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三聚氰胺廢水處理系統(tǒng)結晶物堵塞問題分析及對策
王 巍
(四川大學化學工程學院,成都 610065)
重慶建峰三胺分公司高壓法三聚氰胺裝置采用意大利歐技公司技術,工藝中產生的大量副產物OAT送廢水處理系統(tǒng)進行分解。導致廢水處理工段頻繁堵塞管線,在國內同類廠家如川化、錦華、中原大化等一樣存在類似問題,對此我們進行了研究分析并采取pH調整和技改處理等措施,效果明顯,目前三胺裝置可長周期平穩(wěn)運行。
高壓法;三聚氰胺裝置;結晶物;堵塞管線
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.020
重慶建峰化工股份有限公司三聚氰胺裝置年產量為30萬噸,采用意大利歐技公司技術,從化肥裝置引進82%尿素溶液,通過真空提濃后達到99.8%的熔融尿素,在8.0MPa、380℃的反應器中反應直接轉化成三聚氰胺。反應器出來的二氧化碳、氨、三聚氰胺和少量縮聚物的液相物料進入急冷工段,產生的主要副產物為三聚氰胺一酰胺和三聚氰胺二酰胺,簡稱OAT。三聚氰胺溶液通過二氧化碳汽提、凈化結晶、離心干燥、氣力輸送包裝、氨回收、OAT結晶系統(tǒng)后,送至廢水處理系統(tǒng)分解。在實際運行中,廢水處理系統(tǒng)頻繁堵塞,不能正常運行,常常導致廢水工段停車,被迫降負荷,造成很大的經濟損失。在裝置大修期間,拆除了FV-16212(流量調節(jié)閥)管線及滯留液換熱器,發(fā)現(xiàn)在閥門前后及換熱器管內有大量結晶物,特別是閥門后端接近堵死。通過深入研究并采用有效處理措施后,裝置可長周期平穩(wěn)運行。
廢水處理系統(tǒng)的目的是將不合格的廢液送入廢水分解塔裂解,產生的NH3和CO2通過系統(tǒng)再次回收,液相水送入氨洗滌塔吸收氣相中的少量氨,富余部分進入清水系統(tǒng)。
從超濾系統(tǒng)濃縮后的含1.51% OAT溶液送入滯留液儲槽中,通過滯留液泵把料漿打入分解器進料緩沖罐中,為防止OAT料漿溶液在低溫環(huán)境中粘壁堵塞管道,在滯留液儲槽到緩沖罐之間裝有滯留液加熱器為OAT料漿溶液升溫,最后通過廢水分解器進料泵將OAT料漿溶液送入廢水分解塔裂解。工藝流見圖1。
圖1 廢水處理系統(tǒng)部分流程
高壓法三聚氰胺裝置開車以來,由于廢水處理系統(tǒng)存在問題,導致降負荷生產已屢見不鮮。在100%負荷生產時,送廢水處理系統(tǒng)的滯留液約12t/h。但在實際生產中,由于各種原因,如操作參數控制不當、管線設計不合理、OAT濃度高等,導致OAT在廢水處理系統(tǒng)大量結晶析出。隨著運行時間延長,OAT結晶物會在管道內結壁,使管徑變細,F(xiàn)IC-16212(流量顯示)的流量也越來越小,嚴重時出現(xiàn)幾乎堵死,不能滿足前端負荷要求,時常引起廢水工段非計劃停車。裝置大修期間拆除換熱器及FV16212(流量調節(jié)閥),發(fā)現(xiàn)換熱器及閥門前后端嚴重堵塞,特別是閥門后端幾乎堵死,在同類高壓裝置中也出現(xiàn)類似問題。廢水處理系統(tǒng)堵塞情況見表1。
表1 廢水處理系統(tǒng)堵塞情況(以FIC-16212流量計) 單位:t/h
從表1可以看出,開車前2個月FIC-16212(流量顯示)量基本能滿足前端100%負荷要求,從4月下旬開始,每個月都會降低負荷來處理堵塞的廢水管線。下半年堵塞越來越嚴重,就算廢水工段停車處理暢通后流量也達不到要求,只能通過現(xiàn)場加臨時軟管來暫時解決。臨時軟管也易堵塞而且臨時接口有限,一般情況下會降負荷至50%,1~2個班可處理暢通,以1.5個班次計算。每天100%負荷可以產出90t三聚氰胺,每年約需要處理10次,銷售價格按照9000元/t,所以每年少銷售三聚氰胺4050 t,折合人民幣405萬元。
3.1OAT物理化學性質
OAT是含有羥基和胺基的三氮雜苯,性質穩(wěn)定,不易分解,能溶于水,有粘性,固態(tài)在pH值為7.5時,溶解度最低。
3.2工藝條件的影響
(1)溫度對OAT的影響。由于OAT的溶解度會隨著溫度的升高而逐漸上升,所以溶液溫度高有利于OAT溶于溶液當中,減少OAT的結晶析出。但在實際生產過程中過高的溫度不但會增加設備管道的投資成本,而且還會使管線的流量降低,甚至使泵汽化。非常明顯的是FIC16212(流量顯示)在高溫下比在低溫環(huán)境下導致的流量降低要緩慢得多,所以綜合考慮,在廢水系統(tǒng)負荷能承受的范圍內,盡量提高溶液溫度達到歐技要求的145℃。
