尿素深度水解系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行總結(jié)

劉致壯

摘? ?要：尿素裝置深度水解系統(tǒng)主要是將尿素生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含氨、二氧化碳、尿素廢水進(jìn)行深度水解，將廢水中的氨、二氧化碳、尿素分解后提濃進(jìn)行回收，最終將滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的工藝?yán)淠核椭两缤庥脩?。針?duì)尿素裝置解吸水解系統(tǒng)能耗高、操作難度大、解吸回流冷凝器溫度高等問(wèn)題，通過(guò)工藝調(diào)整、技術(shù)改造的方式進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到降低能耗、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

關(guān)鍵詞：解吸;水解;工藝?yán)淠?壓力;溫度

尿素由氨、二氧化碳在合成系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)生成，離開合成系統(tǒng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約53%的尿素溶液進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)提濃，最終將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%的熔融尿液送至造粒塔進(jìn)行造粒。在尿素提濃過(guò)程中，氨、二氧化碳、尿素伴隨水蒸氣進(jìn)入到氨水槽，氨水槽中的稀氨水最終通過(guò)深度水解系統(tǒng)進(jìn)行處理，回收其中的氨、二氧化碳、尿素，將其作為尿素生產(chǎn)原料返回高壓系統(tǒng)繼續(xù)參加反應(yīng)，處理后的工藝?yán)淠海ㄋ鈨羲┧椭两缤庥脩簟Ｒ笸ㄟ^(guò)解吸水解系統(tǒng)處理后的工藝?yán)淠褐邪辟|(zhì)量濃度≤3 mg/L、尿素質(zhì)量濃度≤3 mg/L。

我們可將深度水解系統(tǒng)分為解吸、水解、吸收3個(gè)部分。解吸即通過(guò)解吸塔將稀氨水中的氨、二氧化碳與水通過(guò)汽提的方式進(jìn)行分離，提高氨、二氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)向外界提供合格的工藝?yán)淠?水解即在高溫高壓條件下使尿素與水發(fā)生反應(yīng)，生成氨和二氧化碳;吸收即將解吸、水解后含氨、二氧化碳和水蒸氣的尾氣進(jìn)行冷凝吸收，然后返回前系統(tǒng)作為生產(chǎn)原材料。

1? ? 工藝流程簡(jiǎn)述

尿素氨水槽中廢液組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：NH3：7.5%，CO2：5.9%，尿素：1.6%，水：85%。稀氨水由解吸塔給料泵輸送，經(jīng)解吸塔換熱器加熱至約109.4 ℃，流量為79.3 m3/h進(jìn)入第一解吸塔第3塊塔板上向下流動(dòng)進(jìn)行解吸。解吸塔為單溢流篩板塔，上部有15塊塔板為精餾段，起氣體精餾作用;下部有24塊塔板為提餾段，中間由一塊升氣板將分成上下塔，料液中的大部分NH3和CO2被下塔來(lái)的蒸汽汽提出去。

進(jìn)入解吸塔上塔的料液經(jīng)過(guò)解吸塔精餾段后聚集在中間升氣板上，由水解給料泵加壓到2.79 MPa送至水解塔頂部。在水解塔底部通入2.3 MPa，363 ℃的過(guò)熱蒸汽加熱塔內(nèi)介質(zhì)，控制水解塔出料溫度為195～210 ℃，尿素在水解塔中幾乎全部水解成NH3和CO2，從水解塔底部離開的溶液進(jìn)入第二解吸塔的上部。從水解塔頂部離開的氣體進(jìn)入第一解吸塔的第5塊塔板上進(jìn)行再次吸收。

