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尿素系统节能降耗与提质技术改造

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：张成强

[导读] 摘要：随着尿素产能的提高，尿素系统暴露出尿塔、一分及二分加热器、一吸塔等主要静止设备均处于满负荷生产状态，操作控制无弹性，尿塔生产强度高，造成CO2转化率相对较低，中压系统负荷重，氨耗高、蒸汽消耗高。

        兖矿鲁南化工有限公司山东省枣庄滕州市 277500
        摘要：随着尿素产能的提高，尿素系统暴露出尿塔、一分及二分加热器、一吸塔等主要静止设备均处于满负荷生产状态，操作控制无弹性，尿塔生产强度高，造成CO2转化率相对较低，中压系统负荷重，氨耗高、蒸汽消耗高。尤其到夏季，中压系统波动，操作困难，产量低，各项消耗升高。基于此，对尿素系统节能降耗与提质技术改造进行分析探讨，有重要意义。
        关键词：尿素系统;节能降耗;提质技术改造;
        引言
        随着科学的发展，新的碳纤维技术取代了传统的化肥生产方法，我们的土地和煤炭资源受到了极大的消耗，资源消耗严重影响了环境。保持燃煤电厂行业生产与环境的一致性，是企业燃煤在可持续发展领域面临的挑战，通过应用清洁煤炭和天然气处理技术、循环用水和污水处理技术，提高了企业能效，提高了肥料质量。
        1改造前工艺流程
        1.1 中压系统
        来自尿素合成塔的分流尿素溶液减压送入中压精馏塔，加热精馏后送入中压汽提塔中。来自中压精馏塔和中压汽提塔的气体和低压系统生成的甲铵液混合后进入中压甲铵冷凝器进行冷凝吸收，这部分中压甲铵反应热未做回收，通过中压调温水移走。冷凝后的物料进入中压甲铵冷凝器液位槽分离，液相由高压甲铵泵送入高压系统；气相减压后送入低压系统。
        1.2低压、解吸水解系统
        该尿素装置配备两套低压、回流系统。原流程：来自低甲冷液位槽和回流冷液位槽的气体进入常吸塔进行吸收，常吸塔的液体一部分进入常吸泵打循环，一部分进入氨水槽，未吸收的气体排至放空筒。
        2改造总体思路
        （1）充分利用现有国内成熟的尿素水溶液全循环节能技术对现有装置进行改造，保证改造后尿素系统安全、低耗、稳定运行。（2）通过填平补齐方式，使系统满足日产550~600t尿素产量的要求，同时保证工艺操作条件留有一定余量，各项指标控制平稳。特别是在夏天高温季节能够实现平稳操作，产量稳定。（3）主要物料消耗能够有一定幅度的降低：在正常生产状况下，吨尿素蒸汽消耗平均降低60~80kg；吨尿素液氨消耗平均降低3~5kg。
        3尿素生产中的节能降耗
        (1)优化尿合成器以提高尿的生产率。合成塔的过渡是生产环境，为了降低尿生产过1程中的能耗，应进一步优化尿合成塔，改进合成塔组成部分的选择，避免胃识别，防止产生生物系。(2)注重提高CO2转化率的技术研究。尿生产过程中，氨水与水的比率要控制，氨水比重的增加防止了系统的腐蚀，促进了无反应氮的有效循环。控制添加水以避免热液反应。出于燃煤电厂行业生产产品的实际原因，我们建议企业进一步扩大化工用水比重，确保有效控制水资源蒸发和供热中的损害，理顺换热系统，优化工艺技术，及时更新水资源管理系统。(3)优化尿液生产设备回收系统，减少铵消耗。准确把握水循环水的温度，避免煤炭生产负担过重，注意蒸汽消耗。(4)降低尿液生产过程中设备的能耗。减少设备通电，避免在负载较低的情况下操作同类设备，降低压缩机入口温度，增加氨水泵，降低功耗，降低尿液生产负荷压力。采用相应的节能措施，煤炭工业预计每年生产化肥15%，企业可以在粮食层面建立二氧化碳补偿项目，通过排放和加工二氧化碳转化为食品和工业液体二氧化碳排放，不仅提高了二氧化碳的年生产力，还能再次提高剩馀的氢、一氧化氮和一氧化碳排放。(5)预蒸汽系统。改造后的车辆经过加工条件的改变，实现了真空缩排，缩短了系统中尿液的使用寿命，降低了成品在下丘脑减少中所占的比例。同时，进入蒸发式散热器的尿液粪便浓度增加，蒸发速度降低，二头肌速度降低。当前温度为27°C时，每个蒸发分离盘的空气湿度达到上限。（6）常压闪蒸冷凝系统。操作中通过对氨水喷淋量的调整，闪蒸槽气相、低甲冷气相、回流冷气相和氨水在常压闪蒸冷凝器中冷凝吸收后，常压闪蒸冷凝液NH3浓度为22.3%，CO2浓度为8.5%。

