 c 0 2 转化率为5 8 合成塔由一隔板分成上下两段，上段九块塔板，下段四块塔板。 反应物先送到塔上段底部，穿过多层塔板t - y i n n 部再通过降液管 流到| = _ 段底部。r l 下段通入4 0 的氨，以便提高氨碳比，增加转化率， d n h s c 0 2 围3i d r 高压圈流程示意圃 循环 继续反应后再往流到出口。出合成塔r l 的熔融液进入氨汽提塔 e l ，分配到汽提塔管束中约l5 2 0 的新鲜氨从e l 戚部送入作为汽提 气，以促进甲铵分解，在e l 壳t 月j j t i - _ 入定量的2 6 m p a 的饱和蒸汽，以提 供甲铵分解所需的热量，从e l 顶部f “来的气体循环回r l 的上段，以维 泸凡他7 5 0 t d 屎索挑霄向k 例 r 能艘造删究 持合成塔的反应温度，从e 1 出来的溶液进入二氧化碳汽提塔e 2 ，用二 氧化碳气体作为汽提气，壳侧通入一定量的2 6 m p a 的饱和蒸汽，使大 部分绩留的过剩氨被蒸馏出来汽提后溶液含c 0 2 ：1 4 、n h ，：1 3 5 ， 浚溶液送到f 游丁段最终净化。 3 3 “i d r ”等压双循环工艺装置运行现状 “i d r ”等压双循环工艺经过l o 多年的生产实践，做了大量的技 术改造l 作以后，装臀生产的稳定性、可靠性有了搬大的改善装置 生产能力也基本接近设计值，但装置的消耗距“i d r ”工艺的设计值仍 有较大的差距。这卜多年的运行大致i j ：r 分为两个阶段，第一阶段是 1 9 8 9 年改造以来到1 9 9 8 年降压操作前，第二阶段是1 9 9 8 年降压操作 后到现在，总的龅束一一囊存在消耗高。操作难度大等问题，工艺本身 存在着许多不太成熟之处，值得进一一步探讨和改进。 33 1 、1 9 8 9 年至1 9 9 8 年运行状况 “i d r 一等爪舣德外_ 1 ：岂采；= | - 岛濉、i 衔压、高氨碳比、高水碳比 虽然采_ 比c 0 2 汽提蜓为苛刻的1 ，岂条件但实际运行困难1 ：艺参 数较难控制，系统的操作裕度较小，装管稳定性差。同时，山j 二汽提 压力过断，e l 、e 2 汽提效率远远低j r 设计值，循环系统负荷高，使装 簧f u 耗、水耗、物耗均超标。 改造丌车仞期，装鬻运行一直= f i 太好，运转率极低，仅为 6 0 一8 0 ( 见表1 ) ，装鬣开停车比较频繁，负荷加不上去。除了外 界原因以外，装置本身的问题是系统停车的主要原因。其中，工艺条件 本身带来的超温。超j _ 1 ：三故障引起的停车是最主罄的，究其原因主要楚 汽提效率不能达到保自e 值，第二：汽提塔m 液组份偏离设计值较多，致 使到循环系统的氨和二：氧化碳大大超标，尤其是吨最素含二氧化碳超 丰，j i 后使岳一i j 段e ”镁熔点卜升，平衡医+ l ：升，循环系铹! 超砸( 特别是中 坻l 铵冷凝器超雁) 的现象t 分频繁，由此弓 起负荷加不上去、设备 泄漏、系统减负荷或停车现象t 分普遍。山j 1 出第二汽提塔的氨和二二 p u 川大学1 干! i ! 坝l 论t 氧化碳远远超标，分别超过设计数据的3 0 ，以致循环系统分解和吸 收鹾i 难。为了防i 。甲铵熔点升高而可能的结晶，操作上被迫往系统多 加水柬吸收以降低浓度。而为了维持，| 产，又4 i 得不部份排放，造成 氨耗较高。带求的后果是系统h 2 0 c 0 2 ( 摩尔比) 升1 商，合成转化率 卜- 降，形成恶性循环。表1 列出了该阶段的主要消耗指标。 