氨汽提工藝中壓尾氣洗滌器優(yōu)化措施

周傳友

摘 ?要：本文對中壓惰性氣體洗滌塔C-103的工藝調(diào)控和歷次改造進(jìn)行介紹和研究總結(jié)，并對改造前后的這些情況加以分析，來驗證惰性氣體洗滌塔C-103工藝調(diào)控和設(shè)備改造結(jié)果的科學(xué)性和正確性。

關(guān)鍵詞：惰性氣體洗滌塔;尾氣放空;氨回收

1. 前言

1.1裝置介紹

塔里木石化分公司尿素裝置采用的是斯納姆氨汽提工藝，裝置設(shè)計生產(chǎn)能力為80萬噸/年。主要工序有二氧化碳壓縮工序，尿素合成和高壓回收工序，中低壓分解回收工序，尿素濃縮及大顆粒造粒工序，工藝?yán)淠禾幚砉ば?。其中，中低壓分解回收工序就是將高壓工段產(chǎn)生的甲銨分解并回收，以達(dá)到提濃尿液的目的。具體的生產(chǎn)流程為：CO2和液氨進(jìn)入合成塔R101反應(yīng)后，生產(chǎn)尿素和甲銨，未轉(zhuǎn)化成尿素的甲銨在汽提塔E101通過加熱，部分分解成氨和二氧化碳，沒有分解完的甲銨進(jìn)入中壓分解器E102通過減壓閃蒸、加熱分解成氨和二氧化碳并從塔頂逸出，然后與來自P103的碳銨液混合進(jìn)入E104/E106，在此二氧化碳幾乎被全部吸收，氨則在中壓吸收塔C101中進(jìn)行精餾，之后進(jìn)入氨冷凝器E109進(jìn)行冷凝液后收集到氨儲槽V105中。未被完全回收的氨氣則進(jìn)入中壓惰性氣體洗滌塔C103/E111進(jìn)行最后的冷凝洗滌，剩下少量的氨通過尾氣放空。

2.中壓尾氣放空對裝置的影響

2.1能耗

自開工生產(chǎn)以來，中壓惰性氣體洗滌塔C-103的排放尾氣的氨含量一直居高不下，其頂部的惰氣放空流量及氨含量維持在1200Kg/h及12%。遠(yuǎn)高于設(shè)計值829Kg/h及2%。以2014年4月為例，當(dāng)月裝置滿負(fù)荷平穩(wěn)運行，分析化驗顯示當(dāng)月平均總放空量為1094kg/h。其中氨含量高達(dá)12.43%（Wt），即當(dāng)月平均有136Kg/h的氨被放空[1]。改造前C-103的放空化驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。高含氨尾氣的排放，增加了產(chǎn)品氨耗，提高了生產(chǎn)成本，在當(dāng)前激烈的市場競爭中是尤為不利的。

2.2環(huán)保

隨著“史上最嚴(yán)”環(huán)保法的實施。環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為國家的大政方針，“既要金山銀山，更要綠水青山”的環(huán)保觀念已經(jīng)深入人心。如果任由這種高含氨的廢氣排放，會對環(huán)境產(chǎn)生了極大的污染。不僅附近居民不會答應(yīng)，政府的相關(guān)部門也不會答應(yīng)。如果能將尾氣中的游離氨回收利用，不僅可以節(jié)約成本降低氨耗，更重要的是減少環(huán)境污染，不僅能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，還能樹立良好的企業(yè)形象，從而實現(xiàn)雙贏。

3.中壓尾氣放空的控制

3.1工藝操作

高壓系統(tǒng)的運行好壞，將直接影響到中低壓系統(tǒng)的回收負(fù)荷及尾氣放空的氨含量的高低。在斯納姆公司提供高壓系統(tǒng)的操作條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最佳的工藝條件，來減少中低壓系統(tǒng)的回收負(fù)荷及尾氣的放空量，降低尿素氨耗。

尿素的生成反應(yīng)不但存在著化學(xué)平衡， 還存在著物理平衡。合成壓力不是一個獨立變量， 它隨溫度、組分等因素的變化而變化。生產(chǎn)中要求操作壓力高于該組分下的平衡壓力， 生成的甲銨才不致分解為

NH3和CO2而向生成尿素的方向進(jìn)行。高壓系統(tǒng)的操作壓力一般以合成塔頂物料沸點的平衡壓力為基礎(chǔ)， 高于此平衡壓力約2.0-3.0，在實際生產(chǎn)操作中， 將操作壓力調(diào)整到 15.6-16.0尿素轉(zhuǎn)化率得到提高， 蒸汽消耗及中、低壓系統(tǒng)回收負(fù)荷明顯降低。

3.1.2降低合成塔操作的

斯納姆公司的操作條件氨碳比為 3.6，尿素轉(zhuǎn)化率為65%。 提高反應(yīng)物氨的濃度，可以提高轉(zhuǎn)化率，但是氨碳比每增加 0.1， 則生產(chǎn)1噸尿素可增加 氨循環(huán)量0.051噸， 滿負(fù)荷時每小時可增加過剩氨循環(huán)量 3.72 噸。因此， 在不影響高壓設(shè)備防腐蝕要求的情況下， 將系統(tǒng)氨碳比稍降低， 減少過剩氨循環(huán)量。

