二氧化碳汽提尿素技术总结.doc

CO2汽提法尿素装置的改造与提高技术总结 张刘亮 摘要：通过对CO2汽提法尿素装置的改造使整个尿素系统运行更加稳定，达到节能降耗目标的同时也给公司带来了巨大的经济效益。 关键词：CO2汽提法尿素 改造 合成塔 水力喷射器 项目背景 1.尿素生产工艺发展情况 目前，世界上具有竞争性的尿素合成工艺是荷兰Stamicarbon公司的CO2汽提工艺、意大利Snamprogetti公司的NH3汽提工艺和日本东洋公司的ACES工艺。它们在世界上的建厂数量为：CO2汽提工艺115套，NH3汽提工艺为80套，ACES工艺9套。近年来，由于新型耐腐蚀材料的开发使CO2汽提工艺有很大发展。 2.国内新上尿素工艺情况 目前我国尿素生产装置及采用工艺如下表1所示： 表1我国尿素生产装置 工 艺 尿素装置 水溶液全循环法/套数 CO2汽提法/套数 NH3汽提法/套数 ACES/套数 小尿素装置 356 10 6 2 中型装置 67 87 50 4 大型装置 — 18 24 3 为了节能降耗满足当前市场需求，现在新上尿素项目多采用大中型的CO2汽提法工艺。 3.CO2汽提工艺尿素特点 （1）流程简单。由于合成工段汽提效率高，减少了下游工序的复杂程度，Stamicarbon公司的CO2汽提工艺是目前唯一工业化的只有单一低压回收工序的尿素生产工艺。因为工艺简单，所以带来许多好处，如操作方便，投资省，可靠性强，运转率高，维修费用低等。 （2）高压圈工艺在优化理论指导下运行。合成压力采用最低平衡压力、氨/碳比采用最低共沸物组成时的氨/碳比（2.95）、操作压力13.6MPa、温度为180-183℃、冷凝温度为167℃、汽提温度为190℃、汽提效率在90%以上，这些参数都比较温和，因而采用316L或25-22-2CrNiMo材料即可达到材质耐强腐蚀性的要求，设备制造和维修都比较方便。 （3）提高了热能和塔的利用率。CO2汽提法工艺采用两段合成，CO2、氨和系统循环的钾铵在高压钾铵冷凝器中冷凝可以回收反应热副产0.4 MPa蒸汽，同时钾铵脱水反应在合成塔内进行，避免了加入过量的氨来维持合成塔自热平衡，从而提高了合成塔的利用率。CO2汽提法工艺所需的设备如表2所示。 表2 CO2汽提法尿素的主要设备 序号 设备名称 设备型号 设备规格 1 合成塔 Φ2680mm V=142.6m3 2 汽提塔 Φ1900mm S=1012.7m2 3 高压钾铵冷凝器 Φ1600mm S=1456m2 4 高压洗涤器 Φ800/Φ2500mm S=113.2m2 5 精馏塔 Φ1500 - 6 CO2压缩机 4M32-180/155 180 m3/min 7 高压氨泵 3YA-32/18.35 Q=32m3/h 8 高压钾铵泵 3JA-14/16.61 Q=9.4m3/h （4）电耗低。因为CO2汽提工艺操作压力比其他汽提工艺都低，因而高压氨泵、高压泵功耗也低。另外，由于汽提效率高且没有中压回收工段，没有单独的液氨需要回收，钾铵循环量也少，因而进一步降低了循环氨、钾铵所需的功耗。 （5）采用脱氢技术，在脱氢转换器中，通过催化燃烧除去原料CO2中的H2、CO等可燃性气体，使高压和低压放空气均处在爆炸极限之外，工艺装置安全性高。 4. 我公司现有CO2汽提工艺尿素开车运行后所存在的问题 任何先进的装置都不可能十全十美，我公司CO2汽提工艺尿素开车以来各项指标基本达到设计要求，但由于装置的部分不足，导致尿素的氨耗、蒸汽耗、CO2转化率未能达到最佳目标，进一步改进的空间仍很大。这些年来，公司通过优化工艺、技术改造取得了良好的节能效果，具体改进内容如下。 改造内容 1.合成塔塔盘由普通塔盘改成新型高效翅片式塔盘 尿素合成塔是尿素装置关键设备之一，在尿素反应中，甲铵脱水反应生成尿素是在合成塔内进行的，反应所需的热量由CO2 和NH3 生成甲铵放出的热量提供，而合成塔塔盘形式的选择犹为重要，选择最佳型式，不但可以使CO2转化率提高汽提塔耗蒸气量下降，而且可以使整个系统工艺得到优化。 （1）改造前塔盘结构 原尿素合成塔塔盘采用普通塔盘，随着尿素合成塔生产负荷的逐渐提高，物料返混加重，由塔壁效应导致内环现象的产生，物料停留时间加长，合成转化率偏低，导致物料消耗升高。 （2）采用新型高效塔盘特点 新型高效翅片式塔盘，是一种利用气体动能进行强化分离和吸收的新型动态塔盘，其特殊的翅片型结构将运动中的气体能量加以充分利用，在分离工况下有利于提高气体从液体中逃逸，以避免夹带；在吸收工况条件下，有利于提高气体在液体中的分离度，增加气液接触机会，增大液膜传质面积。该高效翅片塔盘，除具有解决轴向返混的作用外，尤其在提高径向混合程度方面具有见长的核心技术。因为该新型高效