解吸塔的汽提蒸汽來(lái)自第二解吸塔底部注入的0.5 MPa的飽和蒸汽，飽和蒸汽在第二解吸塔內(nèi)將來(lái)自水解塔的溶液進(jìn)行汽提，含高質(zhì)量分?jǐn)?shù)氨、二氧化碳的汽提氣通過(guò)解吸塔中部升氣板進(jìn)入第一解吸塔，作為第一解吸塔的汽提氣。出自第二解吸塔底部的合格工藝?yán)淠?，首先?jīng)解吸塔換熱器冷卻到92 ℃，再經(jīng)水解凈水冷卻器冷卻到45 ℃后，最終經(jīng)水解凈水泵加壓到0.65 MPa送至循環(huán)水或殼牌裝置使用。在水解系統(tǒng)開停車期間凈水不達(dá)標(biāo)（水解凈水中電導(dǎo)率大于100 μS/cm），通過(guò)回流管線轉(zhuǎn)至氨水槽;當(dāng)水解凈水電導(dǎo)率達(dá)到100 μS/cm以下時(shí)可切換至界外用戶。

離開解吸塔頂部含水量約40%的氣體進(jìn)入回流冷凝器殼側(cè)冷凝，冷凝熱用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)移走，冷凝后進(jìn)入到回流液位槽中。回流液位槽中的碳銨液經(jīng)回流泵分為兩部分送出，一部分送至低壓甲銨冷凝器（約17.6 m3/h），另一部分作為回流液送到解吸塔的頂部，用以控制塔頂產(chǎn)品組分?；亓饕何徊垌敳吭O(shè)有調(diào)節(jié)閥控制惰性氣體進(jìn)入常壓吸收塔。

2? ? 解吸水解系統(tǒng)存在的問(wèn)題

2.1? 解吸塔蒸汽消耗高

解吸塔蒸汽消耗設(shè)計(jì)滿負(fù)荷為17.6 t/h，但在優(yōu)化調(diào)整前滿負(fù)荷運(yùn)行期間，蒸汽消耗約為21.0 t/h，較大的蒸汽消耗導(dǎo)致解吸水解負(fù)荷加重。回流冷凝器外送至低壓循環(huán)系統(tǒng)的甲銨液量大約為21.0 m3/h，原設(shè)計(jì)僅為17.6 m3/h。

2.2? 解吸系統(tǒng)壓力高

解吸塔回流冷凝器溫度控制較高同時(shí)解吸塔加入蒸汽量大，導(dǎo)致解吸塔壓力高，未進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整前，解吸塔壓力為0.33 MPa左右，若系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)解吸塔超壓，壓力最高可達(dá)0.40 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)壓力0.28 MPa。

2.3? 解吸塔經(jīng)常發(fā)生液泛

由于解吸水解系統(tǒng)一直處于高負(fù)荷運(yùn)行，稍出現(xiàn)波動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致解吸塔發(fā)生液泛，從而造成水解凈水工藝?yán)淠弘妼?dǎo)超標(biāo)。

2.4? 解吸回流冷凝器冷卻水溫度高

解吸水解系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整前的工況，導(dǎo)致回流冷凝器內(nèi)碳銨液質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，回流冷凝器出現(xiàn)多次結(jié)晶，因此，將回流冷凝器溫度控制較高，以防結(jié)晶，調(diào)整前回流冷凝器冷卻水供水溫度在45～50 ℃，回水溫度在60～65 ℃?；亓骼淠髁泄苡薪Y(jié)垢現(xiàn)象，主要原因是循環(huán)水溫度過(guò)高。

2.5? 解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷高

解吸水解系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿負(fù)荷處理量為76 m3/h。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)滿負(fù)荷且工況穩(wěn)定的情況下，解吸水解系統(tǒng)的處理量約83 m3/h，超出設(shè)計(jì)值7 m3/h左右。

3? ? 運(yùn)行優(yōu)化措施

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，從工藝參數(shù)調(diào)整、改變調(diào)整思路、技術(shù)改造等方面進(jìn)行優(yōu)化，最終解決了以上存在的問(wèn)題，保證了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，具體調(diào)整方法如下。

