陈建刚
新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐市 830000
摘要：随着尿素行业产能扩大和原料价格上涨，尿素市场竞争日趋激烈，给尿素成本控制提出了更高的要求。要想降低尿素装置的综合能耗，就必须找出蒸汽消耗偏高的原因，并针对性地采取措施，将其达到设计值。本文就降低尿素装置生产过程中蒸汽消耗展开探讨。
关键词：二氧化碳汽提法；尿素装置；蒸汽消耗
引言
大型尿素生产装置中，所用蒸汽除满足工艺换热要求外，还用于驱动二氧化碳压缩机汽轮机，蒸汽用量较大，对尿素成本的影响不容小觑。
1原因分析
1.1水碳比对系统蒸汽消耗的影响
水碳比的控制对于尿素的生产过程尤为重要，原料氨、二氧化碳在高压合成塔反应生成甲铵需在液相中进行，反应初期较高的水碳比有利于原料氨、二氧化碳反应生成甲铵，但过量水的存在增加了生物的浓度，影响到甲铵脱水生成尿素，所以高压合成塔内水量增加会使二氧化碳转化率下降，未脱水生成尿液的甲铵加重了高压汽提塔负荷，过量的水在系统中循环会降低汽提效率和低压系统精馏效率，解析水解系统和蒸发系统负荷增加，尿素系统蒸汽消耗严重增加。
1.2解析水解系统对尿素系统蒸汽消耗的影响
尿素装置解析水解系统，水解器加热采用3.7MPa 蒸汽，解析塔采用0.49MPa蒸汽加热。装置满负荷运行工艺冷凝液流量为42t/h，水解塔用气量2 514kg/h，解析塔用气量8548kg/h，解析塔、水解器用汽量随解析水解负荷增加、工艺冷凝液中氨和二氧化碳离子、尿素含量增加而加重，解析塔和水解器的用气量增加，尿素系统蒸汽消耗升高。
1.3高压系统运行工况的影响
高压系统汽提塔的作用是把溶解在合成塔中没有转化生成甲铵的游离氨、二氧化碳，经汽提塔加热降低溶解度，把溶液中溶解的游离氨、二氧化碳从液体中分离出来。因此汽提塔的操作温度能否达到指标，会直接影响到尿素系统总氨蒸出率和尿液的提纯。如汽提塔温度降低导致汽提效率下降总氨蒸率下降、尿液浓度降低，会极大加重低压分解、蒸发系统负荷。低压精馏塔、蒸发系统一段尿液加热器、解析塔采用压力为0.4MPa的蒸汽加热，它的来源为高压甲铵冷凝器的副产蒸汽，产量60540kg/h。如高压系统运行良好，合成塔二氧化碳转化率高、汽提塔汽提效果好，汽提塔温度达指标，高压甲铵冷凝器副产的蒸汽就能满足低压、蒸发系统需求。但系统运行效果差，汽提塔汽提效率降低，低压、蒸发系统负荷增加，高压甲铵冷凝器副产蒸汽就不能满足需求。为使低压、蒸发系统正常运行，就需要将界区来的3.8MPa蒸汽转换为0.34MPa的低压蒸汽，高压蒸汽转换低压蒸汽不光加重装置蒸汽消耗增加，而且造成了浪费。
2解决问题
2.1控制CO2转化率
CO2转化率对工艺系统蒸汽消耗影响较大。赤天化尿素装置经过合成塔塔盘改造、脱氢节能改造，CO2转化率达到62％左右，吨尿素消耗抽汽0．9t左右，均达到现有装置先进水平。提高氨碳比、降低水碳比可提高CO2转化率，但氨碳比过高时未反应物量增大，蒸汽消耗反而上升。水碳比过低不利于低压系统分解气冷凝吸收，会导致氨耗上升。实际生产中控制氨碳比在3．1～3．2，水碳比约0．5，合成塔液相尿素含量稳定在35％左右。当组分发生偏离时，蒸汽消耗会上升。
2.2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%。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。
2.3系统水碳比的调整
在尿素系统运行过程水碳比的高低直接决定着蒸汽消耗的高低，因此控制循环系统返回高压系统的水尽可能少。因合成塔内甲铵脱水生成尿素化学平衡反应中水不可控。所以水碳比的控制主要是控制系统外加水。装置正常运行时尿素系统外加水用户有：中压惰气洗涤水、中压吸收塔液位计用水、低压惰气洗涤水、低压碳铵储槽液位计用水，以上几处冲洗水用户系统正常运行时，在保证其正常运转的前提下尽可能减小用量。高压甲铵泵机封冲注水在起泵时，将其流量调高，启泵后观察待运转正常，调整机封冲注水流量为0.5m3/h。另外装置各设备、管线、机泵开停车或事故状态下处理用冲洗水，需严格控制，防止因未检查到位加入系统造成系统恶化蒸汽浪费。
2.4低压系统的控制
高压系统的水量主要通过低压系统进行控制。提高吸收压力、降低冷凝温度，可以使低压甲铵液浓度提高，返回高压系统水量减少；同时减少低压系统放空气体量。在稳定蒸发系统的前提下，低压系统压力应尽量提高，可提高到0．23MPa左右，同时循环加热器温度也要相应提高。由于低压放空气体经吸收后返回氨水槽，再经解吸回到低压系统，造成解吸蒸汽用量上升和低压系统负荷增加，严重时形成恶性循环。从这个意义上讲，提高低压系统压力也有利于降低蒸汽消耗。
2.5解析水解的控制
为降低解析水解蒸汽用量，又能保证处理后工艺冷凝液合格回收，需从以下方面控制。控制工艺冷凝液量：工艺冷凝液主要来源为蒸发抽真空工艺气冷凝液，为减少工艺冷凝液量，蒸发一段、二段真空达指标即可，防止抽的太低加重解析水解量和增加工艺冷凝液中尿素组分含量。其他来源为装置设备安全阀放空管线吹扫蒸汽、中低压隋气排放管线吹扫蒸汽，以上几处吹扫蒸汽冷凝液因其吸收尾气中少量的氨和二氧化碳全部回收到工艺冷凝液储槽，运送到解析水解。所以几处吹扫蒸汽尽可能关小，尤其到夏季达到吹扫和吸收效果即可，既能降低解析水解量又能直接节约蒸汽。
2.6回收低位热量
尿素装置低位热包括高压调温水热量、闪蒸蒸汽热量、蒸汽冷凝液热量。高压调温水热量在一段蒸发预热器内回收。当负荷较高时，调温水温度控制较低，其热量不能完全回收；负荷较低时则可提高调温水温度以回收全部热量。闪蒸蒸汽和冷凝液分别用于液氨的加热和预热。液氨在高压氨泵前可预热至30℃左右，其汽化压力约1．2MPa，在2．2MPa的操作压力下是十分安全的；氨加热器温度控制应充分利用闪蒸蒸汽，避免出现放空。尿素装置另有部分蒸汽用于管道设备保温、安全阀吹扫、放空管道吹扫等。虽然单点用量不大，但因使用点多，也造成一定的蒸汽消耗。因此应尽量关小各吹扫蒸汽、关闭各蒸汽疏水器副线，及时处理蒸汽系统漏点，避免蒸汽浪费。
结语
通过对尿素装置蒸汽消耗偏高的问题进行深入的分析，并制定对策进行整改，尿素装置蒸汽消耗明显下降，但与设计值还有一定差距。接下来，我们还将继续分析蒸汽消耗偏高的原因，力争尽快将尿素装置蒸汽消耗降至设计值，进一步提高公司产品的市场竞争力。
参考文献
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