高壓法三聚氰胺裝置廢水處理工藝研究與技改

張如喜 陸一民 張宏偉

(中國石油烏魯木齊石化分公司化工廠,新疆烏魯木齊市 830019)

0 引 言

中國石油烏魯木齊石化分公司化工廠高壓法三胺裝置有兩套廢水處理裝置,一套為歐技公司引進廢水處理裝置、另一套為東華工程科技股份有限公司(化三院)設計尿素解析水解裝置。在裝置試車過程中兩套裝置都出現(xiàn)問題。

歐技公司的廢水處理裝置頻繁堵塞,在試車過程中E-1212在加熱OAT料漿的過程中逐漸堵塞,只能通過副線上的在線混合器直接加熱。

化三院的解析水解裝置外排經(jīng)常不達標。解析水解系統(tǒng),只能處理尿素濃縮冷凝液,且在溶液尿素濃度大于5%的情況下工況開始惡化,處理后的水氨超標＞50mg/L。

通過我們對兩套裝置運行特性的不斷摸索研究,做出技改解決了換熱器堵塞、外排不達標的問題,提高了裝置的運行平穩(wěn)率,降低了操作人員的勞動強度。

1 兩套廢水處理裝置流程

1.1 歐技公司設計廢水處理系統(tǒng)流程(見圖1)

1.2 東華院設計解析水解流程(見圖2)

2 兩套廢水處理裝置廢水組成及需要工藝條件

2.1 解析水解系統(tǒng)需要處理的物料組成

表1 解析水解系統(tǒng)工藝指標

圖1 歐技公司設計廢水處理系統(tǒng)流程圖

圖2 東華院設計解析水解流程圖

表2 解析水解系統(tǒng)物料組成

2.2 廢水處理系統(tǒng)需要處理的物料組成

表3 廢水處理系統(tǒng)物料組成

表4 廢水處理系統(tǒng)工藝指標

3 原設計存在問題及技改措施

3.1 歐技公司的廢水處理裝置頻繁堵塞

從歐技公司設計的廢水處理系統(tǒng)本身來說,工藝條件滿足,處理后的廢水COD含量低,不足100mg/ L,氨氮含量低＜50mg/L。處理能力強,處理后完全不含尿素、三胺,NH3含量低于20mg/L。但問題出現(xiàn)在預熱過程。由于廢水分解要求的溫度壓力較高, 8.2MPa、280℃,需要用高速泵提供動力,但高速泵輸送料漿容易損壞機封,所以在輸送之前要通過加熱的方法將OAT料漿中的OAT溶解,經(jīng)過實踐,溫度大于120℃,廢水分解器給料泵的檢修頻率明顯降低。OAT料漿通過滯留液預熱器E-1212加熱后溫度達到130℃左右送入廢水分解器緩沖槽,再經(jīng)廢水分解器給料泵送至廢水分解器。在滯留液加熱的過程中,換熱器極易堵塞。同類廠家此換熱器運行周期均不到1個星期。換熱器堵塞后只能通過副線在線混合器加熱,在線混合器蒸汽投入量過大會造成泵出口汽阻不打量,蒸汽量小溫度不能達到要求。通過在線混合器和蒸汽分布器將蒸汽送人物料直接加熱,再配以適當氨水保證運行,這樣等于報廢一臺換熱器,并且造成蒸汽的浪費,由于蒸汽直接進入物料,提高了廢水的處理負荷增加了能耗。且運行一段時間就會出現(xiàn)堵塞,一旦堵塞就必須停廢水處理系統(tǒng)處理。

3.2 化三院的解析水解裝置外排經(jīng)常不達標

化三院設計的尿素解析水解系統(tǒng)處理能力有限,原設計氨濃度2%左右,在氨含量小于5%的情況下運行情況良好,可達標外排,但實際尿素濃縮冷凝液氨含量5%左右,事故狀態(tài)下,需要處理的物料氨濃度超過10%,氨含量大于5%以后工況開始惡化,外排不能達標,系統(tǒng)只能循環(huán)運行,等氨含量合格后再外排,在循環(huán)過程中系統(tǒng)不斷的進汽提蒸汽汽提,造成系統(tǒng)不斷進水,但不能排水,造成冷凝液槽液位快速上漲,甚至滿罐,操作風險非常大。