表1 ：1 9 8 9 年至1 9 9 8 年消耗情况 年份，鲑氢托蒸汽耗也耗 t k g t u rk e d t u r k w h t u o 1 9 9 0 年1 0 7 2 0 08 9 3 71 1 8 31 8 4 1 9 9 1 年1 4 7 6 2 86 7 2 58 6 6 i8 3 1 9 9 2 年1 2 6 7 5 i6 3 79 2 l i8 2 l q 9 3 年l3 9 2 9 56 4 6l l5 71 8 7 1 9 9 4 年 l5 9 l7 76 2 01 0 2 0 l7 5 1 9 9 5 年1 6 3 0 46 2 11 0 4 1 6 s 1 9 9 6 年1 6 5 4 7 06 2 09 7 2 1 7 l 1 9 9 7 年18 9 8 0 76 2 31 1 0 81 6 8 1 9 9 8 年2 2 0 3 2 06 0 91 1 6 8 1 6 6 1 9 9 9 年2 2 4 5 6 35 8 5 l l3 ll7 0 9 面对这一棘手的难题，于1 9 9 8 年对装置大胆进行工艺参数的凋 整和修改，试行了系统降压操作，不断优化 = ：艺操作，使王况获得根本 性的好转，高n ：系统和循环系统趋于稳定，装置得以实现长周期生产。 33 2 、1 9 9 8 年至今运行状况 1 9 9 8 年试行降j i 三操作，即降低e 3 党侧副产蒸汽压力， n0 7 m p a ( 绝) 降到o 6 m p a ( 绝) ，合成塔压力山l8 5 、1 9 0 m p a ( 绝) 降低到 1 6 、1 8 m p a ，由j ：商压圈操作压力弹性增丈后，系统操作稳定性增强， 循环负荷得以减轻，杜绝了排放问题，实现了全循环操作，氨耗稳步 卜降。1 9 9 9 年全年吨尿素平均氨耗5 8 5 k g 并且于2 0 0 0 年4 月l l _ = i | 沪凡化7 5 ) t d 屎书裂冒i 舟挑m r 能【改进删宄 实现了氏捌期运i ? ( 2 0 9 夭) 的妤成绩，观装置的吨尿素氰耗稳定在 5 8 0 k g 。 由= f i _ “i d r ”等压双循环尿索工艺在停车时所需排放时阳j 长、排放 溶液多，不仅严羲污染环境，造成原材料的损失，还影响系统的检修 进度。从2 0 0 1 年底至2 0 0 2 年1 2 月经过多次技改后，改进了“i d r ” 尿素： ：艺停车排放方式，取得了较好的经济效益和社会效益。 i 3 1 1 0 年来，通过不停的改进和摸索，装置的稳定性有了很大的提高， 产鼙连年卜升，消耗逐渐f 降，负衙基本保持在9 0 以上。但系统蒸 汽消耗偏商，装置带油严熏，、二段循环加热器每半年就必须清洗 一次，而e l l j 日收甲铵液浓度高，装置停运过程中管道容易堵塞。 3 4 “i o r ”等压双循环工艺存在的主要侗趣 3 4 1设备标高布局不合理 图4 ：i d r 离压圈位差示意图 i d r 等压双循环是指e l r l e l 和e 2 一e 3 一d l r l e 1 一e 2 这两个循环e - - - , r i e l 这个循环是指再氨汽提塔e 1 内。用氨作汽 提剂将来自合成塔r l 的尿液中的甲铰分解，出塔的热气流直接返 r p 量- 叫合成塔r 1 ，提供含氨和二氧化碳的气体，用以维持合成塔的热平衡， 整个 d r 商压躺内均利用物料重力自行流动。 在i d r 装置的实际操作中发现，在丌车初期和系统转化率较低时， r 1 液位很难控制，经常出现r l 液位大幅波动的现象液位放不下来。 这 要与e l 位臀相对过高有关( e 1 尿液入口与e l r 1 入口位差仅 l m ) ，在丌车初期和系统转化率较低时，合成塔上段溶液比重几乎与降 液管巾溶液比重相同，而e 1 由1 二设备过小，在f 常运行时液位均高 r 液位顾部尿液分布器，在丌! _ ：初期乖系统转化率较低时系统溶液量 虹大，充满整个e l r l 管道，a 点和b 点没有n 三差，使合成塔液位 放不f 术，而； 出】：e l 漫液，使合成塔温度火幅r 降导致系统 ： 况进一1 步恶化系统操作困难。 3 4 2能量利用失当 能量利用失当主要表现为在甲铵冷凝器e 3 过分吸收热量去产生 o 6 m p a 的低压蒸汽，而为了保证台成塔r l 的反应的热平衡，采取将 e 1 高压汽提气返心合成塔 ：段，以维持r l 的温度，在f 段利用高温 度的液氨束维持反应温度。这种供热方式不仅使得影响合成塔的反应 温度因素增多极不易控制，而且造成能量的浪费即用高焓值的蒸 汽换术低焓值的低压蒸汽。