[發明專利]一種降低尿素裝置合成進料系統能源消耗的方法

有效

• 申請號: 201210291932.7
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102786442A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 武洪才;王輝;姜喜;孫敏華;陳建軍;馮剛;張占營;高靜
• 申請（專利權）人: 滄州大化股份有限公司
• 主分類號: C07C273/04
• 分類號: C07C273/04;C07C275/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民

技術領域

本發明涉及一種尿素裝置合成進料系統能源優化的方法，它能夠提高資源利用率、節約能源、減少夏季二氧化碳排放、降低生產成本。

背景技術

在氮肥制造中，尿素合成系統所用的原料包括二氧化碳和液氨，在高壓環境下，二氧化碳和液氨反應生成甲胺，再由甲胺脫水生成尿素。其合成進料系統工藝為：作為原料氣的二氧化碳首先進入二氧化碳冷卻器冷卻，采用單級冷卻工藝技術。冷卻后的二氧化碳氣體再進入二氧化碳壓縮機加壓，送入尿素合成反應系統。另一種原料為液氨，它來自合成氨工藝系統的液氨庫，為便于存儲，采用低溫貯存方式，低溫液氨（-33℃）需在蒸汽加熱器經蒸汽加熱后（工作溫度18～28℃），然后才能進入尿素合成系統進行反應。

二氧化碳冷卻器的冷卻水一般采用一次水。在地下水資源的匱乏地區，一般采用地表水作為一次水。在夏季，由于環境溫度較高，一次水溫度較高，使二氧化碳冷卻效果下降，造成二氧化碳壓縮機入口的二氧化碳溫度過高（達到37℃左右），壓縮機轉速維持高轉速，壓縮機負荷很難達到設計負荷，據測定，最高只占設計負荷的95%左右。這樣，既增加了壓縮機蒸汽消耗，同時又因系統負荷無法維持，造成部分二氧化碳氣體放空。

總之，在現有尿素合成工藝中，一方面二氧化碳需冷能換熱冷卻，以保證裝置穩定運行；另一方面低溫液氨（-33℃）需熱能換熱升溫，在優質冷量白白浪費的同時，還需增加熱能消耗。

發明內容

為克服上述已有技術之缺陷，本發明提供一種降低尿素裝置合成進料系統能源消耗的方法，它能充分利用低溫液氨的優質冷源、自然環境熱能和系統廢熱，進行合理互補，以減少蒸汽能源消耗和二氧化碳排放，提高資源利用率，降低能耗和生產成本。

本發明的技術問題是以下述技術方案解決的：

一種降低尿素裝置合成進料系統能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳氣體和液氨為原料、在高壓環境下，由二氧化碳和液氨反應生成甲胺，再由甲胺脫水生成尿素；在合成裝置內，二氧化碳首先進入二氧化碳冷卻器冷卻，并在二氧化碳壓縮機內加壓后送入尿素合成反應系統；所述液氨來自合成氨工藝系統的液氨庫，液氨首先在蒸汽加熱器經蒸汽加熱后，進入尿素合成系統；改進后，在二氧化碳冷卻器前設置一臺低溫換熱器，來自氨庫的低溫液氨在低溫換熱器經與循環水或一次水換熱后，進入尿素合成系統，低溫換熱器所采用的循環水或一次水經換熱后返回循環水來水管路或進入二氧化碳冷卻器冷卻水進水管路。低溫換熱器的液氨進口和出口接連液氨輸送管路，與液氨輸送管路中的蒸汽加熱器并聯，形成液氨輸送副線；低溫換熱器的水進口和出口接連循環水管路和二氧化碳冷卻器的冷卻水進水管路；低溫換熱器替代蒸汽加熱器作為液氨升溫的主設備。

上述降低尿素裝置合成進料系統能源消耗的方法，所述低溫換熱器為U型管式結構的換熱器，在換熱器內設置折流擋板；在低溫換熱器內，U型管內為液氨通路，U型管外為換熱介質通路。

上述降低尿素裝置合成進料系統能源消耗的方法，在所述低溫換熱器的液氨及水的進出管路中設置控制閥門；在夏季或環境溫度較高的季節，二氧化碳冷卻器所采用的一次水首先進入低溫換熱器進行換熱預冷，預冷后的一次水再進入二氧化碳冷卻器；在冬季或環境溫度較低的季節，二氧化碳冷卻器直接采用一次水作為冷卻介質，而低溫換熱器（1）采用循環水回水管路中的循環水進行換熱。

本發明通過新增一臺低溫換熱器，在夏季或環境溫度偏高的季節，對二氧化碳冷卻器采用的冷卻介質一次水進行預冷，可有效保證二氧化碳經壓縮機入口的二氧化碳溫度穩定控制在設計范圍內，降低二氧化碳壓縮機的運轉參數，同比負荷下壓縮機可降低轉數60r/min，保證尿素裝置的穩定運行，同時減少二氧化碳壓縮機的蒸汽消耗，尿素系統蒸汽消耗降低25kg/t；低溫換熱器采用水走殼程、液氨走管程換熱模式，以及先建立水循環再定量通入低溫液氨進行換熱，利用低溫液氨間接冷卻二氧化碳壓縮機入口的二氧化碳，保證系統的安全運行，防止低溫液氨（-33℃）和水換熱，造成水結冰，堵管爆管等不安全事件的發生。在夏季或環境溫度偏高的季節采用一次水和在冬季或溫度偏低的季節采用循環水回水與低溫液氨進行換熱，可有效減少低溫液氨升溫所需的加熱蒸汽用量，使尿素系統減少加熱蒸汽消耗22kg/t，同時充分利用了環境熱能和系統廢熱，使能源得到合理利用。

本發明通過尿素裝置合成進料系統的能源優化，較好地解決了低溫液氨加熱和環境溫度較高時壓縮機入口二氧化碳溫度偏高造成的能源浪費和系統不穩定的問題。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程示意圖；

圖2為低溫換熱器結構示意圖；