池式散熱器在二氧化碳汽提中的應用

回收室中國石油化學有限公司2700噸尿素設備，是中國最大的尿素設備。這套裝置采用的是斯塔米卡邦公司研發的配有池式冷凝器的二氧化碳汽提法新工藝。它與傳統的斯塔米卡邦二氧化碳汽提法有許多改進,主要是池式冷凝器的運用,使得合成塔的體積大大縮小,只需5塊高效塔板就能達到很高的轉化率,合成塔出口液中尿素的質量分數為34.33%。這套裝置一次投料成功,并實現長周期的穩定運行,投料后第一年就達到年產80×104t的設計能力,充分說明這套裝置新工藝運用是十分成功的。但是由于該裝置是第一套采用池式冷凝器工藝的日產2700t尿素裝置,又是全部采用計算機模擬計算設計的,經生產運行發現,設備的操作彈性小,有些操作參數的設計也不盡準確。自開車以來,當裝置負荷達到90%以上時,低壓負荷超高,只有把低壓放空閥打開才能穩定操作,造成裝置氨耗嚴重超標,噸尿素氨耗高達595kg。后來在STAC專家的指導下,經過調整系統操作參數,終于實現了在滿負荷下關閉了低壓放空閥,降低了氨耗,使裝置順利通過了性能考核?，F將系統有關工藝指標調整的思路及方法總結如下,供參考。1池式冷凝器的汽提高壓系統采用的是斯塔米卡邦公司研發的池式冷凝器、二氧化碳汽提法新工藝:從高壓氨泵來的液氨通過噴射器把高壓洗滌器的甲銨液一起送入池式冷凝器。二氧化碳經過汽提塔和汽提氣一起進入池式冷凝器,通過池式冷凝器的分布器與氨和甲銨充分混合反應,質量分數為65%的尿素在此生成。池式冷凝的溫度控制在177.6℃,反應熱由管側的鍋爐給水帶走,用來副產0.38MPa的低壓蒸汽。池式冷凝器中液相和氣相分別進入合成塔的底部,通過合成塔的五塊高效塔板進一步反應生成尿素。反應所需熱量由未冷凝的氨和二氧化碳反應放出的熱量提供。合成塔出液經過汽提塔汽提后進入低壓系統,汽提塔所需熱量由殼側1.98MPa蒸汽提供。氣相進入高壓洗滌器被高壓甲銨泵送來的甲銨液吸收,未吸收氣相進入4巴(1巴≈105Pa)系統。冷凝熱由高壓調溫水帶走。高壓合成系統流程簡圖見圖1。2系統壓力設計優化(1)降低高壓系統壓力我們通過3月份汽提塔出液取樣分析(見表1)可看出,造成低壓超壓的主要原因是汽提塔出液組份未能達到設計指標,負荷后移,造成低壓負荷過大,使得低壓系統很難全冷凝吸收,造成低壓超壓,只好把低壓放空閥打開才能穩定操作。只有提高汽提效率,降低汽提塔出液中NH3、CO2組份含量,才能降低低壓系統負荷。提高汽提效率,如采取增加汽提塔的尺寸的辦法,不僅不經濟、不可取,而且為防止可逆反應的發生,會導致更低的汽提效率。另外,提高汽提效率,如采取提高殼側蒸汽壓力的辦法,這對于尿素脫水反應和縮二脲的生成更為有利,同時提高溫度,將增加對汽提塔的腐蝕,這也不可取。在汽提塔管束的底部,壓力越低越好,有利于提高汽提效率。Stamicarbon從經濟方面考慮,通常選擇系統壓力在13.5MPa,由于惰性氣體的存在,系統壓力設計為14.5MPa(g)。同時考慮本裝置合成塔、高壓甲銨冷凝器能力較大,所以才用降低高壓圈的壓力來提高汽提效率。降壓后汽提塔出液組成見表2。高壓圈的操作壓力是從14.5MPa(g)降至13.8MPa(g),相應提高了汽提效率,從表2分析結果可看出,使得NH3和CO2盡可能在高壓圈回收,從而降低低壓系統的負荷,是解決低壓放空問題的主要手段。(2)降低高調水溫度在池式冷凝器和合成塔中,提高壓力,有利于甲銨和尿素生成。但為了提高汽提塔汽提效率,降低了高壓圈的壓力,這樣造成合成塔出氣量增加,為保證304C的冷凝,防止負荷后移,降低了高調水的溫度,從下表3可看出,正常生產時合成塔出氣組成。再從下圖2可查得到合成塔出氣含惰氣的體積分數為8%和6%時,高壓洗滌器出液組分對應的M點和N點,結晶溫度分別是93℃和98℃。即在正常生產中,即使高壓洗滌器出液組分在一定范圍波動,結晶溫度變化不大。傳熱需要一定的推動力,即高壓洗滌器列管內的甲銨液與管外的高壓調溫水有一定的溫差。根據實踐操作情況得知,正常時,管內外最小溫差也達到30℃。另外考慮高壓調溫水還要為預蒸發加熱提供熱量,因此高壓調溫水溫度從設計131℃降至115℃。(3)降低低調水溫度按照設計要求,低調水的操作溫度為57℃。但是在實際操作中發現在此溫度下操作時低壓的冷凝量不夠,這也是影響低壓系統壓力超高的一個因素。低壓甲銨液組成情況見表4。根據表4數據在圖3可查出,低壓甲銨液的結晶溫度分別在50℃左右。即在正常生產中,即使低壓冷凝器出液組分在一定范圍波動,結晶溫度變化不大。傳熱需要一定的推動力,即低壓冷凝器列管內的低調水與管外的低壓甲銨液有一定的溫差。根據實踐操作情況得知,正常生產時,低壓冷凝器出液溫度在80℃左右,與低壓甲銨液的結晶溫度相差30℃,因此,保證低壓N/C≥2.05的前提下,把低調水的操作溫度逐步降為52℃,是安全的。降低了低調水溫度,增加了低壓冷凝量,改善了低壓操作狀況。(4)提高精餾塔出液溫度提高精餾塔出液溫度,增加低壓圈的回收,保證正常壓力,避免負荷后移。這是確保常壓系統、蒸發真空度合格的一種手段,在保證產品BI不超標的前提下,我們把精餾塔的出液溫度從設計的135