(2) pH值對OAT的影響。從圖2可以看出,OAT在pH值為7.5左右時溶解度最低,隨著pH值升高或者下降,OAT溶解度也會迅速上升。所以在廢水處理系統(tǒng)中,OAT溶液的pH值盡量控制高上限或者低下限,使OAT溶解在水溶液中,減少OAT結晶析出,堵塞嚴重時用V1113(離心機母液槽)高濃度氨水對管線進行置換。由于V1113(離心機母液槽)中氨的含量為13.17%,pH值為11.72左右,OAT溶解度約5×10-4g/mL,用pH值高的氨水溶液置換該管線效果相當好,OAT很快就能溶解。而在滯留液儲槽中氨含量只有0.03%,pH值為中性,OAT的溶解度很低,還不到3×10-5g/mL;所以在滯留液進料泵入口加入一股從V1113(離心機母液槽)來的氨水溶液中和后效果非常好,廢水管線的OAT溶解度控制在3×10-4g/mL左右,大大降低了OAT的結晶析出。
圖2 OAT溶解度曲線
3.3廢水處理系統(tǒng)堵塞原因分析
從前面分析可以看出,OAT對溫度和pH值都非常敏感,而造成堵塞的主要因素就是pH值和溫度控制過低。當然也有以下因素影響:(1)由于廢水處理系統(tǒng)現(xiàn)場彎頭過多,導致局部受熱不均勻,管線流速不暢,大量OAT結晶物結在彎頭附近,使管徑越來越細。隨著運行時間延長,流量也越來越低,大修期間割管發(fā)現(xiàn)彎頭位置堵塞非常嚴重;(2)前端氨回收系統(tǒng)波動造成OAT結晶系統(tǒng)跟著波動,甚至出現(xiàn)OAT結晶系統(tǒng)部分垮壁現(xiàn)象,超濾系統(tǒng)無法運行,只有通過不走超濾直接旁路把大量OAT溶液送入滯留液儲槽中,從而加大廢水處理系統(tǒng)負荷,久而久之管線結壁嚴重;(3)溶液通過FV16212(流量調節(jié)閥)后,壓力從1.35MPa降至0.6MPa,減壓閃蒸,溫度驟降,出現(xiàn)大量OAT結晶物堵塞管線;(4)由于溫度控制不達標,OAT溶解度下降,部分OAT結晶析出堵塞管道;(5)由于以上原因造成大量OAT結晶物增加,導致廢水處理系統(tǒng)堵塞。
3.4廢水處理系統(tǒng)堵塞的處理措施
(1)大修期間已將過多彎頭去掉,盡量讓管線走直線。這樣避免了溶液受熱不均;
(2)加入pH值高的堿性溶液能使OAT的溶解度上升,所以在滯留液進料泵進口加入2t/h高濃度氨水溶液。這樣可以減少OAT的結晶析出,使OAT盡量溶解在溶液當中;
(3)在滿足流量的前提下,盡量使OAT料漿溶液保持高溫,向歐技要求的145℃靠攏;
(4)氨回收系統(tǒng),OAT結晶系統(tǒng)不可大幅波動,必須緩慢調整,防止大量結晶物增加;
(5)在OAT結晶系統(tǒng)后端增加過濾網,將大顆粒的OAT結晶提前過濾,防止送入后端,確保系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行;
(6)廢水處理系統(tǒng)長時間運行后,如發(fā)現(xiàn)管線不暢,不能滿足前端負荷要求,可加入含高濃度氨水溶液對該管線進行置換。一般情況下1~2個班即可處理暢通。完全不用降低前端負荷,確保系統(tǒng)長周期運行。
經過處理后,廢水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定,堵塞現(xiàn)象大量減少,完全不需要像以前一樣降低系統(tǒng)負荷來處理,可保持系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運轉。最近幾次拆開換熱器和FV16212(流量調節(jié)閥)檢查,發(fā)現(xiàn)OAT結晶物明顯減少。廢水中OAT經過裂解后的氨和二氧化碳再返回系統(tǒng)利用,經濟效益明顯,廢水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)因堵塞而降負荷及停車處理的情況,也避免了環(huán)境污染。高壓法三聚氰胺裝置生產工藝過程中產生的OAT結晶物堵塞問題,經過配管改造和工藝系統(tǒng)調整,有效的解決了OAT結晶堵塞的問題,確保了裝置長周期運行。
王?。?984-),男,遼寧鞍山人,本科,重慶邦諾物流有限公司助理工程師,研究方向:化工。