用自主创新的节能减排技术改造传统水溶液全循环法尿素装置.pdfVIP

化工设计通讯第 卷第 期 Chemical Engineering Design Communications 年 月 尿素生产技术 用自主创新的节能减排技术 改造传统水溶液全循环法尿素装置 沈华民 刘国胜 王世平 李洪涛 德州百斯特化工科技有限公司 山东 德州 收稿日期 作者简介 沈华民 男 上海人 教授级高级工程师 研究生导师 长期从事尿素技术的研究 开发 和教学工作 摘 要 针对传统水溶液全循环法尿素装置高污染 高能耗等问题 提出了相应的技改原则 三废减 排方面 建议用低压深度水解技术治理废液 用粉尘回收装置治理造粒塔粉尘 节能方面 建议分阶段以 优化调整法或添加设备法 逆流换热全液相合成技术或传统 法实施改造 并简要计算了此类改造的收益 关键词 水溶液全循环法尿素装置 节能减排 技改 深度水解技术 粉尘回收技术 逆流换热全液 相合成技术 传统 法 中图分类号 TQ 畅 文献标志码 B 文章编号 Innovative Energy Saving Technology for Revamping of the Traditional Total Recycle Urea Plant SHEN Hua min LIU Guo sheng WA NG Shi ping LI Hong tao Dezhou Best Chemical Technology Co畅 Ltd Dezhou Shandong China Abstract Propose the correspond revamp principles to solve the problems of high pollution and high energy consumption in the traditional total recycle urea plant To reduce the three waste we recommend low pressure urea depth hydrolysis technology treating the waste water and dust recovery technology recovering the dust from urea prilling tower for energy efficiency we recommend optimization and adjustment methods or adding devices in several stages the countercurrent heat exchanger whole liquid phase synthesis technology or the traditional Two One technology are also recommended Simple calculations show these revamp benefits Key words total recycle urea plant energy saving and waste reduction revamp urea depth hydrolysis technology dust recovery technology countercurrent heat exchanger whole liquid phase synthesis technology traditional Two One technology 0 前 言 尿素作为重要的化肥品种之一 数十年来已 经为我国农业增产作出了重要贡献 我国是最大 的发展中国家 拥有十三亿以上的人口 基于我 国仍然是农业大国且人均可耕地少这一国情 粮 食安全至关重要 目前 我国已用世界 的可 耕地养活了 的人口 在此化肥的贡献是不 