尿素装置节能降耗与综合利用

尿素装置节能降耗与综合利用

雒伟宁 王博

陕西陕化煤化工集团有限公司 （陕西 华县 714100）

【摘要】：针对煤化工企业尿素生产所产生的粉尘等回收尿素，提出综合利用解吸水解系统中的工艺冷凝液溶解、稀释尿素，达到再生产过程中的节能降耗措施，可以显著提升尿素回收生产效率，减少能源损耗和库存压力。

【关键词】：尿素造粒；粉尘回用；节能降耗；综合利用

一、引言

尿素是目前我国国内使用最为广泛的高效氮肥产品。各化肥企业为了更好的达到节能降耗、清洁环保、降低生产运行成本等目的，对各自尿素装置进行了很多的技术改造，通过优化工艺操作，发挥改造效能，不仅降低消耗工作成果较为明显，而且实现了尿素生产装置长周期高负荷稳定运行。

陕西陕化煤化工有限公司合成分厂拥有三套不同代表性工艺尿素装置，其中斯塔米卡邦二氧化碳汽提工艺池式反应器尿素装置和斯纳姆氨汽提工艺尿素装置运行多年，总结摸索出合适的生产工艺参数，能迅速调整氨碳比与水碳比，提升二氧化碳的转化效率。这两套装置生产可靠性好，工艺连续性高，设备防腐好，消耗低、易操作，装置在扩产增效的情况下实现了良好的经济效益。但在塔式造粒包装过程中，为提高尿素产品外观质量，增加了尿素粉尘回收量，加之生产和包装过程中产生的不合规格尿素、落地尿素、清仓料等等，致使尿素产生了不小的损耗，不仅污染了环境，还增加了库存压力。

因此，对尿素粉尘和块料等的回收再生产已得到各化肥企业的重视。目前，各厂家均采用蒸汽冷凝液溶解再蒸发造粒的对策。

2. 尿素蒸发造粒、解吸水解和回收溶解工艺

陕西陕化煤化工有限公司斯纳姆氨汽提工艺尿素装置尿素产品质量最为稳定，该装置原设计为日产400吨粒子尿素，改造后年产13万吨粒子尿素，实际日产约500吨粒子尿素。系统正常生产时自产低压蒸汽和蒸汽冷凝液富余量较大，可作为溶解回收尿素配置溶液用。下列为尿素回收涉及的工艺简介流程。

蒸发造粒：经预浓缩后的尿素溶液浓度达85%温度约100℃，通过尿素溶液泵P106送入一段蒸发加热器E114中经低压蒸汽（0.35MPaA）加热后汽液混合物进入一段分离器V107中，气体被一段真空系统抽走后冷凝进入工艺冷凝液槽T102；液相经减压到10 KPaA以下后送入二段蒸发加热器E115，再经低压蒸汽加热汽液混合物进入二段分离器V108，气体被二段真空系统抽走冷凝后进入工艺冷凝液槽，浓缩后浓度达99.7%的尿液收集在二段收集器L107中，通过尿素熔融泵P108加压后送至造粒塔造粒喷头旋转进行造粒，异常情况下通过造粒前三通阀动作转循环进入尿素溶液槽T101进行贮存，待蒸发造粒正常后再通过尿素回收泵P109加压后并入一段蒸发加热器前物料主管线进行补料。旋转的造粒喷头将熔融尿素分散成小液滴分布在整个造粒塔的通道内，当尿素液滴自由落下时，便会固化形成尿素颗粒，颗粒大小均在一狭小的尺寸分布区间内，凝固过程的结晶热被进入造粒塔内的自然通风气流带走。造粒塔底部的旋转刮料机将尿素颗粒刮下送至传输带上，至包装工序进行筛分、贮存、称量和包装。

解吸水解：工艺冷凝液槽内冷凝液（含1.3~2.5%的尿素）经解吸塔给料泵P114加压后小部分通过HIC9410阀送至低压系统，大部分经解吸塔预热器（E116）加热送至解吸塔（C102）上部。在解吸塔上部，大部分的氨和二氧化碳被解吸塔与水解器（R102）顶部的气相汽提出来进入低压回收。解吸塔上部液相出料在135℃以上被水解给料泵（P115）先送至水解预热器（E118）通过3.9MPaA蒸汽进行加热后再送至水解器的进行尿素的分解。经处理后的工艺冷凝液从水解器返回解吸塔，从塔下部的顶端加入，直接从解吸塔底部加入的0.49MPaA中压蒸汽将工艺冷凝液中剩余的氨汽提出来。解吸塔底废液通过解吸塔预热器降温后约85℃现场排放。

回收溶解：尿素粉尘回用溶解工作已成常态化。13万吨斯纳姆氨汽提装置每天至少溶解10吨以上，其中自产回收尿素每天至少3吨以上。加入适量蒸汽冷凝液（约120℃）入溶料槽中，通过溶料泵前后过滤网过滤打循环。在加入回收尿素前，向溶料槽中通入低压蒸汽，有利于加尿素后快速进行溶解。溶解一定时间后，尿素溶液打入尿素溶液槽，随后进行补料造粒。

