專利名稱：一種CO₂氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種CO2氣提法尿素生產(chǎn)領域，特別是涉及一種利用高壓洗滌器調溫 水的熱量來制取低溫循環(huán)水，低溫循環(huán)水用于滿足尿素蒸發(fā)系統(tǒng)取消升壓器后的冷凝負荷 的裝置和方法。
背景技術：
在尿素生產(chǎn)中，困擾能量平衡、動力消耗的問題主要有下面兩個一 .高壓洗滌器調溫水熱量的利用在尿素生產(chǎn)中，尿素合成塔頂部排出的大量未參與反應的二氧化碳氣和氨氣進入 高壓洗滌器進行吸收反應。此反應為強放熱反應，且生成的氨基甲酸銨和尿素混合溶液的 熔點約為90°C，為防止氨基甲酸銨和尿素的混合溶液結晶，須采用調溫水冷卻系統(tǒng)，將殼程 冷卻水溫度控制在90°C以上，而不能使用傳統(tǒng)32°C的循環(huán)冷卻水冷卻?，F(xiàn)有技術根據(jù)熱量 移出的方式大致可分為閉路循環(huán)和閉路回收兩種方案1閉路回收工藝此冷卻系統(tǒng)設置有離心泵、換熱器。早期由于脫硫脫氫催化劑脫除精度的限制，為 防止可燃氣體(主要是吐)積聚發(fā)生爆炸事故，避免因過度冷凝使得高壓洗滌器的未凝氣 中燃爆氣體組分處于爆炸極限之內(nèi)，一般高壓調溫水的進口溫度控制在130°C，出口溫度為 140°C。出口的高溫熱水由高壓洗滌器循環(huán)水泵送入循環(huán)加熱器底部作為一部分熱源，冷卻 后的熱水再進一步通過高壓洗滌器循環(huán)水換熱器冷卻至130°C后返回高壓洗滌器，形成了 閉路循環(huán)。在此工藝中，調溫水的溫度控制較高，極大地降低了高壓洗滌器換熱段的利用效 率，嚴重制約著生產(chǎn)負荷的提高；較高的操作溫度也增加了低壓吸收塔尾氣的放空量，從而 導致了噸尿素氨耗大幅增加；且只有一部分的熱量得到了回收利用，其余熱量仍未得到利 用而由循環(huán)水帶走。2閉路循環(huán)工藝此冷卻系統(tǒng)設置有離心泵、換熱器。與高壓洗滌器殼程形成閉路循環(huán)，反應熱全部 通過循環(huán)冷卻水移走。此工藝的缺點是既浪費了大量的反應吸收熱，又增加了循環(huán)冷卻水 的消耗，且大面積不銹鋼換熱器的設置增加了裝置的一次投資。二.蒸發(fā)系統(tǒng)升壓器的取舍尿液濃縮一般采用兩段真空蒸發(fā)系統(tǒng)，一段蒸發(fā)的操作壓力為0. 032MPa(A)，相應 冷凝器的冷凝溫度為70°C，二段蒸發(fā)的操作壓力為0. 0034MPa(A)，相應冷凝器的冷凝溫度 為 26 0C ο工廠循環(huán)冷卻水的設計進口溫度為32°C，溫升取10°C，循環(huán)水的出口溫度即為 42 0C，一段蒸發(fā)冷凝器的傳熱溫差取25 °C，完全可以滿足冷凝要求。而二段蒸發(fā)的操作壓力 為0. 0034MPa(A)，相應冷凝器的冷凝溫度為26°C，如采用常規(guī)循環(huán)水進行冷卻則無法滿足 生產(chǎn)需求。為此，大部分尿素裝置均設置了升壓器，但也有不少尿素裝置取消了升壓器，兩者的工藝區(qū)別如下1.保留升壓器的工藝。因二段蒸發(fā)操作壓力下的冷凝溫度較高，如仍使用32°C的循環(huán)冷卻水進行冷卻 時，蒸發(fā)蒸汽不能被冷凝。為了使用循環(huán)水將蒸發(fā)蒸汽順利冷凝，采用升壓器將蒸發(fā)蒸汽抽 出并將其壓力提高至0. 012MPa(A)，相應的冷凝溫度提高到49°C，這樣就保證用循環(huán)冷卻 水可以將二段蒸發(fā)的蒸汽完全冷凝下來。日產(chǎn)1000噸尿素時升壓器需要消耗0. 45MPa(A)，147°C的低壓蒸汽約為5500kg/ h，且此蒸汽最終均以工藝冷凝液的形式回到水解解吸系統(tǒng)以便回收其中的NH3和0)2。此 冷凝過程需要將蒸汽全部冷凝約為40°C的冷凝液，致使二段蒸發(fā)第一冷凝器的換熱面積相 當大( 700m2)，既增加了換熱器的一次投資，又消耗了大量的循環(huán)冷卻水；在水解、解吸 的氨回收過程中，需要將40°C的冷凝液先在解吸塔內(nèi)通過低壓蒸汽加熱到140°C，再進入 水解塔利用中壓蒸汽將其進一步加熱到180 200°C，此過程也需要消耗大量的低壓、中壓 蒸汽，動力消耗也有所增加。2.取消升壓器的工藝為了減少蒸汽、循環(huán)水及動力的消耗，部分廠家取消了升壓器，但二段蒸發(fā)蒸汽仍 采用常規(guī)循環(huán)水冷卻而未進行改進。其實際運行狀況是二段蒸發(fā)蒸汽在二段蒸發(fā)第一 冷凝器中只有少量的氣體被冷凝，大部分未凝氣體通過二段蒸發(fā)第一噴射器抽射升壓至 0. 