3.1.3控制合適的H2O/CO2

由反應(yīng)式知， 水是尿素生成反應(yīng)的產(chǎn)物。水的存在使反應(yīng)向逆方向進(jìn)行， 降低了轉(zhuǎn)化率， 而水的存在又是不可避免的。另外未反應(yīng)氨和二氧化碳需用水吸收， 并以水溶液形式返回合成系統(tǒng)繼續(xù)參加反應(yīng)。尿素轉(zhuǎn)化率隨H2O/CO2的增加 而下降。研究表明， H2O/CO2每增加 0.1， 轉(zhuǎn)化率下降1%-1.5% ， 高壓系統(tǒng)H2O/CO2超過一定范圍后將直接影響到中、低壓系統(tǒng)放空量。將H2O/CO2控制 在0.5-0.6是較為合適的區(qū)間。

3.2設(shè)備改造

3.2.1塔盤改造

中壓放空尾氣氨含量高與中壓尾氣洗滌塔的洗滌效果有很大的關(guān)系。滿負(fù)荷運行時，原設(shè)計的塔盤板孔動能因子為2.0Pa0.5，遠(yuǎn)低于浮閥類塔盤板孔動能因子為5.0Pa0.5的漏液點[3]，導(dǎo)致塔盤效率急劇下降，造成洗滌塔排放尾氣流量及氨含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出指標(biāo)。所以，要使惰性氣體洗滌塔在設(shè)計生產(chǎn)負(fù)荷的條件下平穩(wěn)運行，使排放氣中的氨含量達(dá)到2%的設(shè)計值，就需要對塔盤進(jìn)行改造。只用微孔塔盤代替原導(dǎo)向浮閥塔盤即可滿足改造要求。塔的運行特點是氣液兩相且負(fù)荷較小，微孔塔盤的微孔可均勻分布于塔盤截面，最大限度的提高分離效率。微孔塔盤的操作彈性大，可滿足塔在70%～140%負(fù)荷范圍內(nèi)正常運行。利用利用微孔塔盤技術(shù)改造施工方便，現(xiàn)場施工簡單到只是拆、裝塔盤。

3.2.2液位計改造

由于影響中壓尾氣洗滌塔C-103運行工況的因素較多，要想提高C-103的洗滌效果，就需要提高洗滌塔的液位，保證中間冷卻器全部滿液，提高冷卻效果。由于液位計的使用壽命一般為5年，C-103的液位計接近使用壽命，且原液位計計量量程又較小，導(dǎo)致長期處于滿液狀態(tài)，且液位波動大，失去參考作用，所以必須更換該設(shè)備液位計，換用量程更大更準(zhǔn)確的液位計，滿足測量要求。最終提高尾氣氨含量的洗滌吸收效果，達(dá)到降低尾氣中氨含量的效果。

4.1控制措施

工作點是否在爆炸區(qū)域內(nèi)主要有2個因素：一是爆炸區(qū)域的大小范圍;二是工作點所處的位置。單就爆炸區(qū)域而言，氨氣、甲烷的相對組分增加，氫氣的相對組分減少都對爆炸區(qū)域的縮小而言有利;單就工作點而言，氨氣、氫氣、惰氣、甲烷組分增多，氧氣組分減少都有利于工作點遠(yuǎn)離爆炸區(qū)域。具體可采取如下的控制措施。

4.1.1尾氣中加入蒸汽。

放空尾氣中加蒸汽，可改變可燃成分的組分，減輕了爆炸的可能性，我廠就是采用在上部加入防爆中壓蒸汽的方法，來減輕其爆炸的可能性。

4.1.2降低防腐空氣的氧含量。

由于氧氣能使設(shè)備表面生產(chǎn)致密的氧化膜，減緩設(shè)備的腐蝕。我廠裝置在二氧化碳入口和汽提塔加入的空氣中均有氧氣。而氧氣是助燃?xì)怏w，其含量對尾氣爆炸性能影響很大。故加氧量應(yīng)盡量保持低限操作。

5.結(jié)論

通過塔盤改造和液位計改造，以及優(yōu)化的工藝操作，C-103的惰氣放空量已經(jīng)從最初的1200Kg/h降至770Kg/h左右，不論是與改造前相比，還是與斯納姆的工藝設(shè)計值829Kg/h相比，放空量都明顯減少。

參考文獻(xiàn)：

[1]李圣君.降低中、低壓系統(tǒng)尾氣放空氨損失的措施[J].大氮肥.2001（5）;37-39

[2]氨汽提尿素裝置C-103塔盤更換方案.[Z]

[3]中國石油塔里木油田石化分公司.日產(chǎn)2046噸尿素裝置資料匯編第2冊.新疆：2012，3-10，185-198