CN102786442A - 一种降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳气体和液氨为原料合成尿素；在合成装置内，二氧化碳首先冷却，并在二氧化碳压缩机内加压后送入尿素合成反应系统；液氨首先在蒸汽加热器经蒸汽加热后，进入尿素合成系统，改进后，在二氧化碳冷却器前设置一台低温换热器，液氨在低温换热器（1）经与循环水或一次水换热后，进入尿素合成系统，低温换热器与液氨输送管路中的蒸汽加热器并联，形成液氨输送副线。本发明充分利用了低温液氨的冷能、自然环境热能和系统废热，使能源得到合理利用，使尿素系统减少加热蒸汽消耗22kg/t，并可有效降低二氧化碳压缩机的运转参数，同比负荷下压缩机可降低转数60r/min，蒸汽消耗降低25kg/t。

Description

一种降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法

技术领域

本发明涉及一种尿素装置合成进料系统能源优化的方法，它能够提高资源利用率、节约能源、减少夏季二氧化碳排放、降低生产成本。

背景技术

在氮肥制造中，尿素合成系统所用的原料包括二氧化碳和液氨，在高压环境下，二氧化碳和液氨反应生成甲胺，再由甲胺脱水生成尿素。其合成进料系统工艺为：作为原料气的二氧化碳首先进入二氧化碳冷却器冷却，采用单级冷却工艺技术。冷却后的二氧化碳气体再进入二氧化碳压缩机加压，送入尿素合成反应系统。另一种原料为液氨，它来自合成氨工艺系统的液氨库，为便于存储，采用低温贮存方式，低温液氨（-33℃）需在蒸汽加热器经蒸汽加热后（工作温度18～28℃），然后才能进入尿素合成系统进行反应。

二氧化碳冷却器的冷却水一般采用一次水。在地下水资源的匮乏地区，一般采用地表水作为一次水。在夏季，由于环境温度较高，一次水温度较高，使二氧化碳冷却效果下降，造成二氧化碳压缩机入口的二氧化碳温度过高（达到37℃左右），压缩机转速维持高转速，压缩机负荷很难达到设计负荷，据测定，最高只占设计负荷的95%左右。这样，既增加了压缩机蒸汽消耗，同时又因系统负荷无法维持，造成部分二氧化碳气体放空。

总之，在现有尿素合成工艺中，一方面二氧化碳需冷能换热冷却，以保证装置稳定运行；另一方面低温液氨（-33℃）需热能换热升温，在优质冷量白白浪费的同时，还需增加热能消耗。

发明内容

为克服上述已有技术之缺陷，本发明提供一种降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，它能充分利用低温液氨的优质冷源、自然环境热能和系统废热，进行合理互补，以减少蒸汽能源消耗和二氧化碳排放，提高资源利用率，降低能耗和生产成本。

本发明的技术问题是以下述技术方案解决的：

一种降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳气体和液氨为原料、在高压环境下，由二氧化碳和液氨反应生成甲胺，再由甲胺脱水生成尿素；在合成装置内，二氧化碳首先进入二氧化碳冷却器冷却，并在二氧化碳压缩机内加压后送入尿素合成反应系统；所述液氨来自合成氨工艺系统的液氨库，液氨首先在蒸汽加热器经蒸汽加热后，进入尿素合成系统；改进后，在二氧化碳冷却器前设置一台低温换热器，来自氨库的低温液氨在低温换热器经与循环水或一次水换热后，进入尿素合成系统，低温换热器所采用的循环水或一次水经换热后返回循环水来水管路或进入二氧化碳冷却器冷却水进水管路。低温换热器的液氨进口和出口接连液氨输送管路，与液氨输送管路中的蒸汽加热器并联，形成液氨输送副线；低温换热器的水进口和出口接连循环水管路和二氧化碳冷却器的冷却水进水管路；低温换热器替代蒸汽加热器作为液氨升温的主设备。

上述降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，所述低温换热器为U型管式结构的换热器，在换热器内设置折流挡板；在低温换热器内，U型管内为液氨通路，U型管外为换热介质通路。

上述降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，在所述低温换热器的液氨及水的进出管路中设置控制阀门；在夏季或环境温度较高的季节，二氧化碳冷却器所采用的一次水首先进入低温换热器进行换热预冷，预冷后的一次水再进入二氧化碳冷却器；在冬季或环境温度较低的季节，二氧化碳冷却器直接采用一次水作为冷却介质，而低温换热器（1）采用循环水回水管路中的循环水进行换热。

本发明通过新增一台低温换热器，在夏季或环境温度偏高的季节，对二氧化碳冷却器采用的冷却介质一次水进行预冷，可有效保证二氧化碳经压缩机入口的二氧化碳温度稳定控制在设计范围内，降低二氧化碳压缩机的运转参数，同比负荷下压缩机可降低转数60r/min，保证尿素装置的稳定运行，同时减少二氧化碳压缩机的蒸汽消耗，尿素系统蒸汽消耗降低25kg/t；低温换热器采用水走壳程、液氨走管程换热模式，以及先建立水循环再定量通入低温液氨进行换热，利用低温液氨间接冷却二氧化碳压缩机入口的二氧化碳，保证系统的安全运行，防止低温液氨（-33℃）和水换热，造成水结冰，堵管爆管等不安全事件的发生。在夏季或环境温度偏高的季节采用一次水和在冬季或温度偏低的季节采用循环水回水与低温液氨进行换热，可有效减少低温液氨升温所需的加热蒸汽用量，使尿素系统减少加热蒸汽消耗22kg/t，同时充分利用了环境热能和系统废热，使能源得到合理利用。

