蒸发系统改造降低产品缩二脲

李春启

(河北正元氢能科技有限公司, 河北沧州 061100)

河北正元氢能科技有限公司6080项目于2012年10月年开工建设,2015年4月系统开车。尿素系统采用传统的CO2汽提法工艺,尿素产品品质较差,较长时间产品缩二脲质量分数在1.0%左右,优等品率为0。理论上,缩二脲与生产温度、停留时长、氨含量有关。工艺上,通过降低汽提塔、精馏塔液位,调整一蒸温度至126～128 ℃、二蒸温度至135～136 ℃,缩二脲质量分数降低至0.86%～0.87%,产品优等品率提升至73%。但是,产品品质波动较大,缩二脲含量高的问题未能彻底解决。除了工艺调整和加强管理以外,有必要对装置进行技术改造,减少生产过程中缩二脲的生成量,提高装置自身生产优等品的能力。

1 改造依据

取样检测系统各处物料,分析其中缩二脲生成的关键部位,采取有针对性的措施降低产品缩二脲生成量。统计50组检测结果,取其平均值(见表1)。

表1 尿素产品各工段缩二脲生成量统计表

由表1可见：合成塔出液、汽提塔出液、一段蒸发和二段蒸发缩二脲生成量较高,分别占总生成量的17.02%、20.21%、15.96%和27.66%,共计占比80.85%。但改造高压设备难度较大,故不对高压系统进行改造,将蒸发系统作为改造主攻方向。

由表2可见：在汽提塔、一段蒸发分离器到二段蒸发加热器之间的“U”型弯管线两处位置上缩二脲生成量偏离设计值较大,因此将一段蒸发分离器到二段蒸发加热器之间的“U”型弯管线定位为本次改造目标。

表2 各工段缩二脲生成量与设计值偏差统计表 %

从影响缩二脲生成的3个因素进行分析,NH3分压和温度在工艺上已达到可调节的极限值[1],故应从停留时长方面考虑改造。经查,一段蒸发分离器到二段蒸发加热器之间的“U”型弯全长为28.0 m,“U”型弯底部最低点到二段蒸发器出口垂直高度为12.7 m,垂直高度及“U”型弯长度偏高,导致尿液停留时间长。故本次改造降低一段蒸发分离器到二段蒸发加热器之间的“U”型弯高度,减少“U”型弯长度,降低尿液停留时长,以达到降低缩二脲生成量的目的[2]。

2 改造方案

以3楼楼面为基准,在出一段蒸发分离器管线和进二段蒸发加热器的垂直管线上分别截短3.0 m,将“U”型弯最低点高度垂直提升3.0 m,这样“U”型弯全长减少6 m,减少约5.0 s的停留时长。

一段蒸发分离器到二段蒸发加热器之间的“U”型弯参数见图1。

图1 一段蒸发分离器到二段蒸发加热器之间的“U”型弯

3 方案论证

尿素蒸发应为真空系统,按设计要求一段蒸发分离器至二段蒸发加热器之间的“U”型弯应起到液封作用,因此,改造后,极限压差下也应该保证其液封不破[3-4]。

已知条件：

(1) 一段蒸分离器出液法兰标高为23.6 m,二段蒸发分离器出液法兰标高为22.2 m。

(2) 提升前,一段蒸分离器和二段蒸发加热器“U”型弯低点标高为9.9 m;提升后,低点标高为12.9 m。

(3) 一段蒸分离器和二段蒸发加热器“U”型弯垂直高度提升前为12.7 m,提升后为9.7 m。

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(4) 一段蒸分离器和二段蒸发加热器“U”型弯管线中尿液质量分数为94.51%,密度为1 200 kg/m3。

(5) 重力常数g为9.8 N/kg。

(6) 正常生产中,一段蒸分离器的压力为38 kPa,二段蒸分离器的压力为6 kPa。

(7) 一段蒸分离器未抽真空时压力为103 kPa,运行中二段蒸分离器最低压力为3 kPa。

将有关数值带入,计算二段蒸发分离器出液位置与一段蒸分离器和二段蒸发加热器“U”型弯最低点的液体压差。

ΔP1=ρgh=1 200×9.8×9.7=114 072(Pa)≈114(kPa)。

一、二段蒸发分离器的正常压差ΔP2为32 kPa。

由114 kPa>100 kPa>32 kPa,可判断在改造后极限状态下也能够正常保持“U”型弯液封,满足工艺要求。

4 改造效果

(1) 系统运行正常后,产品品质大幅提升,成品缩二脲质量分数降低至历史最低值(0.82%～0.83%),产品优等品率提升至100%。

(2) 改造后一段蒸发分离器至二段蒸发加热器“U”型管总长度约为22.0 m,共缩短约6.0 m,

较改造前“U”型管内停留时长缩短了约21%(见表3)。

表3 改造前后停留时长变化

(3) 改造后蒸发工艺指标无影响,压力、温度、液位均正常,一段蒸发分离器在不同负荷下均无积液现象。

5 结语

综上所述,缩短一段蒸发分离器至二段蒸发加热器“U”型管垂直高度的技术改造是成功的,缩短了高浓度和高温条件下尿液的停留时长,降低了成品缩二脲含量,有效提高了产品品质,实现了合格品到优等品的飞跃,产品竞争力大幅提升,为销售寻找优质客户奠定了基础。