( 山re l 、e 5 系统均采俐2 6 m p a 的中雎 蒸汽加热。) 在生产过程中，也经常现闲凋昭e l 而“j 现合成塔温度 夫l 隔卜降的现象，给系统：1 二况带来不利的影响。1 0 年来。尽管通过不 停的改进和摸索，装嚣的稳定性大人提高，产量连年l 二升，消耗逐渐 f 降负荷基本保持在9 0 以上，但系统蒸汽消耗始终远高于设计值。 3 4 _ 3进料不合理，浪赞合成塔空间 合成塔r l 底部只通氨，而不通入二氧化碳，使甲铵脱水反应失 去了能量保证，结果不但无法完成需要吸收热量的甲铵脱水反应，而 h 造成合成塔 = 5 液中氨严重过量，给下游的汽提塔带来沉重的负荷， 进步又给高压圈带来商的水碳比，使合成转化率降低。从实际操作 泸兀化7 5 0 t d 尿素犍程舳k 恻扩自e 改墙 i 】| _ 究 情况来看，在合成塔下部加氨并没有增加合成转化率，从实际取样分 析( 见表2 ) 看，合成塔下段组分和中部i j 液组分并没有多大变化。 说明仅利用了合成塔上段的9 块塔板，合成液在合成塔一卜部几乎停止 了反应，极大地浪费了合成塔宁问。【4 i 表2 ：合成塔下段与合成塔中段出液数据对比 i 台成塔f 段台成蟮出液 l 漏度1 8 8 1 8 8 n h ：3 6 8 l 3 6 s c 0 ，l l9 i i j 9 9 u r2 8 1 7 2 9 2 3 n h ，c 0 ，4 1 94 1 1 h ，o ，c o ，1 11o 【c 0 2 转化率 6 3 4 6 4 1 3 4 4 工艺选择的失误 为了保证供应合成塔反应所需热量，i d r 在e l 通入2 0 的氨作 为汽提刺，导致e l 液中n h 3 c 0 2 比值过高。离的氨碳比使物料点 偏离图5 中液相顶脊线而靠近氨侧，当通过e 2 进行二二氧化碳汽提时， 由3 二物料点与：氧化碳顶点联线穿过液相饱和区。使二氧化碳不但没 有被汽提出来，反而溶解予 ：艺液中，氨碳比越高，溶解的二氧化碳 越多，因此，e l 和e 2 进行汽提操作的效果非常差，给下游循坏系统 带柬沉重的负担。 3 4 5e 1 2 汽提过程的相图分析 山f 缺乏l8 0 标准大气压下的n h 3 - c 0 2 u r 1 h 2 0 似三元相图，但 可以近似根抓l3 0 标准大气骶f 0 ：j f 以- i 元桕阁f 。5 1 和热力学原理通过 图5 对e l 和e 2 的汽提过程进行分析。m 】【7 i f ；8 川川1 人学r 程坝i j 论殳 过n c = 4 ( n h 3 = o 6 0 ) f 点作反应线，合成塔出液组成为a 点( c 0 2 ： l23 7 ( w t ) ：n h ：3 5 2 9 ( w t l ：u r + h 2 0 ：5 2 3 4 ( w t ) ) ，合成塔出澉 a 在第7 汽提塔e 1 内剧氨汽提，取现在“i d r ”高压圈e lt 1 1 口液相组 成( c 0 2 ：l o 0 8 ( w t ) ：n h 3 ：3 6 6 ( w t ) ：u r + h 2 0 ：5 3 3 2 ( w t ) ) 为c 点，根据“i d r ”现在操作的状况，取汽液比为l ：1 4 ，根据相：打原理可 得到b 。可以看到这时存e l 通入超临界的氨，a 移至c ，汽提效果 是非常差的，汽提的效果实际上是氨返混入溶液中。连接c 和c 0 2 角，取“i d r ”现在的实际操作数据，汽液比为l ：4 ，同理可得到e 点。 也就是说溶液进入e 2 进行c 0 2 汽提时，由于c 与c 0 2 角连接线穿过 液相饱和区，而c 点太靠近氨侧，c 0 2 气体反而溶于溶液中。即用c 0 2 汽提时，过剩氨被分解出束的同时，不i , i 避免她使c 0 2 溶于溶液中， 这在汽提一f ：岂条件选择 ：是非常不妥的。 