032MPa(A)后進入二段蒸發(fā)第二冷凝器進行冷凝，實質上只是把未凝蒸汽的冷凝后移。 大量未凝氣的存在使得二段蒸發(fā)第一噴射器的蒸汽消耗量大幅上升，且二段蒸發(fā)第一冷凝 器 的冷卻效率降低，再者為了保證冷凝效果，二段蒸發(fā)第二冷凝器的換熱面積須大幅提高 (日產(chǎn)1000噸尿素時，換熱面積需要增加約IOOm2)才能滿足要求，從而增加了裝置的一次 投資?？傮w而言，與保留升壓器運行相比所引起的低壓、中壓蒸汽、動力消耗相差并不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對現(xiàn)有技術中熱量沒有充分利用的缺點，為合理、充分利用高壓洗 滌器調溫水的低位熱能、取消升壓器、保證蒸發(fā)系統(tǒng)的二段真空度，提高二段蒸發(fā)第一冷凝 器的冷卻效率，引入溴化鋰吸收式制冷機組。通過溴化鋰吸收式制冷機組回收調溫水的低 位熱能使之產(chǎn)生滿足二段蒸發(fā)第一冷凝器冷凝所需的冷凍循環(huán)水，這樣既降低了系統(tǒng)的蒸 汽消耗，又減輕了水解、解吸系統(tǒng)的負荷，可取得較好的節(jié)能效果。溴化鋰吸收式制冷機組的制冷原理是這樣的溴化鋰吸收式制冷機是以溴化 鋰-水溶液作為工作介質，其中水為制冷劑，溴化鋰溶液為吸收劑，利用水的飽和壓力與飽 和溫度的對應關系。溴化鋰吸收式制冷機就是利用水在高真空狀態(tài)下低沸點吸熱氣化的物 理性質來實現(xiàn)制冷的。利用吸收劑溴化鋰溶液具有強烈吸收制冷劑水的特性，它是以熱能 為動力源，通過溴化鋰溶液的濃度變化發(fā)生與吸收過程使制冷劑水在一封閉的系統(tǒng)中不斷 循環(huán)，從而可連續(xù)制取冷水，這就是基本的制冷原理。本發(fā)明所述的C02氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明所述的方法用尿素高壓洗滌器1的循環(huán)調溫水作為溴化鋰吸收式制冷機 組的能源、制取用于尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器2的冷凝水。在具體實施中，
所述的溴化鋰吸收式制冷機是以溴化鋰-水溶液作為工作介質，其中水為制冷 齊U，溴化鋰溶液為吸收劑；所述的溴化鋰吸收式制冷機組為雙效溴化鋰吸收式制冷機組，包括高壓發(fā)生器3 和低壓發(fā)生器4 ； 來自尿素高壓洗滌器1的溫度為110°C，壓力為1. OMPa(A)的高壓循環(huán)調溫水11 通過高壓洗滌器循環(huán)水泵輸送到雙效溴化鋰制冷機組的高壓發(fā)生器3，經(jīng)過冷卻后溫度為 100°C，壓力為0. 95MPa(A)的低壓循環(huán)調溫水12回到尿素高壓洗滌器1殼程作為氣相吸收 反應的冷卻水循環(huán)使用；同時高壓循環(huán)調溫水的降溫降壓為溴化鋰吸收式制冷機組提供制 冷能源；所述的經(jīng)尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器2管程吸收熱量后溫度為30°C，壓力為 0. 35MPa (A)的冷卻水21靠余壓回流到雙效溴化鋰制冷機組的低壓發(fā)生器4被冷卻至20°C 后的低溫冷卻水22，再經(jīng)泵加壓至0. 45MPa(A)并輸送到尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器2管程作 為溫度為26°C壓力為0. 0033MPa(A)的蒸發(fā)未凝氣體的冷卻介質；所述的尿素高壓洗滌器1的循環(huán)調溫水和尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器2的冷卻水所 帶來的熱量通過雙效溴化鋰吸收式制冷機組的高壓發(fā)生器3和低壓發(fā)生器4實現(xiàn)和來自循 環(huán)冷卻裝置5常規(guī)循環(huán)冷卻水換熱；所述的常規(guī)循環(huán)冷卻水進入雙效溴化鋰吸收式制冷機組低壓發(fā)生器4的常規(guī)循 環(huán)冷卻水51的溫度為32°C，離開高壓發(fā)生器3的高溫循環(huán)冷卻水52的溫度為42°C。本發(fā)明方法的適用范圍是i、各生產(chǎn)規(guī)模的二氧化碳氣提法尿素工藝。但對于其他生產(chǎn)規(guī)模的裝置，下述的 工藝參數(shù)需要進行相應調整。ii、各生產(chǎn)規(guī)模的增設了中壓外冷器調溫系統(tǒng)的水溶液全循環(huán)法尿素工藝。但下 述的工藝參數(shù)需要進行相應調整。按照1000噸/日尿素節(jié)能改造方法工藝流程計，實施本發(fā)明的投資及運營成本測 算如下表