本发明通过尿素装置合成进料系统的能源优化，较好地解决了低温液氨加热和环境温度较高时压缩机入口二氧化碳温度偏高造成的能源浪费和系统不稳定的问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为低温换热器结构示意图；

图3为图2的剖视图。

图中各标号为：1、低温换热器，2、二氧化碳冷却器，3、二氧化碳压缩机，4、蒸汽加热器，5、低温换热器折流板，6、换热管组件，7、折流板，a、排污口，b、液氨出口，c、液氨入口，d、水出口，e、排气口，f、水入口。

具体实施方式

本发明在二氧化碳冷却器2前设置低温换热器1，采用低温液氨作冷却剂。同时低温换热器1连接液氨输送管路形成输送副线，低温换热器与液氨输送管路中的液氨库蒸汽加热器4并联，低温换热器1作为液氨加热主设备，氨库蒸汽加热器4作为液氨加热的备用设备。

本发明在夏季和环境温度较高的季节，进入二氧化碳压缩机的二氧化碳气体的温度控制采用两级冷却工艺技术，低温换热器既作为低温液氨升温设备，又作为二氧化碳冷却器冷却水的预冷设备。冬季或环境温度较低的季节，进入二氧化碳压缩机的二氧化碳温度控制仍采用二氧化碳冷却器单级冷却工艺技术，低温换热器只作为低温液氨升温设备。

液氨输送副线的液氨进口接连在氨库蒸汽加热器的液氨氨入口阀之前的管线上，液氨出口接连在氨库蒸汽加热器的液氨氨入口阀之后的管线上，在副线的进出管线上分别设置阀门。在低温换热器的液氨出口阀之前，设一条液氨排放管线，液氨排放管线设置阀门。

低温换热器的进水采用一次水和循环水回水双供水模式，进水接连在一次水管线和循环水回水管线上，在一次水管线和循环水回水管线的接口处分别设置阀门；出水接连在循环水补水管线和循环水来水管线上，在与循环水补水管线和循环水来水管线的接口处分别设置阀门。

低温换热器为U型管式换热器，在换热器内安装折流挡板，采用水走壳程，液氨走管程换热模式。首先建立起大量水的循环系统，再小比例地通入低温液氨。严格控制进入低温换热器的一次水和液氨比例。

一次水首先进入低温换热器，与来自副线的低温液氨进行换热，预冷后的一次水进入二氧化碳冷却器，作为冷却剂冷却原料气二氧化碳，使二氧化碳温度降低，继而降低二氧化碳压缩机的蒸汽消耗，减少温室气体排放。同时取消加热低温液氨的蒸汽消耗。

来自循环水回水管线的循环水进入低温换热器，与来自副线的低温液氨进行换热，冷后的循环水返回循环水来水管线。

经换热升温后的液氨进入尿素合成系统的液氨输送管线。新增低温换热器出口液氨温度可通过调节副线阀开度改变入换热器液氨流量和改变一次水或循环水回水流量等途径，对其进行调节控制。

Claims (3)

1.一种降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳气体和液氨为原料、在高压环境下，由二氧化碳和液氨反应生成甲胺，再由甲胺脱水生成尿素；在合成装置内，二氧化碳首先进入二氧化碳冷却器（2）冷却，并在二氧化碳压缩机（3）内加压后送入尿素合成反应系统；所述液氨来自合成氨工艺系统的液氨库，液氨首先在蒸汽加热器（4）经蒸汽加热后，进入尿素合成系统，其特征在于，在二氧化碳冷却器（2）前设置一台低温换热器（1），来自氨库的低温液氨在低温换热器（1）经与循环水或一次水换热后，进入尿素合成系统，低温换热器（1）所采用的循环水或一次水经换热后返回循环水系统或进入二氧化碳冷却器（2）冷却水进水管路；低温换热器（1）的液氨进口和出口接连液氨输送管路，与液氨输送管路中的蒸汽加热器（4）并联，形成液氨输送副线；低温换热器（1）的水进口和出口接连循环水管路和二氧化碳冷却器（2）的冷却水管路；低温换热器替代蒸汽加热器作为液氨升温的主设备。

2.根据权利要求1所述的降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，其特征在于，所述低温换热器（1）为U型管式结构的换热器，在换热器内设置折流挡板；在低温换热器内，U型管内为液氨通路，U型管外为介质通路。

3.根据权利要求1或2所述的降低尿素装置合成进料系统能源消耗的方法，其特征在于，在所述低温换热器（1）的液氨及水的进出管路中设置控制阀门；在夏季或环境温度较高的季节，二氧化碳冷却器（2）所采用的一次水首先进入低温换热器（1）进行换热预冷，预冷后的一次水再进入二氧化碳冷却器（2）；在冬季或环境温度较低的季节，二氧化碳冷却器（2）直接采用一次水作为冷却介质，而低温换热器（1）采用循环水回水管路中的循环水进行换热。

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