專利名稱：一種降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源優(yōu)化的方法，它能夠提高資源利用率、節(jié)約能源、減少夏季二氧化碳排放、降低生產(chǎn)成本。
背景技術(shù)：
在氮肥制造中，尿素合成系統(tǒng)所用的原料包括二氧化碳和液氨，在高壓環(huán)境下，二氧化碳和液氨反應(yīng)生成甲胺，再由甲胺脫水生成尿素。其合成進(jìn)料系統(tǒng)工藝為作為原料氣的二氧化碳首先進(jìn)入二氧化碳冷卻器冷卻，采用單級(jí)冷卻工藝技術(shù)。冷卻后的二氧化碳?xì)怏w再進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)加壓，送入尿素合成反應(yīng)系統(tǒng)。另一種原料為液氨，它來(lái)自合成氨工藝系統(tǒng)的液氨庫(kù)，為便于存儲(chǔ)，采用低溫貯存方式，低溫液氨(_33°C )需在蒸汽加熱器經(jīng)蒸汽加熱后(工作溫度18 28°C),然后才能進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)。
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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(qū)，一般采用地表水作為一次水。在夏季，由于環(huán)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?jí)嚎s機(jī)入口的二氧化碳溫度過(guò)高(達(dá)到37°C左右)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速維持高轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)負(fù)荷很難達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，據(jù)測(cè)定，最高只占設(shè)計(jì)負(fù)荷的95%左右。這樣，既增加了壓縮機(jī)蒸汽消耗，同時(shí)又因系統(tǒng)負(fù)荷無(wú)法維持，造成部分二氧化碳?xì)怏w放空?？傊诂F(xiàn)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(wěn)定運(yùn)行；另一方面低溫液氨(_33°C)需熱能換熱升溫，在優(yōu)質(zhì)冷量白白浪費(fèi)的同時(shí)，還需增加熱能消耗。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述已有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明提供一種降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，它能充分利用低溫液氨的優(yōu)質(zhì)冷源、自然環(huán)境熱能和系統(tǒng)廢熱，進(jìn)行合理互補(bǔ)，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(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題是以下述技術(shù)方案解決的
一種降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳?xì)怏w和液氨為原料、在高壓環(huán)境下，由二氧化碳和液氨反應(yīng)生成甲胺，再由甲胺脫水生成尿素；在合成裝置內(nèi)，二氧化碳首先進(jìn)入二氧化碳冷卻器冷卻，并在二氧化碳?jí)嚎s機(jī)內(nèi)加壓后送入尿素合成反應(yīng)系統(tǒng)；所述液氨來(lái)自合成氨工藝系統(tǒng)的液氨庫(kù)，液氨首先在蒸汽加熱器經(jīng)蒸汽加熱后，進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)；改進(jìn)后，在二氧化碳冷卻器前設(shè)置一臺(tái)低溫?fù)Q熱器，來(lái)自氨庫(kù)的低溫液氨在低溫?fù)Q熱器經(jīng)與循環(huán)水或一次水換熱后，進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)，低溫?fù)Q熱器所采用的循環(huán)水或一次水經(jīng)換熱后返回循環(huán)水來(lái)水管路或進(jìn)入二氧化碳冷卻器冷卻水進(jìn)水管路。低溫?fù)Q熱器的液氨進(jìn)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(lián)，形成液氨輸送副線；低溫?fù)Q熱器的水進(jìn)口和出口接連循環(huán)水管路和二氧化碳冷卻器的冷卻水進(jìn)水管路；低溫?fù)Q熱器替代蒸汽加熱器作為液氨升溫的主設(shè)備。上述降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，所述低溫?fù)Q熱器為U型管式結(jié)構(gòu)的換熱器，在換熱器內(nèi)設(shè)置折流擋板；在低溫?fù)Q熱器內(nèi)，U型管內(nèi)為液氨通路，U型管外為換熱介質(zhì)通路。