u r + h ，o n h ： 图5e 1 、e 2 汽提过程相图分析 c 0 2 ，凡化7 5 0 t d 尿索犍胃f n h 、i 嚣f r 能l 哑地i l j l _ 究 4 i d r 高压圈的改造 4 1 、 氨汽提工艺和二氧化碳工艺的比较 4 1 1 、工艺复杂性的比较 从： 艺复杂性来看二氧化碳汽提法比n h 3 汽提工艺和i d r 工艺 要简单得多壬要体现在二氧化碳汽提塔出口溶液只霈要经历一个低 压分解丁：段即町基本删收未转化的n h 3 和c 0 2 ，而n h 3 汽提法除采用 低压循环外遥增加了中压循环 i 段，相应地增加了甲铵伪循环步骤： 废水处理系统一低压系统一中压系统一高压系统。同删，由于n h 3 的 转化率较低，n h 3 汽艇j ：芝增加了n h 3 冷凝系统，i d r 增加了中m 吸 收系统，以刚收过融的n h j 。i 旧i i 2 0 1 瓴化碳汽提法的漉穰短，改螯较少。t j 地嘶积小，设备和筲存 楼谢，可充分利f h 物料位麓，丽氨汽提法设备多采 j l j 平耐桁霄，检修 豇诬。 4 1 2 、合成转化率及汽提效率韵比较 尤泛采州i 哪种。：艺9 0 “尿素要使得合成系统达到最佳转化，应 同州考虑c 0 2 和n h j 的转化率。 l啦e _ c o 汽摊n h | 汽提 i台成塔渝度1 8 31 8 8 t l台成塔的j h 力m p a1 4 i5 6 n h l c o ，2 9 53 6 h 2 0 c 0 2 o 3 90 6 一o 7 c 0 2 转化带； 5 9 6 5 n h t 转化苹4 0 3 6 就转化率而吉二氧化碳汽提法与氨汽提法+ 当。氨汽提法虽然 川ij 人学r 程坝f 论业 二：氧化碳转化率较高但氨的转化率较低。作为汽提剂，二：氧化碳比 氨更有效。二氧化碳是一种难溶于水及尿液的优良汽提介质，这样使 得二氧化碳汽提效率较高。而氨汽提工艺本质上是热汽提工艺本身 并没有加入汽提剂n h 3 ，而是加热分解出n h 3 和c 0 2 ，由于n h3 的溶 解，汽提效率较低。 2 h 表4 ：离开高压圈的溶液组成对比 项口c 0 2 汽捉n h ，汽提 n h t5 50 3 4 53 7 c o ，99 l 2 4 7 8 h ，o7 8 6 1 4 1 3 、设备腐蚀情况比较 设备腐蚀状况一直是选择尿素，匕产工艺最重要的选择依据。n h 3 汽提法山于采用高n h 3 c 0 2 操作，过剩的n h 3 降低了甲铵液的腐蚀作 用。般c 0 2 汽提法加0 2 鳋为0 6 07 而n h 3 汽提法较低，为 0 2 5 。在8 0 年代中期，s n a m p r o g e t t i 公司限是抓住我图7 0 年代引进 的c 0 2 汽提装簧高压设备出现较，m 重的腐蚀觋獗做突破，一举占领 了【和嘲m 场。1 2 2 1 事实上，从国外应用情况来看，两种工艺中高压设备的使h j 寿命 刁；棚卜下。因为n h 3 汽提法虽然采用高n h 3 c 0 2 操作但考虑到n h 3 的转化率，但因操作温度高，无疑又增强了甲铵液对合成塔和汽提塔 的腐蚀，最终两种工艺的腐蚀趋势相差_ i 多。 4 1 4 、消耗情况比较 总的束说，n h 3 汽捉工艺和c 0 2 汽提工艺能耗水平已非常接近。 表5 是两种l ：艺最近提供的设计能耗指标，往一定程度上反映出了各 自的 i 能效果。 泸灭化7 5 0 v d 屎采驶霄。乱旭嘲护能改造l i j 究 表5 ：消耗的比较 项c 0 2 汽提n h l 汽提 n h j( t t t i t 105 6 6o 5 6 6 c o !( t i t l i r ) 0 ，7 3 30 7 3 5 冷上水( t i t t i l17 07 5 i电( k w h ) 1 52 1 2 3 4 1 5 、应用情况的比较 c 0 2 汽提尿素工艺起源于6 0 年代中期，于7 0 迅速普及，目前已在 世界范制内建成1 0 0 多条生产线生，m 能力约1 5 l5 0 0 t d 占世界总产 懿的4 5 ，t 要分而i 存中国、美国、l 讨竭：联等3 6 个国家和地区其应 刖泛程度膳箨种m 产1 ：艺之静。 n h 】汽提一1 + 艺魁s n a m p r o g e t t i 公司j ：6 0 年代叶f 期丌发成功的一种 尿索乍f “技术。