渣油型大規�；�肥尿素裝置的擴容和改造

1  本項目背景信息
　　烏魯木齊石化公司化肥尿素裝置的原設計產量為1740 t/d，采用二氧化碳汽提技術，該裝置有機械造粒裝置和造粒塔，也有管道以和相鄰的第二尿素裝置和三聚氰胺裝置相互提供尿素溶液/熔融尿素。對合成氨裝置進行150%的擴容和重建后，相配套的尿素產量要求達到2610 t/d。原裝置在容量擴展方面存在一定的瓶頸，因此需要進行局部改造以實現增加產量、減少消耗、節約能源和減少排放的目的。斯塔米卡邦提供了改造用技術設計包，并由中國寧波工程公司進行詳細設計。
2  項目實施
2.1  影響原裝置容量擴展的瓶頸
1. 二氧化碳壓縮機容量不足；
2. 現有汽提塔已超過使用期限，汽提塔換熱管管壁遭受了腐蝕且嚴重變薄，因此該汽提效率非常低/使用壽命非常短；
3. 已根據原尺寸制造了新的高壓甲銨冷凝器，但還沒有安裝；負荷增加后，反應物在合成塔內的停留時間減少，加上高壓洗滌塔的容量不足，它導致未反應的氣體含量增加，增加了低壓吸收負荷，增加了系統中的水含量，從而降低了合成轉化率；
4. 低壓循環工段中的設備容量不足；
5. 容量增加后，蒸發能力將不足。根據目前的運行和設備條件，蒸發技術條件可能進入尿素相圖中的固相區；
6. 大型和小型造粒塔的最大允許負荷不可能滿足增長的產量要求（特別是在夏季）。
2.2 改造方案的選擇
　　1. 二氧化碳壓縮
　　添加二氧化碳增壓器，增加壓縮機進口處壓力，重新改造壓縮機和驅動透平，更換其轉子和內部組件以及在壓縮機段間的冷卻器和分離器，以增強壓縮機的處理容量使其滿足150%的負荷要求；
　　2. 高壓合成
a) 恢復脫氫系統
　　來自氨合成裝置的二氧化碳氣體中含有少量的可燃氣體（如氫氣等），再加上一定腐蝕保護空氣加入系統，因此將這些氣體以一定的比例混合后，就形成了爆炸性氣體。所以，使用原技術時，對高壓洗滌塔的冷凝能力必須限制，以確保有充足的CO2和NH3殘余作為惰性氣體以調節氣體成分。在改造項目中，安裝了二氧化碳脫氫系統以消除CO2原料氣中的可燃成分（如H2、CO等），因此高壓洗滌塔和低壓吸收塔中的氣體混合物不進入爆炸區域，以確保裝置的安全可靠運行。
b) 更換高壓汽提塔
　　新型高壓汽提塔將用斯塔米卡邦和三特維克公司開發的Safurex新型材料制作。此材料具有完美的抗腐蝕特性，因此減少了汽提塔換熱管管壁厚度和襯里厚度，實現了設備重量的減少；此新型設備能使通過新汽提塔換熱管的熱交換能力增加50%；此材料的機械強度是傳統材料的機械強度的2到3倍，這使得該設備的操作靈活性增大以及使用壽命延長。
　

比較項目	原高壓汽提塔	新高壓汽提塔
汽提塔換熱管技術規范	32x3mm	31x2.5mm
汽提塔換熱管數量	2875	3635
熱交換面積	1684m2	2124m2
處理負荷	100%	150%
設備重量	126噸	174.5噸