言而喻的 毋庸置疑 今后我国政府必然会继续 支持化肥产业的正常生产和发展 故而 作为肥 业支柱的尿素产业也仍将继续向前发展 世纪的人类社会 已进入全球化时代 对于高污染高能耗的传统化肥产业的继续生产和 发展 首先必须建立在治理三废污染和减排二氧 化碳的基础上 同时 化肥产业的发展必须走以 节能为主线的低碳经济发展模式 第 期 沈华民等 用自主创新的节能减排技术改造传统水溶液全循环法尿素装置 我国作为负责任的大国 以积极的态度支持 节能减排为主旋律的低碳经济发展模式 低碳经 济的重要理念是 发展低能耗零污染的绿色经 济 淘汰高污染高能耗的落后产能 为此 近年 国务院和工信部公布了严重污染环境 高能耗的 落后产能行业 其中有钢铁 水泥 石化 火电 等六大行业的部分企业 今年我国中东部严重 的雾霾天气 必然促使加快治理污染的步伐 作为石化行业之一的尿素产业 生产过程中 亦有废物排放污染的问题 主要为废水及造粒塔 排出的废气对环境的污染 另外 有些企业还存 在着以高能耗换取高产量的错误观念 这是与低 碳经济理念极不相符的 因而 如何继续发展我 国传统的化肥产业 首先要转变观念 转变只重 视产品产量而忽视产品质量和能耗的错误观念 这是继续发展我国化肥产业的前提条件 我国中小型尿素装置多数是采用传统水溶液 全循环法 以下简称传统法 进行生产的 因而 讨论该类装置的节能技改 对于整个尿素产业实 现低碳经济发展具有特殊的 重要的意义 传统法尿素技术创建于上世纪五十年代末六 十年代初 我国于 年引进该技术 在国家 粮食安全保护政策下 上世纪六 七十年代和八 九十年代曾先后两次大批量兴建了中型尿素装置 kt a 和小型尿素装置 kt a 这 些装置已成为我国尿素生产的主力军 然而 传 统法尿素工艺毕竟是第一代水溶液全循环技术 装置工艺落后 主要问题有两个 其一是合成转 化率低 xCO 仅为 其二是一段分解 压力过低 仅 畅 MPa 导致热利用率差 上述 两个问题是造成装置能耗过大的主要原因 吨尿 能耗为 蒸汽 畅 畅 t 冷却水 m 电 kW h 对于尿素装置而言 节能方法有如下两种 第一 热量回收节能 属于直接节能法 在尿素装置中 将分解工序释放出来的未反 应物 NH 和 CO 气体 在回收工序冷凝 吸收 并将其冷凝热回收利用 以减少装置能 耗 此即为热量回收节能技术 第二 提高合成转化率节能 属于间接节能 法 尿素装置中 xCO 越高 生成尿素量越多 出塔尿液中未反应甲铵及过剩氨总量也越少 后 续分解工序所需蒸汽量也越少 循环回收未反应 物所需能耗 电能 冷却水 也越少 因而 xCO 的高低密切关联着装置运行的能耗 即 xCO 越 高 能耗越少 因此 提高尿素合成转化率已成为尿素装置 最为重要的节能方法 为了提高 xCO 运行较好的传统法尿素装 置 已在尿塔内安装了高效塔盘 或设计了多种 新型内件 已使 xCO 提高至 促使 装置能耗下降 但是 由现代工业尿素合成理论分析得知 只 要是从底部进料的尿塔 即使将塔盘再增加 或效 率再高的新塔型 实际 xCO 不太可能逾越 合成转化率小于 已成为传统法尿素 装置的瓶颈 最先进的传统法尿素装置的能耗指 标始终徘徊在汽耗约 畅 t 吨尿 下同 落后 于汽提法尿素装置 然而 尿素技术已进入合成时代 其典型 代表为美国 UTI 尿素技术 UTI 用逆流等温塔 已将 xCO 提高到 也即 UTI 仅用合成节能 法一项 已能使装置汽耗下降至约 畅 t 其先 进性已能与汽提法媲美 因而 用合成时代的理 论和实践来改造我国传统法尿素装置 则装置发 生凤凰涅槃 实现跨越式发展是指日可待的 为此 在工业尿素合成理论指导下 消化国 外先进核心知识基础上 自主创新 开发出两项 节能新技术 供传统法尿素装置低碳节能发展选 择应用 其一为逆流换热全液相合成塔 主要针对传 统法 xCO 低的问题 汲取了美国 UTI 逆流等温 