从1 9 8 7 年至今| 余年的时刚，全球新建的尿素生i “ 厂c ，约7 0 采用斯那姆技术。迄今为j f ：，刚内e 有中原、锦两、川 火化等2 3 家化肥企业引进了浚技术。f 2 3 l 川 哇1 6 、操作弹性的比较 c 0 2 汽提法由于汽提塔有对液体分布和液汽的要求。所以c 0 2 汽 提工艺不能低于6 0 负荷。但丌、停车较快达到全流摇稳定时自j 短。 歼车过襁叶| 合成塔用c 0 2 升压，珥i 消耗n h 3 ，但要求开车合成塔出料 过程中操作人员熟练配合。1 2 m 而n h l 汽提i 艺停车比较平稳，扯l 所需州删较长，7 1 ：车过程中合 成塔 hn h j 升眶。搡作弹性夫是n h 3 汽捉1 ：艺的特点，可在4 0 负荷 情巧6 卜，r 西j 运行。 通过比较，征能耗设计方砸氨汽提和二二氧化碳汽提种汽提工艺 基本处r 嗣一水i h 均比较成熟，而h 均已广泛应用1 二世界范围一白- 多套装。斟。但二瓴化碳汽提技术并不适合“i d r ”商妪圈的改造斟为 如粜按照二氰化碳汽提方法改造“i d r ”高压圈，则须将合成塔重新安 裟存尚地嘣至少2 l 米处，以便合成塔的尿素溶液能够自然流入安 犍n ：、f ，台的汽提塔这就必须政变原有装置的平面和标高布冒，而改 变原有装置框架结构工程最为浩大。 本文提出j = j “氨自汽提法”的方法对i d r 等压双循环装置进行扩 能改造，解决了合成塔塔和第一汽提塔空间位置稚置不当的带来的操 作凼难的问题，丽且由于装置具备n h 3 汽提技术装置的弹性大的特点， 在实际生产中i j 撤掘市场形势，配合合成氨车州更好地调节装置生产 能力。 4 2 、 对i d r 装置的改造措施 a 、增设甲铵喷射泵 增设 = 铵喷射泵，使用液钒为i 喷利流，将甲铵分离器分离出来的 1 p 铵循环进入合成塔。 b 、e 2 改成自汽提塔，取消e 1 将二氧化碳汽提塔e 2 改为自汽提塔仅用中压蒸汽加热分解而 i i 科加入氨，以避免氨反而混入液相中，而且由于仅厢e 2 就能满足 生，要求，考虑到e l 设备过小在7 5 0 吨l = 1 生产能力时液体负荷就 过匝，因此取消e l ，仪用e 2 作为自汽提塔。 c 、r 1 液相出口增设减压蝶阀 在合成塔r l 出l ，i j 增设减压蝶闷将脏力d 1 l5 6 m p a 减l i ：至 1 4 7 m p a ，使合成和汽提塔在刁i 吲压力等级。f 进行，以提高甲铰分解 牢，降低中l k 吸收系统负荷。 d 、提高合成塔利用率 将合成塔顶部封闭并将塔板改用高效塔板，汽液混合物起进 o 兀化7 5 0 1 d 球索黻码球嘲圹能改造研宄 入e 2 ，山j 汽液混合物不再分离，可以有效地解决合成塔底部缺氧的 问题。给停运空压机带来便利条件。而卧如f 合成塔有自热平衡。可 以杜绝合成塔底部反应缺少热鞋供应的不良现象，可以有效地利用合 成塔的整体空州。 当_ i - 产：能力的提高到l o o o 吨i i - i 后，合成塔的生产强度变为1 3 7 t l d m 。，f 业生产中通常尿素装最生产强度在1 0 1 5t l d l r 1 3 停留时间 在0 5 一i 小时所以生产能力提高后，虽然物料在合成塔停留时间较 短，仪有3 8 分钟但考虑到采用商效塔板和甲铰冷凝勰e 3 ，4 的能力 还有富裕，所以改造后合成塔基本能够满足生产要求。 e 、停运空压机 合成塔顶部封闭后，汽液小再分离，钝化窄气随二氧化碳是t 体加 入合成塔后可有效地到达高压圈各i 殳籍，川以停运窜赋机，有效地解 决系统带油多的问题。 f 、取消中间吸收系统，增设氨冷凝系统 山j j 二一段分解气中火爨过剩氨的蒸f 躬，嗣时审剃啜毅系统不具备 能力冷凝过剩氨因此取消中问暇收系统，增加氨冷凝系统。 g 、更换二段加热器h 4 0 5 1 6 ； 卉l i j u ，二段循环加热器_ h 能勉强满足n 产7 5 0 吨的生声髓力 扩能后，通过热翁衡算，二二段) j i i 热器能力4 ：足，需饕更换二二段加热器。 