鄭海勝

(潞安豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司臨猗分公司， 山西運城 044100)

1 尿素裝置工藝冷凝液處理系統(tǒng)改造的必要性

潞安豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司臨猗分公司第1套尿素裝置自1991年5月1日建成投運以來，已建成了4套，目前有3套裝置(1#、3#、4#)在運，總產(chǎn)量已達85萬t/a。其中，1#、3#尿素生產(chǎn)工藝為水溶液全循環(huán)法，4#尿素裝置的生產(chǎn)工藝為CO2汽提法。

為了保證1#、3#尿素裝置解吸廢水達標排放，2012年6月新建了1套50 m3/h尿素深度水解裝置，工藝采用斯塔米卡邦公司的尿素水解、解吸技術(shù)。該50 m3/h尿素深度水解裝置的工程設(shè)計由河北正元化工工程設(shè)計有限公司設(shè)計。

2017年由于尿素市場的持續(xù)疲軟，為了提高經(jīng)濟效益，發(fā)展尿素裝置的下游產(chǎn)品，2017年10月新建1套5萬t/a三聚氰胺裝置，三聚氰胺裝置產(chǎn)生的尾氣與1#、3#尿素裝置聯(lián)產(chǎn)。為了保證三聚氰胺裝置滿負荷時產(chǎn)生的尾氣都能被1#和3#尿素裝置回收，在三聚氰胺裝置投產(chǎn)前分別對1#、3#尿素裝置進行了節(jié)能降耗改造。在三聚氰胺裝置尾氣與1#、3#尿素裝置聯(lián)產(chǎn)時為了充分回收解吸水解氣、液相的熱能，對工藝冷凝液處理系統(tǒng)的改造也勢在必行。

2 工藝技術(shù)方案的選擇

目前尿素裝置工藝冷凝液的處理工藝主要有3種：(1) 荷蘭斯塔米卡邦公司的中溫尿素水解和解吸技術(shù)，該工藝采用解吸-水解-解吸流程，在0.3 MPa下解吸，在2.0 MPa下水解，水解采用2.5 MPa蒸汽直接加熱，水解塔為立式塔；(2) 意大利斯那姆公司的高溫尿素深度水解和解吸技術(shù)，該技術(shù)也是采用解吸-水解-解吸流程，在0.3 MPa下解吸，在3.5 MPa水解，水解采用3.8 MPa蒸汽直接加熱，水解塔為臥式塔，用隔板分成9～10個小室，蒸汽分別進入每個小室；(3) 美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司的水解汽提技術(shù)，采用1.0 MPa的蒸汽和CO2進行加熱汽提，該工藝采用的蒸汽壓力較低，水解塔和解吸塔合二為一，流程簡單[1-4]。

潞安豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司臨猗分公司改造前采用的是山西天大化工工程有限公司提供的工藝包、河北正元化工工程設(shè)計有限公司設(shè)計的尿素水解解吸技術(shù)，水解壓力為2.0 MPa，水解采用2.5 MPa的蒸汽進行直接加熱，解吸壓力為0.3 MPa，解吸采用約1.3 MPa的蒸汽進行直接加熱；改造后采用水解-解吸單塔工藝，將原水解塔改造成解吸水解塔。解吸水解塔操作壓力為1.05 MPa。此次改造的設(shè)計單位為四川川化永昱化工工程有限公司，已有成功改造業(yè)績，解吸水解塔內(nèi)件由山西天大化工工程有限公司制作及安裝。

3 改造內(nèi)容

利用現(xiàn)有水解塔進行改造，主要改造內(nèi)容為：

(1) 拆除現(xiàn)有水解塔內(nèi)塔盤及輔助蒸汽分布管。

(2) 去除現(xiàn)有水解塔上部保溫盤管。

(3) 現(xiàn)有水解塔頂部出氣口由DN100改為DN150，并在出口增設(shè)擋液板。

(4) 在現(xiàn)有水解塔底部出液口增設(shè)防渦流擋板。

(5) 在現(xiàn)有水解塔內(nèi)新增泡罩塔盤共41層，層間距為660 mm，其中第21層和第22層之間增設(shè)人孔，層間距為765 mm。塔板類型為泡罩，塔板材質(zhì)為316L。每層泡罩數(shù)為40個，塔板開孔直徑為DN65。泡罩高度為230 mm，泡罩距離塔板10 mm，泡罩直徑為100 mm，每個泡罩下部開21個120 mm(長)×8 mm(寬)的長條孔均勻分布