　c) 用斯塔米卡邦的高效虹吸噴射泵代替合成塔塔板
　　反應物增加50 %導致液體尿素在尿素合成塔中的停留時間減短，因此反應轉化率降低。因此，更換了10個帶斯塔米卡邦高效虹吸噴射泵的塔板，將合成塔內下降管提升2m，提升合成塔的液位并添加1個塔板。此高效塔板能使尿素反應的動態性能達到最佳狀態，從而有效提高CO2的轉化率。 3.  新添加的中壓甲銨冷凝器系統
　　新的高壓甲銨冷凝器是根據100%負荷容量制造的，因此將負荷增加到150%后，冷凝容量變得不足，這導致在尿素合成塔出口處和高壓洗滌塔出口處未反應氣體含量增加。對此的解決方案是在高壓汽提塔氣相出口處串聯中壓甲銨冷凝器系統，這樣，在裝置負荷超過高壓甲銨冷凝器的最大容量和高壓系統的壓力增加后，高壓汽提塔產生的部分汽提氣將被分離并直接輸送至中壓甲銨冷凝器系統。串聯連接的中壓循環系統也能減少回到尿素合成塔中的循環水量；僅當水含量減少到20%時，中壓下的甲胺可避免結晶，但是若僅使用低壓循環，低壓下甲銨液中的水含量為30%。理論上，改造前H2O/尿素比率是0.57，但重建后該比率降低為0.53。而相應地，這使得尿素合成塔中CO2轉化率提高了3 – 4 %。汽提氣的分流轉移也減小了尿素合成塔中氣相所占的空間，這相對地保證了液體在尿素合成塔中的停留時間。
4.  低壓循環和蒸發、機械造粒系統
　　并聯連接精餾塔以解決低壓分解系統處理容量不足的問題。
　　添加預蒸發工段，將蒸發工段的首負荷向前轉移，這樣液體尿素濃度從67.7%增加到了77.0%。第一蒸發器出口處的尿素濃度為94.9%，第二蒸發器出口處的尿素濃度達到99.0%，這樣增加了部分尿素產量，但是仍不能滿足生產2610噸大顆粒尿素的生產率要求。
　　若增加蒸發量是通過增加真空度實現的，根據相圖理論，該系統將進入固相區，因而影響尿素生產運營。但是如果通過添加小型的并聯蒸發系統來增加蒸發能力，它就導致裝置操作和物料分布的不方便，同時也增加對整個項目的投資。
　　產品分布線：
　　1. 通過現有的烏魯木齊石化公司第一和第二尿素裝置液態尿素互供管道，將第一尿素裝置中的400噸濃度為75.8%的液態尿素送至第二尿素裝置或三聚氰胺裝置，其蒸發裝置可處理2300噸尿素生產負荷，剩下的310噸由其他裝置處理�！　�
　　2. 通過液態尿素槽出口管線輸送部分濃度為77%的液態尿素至大造粒裝置，將其與來自第二蒸發器出口管線濃度為99%的液態尿素混合生成濃度為96%的液態尿素以生產出部分大顆粒尿素，從而實現在第一化肥廠中普通造粒塔尿素和大顆粒尿素的靈活生產。
　　5. 解吸系統
　　將原填料解吸塔轉變為篩盤塔，并新添加篩盤型解吸塔；通過與系統原有兩臺水解器進行的技術結合，可滿足增加冷凝液處理能力的要求。處理后，冷凝液中氨和尿素的含量均低于5 mg/kg，并達到鍋爐給水供應的指示要求。
　　6. 7 bar吸收系統
　　新添加7 bar尾氣吸收塔以洗滌在高壓洗滌塔和中壓洗滌塔出口處未凝結的氣體。被洗滌的尾氣主要包括含微量氨的惰性氣體，可以直接排放到大氣中。上述尾氣中的氨排放量可減少至30 kg/h以下，有效減少了系統中氨的消耗。
　　7. 改造中使用的新技術
　　a) 高壓汽提塔中使用的雷達液位計：
　　二氧化碳汽提塔中使用的液位計從傳統的放射性液位計變成了雷達液位計；Safurex雷達液位計的防腐蝕特性實現了其在尿素高壓系統中的使用。對傳統高壓汽提塔液位計中所用放射性系統的處理是復雜的，其測量的非線性特征和精確度受技術條件的限制。放射源的使用壽命也受到限制。而且，因為放射有危險，所以其使用、登記和維護程序都是非常復雜的；但是對于雷達液位計來說，安裝是很容易的，它沒有放射性、不需要備件、有高測量精度（±10 mm）、使用期間不需要特殊維護，裝置大修后不需要重新校準就可再次使用、并且具有超長的使用壽命。
　　此重建中使用的雷達液位計采用脈沖頻率為6.3 GHz的C波段連續波，加上導波型雷達和豎管天線，且該豎管能引導信號。 　　b) 在線N/C分析儀： 合成塔底部的下降管管道與在線N/C分析儀連接，得以使操作員了解尿素合成塔的實時運行情況，并能及時調節進料比，因而實現裝置的最佳和穩定運行。
　　采用此分析儀，通過定時采樣，精確測量尿素合成塔內的液相密度和計算液相中的N/C比，以便于操作員了解實時反應操作條件，和及時調節進料比和相關參數，并確保合成系統的穩定運行條件。此分析儀配有沖洗水系統，采樣后，它自動沖洗采樣管道和該系統以避免結晶堵塞采樣管道。 2.3  改造技術操作
　　由于受到合成氨裝置原料天然氣的限制，重建后，該裝置仍以100%的負荷運行（二氧化碳壓縮機未經改造），加上中壓系統和新添加的精餾塔未投入使用，因此，實際操作運行情況如下：
　　將脫氫系統投入使用：脫氫系統投入使用后，CO2材原料氣中H2 + CO的含量從1.01%減至：H2：1 – 15 ppm。因為爆炸性氣體的消除，高壓洗滌器中軟化冷卻水的溫度從進口處的129 ℃和出口處的144 ℃分別降至115℃和134 ℃；因此有效提高了高壓洗滌器的冷凝率并使未反應的材料在高壓系統中循環，并減少了系統的循環和蒸汽消耗量。

進料中的CO + H2 (V%)	脫氫后的H2含量（pm）	改造前高壓洗滌塔中軟化冷卻水的溫度		改造后高壓洗滌塔中軟化冷卻水的溫度
		進口	出口	進口	出口
1.01	2	128	144	114.8	133.8

　　　　• 采用合成塔中的高效塔板后，平衡轉化率提高，反應速度提高，以及合成塔頂部的溫度從重建前的182 – 183℃變為現在的184 - 185℃。改造前合成塔中CO2平均轉化率約為59.8%，改造后變為60.5%。由于這些塔板是專為150%的負荷設計的，所以在當前100%的氣液負荷狀態下，我們認為該塔板的性能還沒有得到完全有效的發揮。未來增加負荷后，總氣液轉化效率將高于目前狀況。

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