一种CO₂气提法尿素装置的节能改造方法

专利名称：一种CO₂气提法尿素装置的节能改造方法
技术领域：
本发明涉及一种CO2气提法尿素生产领域，特别是涉及一种利用高压洗涤器调温 水的热量来制取低温循环水，低温循环水用于满足尿素蒸发系统取消升压器后的冷凝负荷 的装置和方法。
背景技术：
在尿素生产中，困扰能量平衡、动力消耗的问题主要有下面两个一 .高压洗涤器调温水热量的利用在尿素生产中，尿素合成塔顶部排出的大量未参与反应的二氧化碳气和氨气进入 高压洗涤器进行吸收反应。此反应为强放热反应，且生成的氨基甲酸铵和尿素混合溶液的 熔点约为90°C，为防止氨基甲酸铵和尿素的混合溶液结晶，须采用调温水冷却系统，将壳程 冷却水温度控制在90°C以上，而不能使用传统32°C的循环冷却水冷却。现有技术根据热量 移出的方式大致可分为闭路循环和闭路回收两种方案1闭路回收工艺此冷却系统设置有离心泵、换热器。早期由于脱硫脱氢催化剂脱除精度的限制，为 防止可燃气体(主要是吐)积聚发生爆炸事故，避免因过度冷凝使得高压洗涤器的未凝气 中燃爆气体组分处于爆炸极限之内，一般高压调温水的进口温度控制在130°C，出口温度为 140°C。出口的高温热水由高压洗涤器循环水泵送入循环加热器底部作为一部分热源，冷却 后的热水再进一步通过高压洗涤器循环水换热器冷却至130°C后返回高压洗涤器，形成了 闭路循环。在此工艺中，调温水的温度控制较高，极大地降低了高压洗涤器换热段的利用效 率，严重制约着生产负荷的提高；较高的操作温度也增加了低压吸收塔尾气的放空量，从而 导致了吨尿素氨耗大幅增加；且只有一部分的热量得到了回收利用，其余热量仍未得到利 用而由循环水带走。2闭路循环工艺此冷却系统设置有离心泵、换热器。与高压洗涤器壳程形成闭路循环，反应热全部 通过循环冷却水移走。此工艺的缺点是既浪费了大量的反应吸收热，又增加了循环冷却水 的消耗，且大面积不锈钢换热器的设置增加了装置的一次投资。二.蒸发系统升压器的取舍尿液浓缩一般采用两段真空蒸发系统，一段蒸发的操作压力为0. 032MPa(A)，相应 冷凝器的冷凝温度为70°C，二段蒸发的操作压力为0. 0034MPa(A)，相应冷凝器的冷凝温度 为 26 0C ο工厂循环冷却水的设计进口温度为32°C，温升取10°C，循环水的出口温度即为 42 0C，一段蒸发冷凝器的传热温差取25 °C，完全可以满足冷凝要求。而二段蒸发的操作压力 为0. 0034MPa(A)，相应冷凝器的冷凝温度为26°C，如采用常规循环水进行冷却则无法满足 生产需求。为此，大部分尿素装置均设置了升压器，但也有不少尿素装置取消了升压器，两者的工艺区别如下1.保留升压器的工艺。因二段蒸发操作压力下的冷凝温度较高，如仍使用32°C的循环冷却水进行冷却 时，蒸发蒸汽不能被冷凝。为了使用循环水将蒸发蒸汽顺利冷凝，采用升压器将蒸发蒸汽抽 出并将其压力提高至0. 012MPa(A)，相应的冷凝温度提高到49°C，这样就保证用循环冷却 水可以将二段蒸发的蒸汽完全冷凝下来。日产1000吨尿素时升压器需要消耗0. 45MPa(A)，147°C的低压蒸汽约为5500kg/ h，且此蒸汽最终均以工艺冷凝液的形式回到水解解吸系统以便回收其中的NH3和0)2。此 冷凝过程需要将蒸汽全部冷凝约为40°C的冷凝液，致使二段蒸发第一冷凝器的换热面积相 当大( 700m2)，既增加了换热器的一次投资，又消耗了大量的循环冷却水；在水解、解吸 的氨回收过程中，需要将40°C的冷凝液先在解吸塔内通过低压蒸汽加热到140°C，再进入 水解塔利用中压蒸汽将其进一步加热到180 200°C，此过程也需要消耗大量的低压、中压 蒸汽，动力消耗也有所增加。