池式散热器在二氧化碳汽提中的应用

池式散热器在二氧化碳汽提中的应用

回收室中国石油化学有限公司2700吨尿素设备，是中国最大的尿素设备。这套装置采用的是斯塔米卡邦公司研发的配有池式冷凝器的二氧化碳汽提法新工艺。它与传统的斯塔米卡邦二氧化碳汽提法有许多改进,主要是池式冷凝器的运用,使得合成塔的体积大大缩小,只需5块高效塔板就能达到很高的转化率,合成塔出口液中尿素的质量分数为34.33%。这套装置一次投料成功,并实现长周期的稳定运行,投料后第一年就达到年产80×104t的设计能力,充分说明这套装置新工艺运用是十分成功的。但是由于该装置是第一套采用池式冷凝器工艺的日产2700t尿素装置,又是全部采用计算机模拟计算设计的,经生产运行发现,设备的操作弹性小,有些操作参数的设计也不尽准确。自开车以来,当装置负荷达到90%以上时,低压负荷超高,只有把低压放空阀打开才能稳定操作,造成装置氨耗严重超标,吨尿素氨耗高达595kg。后来在STAC专家的指导下,经过调整系统操作参数,终于实现了在满负荷下关闭了低压放空阀,降低了氨耗,使装置顺利通过了性能考核。现将系统有关工艺指标调整的思路及方法总结如下,供参考。1池式冷凝器的汽提高压系统采用的是斯塔米卡邦公司研发的池式冷凝器、二氧化碳汽提法新工艺:从高压氨泵来的液氨通过喷射器把高压洗涤器的甲铵液一起送入池式冷凝器。二氧化碳经过汽提塔和汽提气一起进入池式冷凝器,通过池式冷凝器的分布器与氨和甲铵充分混合反应,质量分数为65%的尿素在此生成。池式冷凝的温度控制在177.6℃,反应热由管侧的锅炉给水带走,用来副产0.38MPa的低压蒸汽。池式冷凝器中液相和气相分别进入合成塔的底部,通过合成塔的五块高效塔板进一步反应生成尿素。反应所需热量由未冷凝的氨和二氧化碳反应放出的热量提供。合成塔出液经过汽提塔汽提后进入低压系统,汽提塔所需热量由壳侧1.98MPa蒸汽提供。气相进入高压洗涤器被高压甲铵泵送来的甲铵液吸收,未吸收气相进入4巴(1巴≈105Pa)系统。冷凝热由高压调温水带走。高压合成系统流程简图见图1。2系统压力设计优化(1)降低高压系统压力我们通过3月份汽提塔出液取样分析(见表1)可看出,造成低压超压的主要原因是汽提塔出液组份未能达到设计指标,负荷后移,造成低压负荷过大,使得低压系统很难全冷凝吸收,造成低压超压,只好把低压放空阀打开才能稳定操作。只有提高汽提效率,降低汽提塔出液中NH3、CO2组份含量,才能降低低压系统负荷。提高汽提效率,如采取增加汽提塔的尺寸的办法,不仅不经济、不可取,而且为防止可逆反应的发生,会导致更低的汽提效率。另外,提高汽提效率,如采取提高壳侧蒸汽压力的办法,这对于尿素脱水反应和缩二脲的生成更为有利,同时提高温度,将增加对汽提塔的腐蚀,这也不可取。在汽提塔管束的底部,压力越低越好,有利于提高汽提效率。Stamicarbon从经济方面考虑,通常选择系统压力在13.5MPa,由于惰性气体的存在,系统压力设计为14.5MPa(g)。同时考虑本装置合成塔、高压甲铵冷凝器能力较大,所以才用降低高压圈的压力来提高汽提效率。降压后汽提塔出液组成见表2。高压圈的操作压力是从14.5MPa(g)降至13.8MPa(g),相应提高了汽提效率,从表2分析结果可看出,使得NH3和CO2尽可能在高压圈回收,从而降低低压系统的负荷,是解决低压放空问题的主要手段。(2)降低高调水温度在池式冷凝器和合成塔中,提高压力,有利于甲铵和尿素生成。但为了提高汽提塔汽提效率,降低了高压圈的压力,这样造成合成塔出气量增加,为保证304C的冷凝,防止负荷后移,降低了高调水的温度,从下表3可看出,正常生产时合成塔出气组成。再从下图2可查得到合成塔出气含惰气的体积分数为8%和6%时,高压洗涤器出液组分对应的M点和N点,结晶温度分别是93℃和98℃。即在正常生产中,即使高压洗涤器出液组分在一定范围波动,结晶温度变化不大。传热需要一定的推动力,即高压洗涤器列管内的甲铵液与管外的高压调温水有一定的温差。根据实践操作情况得知,正常时,管内外最小温差也达到30℃。另外考虑高压调温水还要为预蒸发加热提供热量,因此高压调温水温度从设计131℃降至115℃。(3)降低低调水温度按照设计要求,低调水的操作温度为57℃。但是在实际操作中发现在此温度下操作时低压的冷凝量不够,这也是影响低压系统压力超高的一个因素。低压甲铵液组成情况见表4。根据表4数据在图3可查出,低压甲铵液的结晶温度分别在50℃左右。即在正常生产中,即使低压冷凝器出液组分在一定范围波动,结晶温度变化不大。传热需要一定的推动力,即低压冷凝器列管内的低调水与管外的低压甲铵液有一定的温差。根据实践操作情况得知,正常生产时,低压冷凝器出液温度在80℃左右,与低压甲铵液的结晶温度相差30℃,因此,保证低压N/C≥2.05的前提下,把低调水的操作温度逐步降为52℃,是安全的。降低了低调水温度,增加了低压冷凝量,改善了低压操作状况。(4)提高精馏塔出液温度提高精馏塔出液温度,增加低压圈的回收,保证正常压力,避免负荷后移。这是确保常压系统、蒸发真空度合格的一种手段,在保证产品BI不超标的前提下,我们把精馏塔的出液温度从设计的135