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高效合成塔盤在水溶液全循環(huán)法尿素裝置中的應(yīng)用

張韌劉振勤姚克亮

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司安徽阜陽(yáng)236023)

0前言

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱昊源公司)現(xiàn)有4套尿素生產(chǎn)裝置，年生產(chǎn)尿素約1 500 kt，其中1#和2#裝置采用水溶液全循環(huán)工藝，3#和4#裝置采用CO2汽提工藝，1#～4#裝置年生產(chǎn)能力分別為200，400，300和500 kt。2#尿素裝置于2006年年底單塔開(kāi)車投產(chǎn)，2008年轉(zhuǎn)入雙塔生產(chǎn)，運(yùn)行中一直存在蒸汽消耗偏高的問(wèn)題。鑒于4#尿素裝置使用浙江工業(yè)大學(xué)化工設(shè)備有限公司新型高效塔盤內(nèi)件后轉(zhuǎn)化率明顯提升、物料消耗降低，昊源公司決定對(duì)2#尿素裝置1#合成塔塔盤進(jìn)行改造。該改造項(xiàng)目于2014年10月進(jìn)行，安裝改造歷時(shí)1個(gè)多月；裝置于2014年12月開(kāi)車運(yùn)行，即達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。1#合成塔投產(chǎn)運(yùn)行至今，運(yùn)行穩(wěn)定，物料消耗下降。

1主要技術(shù)創(chuàng)新

尿素合成塔塔內(nèi)設(shè)置28塊高效尿素合成塔盤(原為28塊泡罩塔盤)，塔盤開(kāi)孔率自下而上為2.5%～0.7%不等。上升的氣、液兩相在波形塔盤上進(jìn)行氣液分流(圖1)， 介質(zhì)的液相從波谷開(kāi)設(shè)的液相孔與環(huán)向間隙通過(guò)，介質(zhì)的氣相從波峰開(kāi)設(shè)的氣相孔以較高的速度射出后進(jìn)入上一層塔盤的液相中，強(qiáng)化了氣液接觸。

圖1　高效波形塔盤局部結(jié)構(gòu)

介質(zhì)通過(guò)高效波形塔盤時(shí)，氣相和液相分道，流動(dòng)穩(wěn)定，傳質(zhì)效率較傳統(tǒng)塔盤有明顯提高。高效波形塔盤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的小氣泡增大了比表面積，且分布更均勻，有利于提高傳熱和傳質(zhì)的效率。每個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)物料自下而上通過(guò)塔盤，使相鄰的多個(gè)小反應(yīng)室的物料避免因密度差而引起回流，從而提高尿素的濃度梯度、減少返混。此高效波形塔盤較傳統(tǒng)塔盤的結(jié)構(gòu)氣液混合效果更好，且制造相對(duì)容易。

圖2　高效波形塔盤整體結(jié)構(gòu)

高效波形塔盤整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2技術(shù)綜合比較

對(duì)采用傳統(tǒng)合成塔盤的2#尿素裝置2#合成塔和采用新型高效塔盤的2#尿素裝置1#合成塔的轉(zhuǎn)化率及單開(kāi)1#和2#合成塔時(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)比。

(1) 1#合成塔停車檢修，更換塔盤，單開(kāi)2#合成塔運(yùn)行1周(表1)，噸尿素平均氨耗543 kg、平均汽耗1 383 kg。

表1　單開(kāi)2#合成塔1周運(yùn)行數(shù)據(jù)

1#合成塔檢修結(jié)束后，開(kāi)1#和2#合成塔的CO2轉(zhuǎn)化率對(duì)比見(jiàn)表2。

(2) 2015年3月，因生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整，2#合成塔停車備用，單開(kāi)1#合成塔運(yùn)行1周(表3)，噸尿素平均氨耗542 kg、平均汽耗1 331 kg。

由1#與2#合成塔對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，采用新型合成塔塔盤后，CO2轉(zhuǎn)化率提高了約2.0%，噸尿素平均少用液氨約1 kg、蒸汽約52 kg，節(jié)能效果顯著。

表2　開(kāi)1#和2#合成塔的CO2轉(zhuǎn)化率對(duì)比　%

表3　單開(kāi)1#合成塔1周運(yùn)行數(shù)據(jù)

3結(jié)語(yǔ)

昊源公司本次改造通過(guò)采用浙江工業(yè)大學(xué)化工設(shè)備有限公司新型高效波形合成塔盤，不僅提高了CO2轉(zhuǎn)化率約2.0%，而且增加了裝置操作彈性和生產(chǎn)能力，使裝置運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定；同時(shí)，由于中、低壓系統(tǒng)負(fù)荷得以減輕，中、低壓系統(tǒng)放空量明顯減少，一吸塔操作彈性增強(qiáng)；減少了氨損失，蒸發(fā)和水解系統(tǒng)負(fù)荷也得以減輕，系統(tǒng)噸尿素氨耗、汽耗均降低，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。單開(kāi)2#合成塔時(shí)，碳銨液中氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%左右；而單開(kāi)1#合成塔時(shí)，碳銨液中氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右。

收稿日期(2015- 10- 14)