2. 存在问题

1. 造粒喷头采用美国TUTTLE公司生产的旋转式梯形斜孔喷头及相似梯形喷头，因系统工艺参数大幅波动或管道内细小颗粒等杂物逐渐带入造粒喷头，导致喷头生产出刨花料或块料，缩短了喷头更换周期，增加了蒸汽消耗。

2. 更换喷头转循环后，尿素溶液槽温度高，原设计补加一定量蒸汽冷凝液，但加入后温度依然较高，在补料时尿素回收泵P109易汽化，故临时采取用大量一次水外浇泵进口进行冷却，用过的一次水流入现场地沟外排。随着补料进行、T101内尿液温度逐渐降低，在P109泵进口冷却的状况下尿素溶液达到饱和，出现结晶现象，导致补料中断。

3. 溶解回收尿素用蒸汽冷凝液，再蒸发造粒时会使工艺冷凝液量增大。增加了解吸水解量，加大了中压蒸汽和3.9MPaA蒸汽用量。夏季由于循环水温度较高，经低压冷凝器冷凝的回收物料温度大幅升高，使低压回收系统压力增大，放空量增加。

4. 溶解回收尿素用蒸汽冷凝液和低压蒸汽加热、造粒时，会造成自产低压蒸汽不足，系统高压蒸汽自动补入低压蒸汽管网。

5. 回收尿素打循环溶解后的不饱和尿素溶液，送至尿素溶液槽中温度在49℃以下，温度较低，即不利于回收尿素在溶料槽中快速溶解，又加大了补料时低压蒸汽的用量。

6. 由于季节性气候环境的变化，温度、湿度对尿素粒子的影响加大。夏季导致早晨气温低，空气湿度大，尿素粒子中含水量超优等品指标；中午温度高，产生尿素粒子温度高，进仓后易粘仓，产生损耗。

2. 采取措施

针对上述存在问题，我们采取了一系列相应措施，

1. 选用新型圆锥式造粒喷头，不仅降低了细小颗粒等杂物对喷头造粒粒子成型的影响，而且防止了送造粒量突然过大引起的溢料现象。①正常情况下，使系统更换喷头转循环由原来的15天一次延长至30天一次。②制定“造粒喷头定期人工清理管理规定”，由专人专项工具手工负责清理，减少清理时不可避免使小孔变形或扩大，从而导致形成粒子不规则产生粉尘。③尿素回收后，定期对尿素溶液槽、溶料槽、尿素回收泵过滤网、溶料泵过滤网进行清理。

2. 增加向尿素溶液槽引入解吸废液管线，使转循环后由原来补加蒸汽冷凝液改加为解吸废液进行稀释。即可降低尿素溶液槽温度防止泵汽化、结晶，又可节省一次水用量。

3. 从P115泵出口定时定量截取小部分解吸塔上塔出液，在保证解吸水解系统稳定运行下，综合利用这部分液相至溶料槽贮存，使其溶解回收尿素，不仅降低了解吸水解量和蒸汽消耗量，而且使利用的工艺冷凝液中尿素不经过水解直接回收。进而降低了低压系统回收量和低压压力，保证了低压液位稳定，使夏季低压冷凝器冷凝效果更好，减少低压放空量或不放空。每10吨回收尿素按7吨上塔解吸出液配置成溶液，可直接回收约100公斤尿素。

4. 采取第3步措施后节省下来的低压蒸汽用于补料时蒸发一、二段蒸发加热器加热用，控制蒸发补料大小合适，以产品质量和低压蒸汽用量不需高压蒸汽自动补入低压蒸汽管网为准，尽量保持低压蒸汽有适度放空余量。

5. 回收尿素的不饱和溶液在打循环溶解过程中通过溶料换热器进行换热恒温。溶料换热器管程走不饱和尿素溶液，壳程用大量通过解吸塔预热器降温后约85℃的解吸塔底废液进行加热后现场排放。使不饱和尿素溶液的温度得到提高，并恒温溶解回收尿素。

6. 装置区现场增加湿度计。针对特定时期天气预报、空气温度和早晚湿度的变化，及时执行“风窗开度管理规定”、“蒸发冲洗管理规定”等管理制度，确保产品质量优级品率，有效地提高粒子强度和粒度，减少了尿素粘仓和粉尘等的回收量，改善和提高了粒子的外观质量。

2. 结论

纳姆氨汽提尿素生产装置是一个高、中、低压，气、液相相互关联的系统，低压系统运行得好坏直接影响到高压系统的合成转化率和蒸发造粒系统的产品质量。在对蒸发工段造粒喷头更换及回收装置的改造后能缩短回收尿素的溶解时间，使溶、补尿素工序无缝衔接，稳定了低压系统回收量，降低了系统消耗和库存压力，减少了蒸发系统波动和岗位人员的工作量。通过科学调整氨碳比与水碳比等工艺参数，保证了系统平稳运行。

【参考文献】：

[1]李勇 赵永胜 樊燕.尿素生产粉尘控制浅析及对策.中国化工贸易,2012.05.5.