池式散熱器在二氧化碳汽提中的應(yīng)用

池式散熱器在二氧化碳汽提中的應(yīng)用

回收室中國石油化學(xué)有限公司2700噸尿素設(shè)備，是中國最大的尿素設(shè)備。這套裝置采用的是斯塔米卡邦公司研發(fā)的配有池式冷凝器的二氧化碳汽提法新工藝。它與傳統(tǒng)的斯塔米卡邦二氧化碳汽提法有許多改進(jìn),主要是池式冷凝器的運(yùn)用,使得合成塔的體積大大縮小,只需5塊高效塔板就能達(dá)到很高的轉(zhuǎn)化率,合成塔出口液中尿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.33%。這套裝置一次投料成功,并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行,投料后第一年就達(dá)到年產(chǎn)80×104t的設(shè)計(jì)能力,充分說明這套裝置新工藝運(yùn)用是十分成功的。但是由于該裝置是第一套采用池式冷凝器工藝的日產(chǎn)2700t尿素裝置,又是全部采用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算設(shè)計(jì)的,經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)現(xiàn),設(shè)備的操作彈性小,有些操作參數(shù)的設(shè)計(jì)也不盡準(zhǔn)確。自開車以來,當(dāng)裝置負(fù)荷達(dá)到90%以上時(shí),低壓負(fù)荷超高,只有把低壓放空閥打開才能穩(wěn)定操作,造成裝置氨耗嚴(yán)重超標(biāo),噸尿素氨耗高達(dá)595kg。后來在STAC專家的指導(dǎo)下,經(jīng)過調(diào)整系統(tǒng)操作參數(shù),終于實(shí)現(xiàn)了在滿負(fù)荷下關(guān)閉了低壓放空閥,降低了氨耗,使裝置順利通過了性能考核?，F(xiàn)將系統(tǒng)有關(guān)工藝指標(biāo)調(diào)整的思路及方法總結(jié)如下,供參考。1池式冷凝器的汽提高壓系統(tǒng)采用的是斯塔米卡邦公司研發(fā)的池式冷凝器、二氧化碳汽提法新工藝:從高壓氨泵來的液氨通過噴射器把高壓洗滌器的甲銨液一起送入池式冷凝器。二氧化碳經(jīng)過汽提塔和汽提氣一起進(jìn)入池式冷凝器,通過池式冷凝器的分布器與氨和甲銨充分混合反應(yīng),質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的尿素在此生成。池式冷凝的溫度控制在177.6℃,反應(yīng)熱由管側(cè)的鍋爐給水帶走,用來副產(chǎn)0.38MPa的低壓蒸汽。池式冷凝器中液相和氣相分別進(jìn)入合成塔的底部,通過合成塔的五塊高效塔板進(jìn)一步反應(yīng)生成尿素。反應(yīng)所需熱量由未冷凝的氨和二氧化碳反應(yīng)放出的熱量提供。合成塔出液經(jīng)過汽提塔汽提后進(jìn)入低壓系統(tǒng),汽提塔所需熱量由殼側(cè)1.98MPa蒸汽提供。氣相進(jìn)入高壓洗滌器被高壓甲銨泵送來的甲銨液吸收,未吸收氣相進(jìn)入4巴(1巴≈105Pa)系統(tǒng)。冷凝熱由高壓調(diào)溫水帶走。高壓合成系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖見圖1。2系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)優(yōu)化(1)降低高壓系統(tǒng)壓力我們通過3月份汽提塔出液取樣分析(見表1)可看出,造成低壓超壓的主要原因是汽提塔出液組份未能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),負(fù)荷后移,造成低壓負(fù)荷過大,使得低壓系統(tǒng)很難全冷凝吸收,造成低壓超壓,只好把低壓放空閥打開才能穩(wěn)定操作。