2.取消升压器的工艺为了减少蒸汽、循环水及动力的消耗，部分厂家取消了升压器，但二段蒸发蒸汽仍 采用常规循环水冷却而未进行改进。其实际运行状况是二段蒸发蒸汽在二段蒸发第一 冷凝器中只有少量的气体被冷凝，大部分未凝气体通过二段蒸发第一喷射器抽射升压至 0. 032MPa(A)后进入二段蒸发第二冷凝器进行冷凝，实质上只是把未凝蒸汽的冷凝后移。 大量未凝气的存在使得二段蒸发第一喷射器的蒸汽消耗量大幅上升，且二段蒸发第一冷凝 器 的冷却效率降低，再者为了保证冷凝效果，二段蒸发第二冷凝器的换热面积须大幅提高 (日产1000吨尿素时，换热面积需要增加约IOOm2)才能满足要求，从而增加了装置的一次 投资。总体而言，与保留升压器运行相比所引起的低压、中压蒸汽、动力消耗相差并不明显。

发明内容
本发明主要针对现有技术中热量没有充分利用的缺点，为合理、充分利用高压洗 涤器调温水的低位热能、取消升压器、保证蒸发系统的二段真空度，提高二段蒸发第一冷凝 器的冷却效率，引入溴化锂吸收式制冷机组。通过溴化锂吸收式制冷机组回收调温水的低 位热能使之产生满足二段蒸发第一冷凝器冷凝所需的冷冻循环水，这样既降低了系统的蒸 汽消耗，又减轻了水解、解吸系统的负荷，可取得较好的节能效果。溴化锂吸收式制冷机组的制冷原理是这样的溴化锂吸收式制冷机是以溴化 锂-水溶液作为工作介质，其中水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，利用水的饱和压力与饱 和温度的对应关系。溴化锂吸收式制冷机就是利用水在高真空状态下低沸点吸热气化的物 理性质来实现制冷的。利用吸收剂溴化锂溶液具有强烈吸收制冷剂水的特性，它是以热能 为动力源，通过溴化锂溶液的浓度变化发生与吸收过程使制冷剂水在一封闭的系统中不断 循环，从而可连续制取冷水，这就是基本的制冷原理。本发明所述的C02气提法尿素装置的节能改造方法是这样实现的本发明所述的方法用尿素高压洗涤器1的循环调温水作为溴化锂吸收式制冷机 组的能源、制取用于尿素二段蒸发第一冷凝器2的冷凝水。在具体实施中，
所述的溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂-水溶液作为工作介质，其中水为制冷 齐U，溴化锂溶液为吸收剂；所述的溴化锂吸收式制冷机组为双效溴化锂吸收式制冷机组，包括高压发生器3 和低压发生器4 ； 来自尿素高压洗涤器1的温度为110°C，压力为1. OMPa(A)的高压循环调温水11 通过高压洗涤器循环水泵输送到双效溴化锂制冷机组的高压发生器3，经过冷却后温度为 100°C，压力为0. 95MPa(A)的低压循环调温水12回到尿素高压洗涤器1壳程作为气相吸收 反应的冷却水循环使用；同时高压循环调温水的降温降压为溴化锂吸收式制冷机组提供制 冷能源；所述的经尿素二段蒸发第一冷凝器2管程吸收热量后温度为30°C，压力为 0. 35MPa (A)的冷却水21靠余压回流到双效溴化锂制冷机组的低压发生器4被冷却至20°C 后的低温冷却水22，再经泵加压至0. 45MPa(A)并输送到尿素二段蒸发第一冷凝器2管程作 为温度为26°C压力为0. 0033MPa(A)的蒸发未凝气体的冷却介质；所述的尿素高压洗涤器1的循环调温水和尿素二段蒸发第一冷凝器2的冷却水所 带来的热量通过双效溴化锂吸收式制冷机组的高压发生器3和低压发生器4实现和来自循 环冷却装置5常规循环冷却水换热；所述的常规循环冷却水进入双效溴化锂吸收式制冷机组低压发生器4的常规循 环冷却水51的温度为32°C，离开高压发生器3的高温循环冷却水52的温度为42°C。本发明方法的适用范围是i、各生产规模的二氧化碳气提法尿素工艺。但对于其他生产规模的装置，下述的 工艺参数需要进行相应调整。ii、各生产规模的增设了中压外冷器调温系统的水溶液全循环法尿素工艺。但下 述的工艺参数需要进行相应调整。按照1000吨/日尿素节能改造方法工艺流程计，实施本发明的投资及运营成本测 算如下表
