张翔华，肖俊山
（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽 临泉236400）
［摘 要］ 安徽晋煤中能化工股份有限公司水溶液全循环法尿素装置（1#尿素装置）存在蒸汽、电力、液氨单耗较高以及放空尾气中氨含量较高等问题，经过近1 a的考察、论证，在借鉴新型水溶液全循环法尿素生产工艺的基础上，于2012年5月份对1#尿素装置实施节能降耗技改：通过增设甲铵分离器，提高甲铵液浓度，降低一甲液的H2O/CO2，以提高尿素合成塔的CO2转化率，降低分解系统负荷，减少中压分解系统蒸汽用量；使用新型真空预浓缩器及水解系统新工艺，将以往无法利用（或利用不充分）的低品位热能予以回收利用，使整套尿素装置的热能利用更加充分；精洗中压尾气，以回收原料（氨），使放空尾气中的氨含量降至0.3%左右，减少污染物排放。本技改项目完成后，经过不断的调整、改进，1#尿素装置运行稳定，操作简单，生产弹性增大，综合能耗大幅下降，达到了预期的节能降耗目标。
［关键词］ 水溶液全循环法尿素装置；节能降耗；综合技改；问题分析；技改方案；技改内容；技术创新点；技改效果
［中图分类号］ TQ441.41［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0001-04
0 引 言
水溶液全循环法尿素生产工艺是我国上世纪60年代借鉴国外技术结合国内技术开发的尿素生产工艺，具有投资少、设备国产化率高、尿素产品质量容易控制、改造潜力大等优点，上世纪80、90年代在国内得到普遍推广。上世纪70年代CO2汽提法尿素生产工艺开始引入我国，经过一段时间的消化吸收，尤其是高压设备实现国产化后，在我国得到快速发展，本世纪初新上马的大型尿素装置大多采用CO2汽提法尿素生产工艺。上世纪80年代我国开始引进意大利斯纳姆氨汽提尿素生产工艺,先后建成了30多套氨汽提法尿素装置；此外还有为数不多的ACES工艺、等压双汽提工艺 ( IDR 法) 等尿素装置。总体而言，水溶液全循环法尿素生产工艺与CO2汽提法尿素生产工艺相比，由于其综合能耗较高，技术相对落后，发展形势不容乐观。但若能将水溶液全循环法尿素生产工艺的综合能耗降至与CO2汽提法尿素生产工艺接近的水平，再加上其具有投资少、设备国产化率高、产品质量容易控制、改造潜力大等优势，那么一定会推动水溶液全循环法尿素生产工艺焕发新的活力，提升传统尿素装置乃至整个尿素行业的经济效益。
水溶液全循环法尿素工艺在我国已有近60 a的应用历史，在众多厂家的共同努力下，经过不断地设备改造、工艺改进、操作优化，其技术日臻成熟，产能（单套装置）不断扩大，已由当初的单套装置产能40 kt/a增至现在的400 kt/a，蒸汽单耗（吨尿素蒸汽消耗）由当初设计的1 700 kg降至1 250 kg，液氨单耗（吨尿素氨耗）由当初设计的580 kg降至575 kg，在产能大幅提升的同时，综合能耗不断下降。2010年，一种新型的水溶液全循环法尿素生产工艺研发成功，与传统水溶液全循环法尿素生产工艺相比，蒸汽单耗大幅下降，放空尾气中氨含量明显降低（放空尾气使用蒸汽冷凝液吸收），单位产品综合能耗接近CO2汽提法工艺的水平，而投资只有同等规模CO2汽提法尿素装置的80%左右，这在国内尿素产能严重过剩、产品利润微薄的大环境下，对于不少尿素企业而言无疑具有重大的意义。
安徽晋煤中能化工股份有限公司（简称中能化工）1#尿素装置（产能近800 t/d）采用水溶液全循环法尿素生产工艺，2#、3#尿素装置采用CO2汽提法尿素生产工艺。1#尿素装置由于蒸汽、电力消耗较高，夏季生产时放空量较大和放空尾气中氨含量较高等问题，有逐渐被淘汰的趋势。为此，中能化工于2011年决定就如何降低水溶液全循环法尿素装置的综合能耗进行立项研究，经过近1 a的考察、论证等准备工作，在借鉴新型水溶液全循环法尿素生产工艺的基础上，于2012年5月份对1#尿素装置实施了节能降耗技改，由于前期准备比较充分，系统停车20 d就完成了改造工作。以下对有关情况作一总结。
1 技改目标及总体思路
中能化工1#尿素装置节能降耗综合技改的目标是：最大限度地利用系统自身的反应热（充分回收系统余热），在保证尿素装置安全、稳定运行的前提下，将放空气中的氨含量冬季降至1%以下、夏季降至3%以下，并尽可能利用现有设备及管道进行改造；技改完成后，预计每年节约蒸汽61 875 t（折合成本742.5万元）、节约液氨495 t（折合成本138.6万元）、降低电耗99×104 kW·h（折合成本49.5万元）。
本技改项目的总体思路为：① 增设甲铵分离器，一甲液循环吸收，提高甲铵液浓度，降低进入尿素合成塔一甲液的H2O/CO2，以提高CO2转化率，降低分解系统负荷，减少中压分解系统（一分塔）蒸汽用量；② 使用新型真空预浓缩器，改造工艺流程及优化工艺参数，使以往无法利用（或利用不充分）的低品位热能得以回收利用，使整套尿素装置的热能利用更加充分；③ 精洗中压尾气，最大限度地降低放空量，降低放空尾气中的氨含量至04%以下，以回收原料（氨），减少污染物排放。
本技改项目的关键环节之一是对真空预浓缩器进行改造，真空预浓缩器主要是利用尿液在真空状态下蒸发沸点低从而可增大传热温差、提高传热推动力，以及二次蒸汽传热阻力小、蒸发速度快的原理。一段分解气与二甲液在新型真空预浓缩器壳侧混合反应，其反应热用于加热管程的尿液，管程真空度由原来的-100 mmHg提高至-530 mmHg，尿液的沸点由105 ℃降至85 ℃，不仅可促使尿液的分解，还可提高管程与壳侧传热温差至20 ℃，从而可更好地利用一段分解气与二甲液的反应热，降低蒸发系统的负荷，降低装置的蒸汽消耗。
2 问题分析及技改方案
2.1 闪蒸系统
2.1.1 存在的问题
闪蒸系统原真空预浓缩器（闪蒸器）换热能力不足，系统内一段分解气和二甲液的反应热不能充分得到利用，还需要在一吸冷却器用循环水冷却将反应热移出，不能满足生产所需；且在闪蒸系统真空度高于-200 mmHg时有气相带液现象，也限制了反应热的利用，闪蒸出液温度在95 ℃。经研究、试验分析，认为真空预浓缩器存在问题的原因在于以下三方面：① 真空预浓缩器热能利用段换热面积小（220 m2），而壳侧反应液温度和进蒸发器管程的尿液温度相对固定，传热温差不能随意调整；② 设备结构不合理，列管内径（20 mm）偏小，列管内气体流速大，易造成气相带液；③ 闪蒸冷凝器（换热面积220 m2）换热面积小，冷却能力不足，气温高时真空度低（不达标）。
2.1.2 技改方案
2.1.2.1 采用新型真空预浓缩器
采用新型真空预浓缩器，新真空预浓缩器换热面积由220 m2增至570 m2；换热列管内径调整为50 mm，使其横截面积较原设备增大7倍，即在同等条件下气体流速只有原来的1/7，从而可避免列管内气体流速高易造成气相带液的问题；
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