上述降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，在所述低溫?fù)Q熱器的液氨及水的進(jìn)出管路中設(shè)置控制閥門(mén)；在夏季或環(huán)境溫度較高的季節(jié)，二氧化碳冷卻器所采用的一次水首先進(jìn)入低溫?fù)Q熱器進(jìn)行換熱預(yù)冷，預(yù)冷后的一次水再進(jìn)入二氧化碳冷卻器；在冬季或環(huán)境溫度較低的季節(jié)，二氧化碳冷卻器直接采用一次水作為冷卻介質(zhì)，而低溫?fù)Q熱器(I)采用循環(huán)水回水管路中的循環(huán)水進(jìn)行換熱。本發(fā)明通過(guò)新增一臺(tái)低溫?fù)Q熱器，在夏季或環(huán)境溫度偏高的季節(jié)，對(duì)二氧化碳冷卻器采用的冷卻介質(zhì)一次水進(jìn)行預(yù)冷，可有效保證二氧化碳經(jīng)壓縮機(jī)入口的二氧化碳溫度穩(wěn)定控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，降低二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，同比負(fù)荷下壓縮機(jī)可降低轉(zhuǎn)數(shù)60r/min，保證尿素裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減少二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的蒸汽消耗，尿素系統(tǒng)蒸汽消耗降低25kg/t ;低溫?fù)Q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(huán)再定量通入低溫液氨進(jìn)行換熱，利用低溫液氨間接冷卻二氧化碳?jí)嚎s機(jī)入口的二氧化碳，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止低溫液氨(_33°C )和水換熱，造成水結(jié)冰，堵管爆管等不安全事件·的發(fā)生。在夏季或環(huán)境溫度偏高的季節(jié)采用一次水和在冬季或溫度偏低的季節(jié)采用循環(huán)水回水與低溫液氨進(jìn)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(tǒng)減少加熱蒸汽消耗22kg/t，同時(shí)充分利用了環(huán)境熱能和系統(tǒng)廢熱，使能源得到合理利用。本發(fā)明通過(guò)尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)的能源優(yōu)化，較好地解決了低溫液氨加熱和環(huán)境溫度較高時(shí)壓縮機(jī)入口二氧化碳溫度偏高造成的能源浪費(fèi)和系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題。


圖I為本發(fā)明的工藝流程示意 圖2為低溫?fù)Q熱器結(jié)構(gòu)示意 圖3為圖2的剖視圖。圖中各標(biāo)號(hào)為1、低溫?fù)Q熱器，2、二氧化碳冷卻器，3、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，4、蒸汽加熱器，5、低溫?fù)Q熱器折流板，6、換熱管組件，7、折流板，a、排污口，b、液氨出口，C、液氨入口，d、水出口，e、排氣口，f、水入口。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在二氧化碳冷卻器2前設(shè)置低溫?fù)Q熱器1，采用低溫液氨作冷卻劑。同時(shí)低溫?fù)Q熱器I連接液氨輸送管路形成輸送副線，低溫?fù)Q熱器與液氨輸送管路中的液氨庫(kù)蒸汽加熱器4并聯(lián)，低溫?fù)Q熱器I作為液氨加熱主設(shè)備，氨庫(kù)蒸汽加熱器4作為液氨加熱的備用設(shè)備。本發(fā)明在夏季和環(huán)境溫度較高的季節(jié)，進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的二氧化碳?xì)怏w的溫度控制采用兩級(jí)冷卻工藝技術(shù)，低溫?fù)Q熱器既作為低溫液氨升溫設(shè)備，又作為二氧化碳冷卻器冷卻水的預(yù)冷設(shè)備。冬季或環(huán)境溫度較低的季節(jié)，進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的二氧化碳溫度控制仍采用二氧化碳冷卻器單級(jí)冷卻工藝技術(shù)，低溫?fù)Q熱器只作為低溫液氨升溫設(shè)備。液氨輸送副線的液氨進(jìn)口接連在氨庫(kù)蒸汽加熱器的液氨氨入口閥之前的管線上，液氨出口接連在氨庫(kù)蒸汽加熱器的液氨氨入口閥之后的管線上，在副線的進(jìn)出管線上分別設(shè)置閥門(mén)。在低溫?fù)Q熱器的液氨出口閥之前，設(shè)一條液氨排放管線，液氨排放管線設(shè)置閥門(mén)。低溫?fù)Q熱器的進(jìn)水采用一次水和循環(huán)水回水雙供水模式，進(jìn)水接連在一次水管線和循環(huán)水回水管線上，在一次水管線和循環(huán)水回水管線的接口處分別設(shè)置閥門(mén)；出水接連在循環(huán)水補(bǔ)水管線和循環(huán)水來(lái)水管線上，在與循環(huán)水補(bǔ)水管線和循環(huán)水來(lái)水管線的接口處分別設(shè)置閥門(mén)。低溫?fù)Q熱器為U型管式換熱器，在換熱器內(nèi)安裝折流擋板，采用水走殼程，液氨走管程換熱模式。首先建立起大量水的循環(huán)系統(tǒng)，再小比例地通入低溫液氨。嚴(yán)格控制進(jìn)入低溫?fù)Q熱器的一次水和液氨比例。一次水首先進(jìn)入低溫?fù)Q熱器，與來(lái)自副線的低溫液氨進(jìn)行換熱，預(yù)冷后的一次水進(jìn)入二氧化碳冷卻器，作為冷卻劑冷卻原料氣二氧化碳，使二氧化碳溫度降低，繼而降低二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的蒸汽消耗，減少溫室氣體排放。同時(shí)取消加熱低溫液氨的蒸汽消耗。
