尿素裝置降低蒸汽消耗分析

王明然

摘要：在尿素的生產(chǎn)裝置當(dāng)中，大型的生產(chǎn)裝置所用蒸汽除了要滿足換熱需求之外，還需要能夠?qū)Χ趸級(jí)嚎s機(jī)汽輪機(jī)起到驅(qū)動(dòng)的作用，若蒸汽用量過大則會(huì)大量的增加尿素的生產(chǎn)成本，所以本文開展研究的目的就是要通過一定的技術(shù)手段去降低蒸汽消耗，有效的控制生產(chǎn)成本。本研究共分為三個(gè)部分，首先第一部分主要通過對(duì)二氧化碳汽提法的論述分析了蒸汽是如何在尿素生產(chǎn)中被消耗的；第二部分分析了當(dāng)前在尿素生產(chǎn)過程中蒸汽消耗過高的原因；第三部分給出了通過改善二氧化碳汽提法降低蒸汽消耗的措施。

關(guān)鍵詞：蒸汽消耗；尿素；生產(chǎn)；措施

中圖分類號(hào)：TQ441.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-864X（2016）10-0150-01

當(dāng)前尿素生產(chǎn)從提汽原理的不同，可以分為兩種，分別是氨提工藝及二氧化碳汽提工藝。由于二氧化碳汽提工藝操作條件較低、流程短等優(yōu)勢(shì)在我國(guó)最為常見，但是這種原理下的尿素生產(chǎn)裝置蒸汽用量相對(duì)較大，這對(duì)于當(dāng)前尿素行業(yè)急需要降低成本的要求是相違背的。本文以二氧化碳汽提法尿素裝置作為研究對(duì)象，重點(diǎn)是探討如何去通過改善二氧化碳汽提法來實(shí)現(xiàn)尿素生產(chǎn)中的蒸汽消耗。

一、二氧化碳汽提法概述

利用該原理進(jìn)行尿素生產(chǎn)主要是通過高壓合成、然后低壓分解、真空濃縮及最后的造粒分解極大工序組成的，這種工藝要求溫度和操作壓力都是較低的，當(dāng)前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的主要是Urea2000 plus工藝 ，在生產(chǎn)過程當(dāng)中對(duì)尿素合成的主要因素有氮和碳的比值、氫與碳的比值，以及二氧化碳純度等。該原理下汽提效率可以用下面的公式來表示：

從上面的公式當(dāng)中我們可以知道，當(dāng)裝置釋放出的液體量不變的時(shí)候，隨著汽提效率的增高，在低壓循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中負(fù)荷就會(huì)相應(yīng)的降低，那么返回到高壓圈當(dāng)中的水量就會(huì)降低。相反的，當(dāng)汽提效率降低的時(shí)候，返回到高壓圈當(dāng)中的水量就會(huì)相應(yīng)的增加。但是并不是說我們要將汽提效率越提高越好，因?yàn)槠嵝侍岣叩臅r(shí)候二氧化碳的轉(zhuǎn)化率也會(huì)相應(yīng)的降低，那么就是說我們應(yīng)該應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)钠嵝省?/p>

二、造成尿素生產(chǎn)中蒸汽消耗過高的原因分析

傳統(tǒng)的二氧化碳汽提法生產(chǎn)尿素的工藝實(shí)際上是存在很多缺陷的，而這些缺陷和不足都會(huì)在尿素的生產(chǎn)過程當(dāng)中使得蒸汽消耗過高，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)尿素成本的增加。

1.尿素生產(chǎn)裝置當(dāng)中部分裝置換熱效率降低。當(dāng)前的尿素裝置中存在著部分加熱器管道出現(xiàn)了結(jié)垢的現(xiàn)象，這就對(duì)換熱器傳熱的效率嚴(yán)重受到了影響，尤其在是高壓分解裝置中表現(xiàn)的尤為明顯，并且在裝置管道當(dāng)中的結(jié)垢非常難清除，所以長(zhǎng)期積攢下來就造成了裝置對(duì)蒸汽消耗過高的現(xiàn)象。

2.設(shè)計(jì)上的不合理導(dǎo)致蒸汽消耗過高。在尿素生產(chǎn)裝置當(dāng)中有一部分裝置在節(jié)點(diǎn)上存在著設(shè)計(jì)不合理的地方，在正常生產(chǎn)的時(shí)候所提供的尿素生產(chǎn)原料的濃度高于所需的濃度，也就是高于設(shè)計(jì)值，那么就使得熱量回收變難。而經(jīng)過裝置進(jìn)行換熱之后通過分解系統(tǒng)的裝置氣體的溫度就會(huì)比設(shè)計(jì)值高出大約10攝氏度左右，那么裝置的上段低壓蒸汽的消耗量每小時(shí)的增加量就會(huì)增加7噸左右。