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将高浓度的常压闪蒸冷凝液直接补入低压系统，很大程度上保证了氨的利用吸收，降低了解吸负荷，减少了蒸汽消耗。同时，常压闪蒸冷凝器一定程度上降低了一段蒸发冷凝器和预蒸发冷凝器的负荷，提高了分离器真空度，从而提高尿素成品质量。
        4影响质量因素分析
        4.1入口风温
        散热器的入口温度受转速和导热硅脂的影响。温度升高降低了系统的功耗。加热空气温度的冷却会导致散热器的入口温度、散热器的热剥离温度和散热解决方案系统氨的减少，以及散热器能耗的增加。不足的入口温度可以通过以下方法来弥补:进行空前冲洗、更换空的预热器、增加空气流通量和导热系数，或者连接并放置替代加热和加热通道。
        4.2尿液溶液流量
        水热液反应很快，机器负荷波动，喷淋液流量变化，满足NOx组对铵耗量的需求，减少SCR硝酸铵。喷射水溶液的流量在增加，热氨中氨的量在增加。同时，尿溶液雾路径增大，热液延长，导致散热器出口温度降低，热副反应增加，尿抑制剂转化率下降。如果雾没有完全蒸发到加热水箱底部，则壁可能会从尿液溶液结晶，导致机器当机或停止。
        4.3空气质量雾
        喷射射流以压缩空气为打印介质，雾空气压力和质量直接关系到风解、雾筒直径和雾筒直径的空间分布。当压缩空气中的压力过低时，水、油料和杂质的负荷可能会导致尿液溶液的口径增大、喷淋角度减小、雾分布不均，甚至会导致喷水装置堵塞。溶液进入加热室后在高温下蒸发，同时尿液溶液浓度增加，并逐渐分析尿晶体、晶体管上升和加热。整个热溶液过程分为两个阶段:第一阶段织物液体蒸发到尿布溶液中，第二阶段化学溶液到尿晶体溶液中。雾路径越大，溶液的熔解时间和晶体热溶液越长，卤化物灯留在加热水箱中时，底部的结晶风险就越高。喷雾角度降低和雾分布不均可能导致散热器内部温度较低、热副反应概率增加、结晶风险增加、硝酸铵用量减少和尿热量转化率降低。
        4.4热解炉出口温度
        尿素热解过程是一个多反应同时进行的化学过程，温度直接关系反应产物的组成。温度越低，副反应越多，尿素热解转化率越低。研究表明，固体尿素热解副产物有三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺、三聚氰胺、缩二脲，且随着温度的升高，缩二脲、三聚氰胺、三聚氰酸等副产物逐渐减少。热解炉出口温度设计范围为340~400℃。温度偏高，热解系统能耗上升，单位产氨量电耗增大；温度偏低，尿素热解转化率偏低，副产物增多，热解炉结晶风险增大。综合考虑系统能耗和运行风险，热解炉出口温度建议控制在350℃左右。
        结束语
        为解决尿系统的问题，提供了提高合成变换率和提高低压冷却器的方法。通过增加压力系统压力、减少惯性气体消耗、增加氨比例等措施，提高复合系统的转换率，从而减轻压力系统的负荷。对技术调整进行数据分析和实际检验，发现提高低压冷却器、降低压力损耗、解决低压和频繁过压问题是可能的，从而降低水溶液壁和蒸汽压力。同时，氢气降低了气流。
        参考文献
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