3.3 原因分析

(1)廢水分解系統(tǒng)堵塞主要原因是OAT造成的,從物料組成看易結晶的物料有三聚氰胺1.2%、尿素0.05%和OAT1.52%,三聚氰胺和尿素在從溶解度曲線(見圖1)可以看出70℃條件下都為溶解狀態(tài),只有OAT的狀態(tài)是結晶狀態(tài)。使OAT溶解的條件是升溫或調整pH值,OAT的溶解曲線見圖3。由于原設計滯留液槽中的OAT料漿pH接近中性7.5左右,所以溶解度極低,而在加熱器加熱過程中與管束接觸的料漿會產生局部濃度提高的現(xiàn)象,造成局部結晶并粘附在換熱器管束表面,隨著時間推移管束逐漸堵塞不能使用。

圖3 三聚氰胺在純水中的溶解度曲線

圖4 OAT組份溶解度與pH值的關系

(2)解析水解系統(tǒng)外排超標的原因主要在與解析系統(tǒng)運行設計溫度壓力較低,在氨濃度大于5%后工況就很難調整。

3.4 技 改

從以上分析知道廢水處理系統(tǒng)堵塞的主要原因是OAT的溶解問題;尿素解析水解的主要問題是處理能力問題。而廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)點是處理能力強。經(jīng)過我們研究和論證做出技改,將尿素濃縮冷凝液送至廢水分解系統(tǒng)利用其良好的處理能力,且可以通過尿素濃縮冷凝液提高滯留液的PH值,提高溶解度。

4 改造后運行效果

4.1 三胺廢水運行平穩(wěn)

OAT組成包括三聚氰胺一酰胺、三聚氰胺二酰胺的其溶解度與pH關系密切,從相圖3上可以看出在pH大于9以后溶解度大幅提升,設計滯留液量12.3t/h,OAT濃度 1.52%,氨含量 0.02%,pH在7.5～8.5之間,尿素濃縮冷凝液量在5～7t/h,平均氨含量在5%左右,而由于將尿素濃縮冷凝液送至滯留液槽后,流量達到17.3～20.3t/h,氨含量可達到1.45～1.72,pH在9以上,OAT的含量降至0.92%～1.1%;之前OAT的溶解度只有大約20mg/l,現(xiàn)在三聚氰胺一酰胺溶解度可大于1 000mg/l,這樣就可以避免OAT在E1212列管結壁。同時避免了廢水分解器給料泵入口堵塞。

表5

通過運行實踐半年,在保持輸送尿素濃縮冷凝液至滯留液槽時,從未出現(xiàn)過換熱器堵塞情況,而且廢水分解處理能力足夠處理尿素濃縮冷凝液,解析水解系統(tǒng)可完全不開。廢水分解系統(tǒng)分解效率高,汽提效果好,將大于10%的氨水送至廢水分解系統(tǒng)仍能正常處理,并能保證達標排放。

4.2 不開解析水解

配套小尿素的解析水解系統(tǒng)停運,將尿素濃縮冷凝液送至廢水分解系統(tǒng),減少操作強度和能耗,提高廢水處理系統(tǒng)的運行平穩(wěn)率。解析水解系統(tǒng)操作難度較大,再工況波動時即可造成解析塔壓力和液位波動,進而造成水解器給料泵汽化,輕則系統(tǒng)大幅波動,外排不達標,重則造成高速泵葉輪汽蝕損壞。

4.3 節(jié) 能

改造后大大減少裝置的各項能耗,減少消耗集中在電、蒸汽、新水。

(1)機泵減少共4臺,共計減少電耗158.75kW· h/h。

(2)蒸汽消耗原設計4.5t/h,經(jīng)過技改后可減少約3.5t/h。

4.4 環(huán) 保

在改造之前,三胺廢水系統(tǒng)一旦堵塞出現(xiàn)問題,必須將廢水就地排放,造成現(xiàn)場環(huán)境極差,外排超標;解析水解在異常情況下,根本起不到處理廢水的作用,外排廢水氨含量嚴重超標。經(jīng)過改造后,再未出現(xiàn)氨氮超標現(xiàn)象。

4.5 水平衡

原解析水解系統(tǒng)需要處理廢水量為7t/h,原廢水處理系統(tǒng)處理的滯留液量為12t/h,現(xiàn)在廢水處理系統(tǒng)處理廢水量為7+12=19t/h,廢水分解器給料泵電流270A(設計337.8A),廢水處理系統(tǒng)處理能力達到要求。

5 總 結

經(jīng)過此次改造解決了三胺廢水處理系統(tǒng)易堵塞運行不穩(wěn)定的問題,同時也減少了一個解析水解系統(tǒng)的運行,降低操作工的勞動強度,節(jié)省系統(tǒng)能耗,保證裝置清潔環(huán)保。