高效合成塔盘在水溶液全循环法尿素装置中的应用



高效合成塔盘在水溶液全循环法尿素装置中的应用

张韧刘振勤姚克亮

(安徽昊源化工集团有限公司安徽阜阳236023)

0前言

安徽昊源化工集团有限公司(以下简称昊源公司)现有4套尿素生产装置，年生产尿素约1 500 kt，其中1#和2#装置采用水溶液全循环工艺，3#和4#装置采用CO2汽提工艺，1#～4#装置年生产能力分别为200，400，300和500 kt。2#尿素装置于2006年年底单塔开车投产，2008年转入双塔生产，运行中一直存在蒸汽消耗偏高的问题。鉴于4#尿素装置使用浙江工业大学化工设备有限公司新型高效塔盘内件后转化率明显提升、物料消耗降低，昊源公司决定对2#尿素装置1#合成塔塔盘进行改造。该改造项目于2014年10月进行，安装改造历时1个多月；装置于2014年12月开车运行，即达到了节能降耗的目的。1#合成塔投产运行至今，运行稳定，物料消耗下降。

1主要技术创新

尿素合成塔塔内设置28块高效尿素合成塔盘(原为28块泡罩塔盘)，塔盘开孔率自下而上为2.5%～0.7%不等。上升的气、液两相在波形塔盘上进行气液分流(图1)， 介质的液相从波谷开设的液相孔与环向间隙通过，介质的气相从波峰开设的气相孔以较高的速度射出后进入上一层塔盘的液相中，强化了气液接触。

图1　高效波形塔盘局部结构

介质通过高效波形塔盘时，气相和液相分道，流动稳定，传质效率较传统塔盘有明显提高。高效波形塔盘结构产生的小气泡增大了比表面积，且分布更均匀，有利于提高传热和传质的效率。每个反应区内物料自下而上通过塔盘，使相邻的多个小反应室的物料避免因密度差而引起回流，从而提高尿素的浓度梯度、减少返混。此高效波形塔盘较传统塔盘的结构气液混合效果更好，且制造相对容易。

图2　高效波形塔盘整体结构

高效波形塔盘整体结构见图2。

2技术综合比较

对采用传统合成塔盘的2#尿素装置2#合成塔和采用新型高效塔盘的2#尿素装置1#合成塔的转化率及单开1#和2#合成塔时的数据对比。

(1) 1#合成塔停车检修，更换塔盘，单开2#合成塔运行1周(表1)，吨尿素平均氨耗543 kg、平均汽耗1 383 kg。

表1　单开2#合成塔1周运行数据

1#合成塔检修结束后，开1#和2#合成塔的CO2转化率对比见表2。

(2) 2015年3月，因生产负荷调整，2#合成塔停车备用，单开1#合成塔运行1周(表3)，吨尿素平均氨耗542 kg、平均汽耗1 331 kg。

由1#与2#合成塔对比数据可以看出，采用新型合成塔塔盘后，CO2转化率提高了约2.0%，吨尿素平均少用液氨约1 kg、蒸汽约52 kg，节能效果显著。

表2　开1#和2#合成塔的CO2转化率对比　%

表3　单开1#合成塔1周运行数据

3结语

昊源公司本次改造通过采用浙江工业大学化工设备有限公司新型高效波形合成塔盘，不仅提高了CO2转化率约2.0%，而且增加了装置操作弹性和生产能力，使装置运行更加安全、稳定；同时，由于中、低压系统负荷得以减轻，中、低压系统放空量明显减少，一吸塔操作弹性增强；减少了氨损失，蒸发和水解系统负荷也得以减轻，系统吨尿素氨耗、汽耗均降低，达到节能降耗的目的。单开2#合成塔时，碳铵液中氨质量分数为6%左右；而单开1#合成塔时，碳铵液中氨质量分数为5%左右。

收稿日期(2015- 10- 14)