尿素装置优化系统操作提质增效分析

尿素装置优化系统操作提质增效分析

李辰

大庆石化公司化肥厂尿素车间，黑龙江大庆，163714

摘要：大庆化肥厂尿素装置多次进行技术改造，产品质量和消耗在同类型大化肥中名列前茅。近年来受市场冲击，尿素装置长期处于低负荷运行状态，做好系统优化和节能降耗工作对产品竞争力和企业生存有着深远的影响。

关键词：尿素装置；系统优化；提质增效

1 装置概述

大庆化肥厂尿素装置是上个世纪七十年代从荷兰STAMICARBON公司引进的二氧化碳汽提法尿素生产工艺技术，主要是由原料NH3和CO2的压缩、高压、低压分解循环吸收、解析水解和蒸发造粒几部分组成。由于市场需求和成本的提高，2005年又引进荷兰STAMICARBON公司并联中压技术，对原由装置进行扩能改造，是装置的生产能力由原来的1620吨/日提高到2300吨/日，本次扩能改造除新增并联中压系统外，考虑到原由蒸发系统的能力，又增加了新蒸发系统一套，改造后不仅增加了产量，而且各项单耗也大大的降低。2015年后随着尿素产能提升，产品供大于求，化肥行业进入寒冬期，大庆石化公司化肥厂调整产品结构，尿素装置进入低负荷生产的运行模式。

2 工艺控制指标分析，优化系统操作

根据化学反应方程式可知，增加反应物的量可以使反应平衡朝正方向进行，因此根据尿素生成的原理，增加反应物即原料氨的浓度，也就是提高NH3/CO2，将有利于反应朝正方向进行，增加H2O量时，反应将会朝负方向进行，也就是在反应达到平衡态时，尿素的浓度下降，CO2转化率将下降，因此NH3/CO2、H2O/CO2是尿素装置平稳运行、节能降耗的重要指标。

2.1氨碳比NH3/CO2

氨碳比是尿素装置重要的控制参数，提高原料的氨碳比，可以提高尿素合成的转化率。当有过剩氨存在时，不仅有利于提高转化率，还可以抑制某些副反应。氮碳比可以通过进料调节机构进行调节，不过高氨碳比虽然能够提高尿素合成转化率，但太多过剩氨也会造成系统利用效率下降，并使能耗升高，增大后续设备的负荷，同时也将提高系统的平衡压力，因此实际操作时氨碳比也有一个合理的最优选择范围。在不影响系统转换率和产品质量的前提下，把系统氨碳比控制在3.7-4.0之间，使得产品氨耗控制在0.569t/t.Ur以下，蒸汽单耗1.40t/t.Ur以下，二氧化碳单耗0.750t/t.Ur以下。

2.2水碳比H2O/CO2

操作实践证明降低水碳比，可以大幅度提高尿素转化率，水碳比每降低0.1，转化率就可提高1%以上，但是系统内水分提供了适宜的反应环境，过低的水碳比会造成系统压力升高，设备的出口压力及做功相应增大，因此应当在保证高压系统压力平稳的前提下尽可能地降低水碳比。要控制系统的水碳比，只能通过低压甲铵液的含水量来控制，而控制低压甲铵液的含水量又要通过对低压循环吸收系统、0.7MPa系统和水解系统进行综合调整来实现。在水解系统排液合格的情况下，调整进入水解塔和解析塔的蒸汽量，进水解塔的中压蒸汽用量控制在2.3t/h左右，进入解析塔的低压蒸汽量在8.5t/h左右，解析出气温度在113-115℃，控制好水解系统返回低压系统的甲铵液量。同时控制好低压系统压力及低压系统加水量，保证高压系统转化率和气提效率。

3 能耗和产品质量优化，提高产品竞争力

3.1蒸汽优化调整降低能耗

2021年尿素装置针对二氧化碳压缩机透平进行改造，使得蒸汽节约了4.6t/h，尿素产品的单耗也从1.5t/t.Ur降低至1.4t/t.Ur以下。操作中适当利用分厂低压蒸汽管网内富裕的低压蒸汽引入尿素装置，使低压蒸汽压力控制阀在目前低负荷生产条件下不用补气。在保证汽提塔气提效率和低压系统压力不超压的前提下，适当降低高压蒸汽饱和器PIC-918的压力，由1.7MPa降低至1.62-1.65MPa,蒸汽系统内蒸汽用量FI-904由73t/h降低至69t/h,大大降低了蒸汽的消耗，节约了产品的生产成本。

3.2产品质量控制

产品质量是企业生存的根本，尿素装置低负荷运行如何控制产品质量合格是操作的难点。尿素装置在低负荷下，尿液在系统内停留时间增长，缩二脲增长较多，产品质量中缩二脲含量控制难度加大。大庆石化公司化肥厂尿素车间成立了产品质量攻关组，通过对系统氨碳比、蒸汽压力控制、蒸发系统一二段温度的调整，有效的降低了成品缩二脲的含量，最终攻克了低负荷产品质量中缩二脲含量控制问题，目前产品缩二脲含量控制在0.8-0.9%左右，符合国家标准尿素的优等品等级。

3.3产品结构调整和新产品开发

大庆石化公司化肥厂积极优化产品结构，提高产品盈利能力，根据市场需求和用户的需要，对现有尿素装置工艺流程进行优化设计和改造，分别设计两个不同的新产品技术路线：固体车用尿素和液体尿素两个产品的生产工艺流程。根据市场情况出售固体车用尿素和液体尿素，提高企业效益和产品的竞争力。

4 结束语

通过上述系统优化控制和提质增效措施，使尿素装置低负荷生产工况有所改善、尿素产品质量有所提高，同时尿素氨耗实现了行业内领先水平，控制在570.2kg/t.Ur左右，其它各项消耗也明显下降，使装置真正意义达到了安、稳、长、满、优生产。

作者简介：李辰，男，1988年1月出生，汉族，大学学历，工程师，2009年毕业于中国石油大学（华东）化学工程与工艺专业，现在中国石油大庆石化分公司化肥厂尿素车间从事尿素生产研究。