4 3 、改造后的流程 n h 3 循王t f ： 图6 ：改造后的i d r 高压圈漉程示意图 离丁f 合成塔的合成液减n i 进入被蒸汽加热的降膜式自汽提塔e 2 顶部，由于氨自溶液中沸腾逸出所起的汽提作用使溶液中二氧化碳 含量卜降。汽提出柬的气体和来自l l 压系统的甲铵液进入高压耳j 铵冷 凝器e 3 4 ，在高压甲铵冷凝器中，除少景惰性气体外，全部混合物均 被冷凝，气液混合物在甲铵分离器巾分离，甲铵与液氨在甲铵喷射器 中混合，甲铵喷射器以入合成塔的液氨为喷射流。将甲铵循王不混合进 入合成塔，= 氧化碳n a 合成塔l 段底部。合成塔仍保持上下两段， ：段九块塔板，下段四块塔板。反应物先送到一 ：段底部，穿过多层塔 扳卜| 到顶部，阿迎过降液管流钏卜段底部，最后上升到中部出料。 泸又化7 5 0 t d 尿索址钎! - 卉h 心 r 能改选州究 4 4 、 改造后的工艺条件 改造后台成塔瓤的工艺条件选用氨，碳比为3 5 ，合成温度为1 8 8 ，水碳比为0 6 7 ，觚力为l5 6 m p a ，汽提塔e 2 在压力为1 4 7 m p a 卜进行n ，i 键。此i 芑条件板久地优化了整个高i 引圈的合成承i 汽提明： 境通过l ”铵喷射器和合成塔r l 出门减瓜闷巧妙地将合成和汽提 安排在4 ：网瓜力等级f 操作，同时，汽提塔改为自汽提不再发生汽 提剂倒溶的恶劣1 况，使汽提塔真一地发挥回收来反应物作用；合成 塔采用自热、f 衡，虽然e 3 4 少产了低压蒸汽但改造后仪用e 2 的蒸 汽用量就能满足要求即相对减少了e l 的蒸汽用量2 6 m p a ( 绝) 的 饱和蒸汽1 0 吨小时，降低了整个系统的蒸汽消耗：使高压圈! ：力大 为降低，不但降低了电力成本，而h 为汽提塔工作创造了有利条件： 水碳比年氨碳比的降低减少了循环物料量，降低了刚收液的浓度， 使漫备及管道4 ：易堵摩。新的流利工艺绦件的选择带来的益处远升：止 ) j 优化一：艺环境和易于操作卜- ，它存提高产量和节能降耗l ：所发挥的 经济效觞型为r j 观。 表7 改造前后主要项目比较表 项h 改造游改造衍 合成塔压j 】( m p a )1 8 1 6 1 5 7 合成塔n c4 03 。5 台成塔h 2 0 c 0 3 io 0 6 7 出液渝度( )f 8 81 8 b 高设 ；：扳无订 合成塔n 热乎衡无有 合成塔出液组成u r ) 2 9 9 83 3 6 3 n h 】( )3 5 0 83 2 3 8 c 0 2 ( ) j36 11 3 3 3 e i 汽提塔压力( m p a l l 8 一1 6 敢消 叫川1 人学r 榉坝i 论史 【 e 2 汽姓塔乐j j ( m p a ) 1 8 1 6 1 4 7 汽挺培仃约藤汽( t h ) 取消e l，约蒸汽1 0 t h |汽提塔山液ur ( ) 4 2 4 44 5 ，3 7 i n h 2 ( ) 1 6 3 32 4 7 8 lc 0 2 ( ) l5 ，4 16 1 0 ie 2 热负似( k j h ) 58 7 1 0 5 4 0 1 0 f阶希 e 4 热负衙( k j h ) 6 5 7 j 0 ，6 0 3 x1 0 l竹约蒸汽( t ，h ) 1 0 l e 3 党侧控制乐；t j ( m p a ) 0 70 4 5 ie 4 党侧控制压) j ( m p a )o 3 50 4 5 中问吸收系统秆无 j氯冷凝系统屯有 i i尿素- 产：能力( t ，d ) 7 0 0 7 5 01 0 0 0 ! e 产强度( t d 3 ) 96 0 一1 0 3l3 7 4 5 、 改造后效果 a 、解决设备布局不台理的问题 通过取消第一汽提塔e 1 ，使合成塔出液直接进入e 2 进行臼汽提， 解决了i d r 等压双循环中困设备布局问题导致ej r 】一e l 这个循珥： 之叫瓜差过小丽操作困难的问题。 b 、降低了回收液浓度，管线不易堵塞 通过甲铵喷射器和台成塔m 减压阀，使合成和汽提在不同压力 簿级f 操作，提高了汽提效率。