3.1? 降低解吸回流冷凝器冷卻水溫度

解吸塔回流冷凝器冷卻水溫度設(shè)計(jì)上回水溫度分別為32.4 ℃、44.7 ℃。為了防止回流冷凝器結(jié)晶，將回流冷凝器冷卻水上水溫度控制為45～50 ℃，溫度提高后，回流冷凝器內(nèi)冷凝效果下降，氨、二氧化碳不能充分冷凝吸收，導(dǎo)致解吸塔一直處于壓力較高的狀態(tài)（0.30～0.35 MPa）。通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)，緩慢將回流冷凝器冷卻水溫度降低后，解吸塔壓力最終下降至0.26 MPa，而回流冷凝器未出現(xiàn)結(jié)晶的現(xiàn)象;液位槽內(nèi)溫度由60 ℃降低至42 ℃，有效降低了高溫度下氨氣的閃蒸，減少放空量。

回流冷凝器的溫度下降，有效防止回流冷凝器列管的結(jié)垢，增加了回流冷凝器的冷凝效果，同時(shí)解吸塔壓力下降，氨和二氧化碳在解吸塔內(nèi)的分解更加充分。

3.2? 關(guān)閉解吸塔頂部回流液

精餾塔頂部均設(shè)有回流液來(lái)控制解吸塔頂部氣相中的水質(zhì)量濃度，從而使進(jìn)入回流冷凝器中的水質(zhì)量濃度降低來(lái)提高回流冷凝器中碳銨液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。斯塔米卡邦深度水解工藝，解吸塔回流僅需要在開車時(shí)投用，正常生產(chǎn)后不需要進(jìn)行回流。

尿素裝置調(diào)整前回流液流量約2 m3/h，按照回流冷凝器中質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行反算，回流流量等同于進(jìn)料量7.9 m3/h，也就是解吸水解系統(tǒng)的負(fù)荷加重7.9 m3/h，這就是在裝置滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，解吸水解系統(tǒng)的處理量達(dá)到83 m3/h的主要原因。目前，滿負(fù)荷時(shí)，解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)值76 m3/h。

3.3? 解吸塔加入工廠空氣

為了控制解吸塔的壓力和防止設(shè)備腐蝕，向解吸塔中加入工廠空氣，正常生產(chǎn)時(shí)控制8 m3/h。工廠空氣內(nèi)大部分為不凝氣，進(jìn)入解吸塔后解吸塔壓力升高，通過(guò)空氣量調(diào)整解吸塔的壓力穩(wěn)定在0.28 MPa，以達(dá)到最佳的解吸、吸收效果。

通過(guò)空氣量的調(diào)整，控制回流冷凝器液位槽放空閥的開度由最初的80%以上開度降低至10%，有效減少了回流冷凝器液位槽的氨放空損失。

3.4? 回流冷凝器控制回路改造

解吸塔原壓力控制通過(guò)回流冷凝器冷卻水補(bǔ)水量進(jìn)行控制，這種控制方式比較滯后，當(dāng)解吸塔壓力波動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)閥不能及時(shí)跟蹤，導(dǎo)致解吸塔壓力波動(dòng)大。通過(guò)技改措施，將解吸塔壓力控制回路改為由回流冷凝器液位槽頂部放空閥控制，技改后運(yùn)行情況良好，能及時(shí)調(diào)節(jié)解吸塔的壓力。

將原回流冷凝器冷卻水回水手動(dòng)控制回路，改為由冷卻水上水溫度和回水控制調(diào)節(jié)閥組成新的控制回路，冷卻水上水溫度改為自動(dòng)控制，大大降低了操作人員的操作強(qiáng)度，使解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)技改及優(yōu)化調(diào)整措施，解吸水解系統(tǒng)自動(dòng)化控制程序得到一定程度的改進(jìn)，操作人員的操作強(qiáng)度有效降低;對(duì)比解吸水解系統(tǒng)的運(yùn)行工況可以看出，解吸塔蒸汽消耗明顯得到降低，由21 t/h降低至14 t/h，大幅降低裝置能耗;解吸塔操作壓力由0.35 MPa甚至頻繁超壓的狀態(tài)至調(diào)整后壓力為0.28 MPa且能穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)整后未出現(xiàn)超壓的現(xiàn)象;解吸回流冷凝器冷卻水溫度下降15 ℃，有效防止了回流冷凝器的結(jié)垢。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周 原.尿素裝置操作工[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007.

[2]邱澤勤，楊永杰.化工環(huán)境保護(hù)概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.