碳銨結(jié)晶問題的有效解決方法

張曉飛，馬小龍，來曉芳，汪 凌

（1.中國石油烏魯木齊石化公司研究院，新疆烏魯木齊 830019；2.中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠，新疆烏魯木齊 830019）

碳銨結(jié)晶問題的有效解決方法

張曉飛1，馬小龍2，來曉芳1，汪 凌1

（1.中國石油烏魯木齊石化公司研究院，新疆烏魯木齊 830019；2.中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠，新疆烏魯木齊 830019）

化肥一合成氣化裝置油改氣及擴(kuò)能后，新接入一條馳放氣管線，該馳放氣含有組分氨，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝中碳銨結(jié)晶問題頻繁出現(xiàn)。分析碳銨結(jié)晶產(chǎn)生的原因，闡述解決碳銨結(jié)晶問題的方法。

結(jié)晶；馳放氣；碳酸銨；碳酸氫銨；噴淋水

中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠一合成裝置自2010年實(shí)施原料油改氣及擴(kuò)能50%以后，由于后續(xù)工段工藝指標(biāo)和優(yōu)化成本要求，合成氨工段新增加一條馳放氣管線入氣化變換工段工藝氣管線。

碳銨結(jié)晶問題出現(xiàn)在4114-E6（工藝氣冷卻器）至4114-V2（2#冷凝液分離器）段之間管線，低溫條件下碳銨結(jié)晶問題頻繁出現(xiàn)，成為制約生產(chǎn)的一個較大隱患，結(jié)晶的生成，堵塞工藝氣管道，會使裝置停車，嚴(yán)重時可造成事故。

1 碳銨結(jié)晶產(chǎn)生的原因

1.1 變換系統(tǒng)來工藝氣含有氨

系統(tǒng)中的氨主要是由氣化反應(yīng)生成，原料天然氣中氮元素經(jīng)過氣化加壓反應(yīng)，大約有15%轉(zhuǎn)化生成氨，氣化爐激冷水溫度較高，大約240℃左右，氨在激冷室中溶解較少，大部分的氨隨合成氣進(jìn)入水洗塔，水洗塔中水溫也高，合成氣中的氨在水中溶解較少，隨合成氣進(jìn)入變換工序，經(jīng)過逐級冷去后，冷凝下來的冷卻液中溶解了較多的氨，在變換冷卻后極易產(chǎn)生碳銨結(jié)晶?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下：

1.2 馳放氣含有氨

另一股4117-C1（氨吸收塔）來的馳放氣各組分和工藝氣各組分中，裝置正常運(yùn)行期間馳放氣組分中NH3含量為0.13%（v）。

1.3 碳銨結(jié)晶的生成

馳放氣與變換工藝氣在4114-E6入口處匯合，溫度80℃，經(jīng)過4114-E6換熱冷卻后，出口氣溫度降為36℃。碳銨結(jié)晶反應(yīng)是可逆的放熱反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

從化學(xué)平衡角度來說，降低溫度，反應(yīng)會向著反應(yīng)后升高溫度的方向移動，以消弱溫度的降低，有利碳銨的生成。二氧化碳在氨溶液中溶解時放出熱量，與化學(xué)反應(yīng)平衡移動規(guī)律一樣，提高溫度，有利于二氧化碳在氨水中的分解，影響二氧化碳被氨水的吸收。從擴(kuò)散平衡來說，提高溫度，有利于碳銨的分解。

2 解決碳銨結(jié)晶問題方案

結(jié)合工藝流程和碳銨結(jié)晶體的物理化學(xué)性質(zhì)，經(jīng)過長時間的摸索實(shí)驗(yàn)，烏石化化肥廠總結(jié)出了消除結(jié)晶的兩種方法：使用高壓霧化噴淋水洗滌和提高工藝氣溫度。根據(jù)現(xiàn)場碳銨結(jié)晶問題嚴(yán)重程度，可以兩種方法靈活單獨(dú)使用和混合使用。

2.1 高壓霧化噴淋水

改進(jìn)噴淋方法，高壓噴嘴接入10.0MPa的鍋爐水，使噴入的高壓水高度霧化，與工藝氣充分接觸，采用三通焊接雙噴頭，雙向雙頭噴嘴在工藝氣順、逆流的方向上噴淋，達(dá)到充分接觸的目的，噴嘴設(shè)計(jì)中考慮了不易堵塞，霧化效果好，噴霧范圍大等幾點(diǎn)需要，保證了噴淋系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在增加高壓霧化噴嘴后，該變換工段再未發(fā)生碳銨結(jié)晶導(dǎo)致管線堵塞，系統(tǒng)壓力上升的情況，高壓霧化雙向雙頭噴嘴建議長期持續(xù)投用，可以預(yù)防碳銨結(jié)晶問題的發(fā)生。

