尿素装置降低蒸汽消耗分析

王明然

摘要：在尿素的生产装置当中，大型的生产装置所用蒸汽除了要满足换热需求之外，还需要能够对二氧化碳压缩机汽轮机起到驱动的作用，若蒸汽用量过大则会大量的增加尿素的生产成本，所以本文开展研究的目的就是要通过一定的技术手段去降低蒸汽消耗，有效的控制生产成本。本研究共分为三个部分，首先第一部分主要通过对二氧化碳汽提法的论述分析了蒸汽是如何在尿素生产中被消耗的；第二部分分析了当前在尿素生产过程中蒸汽消耗过高的原因；第三部分给出了通过改善二氧化碳汽提法降低蒸汽消耗的措施。

关键词：蒸汽消耗；尿素；生产；措施

中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）10-0150-01

当前尿素生产从提汽原理的不同，可以分为两种，分别是氨提工艺及二氧化碳汽提工艺。由于二氧化碳汽提工艺操作条件较低、流程短等优势在我国最为常见，但是这种原理下的尿素生产装置蒸汽用量相对较大，这对于当前尿素行业急需要降低成本的要求是相违背的。本文以二氧化碳汽提法尿素装置作为研究对象，重点是探讨如何去通过改善二氧化碳汽提法来实现尿素生产中的蒸汽消耗。

一、二氧化碳汽提法概述

利用该原理进行尿素生产主要是通过高压合成、然后低压分解、真空浓缩及最后的造粒分解极大工序组成的，这种工艺要求温度和操作压力都是较低的，当前国内引进的主要是Urea2000 plus工艺 ，在生产过程当中对尿素合成的主要因素有氮和碳的比值、氢与碳的比值，以及二氧化碳纯度等。该原理下汽提效率可以用下面的公式来表示：

从上面的公式当中我们可以知道，当装置释放出的液体量不变的时候，随着汽提效率的增高，在低压循环系统当中负荷就会相应的降低，那么返回到高压圈当中的水量就会降低。相反的，当汽提效率降低的时候，返回到高压圈当中的水量就会相应的增加。但是并不是说我们要将汽提效率越提高越好，因为汽提效率提高的时候二氧化碳的转化率也会相应的降低，那么就是说我们应该应该采取适当的汽提效率。

二、造成尿素生产中蒸汽消耗过高的原因分析

传统的二氧化碳汽提法生产尿素的工艺实际上是存在很多缺陷的，而这些缺陷和不足都会在尿素的生产过程当中使得蒸汽消耗过高，进而导致生产尿素成本的增加。

1.尿素生产装置当中部分装置换热效率降低。当前的尿素装置中存在着部分加热器管道出现了结垢的现象，这就对换热器传热的效率严重受到了影响，尤其在是高压分解装置中表现的尤为明显，并且在装置管道当中的结垢非常难清除，所以长期积攒下来就造成了装置对蒸汽消耗过高的现象。

2.设计上的不合理导致蒸汽消耗过高。在尿素生产装置当中有一部分装置在节点上存在着设计不合理的地方，在正常生产的时候所提供的尿素生产原料的浓度高于所需的浓度，也就是高于设计值，那么就使得热量回收变难。而经过装置进行换热之后通过分解系统的装置气体的温度就会比设计值高出大约10摄氏度左右，那么装置的上段低压蒸汽的消耗量每小时的增加量就会增加7吨左右。

3.回收热量的不合理导致蒸汽消耗过高。整个尿素生产装置当中浓缩系统的设计有着很大的富裕度，这就会使得尿素在浓缩的时候在加热器当中停留过长的时间，所以为了保证尿素的生产就需要将装置的内列管缩短，尽量的缩短尿素在装置当中所停留的时间。由于对该装置的部分管道进行了堵管，就会使整个换热器当中的面积降低了1成，传热效率就相应的降低了15%左右，使得整个分解系统中温度高的气体回收出现障碍，而为了能够让尿液达到设计温度的要求，上段的蒸汽消耗量就会相应的增加。

4.尿素装置汽提效率不够稳定导致蒸汽消耗过高。在尿素生产装置当中会出现惰性气体积聚的现象，虽然在整个装置当中的顶部存在排气阀，但是仍旧无法实现对这些惰性气体的有效排放，大量聚集的惰性气体就会导致汽提效率不稳定，最后就会导致出现返回到高压圈当中的甲胺液流量高于设计值，导致出现了水碳比偏高的现象，导致出现了整个装置的蒸汽消耗过高的现象。

三、改善二氧化碳汽提法降低蒸汽消耗的措施

从二氧化碳汽提法原理我们可以知道，当回收的压力不断增高的时候，甲铵液当中的含水量就会相应的被降低，例如在0.3兆帕的压力下甲铵液的含水量大概是32%，而当在1.8兆帕的时候甲铵液的含水量大概是24%，我们对回收的氨气和二氧化碳进行简单的计算，就能够得出返回到高压圈当中的水量大概要减少到30%左右，所以在装置的改善过程当中我们可以考虑增加一个中压段来实现降低蒸汽消耗的目的。在改善装置后，将实现对低压和高压装置的负荷转移到中压，这样既能够实现对整个装置蒸汽消耗的有效降低，同时还可以有效的解决返回到高压圈当中的水量过高的问题。

另外面对着本文上述分析出的导致出现装置蒸汽消耗过高的问题，笔者建议除了要改善二氧化碳汽提法之外，还需要从下面几点来实现。

1.改变原装置中的缺口接收蒸汽的方式：引入合成氨蒸汽管网，然后将合成自产蒸汽同步的送到尿素装置当中，再从级间将蒸汽抽出送至2兆帕，这样的方式就能使整个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.保证整个二氧化碳汽提过程的汽提效率稳定性：前面已经分析过了汽提效率对装置消耗蒸汽的量有着直接的关系，所以保持其稳定性至关重要，我们可以针对所分析的原因，有针对性的进行设备的改进，例如在设备的中部增加气体排放阀，定期将惰性气体排放出去，使得装置的汽提效率稳定性得到提高。

3.有效除垢实现装置传热效率的提高：例如我们可以聘请有经验的除垢公司来进行清洗，通过清洗后达到尽快恢复生产的目的。

总结：

二氧化碳汽提法在一种较为传统的尿素生产方法，其具有流程简单、条件温和等优势，在二氧化碳汽提法工艺当中降低蒸汽消耗是保证生产成本的关键，其中从工艺上增加中压段的方法是有效降低蒸汽消耗的有效措施，另外我们还可以通过改变原装置中的缺口接收蒸汽的方式、保证整个二氧化碳汽提过程的汽提效率稳定性及有效除垢等措施来保证有效的降低蒸汽消耗的实现。

参考文献：

[1]夏炎华，孙喜.先进的高效合成与低能耗尿素工艺技术[J].化肥设计，2014，52（ 6） ： 27 -30.

[2]王文善，程忠振，池树增.尿素工学[M].北京： 化学工业出版社，2013.