權利要求
1.一種CO2氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法，其特征在于所述的方法用尿素高壓洗滌器(1)的循環(huán)調溫水作為溴化鋰吸收式制冷機組的能源、 制取用于尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器(2)的冷凝水。
2.如權利要求1的CO2氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法，其特征在于所述的溴化鋰吸收式制冷機是以溴化鋰-水溶液作為工作介質，其中水為制冷劑，溴 化鋰溶液為吸收劑；所述的溴化鋰吸收式制冷機組為雙效溴化鋰吸收式制冷機組，包括高壓發(fā)生器(3)和 低壓發(fā)生器⑷；來自尿素高壓洗滌器(1)的溫度為110°C，壓力為l.OMPa㈧的高壓循環(huán)調溫水(11) 通過高壓洗滌器循環(huán)水泵輸送到雙效溴化鋰制冷機組的高壓發(fā)生器(3)，經(jīng)過冷卻后溫度 為100°C，壓力為0. 95MPa(A)的低壓循環(huán)調溫水(12)回到尿素高壓洗滌器(1)殼程作為氣 相吸收反應的冷卻水循環(huán)使用；同時高壓循環(huán)調溫水的降溫降壓為溴化鋰吸收式制冷機組 提供制冷能源。
3.如權利要求2的CO2氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法，其特征在于所述的經(jīng)尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器⑵管程吸收熱量后溫度為30°C，壓力為 0. 35MPa(A)的冷卻水(21)靠余壓回流到雙效溴化鋰制冷機組的低壓發(fā)生器⑷被冷卻至 20°C后的低溫冷卻水(22)，再經(jīng)泵加壓至0.45MPa(A)并輸送到尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器 (2)管程作為溫度為26°C，壓力為0.0033MPa(A)的蒸發(fā)未凝氣體的冷卻介質。
4.如權利要求3的CO2氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法，其特征在于所述的尿素高壓洗滌器(1)的循環(huán)調溫水和尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器(2)的冷卻水所 帶來的熱量通過雙效溴化鋰吸收式制冷機組的高壓發(fā)生器(3)和低壓發(fā)生器(4)實現(xiàn)和來 自循環(huán)冷卻裝置(5)常規(guī)循環(huán)冷卻水換熱。
5.如權利要求4的CO2氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法，其特征在于所述的進入雙效溴化鋰吸收式制冷機組低壓發(fā)生器(4)的常規(guī)循環(huán)冷卻水(51)的溫 度為32°C，離開高壓發(fā)生器(3)的高溫循環(huán)冷卻水(52)的溫度為42°C。
全文摘要
本發(fā)明為一種CO2氣提法尿素裝置的節(jié)能改造方法，所述的方法用尿素高壓洗滌器的循環(huán)調溫水作為溴化鋰吸收式制冷機組的能源、制取用于尿素二段蒸發(fā)第一冷凝器的冷凝水；所述的溴化鋰吸收式制冷機組為雙效溴化鋰吸收式制冷機組，包括高壓發(fā)生器和低壓發(fā)生器；來自尿素高壓洗滌器的高壓循環(huán)調溫水通過高壓洗滌器循環(huán)水泵輸送到雙效溴化鋰制冷機組的高壓發(fā)生器，經(jīng)過冷卻后的低壓循環(huán)調溫水回到尿素高壓洗滌器殼程作為氣相吸收反應的冷卻水循環(huán)使用；同時高壓循環(huán)調溫水的降溫降壓為溴化鋰吸收式制冷機組提供制冷能源。采用本發(fā)明既降低了系統(tǒng)的蒸汽消耗，又減輕了水解解吸系統(tǒng)的負荷，將會取得較好的節(jié)能效果。
文檔編號C07C273/04GK102101834SQ20091026092
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者余億堯, 向新紅, 李思聰, 樊欣, 章孝慶, 辛華平 申請人:北京中寰工程項目管理有限公司