权利要求
1.一种CO2气提法尿素装置的节能改造方法，其特征在于所述的方法用尿素高压洗涤器(1)的循环调温水作为溴化锂吸收式制冷机组的能源、 制取用于尿素二段蒸发第一冷凝器(2)的冷凝水。
2.如权利要求1的CO2气提法尿素装置的节能改造方法，其特征在于所述的溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂-水溶液作为工作介质，其中水为制冷剂，溴 化锂溶液为吸收剂；所述的溴化锂吸收式制冷机组为双效溴化锂吸收式制冷机组，包括高压发生器(3)和 低压发生器⑷；来自尿素高压洗涤器(1)的温度为110°C，压力为l.OMPa㈧的高压循环调温水(11) 通过高压洗涤器循环水泵输送到双效溴化锂制冷机组的高压发生器(3)，经过冷却后温度 为100°C，压力为0. 95MPa(A)的低压循环调温水(12)回到尿素高压洗涤器(1)壳程作为气 相吸收反应的冷却水循环使用；同时高压循环调温水的降温降压为溴化锂吸收式制冷机组 提供制冷能源。
3.如权利要求2的CO2气提法尿素装置的节能改造方法，其特征在于所述的经尿素二段蒸发第一冷凝器⑵管程吸收热量后温度为30°C，压力为 0. 35MPa(A)的冷却水(21)靠余压回流到双效溴化锂制冷机组的低压发生器⑷被冷却至 20°C后的低温冷却水(22)，再经泵加压至0.45MPa(A)并输送到尿素二段蒸发第一冷凝器 (2)管程作为温度为26°C，压力为0.0033MPa(A)的蒸发未凝气体的冷却介质。
4.如权利要求3的CO2气提法尿素装置的节能改造方法，其特征在于所述的尿素高压洗涤器(1)的循环调温水和尿素二段蒸发第一冷凝器(2)的冷却水所 带来的热量通过双效溴化锂吸收式制冷机组的高压发生器(3)和低压发生器(4)实现和来 自循环冷却装置(5)常规循环冷却水换热。
5.如权利要求4的CO2气提法尿素装置的节能改造方法，其特征在于所述的进入双效溴化锂吸收式制冷机组低压发生器(4)的常规循环冷却水(51)的温 度为32°C，离开高压发生器(3)的高温循环冷却水(52)的温度为42°C。
全文摘要
本发明为一种CO2气提法尿素装置的节能改造方法，所述的方法用尿素高压洗涤器的循环调温水作为溴化锂吸收式制冷机组的能源、制取用于尿素二段蒸发第一冷凝器的冷凝水；所述的溴化锂吸收式制冷机组为双效溴化锂吸收式制冷机组，包括高压发生器和低压发生器；来自尿素高压洗涤器的高压循环调温水通过高压洗涤器循环水泵输送到双效溴化锂制冷机组的高压发生器，经过冷却后的低压循环调温水回到尿素高压洗涤器壳程作为气相吸收反应的冷却水循环使用；同时高压循环调温水的降温降压为溴化锂吸收式制冷机组提供制冷能源。采用本发明既降低了系统的蒸汽消耗，又减轻了水解解吸系统的负荷，将会取得较好的节能效果。
文档编号C07C273/04GK102101834SQ20091026092
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者余亿尧, 向新红, 李思聪, 樊欣, 章孝庆, 辛华平 申请人:北京中寰工程项目管理有限公司