只有提高汽提效率,降低汽提塔出液中NH3、CO2組份含量,才能降低低壓系統(tǒng)負(fù)荷。提高汽提效率,如采取增加汽提塔的尺寸的辦法,不僅不經(jīng)濟(jì)、不可取,而且為防止可逆反應(yīng)的發(fā)生,會(huì)導(dǎo)致更低的汽提效率。另外,提高汽提效率,如采取提高殼側(cè)蒸汽壓力的辦法,這對(duì)于尿素脫水反應(yīng)和縮二脲的生成更為有利,同時(shí)提高溫度,將增加對(duì)汽提塔的腐蝕,這也不可取。在汽提塔管束的底部,壓力越低越好,有利于提高汽提效率。Stamicarbon從經(jīng)濟(jì)方面考慮,通常選擇系統(tǒng)壓力在13.5MPa,由于惰性氣體的存在,系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)為14.5MPa(g)。同時(shí)考慮本裝置合成塔、高壓甲銨冷凝器能力較大,所以才用降低高壓圈的壓力來提高汽提效率。降壓后汽提塔出液組成見表2。高壓圈的操作壓力是從14.5MPa(g)降至13.8MPa(g),相應(yīng)提高了汽提效率,從表2分析結(jié)果可看出,使得NH3和CO2盡可能在高壓圈回收,從而降低低壓系統(tǒng)的負(fù)荷,是解決低壓放空問題的主要手段。(2)降低高調(diào)水溫度在池式冷凝器和合成塔中,提高壓力,有利于甲銨和尿素生成。但為了提高汽提塔汽提效率,降低了高壓圈的壓力,這樣造成合成塔出氣量增加,為保證304C的冷凝,防止負(fù)荷后移,降低了高調(diào)水的溫度,從下表3可看出,正常生產(chǎn)時(shí)合成塔出氣組成。再從下圖2可查得到合成塔出氣含惰氣的體積分?jǐn)?shù)為8%和6%時(shí),高壓洗滌器出液組分對(duì)應(yīng)的M點(diǎn)和N點(diǎn),結(jié)晶溫度分別是93℃和98℃。即在正常生產(chǎn)中,即使高壓洗滌器出液組分在一定范圍波動(dòng),結(jié)晶溫度變化不大。傳熱需要一定的推動(dòng)力,即高壓洗滌器列管內(nèi)的甲銨液與管外的高壓調(diào)溫水有一定的溫差。根據(jù)實(shí)踐操作情況得知,正常時(shí),管內(nèi)外最小溫差也達(dá)到30℃。另外考慮高壓調(diào)溫水還要為預(yù)蒸發(fā)加熱提供熱量,因此高壓調(diào)溫水溫度從設(shè)計(jì)131℃降至115℃。(3)降低低調(diào)水溫度按照設(shè)計(jì)要求,低調(diào)水的操作溫度為57℃。但是在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)在此溫度下操作時(shí)低壓的冷凝量不夠,這也是影響低壓系統(tǒng)壓力超高的一個(gè)因素。低壓甲銨液組成情況見表4。根據(jù)表4數(shù)據(jù)在圖3可查出,低壓甲銨液的結(jié)晶溫度分別在50℃左右。即在正常生產(chǎn)中,即使低壓冷凝器出液組分在一定范圍波動(dòng),結(jié)晶溫度變化不大。傳熱需要一定的推動(dòng)力,即低壓冷凝器列管內(nèi)的低調(diào)水與管外的低壓甲銨液有一定的溫差。根據(jù)實(shí)踐操作情況得知,正常生產(chǎn)時(shí),低壓冷凝器出液溫度在80℃左右,與低壓甲銨液的結(jié)晶溫度相差30℃,因此,保證低壓N/C≥2.05的前提下,把低調(diào)水的操作溫度逐步降為52℃,是安全的。降低了低調(diào)水溫度,增加了低壓冷凝量,改善了低壓操作狀況。(4)提高精餾塔出液溫度提高精餾塔出液溫度,增加低壓圈的回收,保證正常壓力,避免負(fù)荷后移。這是確保常壓系統(tǒng)、蒸發(fā)真空度合格的一種手段,在保證產(chǎn)品BI不超標(biāo)的前提下,我們把精餾塔的出液溫度從設(shè)計(jì)的135