合成塔的先进理念而开发成的新塔型 其二为传统 法技术 主要针对传统法热 利用率差 xCO 低两个问题 汲取了汽提法先进 理念 结合现代工业尿素合成理论开发出的新流 程 1 技改原则及建议 1畅1 技改原则 应从尿素装置是一个系统工程的整体观 点来考察 即装置各工序之间是紧密相连的整体 角度来寻找能耗高的原因 并找出具体节能降耗 的方法 措施 尤其不能就事论事 从局部出发 来制订具体措施 化工设计通讯第 卷 对于传统法尿素装置而言 具体的节能 技改措施应以提高 xCO 为主 热量回收为辅的原 则 因为提高合成转化率是最好的节能措施 xCO 与能耗之间的关系见图 该图系笔者 沈华民 以传统法尿素装置 NH CO 为 畅 时 进行数学模拟计算而得出的 图 xCO 与蒸汽耗量及合成液未反应物料量的关系 由图 查得 当 xCO 时 汽耗 为 畅 畅 t 实际值为 畅 畅 t 若将 xCO 提高到 系统蒸汽耗量由图 查得为 畅 t 可见 在此转化率下后系统若能 回收 kg 蒸汽 装置即可进入先进的节能低 碳行列 若将 xCO 进一步提高到 由图 查得 汽耗小于 畅 t 这时即使后系统不采取任何节 能措施 装置也已进入先进的节能低碳行列 由此可见 传统法尿素装置节能技改措施应 倾向于合成节能法 1畅2 技改建议 我国传统法尿素装置 大致可分为三类 具 体技改措施亦略有不同 1畅2畅1 第一类 运行水平较差的落后产能 装置概况 只有解吸系统 经常排放解吸废水 造 粒塔顶也经常排出粉尘 废气 原尿塔为空筒或设置常规塔板 xCO 汽耗 畅 畅 t 问题讨论 本类装置在尿素行业中属于高污染高能耗的落 后产能 如果不及时采取措施 最终必然被淘汰 环保先行 亟需治理排放的废水 废气 使 装置的三废达标排放 同时 装置能耗在同行业 中也处于落后状态 也需尽快采取改善措施 建议 建议分两阶段进行改造 使装置达到同行业 先进水平 第一阶段 首先需治理污染问题 设置 水解系统和造粒塔粉尘回收系统 以解决装置污 染问题 对于能耗高的问题 建议将尿塔塔盘改 为先进的高效塔盘 同时 对全系统进行优化操 作以及参数调整 以提高 xCO 来降能耗 优化调整后使装置 xCO 提升至 装置汽耗下降至 畅 畅 t 以尽快摆脱落后状 态 达到行业中等水平 第二阶段 用逆流换热全液相合成技术 或传统 法进行改造 进一步提升 xCO 汽耗 畅 t 使装置达到行业先进水平 1畅2畅2 第二类 运行水平处于中等偏下游的装置 装置概况 水解系统及粉尘回收系统已设置 尿塔设有普通塔盘 xCO 汽耗 畅 畅 t 问题讨论 本类装置污染问题已基本解决 但能耗还是 较高 在行业中运行水平属于中游偏下状态 若 墨守陈规 随着时间的推移 在竞争中也难以长 期生存 建议 亦建议分两步走 第一步 设置高效塔盘 同时对尿塔塔盘 进行优化调整 并对全装置进行参数调整和优化 操作 将 xCO 进一步提高到 汽耗 降至 畅 畅 t 这样 可以用较少的投资尽快提升装置水 平 摆脱能耗偏高状态 尽快进入行业中等水平 行列 第二步 用逆流换热全液相合成技术或 传统 法改造装置 进一步将 xCO 提高到 以上 汽耗 畅 t 使装置达到行业先进水平 1畅2畅3 第三类 装置扩产 装置概况 水解系统及粉尘回收系统已设置 尿塔已设置高效塔盘 在生产强度 I t m d 下同 时 xCO 汽耗 畅 畅 t 第 期 沈华民等 用自主创新的节能减排技术改造传统水溶液全循环法尿素装置 因扩产需要 I 提高至 时 xCO 下降至 汽耗上升到 畅 畅 t 问题讨论 由于扩产 使原先较好的装置成为高能耗高污 染装置 如何使装置恢复到原先水平或超过原先水 平 选择既节能又增产的新技术是成功的关键 建议 逆流换热全液相合成技术以及传统 法都 是既节能又增产的新技术 可以选择其中之一来 改造 在 I 时 均能使 xCO 达到 左右 汽耗可降至 畅 t 左右 