1  本項(xiàng)目背景信息
　　烏魯木齊石化公司化肥尿素裝置的原設(shè)計(jì)產(chǎn)量為1740 t/d，采用二氧化碳汽提技術(shù)，該裝置有機(jī)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(jìn)行150%的擴(kuò)容和重建后，相配套的尿素產(chǎn)量要求達(dá)到2610 t/d。原裝置在容量擴(kuò)展方面存在一定的瓶頸，因此需要進(jìn)行局部改造以實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、減少消耗、節(jié)約能源和減少排放的目的。斯塔米卡邦提供了改造用技術(shù)設(shè)計(jì)包，并由中國寧波工程公司進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。
2  項(xiàng)目實(shí)施
2.1  影響原裝置容量擴(kuò)展的瓶頸
1. 二氧化碳壓縮機(jī)容量不足；
2. 現(xiàn)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(yán)重變薄，因此該汽提效率非常低/使用壽命非常短；
3. 已根據(jù)原尺寸制造了新的高壓甲銨冷凝器，但還沒有安裝；負(fù)荷增加后，反應(yīng)物在合成塔內(nèi)的停留時間減少，加上高壓洗滌塔的容量不足，它導(dǎo)致未反應(yīng)的氣體含量增加，增加了低壓吸收負(fù)荷，增加了系統(tǒng)中的水含量，從而降低了合成轉(zhuǎn)化率；
4. 低壓循環(huán)工段中的設(shè)備容量不足；
5. 容量增加后，蒸發(fā)能力將不足。根據(jù)目前的運(yùn)行和設(shè)備條件，蒸發(fā)技術(shù)條件可能進(jìn)入尿素相圖中的固相區(qū)；
6. 大型和小型造粒塔的最大允許負(fù)荷不可能滿足增長的產(chǎn)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(jī)進(jìn)口處壓力，重新改造壓縮機(jī)和驅(qū)動透平，更換其轉(zhuǎn)子和內(nèi)部組件以及在壓縮機(jī)段間的冷卻器和分離器，以增強(qiáng)壓縮機(jī)的處理容量使其滿足150%的負(fù)荷要求；
　　2. 高壓合成
a) 恢復(fù)脫氫系統(tǒng)
　　來自氨合成裝置的二氧化碳?xì)怏w中含有少量的可燃?xì)怏w（如氫氣等），再加上一定腐蝕保護(hù)空氣加入系統(tǒng)，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(shù)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(diào)節(jié)氣體成分。在改造項(xiàng)目中，安裝了二氧化碳脫氫系統(tǒng)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(jìn)入爆炸區(qū)域，以確保裝置的安全可靠運(yùn)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(fā)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(shí)現(xiàn)了設(shè)備重量的減少；此新型設(shè)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(jī)械強(qiáng)度是傳統(tǒng)材料的機(jī)械強(qiáng)度的2到3倍，這使得該設(shè)備的操作靈活性增大以及使用壽命延長。
　

比較項(xiàng)目	原高壓汽提塔	新高壓汽提塔
汽提塔換熱管技術(shù)規(guī)范	32x3mm	31x2.5mm
汽提塔換熱管數(shù)量	2875	3635
熱交換面積	1684m2	2124m2
處理負(fù)荷	100%	150%
設(shè)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(yīng)物增加50 %導(dǎo)致液體尿素在尿素合成塔中的停留時間減短，因此反應(yīng)轉(zhuǎn)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(nèi)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(yīng)的動態(tài)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，從而有效提高CO2的轉(zhuǎn)化率。 3.  新添加的中壓甲銨冷凝器系統(tǒng)
　　新的高壓甲銨冷凝器是根據(jù)100%負(fù)荷容量制造的，因此將負(fù)荷增加到150%后，冷凝容量變得不足，這導(dǎo)致在尿素合成塔出口處和高壓洗滌塔出口處未反應(yīng)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(lián)中壓甲銨冷凝器系統(tǒng)，這樣，在裝置負(fù)荷超過高壓甲銨冷凝器的最大容量和高壓系統(tǒng)的壓力增加后，高壓汽提塔產(chǎn)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(tǒng)。串聯(lián)連接的中壓循環(huán)系統(tǒng)也能減少回到尿素合成塔中的循環(huán)水量；僅當(dāng)水含量減少到20%時，中壓下的甲胺可避免結(jié)晶，但是若僅使用低壓循環(huán)，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(yīng)地，這使得尿素合成塔中CO2轉(zhuǎn)化率提高了3 – 4 %。汽提氣的分流轉(zhuǎn)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(huán)和蒸發(fā)、機(jī)械造粒系統(tǒng)
　　并聯(lián)連接精餾塔以解決低壓分解系統(tǒng)處理容量不足的問題。
