[发明专利]一种CO2气提法尿素装置的节能改造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂气提法尿素生产领域，特别是涉及一种利用高压洗涤器调温水的热量来制取低温循环水，低温循环水用于满足尿素蒸发系统取消升压器后的冷凝负荷的装置和方法。

背景技术

在尿素生产中，困扰能量平衡、动力消耗的问题主要有下面两个：

一.高压洗涤器调温水热量的利用

在尿素生产中，尿素合成塔顶部排出的大量未参与反应的二氧化碳气和氨气进入高压洗涤器进行吸收反应。此反应为强放热反应，且生成的氨基甲酸铵和尿素混合溶液的熔点约为90℃，为防止氨基甲酸铵和尿素的混合溶液结晶，须采用调温水冷却系统，将壳程冷却水温度控制在90℃以上，而不能使用传统32℃的循环冷却水冷却。现有技术根据热量移出的方式大致可分为闭路循环和闭路回收两种方案：

1闭路回收工艺：

此冷却系统设置有离心泵、换热器。早期由于脱硫脱氢催化剂脱除精度的限制，为防止可燃气体(主要是H₂)积聚发生爆炸事故，避免因过度冷凝使得高压洗涤器的未凝气中燃爆气体组分处于爆炸极限之内，一般高压调温水的进口温度控制在130℃，出口温度为140℃。出口的高温热水由高压洗涤器循环水泵送入循环加热器底部作为一部分热源，冷却后的热水再进一步通过高压洗涤器循环水换热器冷却至130℃后返回高压洗涤器，形成了闭路循环。

在此工艺中，调温水的温度控制较高，极大地降低了高压洗涤器换热段的利用效率，严重制约着生产负荷的提高；较高的操作温度也增加了低压吸收塔尾气的放空量，从而导致了吨尿素氨耗大幅增加；且只有一部分的热量得到了回收利用，其余热量仍未得到利用而由循环水带走。

2闭路循环工艺：

此冷却系统设置有离心泵、换热器。与高压洗涤器壳程形成闭路循环，反应热全部通过循环冷却水移走。此工艺的缺点是：既浪费了大量的反应吸收热，又增加了循环冷却水的消耗，且大面积不锈钢换热器的设置增加了装置的一次投资。

二.蒸发系统升压器的取舍

尿液浓缩一般采用两段真空蒸发系统，一段蒸发的操作压力为0.032MPa(A)，相应冷凝器的冷凝温度为70℃，二段蒸发的操作压力为0.0034MPa(A)，相应冷凝器的冷凝温度为26℃。

工厂循环冷却水的设计进口温度为32℃，温升取10℃，循环水的出口温度即为42℃，一段蒸发冷凝器的传热温差取25℃，完全可以满足冷凝要求。而二段蒸发的操作压力为0.0034MPa(A)，相应冷凝器的冷凝温度为26℃，如采用常规循环水进行冷却则无法满足生产需求。为此，大部分尿素装置均设置了升压器，但也有不少尿素装置取消了升压器，两者的工艺区别如下：

1.保留升压器的工艺。

因二段蒸发操作压力下的冷凝温度较高，如仍使用32℃的循环冷却水进行冷却时，蒸发蒸汽不能被冷凝。为了使用循环水将蒸发蒸汽顺利冷凝，采用升压器将蒸发蒸汽抽出并将其压力提高至0.012MPa(A)，相应的冷凝温度提高到49℃，这样就保证用循环冷却水可以将二段蒸发的蒸汽完全冷凝下来。

日产1000吨尿素时升压器需要消耗0.45MPa(A)，147℃的低压蒸汽约为5500kg/h，且此蒸汽最终均以工艺冷凝液的形式回到水解解吸系统以便回收其中的NH₃和CO₂。此冷凝过程需要将蒸汽全部冷凝约为40℃的冷凝液，致使二段蒸发第一冷凝器的换热面积相当大(～700m²)，既增加了换热器的一次投资，又消耗了大量的循环冷却水；在水解、解吸的氨回收过程中，需要将40℃的冷凝液先在解吸塔内通过低压蒸汽加热到140℃，再进入水解塔利用中压蒸汽将其进一步加热到180～200℃，此过程也需要消耗大量的低压、中压蒸汽，动力消耗也有所增加。

2.取消升压器的工艺