8 5 的- 氧化碳在高压回路中循环 蚁7 il5 的：j 氧化碳以甲铵液的形式返鲫合成塔。甲铵液浓度由改造 晌的n h 3 ：3 8 、c 0 2 ：3 8 变为n h 3 ：5 2 、c 0 2 ：1 8 大大降低 了回收液的浓度，使得管线不再容易堵塞。 c 、提高了合成塔利用率 台成塔裔自热平衡，杜绝了合成塔底部反应缺少热量供应的不良 泸天化7 5 0 一d 棘崇城钭- ：j j k l 爿和能心过1 1 j f 兜 现象，町以有效地利用合成塔的整体空叫。 d 、可以停运空压机，减少系统带油量 在改造前，由于空压机带油严重，曾想通过停运空压机来减少系 统带 t h 量，但山于空气随二氧化碳气体加入氨汽提塔e 2 后，在e 3 冷 凝后随d l 放空气体放空，很难进入合成塔而且合成塔t 段进行汽 液分离，停运宅压机会造成合成塔f 段缺氧。停运空压机的想法一赢 4 i 能实现。改进后将合成塔顶部封闭，山于二汽液混合物不再分离，可 以有效地解决合成塔底部缺氧的问题，给降运窀脏机扫清了障碍。 e 、减少了循环物量 虽然每吨球素循环氨置增加了01 6 1 3 t ，但带走的c 0 2 和h 2 0 量 减少，分5 j l j 减少o 2 2 8 7 t 和o ，0 8 4 9 t ，减少了循坪系统返回总物流量， 为进一步提高产量创造了有利条件，同时也减少了返豳蘑所消耗的动 力。 f 、降低了动力设备的消耗 改造厢，合成压力降低，甲铵冷凝器眍力进步降低，降压后二： 氧化碳压缩机以及高压甲铵泵的出【 压头卜降，减少了电力的消耗， i 两时也降低了易损件的磨损和维修赞用。 g 、降低了系统的蒸汽消耗 合成塔采j 自热平衡，虽然e 3 4 少产了低压蒸汽，假改造后e 1 ，2 的蒸汽j 讨量姐相当于改造前e 2 的蒸汽用量，降低了整个系统豹蒸汽 消耗，肖约蒸汽约1 0 吨。 叫j i f 人学r 程坝i 论业 5 物料衡算 5 1 、计算依据 a 、咀位制 本文以改进后r i 产1 0 0 0 吨为讨算依掘，物料流量单位为k m o l h 、 k m o l d 和k g h 热澈衡算的币位为k j h 。 b 、红物料平衡和热量平衡汁算中，将甲铵冷凝器e 3 4 和甲铵分离器 d 1 作为整体合并在1 起进行物料平衡和热量平衡训算。 5 2 、合成塔 设讣操作条件 t l8 8 p=l5 6m p a n h 3 c 0 2 = 3 5 h 2 0 c 0 2 = 06 7 原料二氧化碳 原荆_ 二氧化碳以纯的7 4 0k g t u r4 - t 算，则加入二氧化碳量为 m c 0 2 = 7 4 0 x 1 0 0 0 1 2 4 23 0 8 3 3 4 4 k g h = 7 0 0 7 6 k m o l h 若二氧化碳纯度以9 8 5 计算，则总的进气撼为 m m f lc 0 2 = 7 0 0 7 6 0 9 8 5 27 1 1 4 3k m o l h = 3 i 3 0 2 9 8 k g h 若二氧化碳纯度以9 8 。5 计算，则总的进气量中惰气为 m m m ，。= 7 0 0 7 6 0 9 8 5 0 0 1 5 = 7 3 5 4 6 0 ol5 = 1 10 3 k m o l h 系统加氧譬：以：氧化碳中含0 2 5 汁，空气中氧含量2 1 。 则mv 一。2 1 ( mm c ( ) 2 + m 、) = 0 2 5 加入空气罱：m 。= 8 8 6k m o l h 鲨墨! ! ! ! ! 业堡查些堕! 立f 堡! ! ! 芏丝垦重型塞 ： 所以，惰气总鞋为： m = l10 3 + 8 8 6 = 198 9k m o l h = 4 4 5 n m 3 h 原料氯 原料氨以5 7 0 k g t u r 汁算，则加入氨量为： m ，wn i 3 = 5 7 0 1 0 0 0 2 4 = 2 3 7 5 0 0 0k g h = 1 3 9 7 0 6k m o l 1 1 液氨纯度以9 9 8 计算，则原料氨中带入水 m n h 3 = 2 3 7 5 0 0 0 0 9 9 8 o 0 0 2 = 4 8k g h = 2 6 7k m o l h 合成塔内总物料流量的计算 依掘合成塔n h j c 0 2 = 35 h 2 0 c 0 2 = o 6 7 转化率呶6 5 ，则需合成的尿素翊：汁算如f ： m u r = 1 0 8 5 1 0 0 0 2 4 = 4 5 2 0 8 2 0k g h = 7 5 3 4 7k m o l h 合成塔内：氧化碳总流量为： m 。