装置进入行业先 进水平行列 2 三废减排技术 尿素生产过程中的三废排放主要为废水排放 和造粒塔粉尘排放 其中主要含氨和尿素 这两 种物质排入江河或大气中均会造成污染 必须进 行治理 并回收有效物质 2畅1 废水治理技术 废水来源 尿素装置的废水主要来自尿 素合成反应生成的水 每生成 t 尿素会产生 kg 水 另外 还有从原料液氨 CO 以及蒸 汽喷射泵工作时带入系统的水 最后一起形成蒸发 冷凝液 故而 实际生产中吨尿会产生 kg 废液 若排放这些废液 会对江河造成污染 组成 wt 尿素 畅 畅 NH 畅 畅 CO 畅 畅 国情 原来我国传统法尿素装置仅设置 解吸系统 通过解吸可将废液中的 NH 脱除 但因为排出废水中仍含有少量尿素 既损失了尿 素又会对水环境造成污染 必须进一步处理 深度水解技术能将废液中尿素和氨一起脱除 回收 使排放废水达标 水解原理 NH CONH l H O l 高温 NH l CO l 解吸 NH g CO g 可见 水解过程分两步进行 首先分解尿 素 然后将溶液中的 NH 和 CO 连同原来残留 在废液中的 NH 和 CO 一起全部解吸为气相 从而使残留液中尿素和 NH 含量均小于 国外技术 高压深度水解技术 意大利 Snamprogtti 公司 技术 压力 畅 畅 MPa 中压深度水解技术 荷兰 Stamicarbon 公司 技术 压力 畅 畅 MPa 低压深度水解技术 美国 UTI 公司技术 压 力 畅 MPa 我国自主开发的水解技术 我国已有多家单位自主研发了水解技术 本 文介绍德州百斯特化工科技有限公司的低压水解 技术 其流程见图 图 尿素低压水解 汽提工艺流程图 该水解技术特点如下 采用单塔 水解和解吸合二为一的单塔 操作 流程短 设备少 投资省 底部导入 畅 MPa 蒸汽直接加热废液 以供水解和解吸之用 同时 还加入少量 CO 和空气作汽提剂 空气还是防腐剂 促使废液中 的尿素在较低温度下 约 分解为 NH 和 CO 这样 更适合于没有中 高压蒸汽的尿素 化工设计通讯第 卷 装置 采用具有自主知识产权的高效塔内件 排放废液中尿素 NH 应用 百斯特水解技术已在山东 河南等多家尿素 装置上应用 效果良好 2畅2 粉尘治理技术 粉尘来源 尿素造粒塔是绝大多数尿素装置的标志性建 筑物 但是若塔顶排出的尿素粉尘治理不力 则 塔顶排出白色粉尘状废气也是污染的一大标志 近年来 随着我国大多数中 小型尿素装置 的扩产改造 原设计的造粒塔生产能力已严重不 足 一方面导致尿素造粒塔塔顶尿素小颗粒粉尘 带出量过多 产生白色粉尘污染大气 另一方面 又增加了尿素的损耗 针对这一新情况 尿素造粒塔粉尘回收技术 已成为我国尿素产业三废治理的重点技术 是我 国氮肥工业协会推荐的重点环保项目 本文介绍德州百斯特化工科技有限公司的粉 尘回收技术 治理方法 采用湿式雾化洗涤法脱除粉尘 其特点如 下 粉尘回收装置应用于原造粒塔为自然通 风的造粒塔 因而不需外加强力通风设备 装置 全部置于造粒塔上方 操作简便 与生产系统合 为一体 采用尿素水解废液作为粉尘吸收液的置 换补充液 用洗涤喷头加入装置 采用先进雾化技术 湿式洗涤回收粉尘 且为三段吸收三段分离回收技术 回收率达 应用 本技术已在宁夏 山东 河南 湖北等二十 余家单位尿素装置上应用 最近已在宁夏石化大 尿素装置上应用 运行良好 未完待续 樆技改技措 樆 活塞推料离心机运行小结 山东华鲁恒升在 kt a 合成尾气制乙二醇项目中安 装了一台 HY N 型活塞推料离心机 它是连续操作 液压脉动卸料的过滤离心机 在全速运转下进行所有的 操作程序 如进料 分离 洗涤 干燥 卸料等 1 存在的问题 本机适用于分离中粗颗粒的结晶状或短纤维状的悬 浮液 悬浮液温度不大于 固相平均粒度在 畅 mm 固相含量为 供料浓度均匀稳定 我们分离的物料是过饱和的硝酸钠溶液 温度为 在单机试验合格之后 开始注入物料进行试运