2.2 控制系統(tǒng)工藝氣溫度

當(dāng)高壓霧化雙向雙頭噴嘴持續(xù)投用，但變換工藝氣管道再次發(fā)生碳銨結(jié)晶引起的堵塞事故時，可以采用提高工藝氣溫度來消除碳銨結(jié)晶問題。方法是用開、關(guān)4114-E6換熱器冷卻水進(jìn)出口閥來控制工藝氣溫度。一般情況下，僅靠高壓霧化噴淋水就可解除碳銨結(jié)晶問題。在結(jié)晶嚴(yán)重時，可以用提高系統(tǒng)工藝氣溫度方法來消除結(jié)晶，待結(jié)晶消除，恢復(fù)系統(tǒng)工藝氣至原始溫度36℃。結(jié)晶的主要成分是碳酸銨，碳酸氫銨，對應(yīng)的熔點(diǎn)分別為58℃、65℃，由于變換后續(xù)凈化工段要求溫度不能長時間高于36℃，綜合考慮，溫度控制在50～70℃為宜，此方法是有效去除碳銨結(jié)晶的應(yīng)急辦法。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）馳放氣作為4117合成氨工段排放的廢氣，現(xiàn)回收利用。干基總量為：4 611.3m3/h，其中主要組分為，CH4：352.3m3/h，N2：1 059.7m3/h，H2：3 189.2m3/h。CH4被后續(xù)工段分離出來，送往鍋爐做熱源；N2、H2又送回4117合成工段作為合成氨原料氣。以干基0.5元/m3計(jì)算，每小時節(jié)約2 305元，每年按8 000h計(jì)，可以節(jié)省1800多萬元。

（2）由于碳銨結(jié)晶問題，平均一個月可阻塞管道一次，造成兩臺氣化爐非計(jì)劃停車一次，每次停車開車時間為24h，天然氣放空20 000m3/h，可節(jié)約480 000m3天然氣，一年可節(jié)省576萬元。

4 結(jié)束語

通過對4114變換工段增加高壓霧化雙向雙頭噴嘴噴淋水方法，裝置運(yùn)行至今未變換工段管線壓力陡升的問題，使碳銨結(jié)晶問題得到了很好的改善，保證了生產(chǎn)長周期安全穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能減排、創(chuàng)效的效果。為了避免碳銨結(jié)晶問題的再次發(fā)生，要做好如下幾方面工作：

1）在停車時，對可能氨結(jié)晶的換熱器、管線進(jìn)行升溫沖洗；

2）開車時密切注意此類設(shè)備的壓差，即使發(fā)現(xiàn)及時處理；3）定期有計(jì)劃清理，并加強(qiáng)監(jiān)控。

4）為了更好地避免碳銨結(jié)晶問題，4117-C1來的馳放氣移位至14V1（1#冷凝液分離器）工藝氣出口，這里工藝氣溫度為220℃，遠(yuǎn)高過碳酸氫銨和碳酸銨的熔點(diǎn)，此溫度下不會產(chǎn)生碳銨結(jié)晶，但是高壓霧化雙向雙頭噴嘴建議保留。

[1] 薛援.中國石油烏魯木齊石化公司一化肥油改氣及擴(kuò)能改造工程手冊[M].新疆：烏石化公司出版社，2005.

An Effective Solution to the Problem of Ammonium Carbonate

Zhang Xiao-fei，Ma Xiao-long，Lai Xiao-fang，Wang Ling

After the oil reforming and expansion of the fertilizer-synthesis gasification unit，a new gas-purifying pipeline is added，which contains ammonia，which leads to the frequent occurrence of ammonium-ammonium crystallization in the production process.The reason of the crystallization of ammonium bicarbonate was analyzed，and the method to solve the problem of ammonium carbonate was discussed.

crystallization；relaxation gas；ammonium carbonate；ammonium bicarbonate；spray water

TQ546

A

1003–6490（2017）10–0206–02

2017–07–04

張曉飛（1982—），男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事碳一化工、環(huán)境工程方面的工作。