尿素法水合肼蒸發(fā)工藝優(yōu)化研究.pdf

1、水合肼是一種重要的化工中間體，目前的生產方法有拉希法、尿素法、酮連氮法及雙氧水法等四種工藝。尿素法由于幾乎不含有機雜質，在特種用途領域具有質量優(yōu)勢，在中國占據著主導地位。尿素法存在著能耗偏高問題，其關鍵環(huán)節(jié)是蒸發(fā)-精餾單元的蒸汽消耗。本文采用蒸汽噴射式熱泵對蒸發(fā)-精餾單元塔頂冷凝前氣相能量進行回收，不僅可以解決肼水混合物的二次蒸汽冷凝液的處理難題，回收蒸發(fā)二次蒸汽能量，同時可減少精餾的再沸及冷凝能量成本。水合肼蒸發(fā)單元采用熱泵節(jié)能技術未

2、見有文獻與專利報道，為本論文首創(chuàng)技術。
　　論文在綜述現(xiàn)有的各種水合肼生產工藝和節(jié)能技術的基礎上，首先建立了水合肼蒸發(fā)精餾單元的數(shù)學模型，對模型涉及的熱力學基礎數(shù)據進行了估算。水合肼蒸發(fā)屬無機鹽水溶液蒸發(fā)過程，具有電解質特征。基于NRTL模型的物性估算方法能較好地反應肼-水體系的物性變化，經過多種基于NRTL模型估算方法的計算比較，采用ENRTL-RK方法估算得到的結果與文獻值給出的溶液沸點數(shù)據和共沸點組成數(shù)據一致。
　　采

3、用Aspen v8.0對現(xiàn)有的水合肼蒸發(fā)-精餾單元進行了流程模擬，并采用可測量數(shù)據進行了檢驗，計算了各用能點及其相應的能耗量，進行了能量分析，找出了瓶頸。結果表明:現(xiàn)有工藝僅將蒸汽冷凝水預熱蒸發(fā)進料回收顯熱，節(jié)能率僅2.93％，節(jié)能水平較低。蒸發(fā)器加熱能量和塔頂廢水冷凝能量總和占總需能量的88.23％，而這部分能量在現(xiàn)有工藝中沒有得到有效利用，是主要的瓶頸，降低能耗的關鍵在于如何有效利用精餾塔頂?shù)推肺徽羝哪芰俊?br>　　針對上述瓶頸

4、，論文提出了采用蒸汽噴射式熱泵技術對精餾塔頂蒸汽熱能進行回收的方案。通過對單級噴射方案的計算可以看出，不同壓力下蒸汽比熱焓相差不大，對回收率的影響很小，回收率主要受引射系數(shù)影響。隨著驅動蒸汽壓力的提高，回收率也隨之增加。最優(yōu)的驅動蒸汽壓力為20bar，最優(yōu)條件下混合蒸汽不僅可供蒸發(fā)器使用，同時可滿足精餾塔再沸器的要求，引射蒸汽量為836.88 kg/hr，蒸汽消耗由6452.98 kg/h降為5579.20kg/h，塔頂氣能量回收率為1

5、5.45％。
　　論文進一步采用計算機模擬對多級噴射方案和和單級噴射電力增壓方案進行了計算比選，結果表明:雙級方案的塔頂氣回收率為一、二級驅動蒸汽壓力的二元關系曲面，隨著壓力的增加，塔頂氣回收率隨之升高，無極點。在一級壓力為19.21bar及二級壓力19.74bar時，回收率有優(yōu)化值17.04％。相比單級方案，增加級數(shù)對回收率的提升非常有限，四級方案的計算也進一步支持了這一結論。而采用單級噴射-電力增壓方案對引射蒸汽增壓，可以顯著

6、提高引射系數(shù)。在風量3867.82 m3/h及風壓200 kPa條件下，選擇MZ型煤氣增壓離心鼓風機MZ100-2000作為再壓縮機，電機功率為75kW，此時塔頂氣能量回收率達到42.13％，扣除電力代價后仍增加了968.58kW的能量回收。是目前的最佳方案。
　　選擇單級噴射電力增壓熱泵方案進行技術改造，裝置改造的內容較少，實施方便，投資費用低，效益明顯。1萬噸/年40％水合肼規(guī)模生產裝置實施該技術措施后節(jié)能量為-2510tce