(6) 在現(xiàn)有水解塔中部、上部各新增1個人孔。

(7) 在現(xiàn)有水解塔上新增6個測溫點(Tc1～Tc6)，原測溫點加盲板。

(8) 在現(xiàn)有水解塔下部新增2個液位計(Lc1-2和Lg1-2)，原液位計口加盲板。

(9) 在現(xiàn)有水解塔輔助蒸汽的3個進口(i1～i3)加盲板。

(10) 現(xiàn)有水解塔內(nèi)徑為2 200 mm，新制塔盤直徑為1 700 mm。

4 改造后的解吸水解裝置

4.1 工藝流程

來自一段蒸發(fā)表面冷凝器槽的表冷凝液和收集的工藝廢水流至碳銨液貯槽經(jīng)解吸水解塔給料泵、解吸水解塔換熱器送入解吸水解塔頂部。溶液從上往下流經(jīng)各塔板時，溶液被加熱，溶液中的尿素與水發(fā)生反應(yīng)，被水解成NH3和CO2，溶液中的NH3和CO2又被底部加入的蒸汽汽提出來；為防止腐蝕，在塔底部加入防腐空氣。解吸水解塔操作壓力為1.05 MPa，操作溫度為186～188 ℃(塔底)，出解吸水解塔頂部的氣體分2路分別送入1#、3#尿素裝置二段分解塔精餾段下部，出塔底部的解吸廢水中的尿素和氨質(zhì)量分數(shù)小于5×10-6，經(jīng)1#、3#尿素裝置二段分解加熱器下段及解吸水解塔換熱器回收熱量，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥和解吸廢水冷卻器冷卻，送出界區(qū)供循環(huán)水的補充水。

在和三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)時，部分工藝冷凝液送到三聚氰胺界區(qū)作為尾氣吸收液。來自三聚氰胺裝置中壓解吸的殘液入解吸水解泵出口。

解吸水解塔底部加入部分來自CO2壓縮機三段的CO2。

解吸水解裝置工藝流程框圖見圖1。

圖1 解吸水解裝置工藝流程圖

4.2 主要設(shè)備

(1) 解吸水解塔。利用現(xiàn)有水解塔進行改造，規(guī)格型號Ф2 200 mm×32 328 mm,容積V=115 m3，主體材質(zhì)為S31603，1臺。

(2) 解吸水解塔換熱器?，F(xiàn)有2臺，新增1臺，規(guī)格型號為Ф900 mm×7 457 mm,換熱面積F=320 m2(每臺)，主體材質(zhì)S31603，共3臺。

(3) 廢水冷卻器。利用現(xiàn)有廢水冷卻器，規(guī)格型號Ф2 300 mm×952 mm×1 950 mm,換熱面積F=200.4 m2，主體材質(zhì)304 L，1臺(板翅式換熱器)。

(4) 解吸水解泵。利用現(xiàn)有水解泵，規(guī)格型號MC80X4，體積流量qV=30 m3/h，主體材質(zhì)316L,2臺。

4.3 工藝指標

解吸水解裝置的工藝冷凝液處理體積流量為25 m3/h,其主要解吸水解操作工藝指標見表1。

表1 主要解吸水解操作工藝指標

5 主要消耗

處理1 m3工藝冷凝液實際需消耗1.3 MPa的中壓飽和蒸汽0.3 t，2.2 MPa防腐空氣0.12 m3，0.3 MPa、 32 ℃循環(huán)水2.1 t，380 V、50 Hz電1.2 kW·h。每小時處理25 m3工藝冷凝液，則每小時需消耗1.3 MPa的中壓飽和蒸汽7.5 t，2.2 MPa防腐空氣3 m3，0.3 MPa、32 ℃循環(huán)水52.5 t，380 V、50 Hz電30 kW·h。

6 解吸水解裝置運行中存在問題及應(yīng)對措施

該項目于2017年5月19日投運,在解吸水解系統(tǒng)投運試生產(chǎn)運行過程中,解吸水解廢液中NH3含量一直不達標，解吸水解壓力控制在1.0～1.1 MPa，解吸水解塔底部溫度為186～188 ℃，廢液中的NH3質(zhì)量分數(shù)為40×10-6～60×10-6，設(shè)計指標為小于5×10-6。原設(shè)計蒸汽用1.3 MPa蒸汽管網(wǎng)，由于1.3 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力低，無法滿足生產(chǎn)需要，改用2.5 MPa蒸汽管網(wǎng)后解吸情況明顯好轉(zhuǎn)，解吸廢液中的NH3質(zhì)量分數(shù)為10×10-6～20×10-6，還是達不到設(shè)計指標(小于5×10-6)。生產(chǎn)實踐證明，尿素裝置工藝冷凝液處理系統(tǒng)改造投入運行后，基本達到了預(yù)期的目標：解吸水解裝置氣相和液相的熱能得到了充分利用，噸尿素蒸汽消耗、氨耗下降。從解吸水解裝置投運后的情況來看，廢水中NH3含量達不到設(shè)計要求?？偟膩碚f，該工藝冷凝液處理系統(tǒng)的改造是成功的。解吸廢水達到了環(huán)保排放要求，解決了系統(tǒng)的熱能回收問題，該裝置的投運，大大地減少了系統(tǒng)的熱能浪費，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益，杜絕了能源的浪費，社會效益十分可觀。

7 結(jié)語

三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)尿素前，工藝冷凝液處理系統(tǒng)采用中溫解吸水解技術(shù)，解吸氣通過循環(huán)水冷卻后，回收液經(jīng)過泵送往尿素低壓吸收系統(tǒng)。三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)尿素后，工藝冷凝液處理系統(tǒng)通過改造后，采用水解-解吸單塔工藝，解吸氣送往二段分解塔精餾段，熱量得到了充分利用；解吸廢液送往二段分解加熱器下段，熱量得到回收后，進入解吸水解塔換熱器，再次回收熱量后，送往尿素循環(huán)水作為補充水。技改后工藝冷凝液處理系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯；同時，解決了三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)尿素后尿素裝置廢液的排放問題，降低了企業(yè)的環(huán)保壓力，值得業(yè)內(nèi)參考和借鑒。