c o ! ；m 总u r l 6 5 = l l5 9 1 8k m o l h = 5 1 0 0 3 9 2 k g h 合成塔内总氨流鞋为： m 。n i l 3 = m 总c 0 2 x 3 5 = 1 1 5 9 1 8 3 5 = 4 0 5 7 1 3k m o l h = 6 8 9 7 1 2 lk g l i 合成塔内水份为： m ，h 2 ( ) = m 总c 0 2 x 0 6 7 = 1 1 5 9 18 o 6 7 = 7 7 6 6 5k m o t h = 13 9 7 9 7 0k g h 缩二脲以0 3 计算： m h 。= m 总u rx 0 3 = 4 5 2 0 8 2 0 0 3 = 1 3 5 9 6k g h = 1 3 2k m o l h 生成缩一j 脲消耗尿素2 6 4k m o l h ，即1 5 8 4 k g h 川| l i 、学t f 、s 坝 论立 则剩余尿素为4 5 0 4 9 8 0 k g h 。或7 5 0 8 3k m o t h 合成塔出口液相的计算 合成塔出口液相二氧化碳量为： m c 0 2 = m 。c 0 2 一m nu r = 1 1 5 9 1 8 7 5 3 4 7 = 4 0 5 7 1k m o l h = 1 7 8 5 1 ，2 4k g ，l l 合成塔出lj 液相氨量为： m n j - 1 3 = m “n h 3 2 m “r + m 1 城b f 腔m = 4 0 5 7 13 2 x 7 5 3 4 7 + 1 3 2 = 2 5 5 1 5 lk m o l h = 4 3 3 7 56 7k gf h 合成塔冉门液帽水齄为： m 1 1 2 0 。mu 1 1 2 0 + m 一 一7 7 6 6 5 + 7 5 3 4 7 一1 5 3 0 1 2k m o l h = 2 7 5 4 2 1 6k g h 合成塔出口液相尿素量为： m 。，= 7 5 0 8 3k m o t h = 4 5 0 4 9 8 0k g h 合成塔r i 液相缩脲鬣为： m “= m ，x0 ：j = 13 5 9 6k g h = 1 3 2k m t 1 h 返回合成塔液氮和甲铵量 返叫合成塔的二二氧化碳餐为： m e ( 坨。m o 【( ) 2 一m “c 1 ) 2 、 = 1 1 5 9 1 8 7 0 0 7 6 = 4 5 8 4 2 k m o l h 一2 0 17 0 4 8k g h ； 返回合成塔的氨量为： m n n 3 = m 。n h 3 = 4 0 5 7 1 3 k m o l hg 醅9 7 1 3 2 1 。虹h 进入合成塔藏料氨和循环液氨总量： - 。； ：v j m “1 1 n h 3= m 棹n h 3 一m 巾铸俯k n h 3 = 6 8 9 7 1 2 】，3 5 9 7 6 3 0 望茎些：! ! 型堡堂笙堡垒型! ! 堑堂苎翌型兰兰 = 3 2 9 9 4 9 lk g t l = 1 9 4 0 8 8k m o l h 返叫合成塔的水量为： t 1 2 0 = m 。h 2 0 = 7 7 6 6 5k m o l h = 1 3 9 7 9 7 0k g h 则返i 。1 合成塔甲铵带入水： l3 9 7 9 7 0 4 8 = 1 3 9 3 1 7 0k g h = 7 7 3 9 8k m o l h 表8 台成塔物料平衡表 收入k m o l h k g 1 1w t ( 1支i l j k m o l l h k