3.回收熱量的不合理導(dǎo)致蒸汽消耗過高。整個(gè)尿素生產(chǎn)裝置當(dāng)中濃縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著很大的富裕度，這就會(huì)使得尿素在濃縮的時(shí)候在加熱器當(dāng)中停留過長(zhǎng)的時(shí)間，所以為了保證尿素的生產(chǎn)就需要將裝置的內(nèi)列管縮短，盡量的縮短尿素在裝置當(dāng)中所停留的時(shí)間。由于對(duì)該裝置的部分管道進(jìn)行了堵管，就會(huì)使整個(gè)換熱器當(dāng)中的面積降低了1成，傳熱效率就相應(yīng)的降低了15%左右，使得整個(gè)分解系統(tǒng)中溫度高的氣體回收出現(xiàn)障礙，而為了能夠讓尿液達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的要求，上段的蒸汽消耗量就會(huì)相應(yīng)的增加。

4.尿素裝置汽提效率不夠穩(wěn)定導(dǎo)致蒸汽消耗過高。在尿素生產(chǎn)裝置當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)惰性氣體積聚的現(xiàn)象，雖然在整個(gè)裝置當(dāng)中的頂部存在排氣閥，但是仍舊無法實(shí)現(xiàn)對(duì)這些惰性氣體的有效排放，大量聚集的惰性氣體就會(huì)導(dǎo)致汽提效率不穩(wěn)定，最后就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)返回到高壓圈當(dāng)中的甲胺液流量高于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致出現(xiàn)了水碳比偏高的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)了整個(gè)裝置的蒸汽消耗過高的現(xiàn)象。

三、改善二氧化碳汽提法降低蒸汽消耗的措施

從二氧化碳汽提法原理我們可以知道，當(dāng)回收的壓力不斷增高的時(shí)候，甲銨液當(dāng)中的含水量就會(huì)相應(yīng)的被降低，例如在0.3兆帕的壓力下甲銨液的含水量大概是32%，而當(dāng)在1.8兆帕的時(shí)候甲銨液的含水量大概是24%，我們對(duì)回收的氨氣和二氧化碳進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，就能夠得出返回到高壓圈當(dāng)中的水量大概要減少到30%左右，所以在裝置的改善過程當(dāng)中我們可以考慮增加一個(gè)中壓段來實(shí)現(xiàn)降低蒸汽消耗的目的。在改善裝置后，將實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓和高壓裝置的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到中壓，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)裝置蒸汽消耗的有效降低，同時(shí)還可以有效的解決返回到高壓圈當(dāng)中的水量過高的問題。

另外面對(duì)著本文上述分析出的導(dǎo)致出現(xiàn)裝置蒸汽消耗過高的問題，筆者建議除了要改善二氧化碳汽提法之外，還需要從下面幾點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。

1.改變?cè)b置中的缺口接收蒸汽的方式：引入合成氨蒸汽管網(wǎng)，然后將合成自產(chǎn)蒸汽同步的送到尿素裝置當(dāng)中，再?gòu)募?jí)間將蒸汽抽出送至2兆帕，這樣的方式就能使整個(gè)缺口上的蒸汽能量得到有效的利用，使得蒸汽消耗被有效的降低。

2.保證整個(gè)二氧化碳汽提過程的汽提效率穩(wěn)定性：前面已經(jīng)分析過了汽提效率對(duì)裝置消耗蒸汽的量有著直接的關(guān)系，所以保持其穩(wěn)定性至關(guān)重要，我們可以針對(duì)所分析的原因，有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)備的改進(jìn)，例如在設(shè)備的中部增加氣體排放閥，定期將惰性氣體排放出去，使得裝置的汽提效率穩(wěn)定性得到提高。

3.有效除垢實(shí)現(xiàn)裝置傳熱效率的提高：例如我們可以聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的除垢公司來進(jìn)行清洗，通過清洗后達(dá)到盡快恢復(fù)生產(chǎn)的目的。

總結(jié)：

二氧化碳汽提法在一種較為傳統(tǒng)的尿素生產(chǎn)方法，其具有流程簡(jiǎn)單、條件溫和等優(yōu)勢(shì)，在二氧化碳汽提法工藝當(dāng)中降低蒸汽消耗是保證生產(chǎn)成本的關(guān)鍵，其中從工藝上增加中壓段的方法是有效降低蒸汽消耗的有效措施，另外我們還可以通過改變?cè)b置中的缺口接收蒸汽的方式、保證整個(gè)二氧化碳汽提過程的汽提效率穩(wěn)定性及有效除垢等措施來保證有效的降低蒸汽消耗的實(shí)現(xiàn)。

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