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來(lái)自循環(huán)水回水管線的循環(huán)水進(jìn)入低溫?fù)Q熱器，與來(lái)自副線的低溫液氨進(jìn)行換熱，冷后的循環(huán)水返回循環(huán)水來(lái)水管線。經(jīng)換熱升溫后的液氨進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)的液氨輸送管線。新增低溫?fù)Q熱器出口液氨溫度可通過(guò)調(diào)節(jié)副線閥開(kāi)度改變?nèi)霌Q熱器液氨流量和改變一次水或循環(huán)水回水流量等途徑，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
權(quán)利要求
1.一種降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳?xì)怏w和液氨為原料、在高壓環(huán)境下，由二氧化碳和液氨反應(yīng)生成甲胺，再由甲胺脫水生成尿素；在合成裝置內(nèi)，二氧化碳首先進(jìn)入二氧化碳冷卻器(2)冷卻，并在二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(3)內(nèi)加壓后送入尿素合成反應(yīng)系統(tǒng)；所述液氨來(lái)自合成氨工藝系統(tǒng)的液氨庫(kù)，液氨首先在蒸汽加熱器(4)經(jīng)蒸汽加熱后，進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)，其特征在于，在二氧化碳冷卻器(2)前設(shè)置一臺(tái)低溫?fù)Q熱器(I)，來(lái)自氨庫(kù)的低溫液氨在低溫?fù)Q熱器(I)經(jīng)與循環(huán)水或一次水換熱后，進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)，低溫?fù)Q熱器(I)所采用的循環(huán)水或一次水經(jīng)換熱后返回循環(huán)水系統(tǒng)或進(jìn)入二氧化碳冷卻器(2)冷卻水進(jìn)水管路；低溫?fù)Q熱器(I)的液氨進(jìn)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(4)并聯(lián)，形成液氨輸送副線；低溫?fù)Q熱器(I)的水進(jìn)口和出口接連循環(huán)水管路和二氧化碳冷卻器(2)的冷卻水管路；低溫?fù)Q熱器替代蒸汽加熱器作為液氨升溫的主設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，其特征在于，所述低溫?fù)Q熱器(I)為U型管式結(jié)構(gòu)的換熱器，在換熱器內(nèi)設(shè)置折流擋板；在低溫?fù)Q熱器內(nèi)，U型管內(nèi)為液氨通路，U型管外為介質(zhì)通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，其特征在于，在所述低溫?fù)Q熱器(I)的液氨及水的進(jìn)出管路中設(shè)置控制閥門(mén)；在夏季或環(huán)境溫度較高的季節(jié)，二氧化碳冷卻器(2)所采用的一次水首先進(jìn)入低溫?fù)Q熱器(I)進(jìn)行換熱預(yù)冷，預(yù)冷后的一次水再進(jìn)入二氧化碳冷卻器(2);在冬季或環(huán)境溫度較低的季節(jié)，二氧化碳冷卻器(2)直接采用一次水作為冷卻介質(zhì)，而低溫?fù)Q熱器(I)采用循環(huán)水回水管路中的循環(huán)水進(jìn)行換熱。
全文摘要
一種降低尿素裝置合成進(jìn)料系統(tǒng)能源消耗的方法，所述尿素合成采用二氧化碳?xì)怏w和液氨為原料合成尿素；在合成裝置內(nèi)，二氧化碳首先冷卻，并在二氧化碳?jí)嚎s機(jī)內(nèi)加壓后送入尿素合成反應(yīng)系統(tǒng)；液氨首先在蒸汽加熱器經(jīng)蒸汽加熱后，進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)，改進(jìn)后，在二氧化碳冷卻器前設(shè)置一臺(tái)低溫?fù)Q熱器，液氨在低溫?fù)Q熱器(1)經(jīng)與循環(huán)水或一次水換熱后，進(jìn)入尿素合成系統(tǒng)，低溫?fù)Q熱器與液氨輸送管路中的蒸汽加熱器并聯(lián)，形成液氨輸送副線。本發(fā)明充分利用了低溫液氨的冷能、自然環(huán)境熱能和系統(tǒng)廢熱，使能源得到合理利用，使尿素系統(tǒng)減少加熱蒸汽消耗22kg/t，并可有效降低二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，同比負(fù)荷下壓縮機(jī)可降低轉(zhuǎn)數(shù)60r/min，蒸汽消耗降低25kg/t。
文檔編號(hào)C07C273/04GK102786442SQ20121029193
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者馮剛, 姜喜, 孫敏華, 張占營(yíng), 武洪才, 王輝, 陳建軍, 高靜 申請(qǐng)人:滄州大化股份有限公司