　　添加預(yù)蒸發(fā)工段，將蒸發(fā)工段的首負(fù)荷向前轉(zhuǎn)移，這樣液體尿素濃度從67.7%增加到了77.0%。第一蒸發(fā)器出口處的尿素濃度為94.9%，第二蒸發(fā)器出口處的尿素濃度達(dá)到99.0%，這樣增加了部分尿素產(chǎn)量，但是仍不能滿足生產(chǎn)2610噸大顆粒尿素的生產(chǎn)率要求。
　　若增加蒸發(fā)量是通過增加真空度實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)相圖理論，該系統(tǒng)將進(jìn)入固相區(qū)，因而影響尿素生產(chǎn)運(yùn)營。但是如果通過添加小型的并聯(lián)蒸發(fā)系統(tǒng)來增加蒸發(fā)能力，它就導(dǎo)致裝置操作和物料分布的不方便，同時也增加對整個項(xiàng)目的投資。
　　產(chǎn)品分布線：
　　1. 通過現(xiàn)有的烏魯木齊石化公司第一和第二尿素裝置液態(tài)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(tài)尿素送至第二尿素裝置或三聚氰胺裝置，其蒸發(fā)裝置可處理2300噸尿素生產(chǎn)負(fù)荷，剩下的310噸由其他裝置處理�！　�
　　2. 通過液態(tài)尿素槽出口管線輸送部分濃度為77%的液態(tài)尿素至大造粒裝置，將其與來自第二蒸發(fā)器出口管線濃度為99%的液態(tài)尿素混合生成濃度為96%的液態(tài)尿素以生產(chǎn)出部分大顆粒尿素，從而實(shí)現(xiàn)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(chǎn)。
　　5. 解吸系統(tǒng)
　　將原填料解吸塔轉(zhuǎn)變?yōu)楹Y盤塔，并新添加篩盤型解吸塔；通過與系統(tǒng)原有兩臺水解器進(jìn)行的技術(shù)結(jié)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(dá)到鍋爐給水供應(yīng)的指示要求。
　　6. 7 bar吸收系統(tǒng)
　　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(jié)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(tǒng)中氨的消耗。
　　7. 改造中使用的新技術(shù)
　　a) 高壓汽提塔中使用的雷達(dá)液位計(jì)：
　　二氧化碳汽提塔中使用的液位計(jì)從傳統(tǒng)的放射性液位計(jì)變成了雷達(dá)液位計(jì)；Safurex雷達(dá)液位計(jì)的防腐蝕特性實(shí)現(xiàn)了其在尿素高壓系統(tǒng)中的使用。對傳統(tǒng)高壓汽提塔液位計(jì)中所用放射性系統(tǒng)的處理是復(fù)雜的，其測量的非線性特征和精確度受技術(shù)條件的限制。放射源的使用壽命也受到限制。而且，因?yàn)榉派溆形ｋU，所以其使用、登記和維護(hù)程序都是非常復(fù)雜的；但是對于雷達(dá)液位計(jì)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(hù)，裝置大修后不需要重新校準(zhǔn)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(dá)液位計(jì)采用脈沖頻率為6.3 GHz的C波段連續(xù)波，加上導(dǎo)波型雷達(dá)和豎管天線，且該豎管能引導(dǎo)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(shí)時運(yùn)行情況，并能及時調(diào)節(jié)進(jìn)料比，因而實(shí)現(xiàn)裝置的最佳和穩(wěn)定運(yùn)行。
　　采用此分析儀，通過定時采樣，精確測量尿素合成塔內(nèi)的液相密度和計(jì)算液相中的N/C比，以便于操作員了解實(shí)時反應(yīng)操作條件，和及時調(diào)節(jié)進(jìn)料比和相關(guān)參數(shù)，并確保合成系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件。此分析儀配有沖洗水系統(tǒng)，采樣后，它自動沖洗采樣管道和該系統(tǒng)以避免結(jié)晶堵塞采樣管道。 2.3  改造技術(shù)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(fù)荷運(yùn)行（二氧化碳壓縮機(jī)未經(jīng)改造），加上中壓系統(tǒng)和新添加的精餾塔未投入使用，因此，實(shí)際操作運(yùn)行情況如下：
　　將脫氫系統(tǒng)投入使用：脫氫系統(tǒng)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?yàn)楸�炸性氣體的消除，高壓洗滌器中軟化冷卻水的溫度從進(jìn)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(yīng)的材料在高壓系統(tǒng)中循環(huán)，并減少了系統(tǒng)的循環(huán)和蒸汽消耗量。

進(jìn)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(jìn)口	出口	進(jìn)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(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)速度提高，以及合成塔頂部的溫度從重建前的182 – 183℃變?yōu)楝F(xiàn)在的184 - 185℃。改造前合成塔中CO2平均轉(zhuǎn)化率約為59.8%，改造后變?yōu)?0.5%。由于這些塔板是專為150%的負(fù)荷設(shè)計(jì)的，所以在當(dāng)前100%的氣液負(fù)荷狀態(tài)下，我們認(rèn)為該塔板的性能還沒有得到完全有效的發(fā)揮。未來增加負(fù)荷后，總氣液轉(zhuǎn)化效率將高于目前狀況。