許惠棟

(潞安豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司， 山西運(yùn)城 044100)

1 設(shè)備概況和生產(chǎn)工藝

潞安豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司甲醇系統(tǒng)尿素裝置于2010年6月建成投產(chǎn)，采用二氧化碳汽提法生產(chǎn)工藝“24-40”尿素裝置，滿負(fù)荷時(shí)尿素質(zhì)量流量為1 350 t/d。2018年，為了應(yīng)對(duì)尿素市場(chǎng)持續(xù)低迷的情況，進(jìn)行延伸產(chǎn)業(yè)鏈以增加產(chǎn)品附加值，決定再上1套5萬(wàn)t/a回收三聚氰胺尾氣的裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)三聚氰胺裝置)與尿素裝置進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)。

2018年7月—8月，尿素裝置停車(chē)進(jìn)行系統(tǒng)改造,即增加中壓圈設(shè)備及三聚氰胺裝置，8月底改造完成。2018年9月，改造后的尿素系統(tǒng)開(kāi)車(chē)運(yùn)行(三聚氰胺裝置未建成)，各方面運(yùn)行穩(wěn)定，蒸汽消耗下降明顯，噸尿素蒸汽消耗降低150 kg左右；2019年2月，尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行，一次開(kāi)車(chē)成功。

三聚氰胺工業(yè)化生產(chǎn)的路線有2條，即雙氰胺法和尿素法。雙氰胺法工藝落后，生產(chǎn)成本高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，已逐漸被淘汰。目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用的是尿素法，三聚氰胺裝置產(chǎn)生的尾氣被回收利用，大多數(shù)與碳酸氫銨、硝銨裝置進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)，或與水溶液全循環(huán)法工藝尿素裝置進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)。

筆者在原二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)裝置上增加中壓圈設(shè)備、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸裝置進(jìn)行三聚氰胺尾氣回收利用。該工藝采用低壓吸收、中壓解吸的方案，雖然蒸汽消耗量增加，工藝復(fù)雜，但是其優(yōu)點(diǎn)為三聚氰胺尾氣中所攜帶的有機(jī)物、雜質(zhì)等不直接進(jìn)入尿素中壓系統(tǒng)，減少對(duì)尿素系統(tǒng)的影響[1-2]。

2 尿素系統(tǒng)改造增加的裝置及工藝流程

2.1 三聚氰胺裝置及工藝流程

增加的三聚氰胺裝置由三聚氰胺尾氣吸收器、三聚氰胺尾吸液槽、尾吸液泵等組成。三聚氰胺裝置的尾氣進(jìn)入尾氣吸收器，在尾氣吸收器中由尿素裝置送來(lái)的稀工藝?yán)淠?碳銨液)作為吸收液進(jìn)行吸收，生成的尾吸液(φ(NH3)=18%～20%；φ(CO2)=17%～19%；溫度為50～60 ℃)經(jīng)尾吸液泵送入尾吸液槽，尾吸液槽頂部氣相平衡管接入尿素裝置的低壓解吸系統(tǒng)。

增加的聯(lián)產(chǎn)中壓解吸系統(tǒng)由中壓解吸塔、中壓解吸換熱器、再沸器、中壓解吸給料泵、尾吸液過(guò)濾器等組成。來(lái)自三聚氰胺尾吸液槽的尾吸液由中壓解吸給料泵加壓后經(jīng)尾吸液過(guò)濾器進(jìn)入聯(lián)產(chǎn)中壓解吸換熱器管程，與殼程中來(lái)自中壓解吸塔底解吸殘液換熱后進(jìn)入中壓解吸塔，由底部進(jìn)入再沸器管程，用2.5 MPa蒸汽在再沸器殼程加熱中壓解吸液至165～175 ℃，解吸三聚氰胺尾吸液中的NH3、CO2?？刂浦袎航馕毫υ?.25～1.65 MPa，經(jīng)中壓解吸塔氣相調(diào)節(jié)閥進(jìn)入尿素中壓系統(tǒng)，與中壓閃蒸分離器氣相、中壓分解塔氣相一同進(jìn)入新增的預(yù)蒸發(fā)器換熱段殼程；中壓解吸塔的液相經(jīng)中壓解吸換熱器換熱后進(jìn)入尿素深度水解解吸系統(tǒng)再次進(jìn)行回收(見(jiàn)圖1)。

圖1 中壓解吸系統(tǒng)

考慮到尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)后，經(jīng)由聯(lián)產(chǎn)中壓解吸塔氣相大量的NH3、CO2進(jìn)入尿素中壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的甲銨液，設(shè)計(jì)尿素系統(tǒng)總甲銨液體積流量增加至60 m3/h左右(三聚氰胺裝置生產(chǎn)負(fù)荷為75%～80%時(shí))。改造前的尿素裝置在滿負(fù)荷時(shí)，甲銨液體積流量?jī)H為25 m3/h左右；若甲銨液體積流量增加到60 m3/h，則進(jìn)入高壓系統(tǒng)的水量將增加，使尿素合成塔水碳比升高，導(dǎo)致尿素合成轉(zhuǎn)化率降低，這將對(duì)尿素系統(tǒng)工況帶來(lái)較大的不利影響[3]。

考慮到聯(lián)產(chǎn)后對(duì)系統(tǒng)水平衡造成不利的影響，在2018年7月—8月系統(tǒng)改造時(shí)進(jìn)行了合成塔塔盤(pán)改造，增加物料停留時(shí)間，克服系統(tǒng)因水碳比高導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降的問(wèn)題。

2.2 中壓系統(tǒng)流程

聯(lián)產(chǎn)后尿素總產(chǎn)量增加，汽提塔負(fù)荷過(guò)大使汽提效率降低，為此將合成塔出液分為兩路：一路(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%)仍是去汽提塔，甲銨在汽提塔內(nèi)被汽提分解出大部分的NH3和CO2后，剩下的液體稱(chēng)為汽提液，經(jīng)汽提塔下液調(diào)節(jié)閥減壓至1.35～1.60 MPa進(jìn)入中壓閃蒸分離器再次進(jìn)行氣液分離，分離后的液相經(jīng)中壓閃蒸下液調(diào)節(jié)閥去低壓精餾塔,中壓閃蒸分離器氣相、中壓分解塔氣相及聯(lián)產(chǎn)解吸塔氣相匯合進(jìn)入新增預(yù)蒸發(fā)器的熱能利用段殼程；另一路(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%)經(jīng)合成下液新增的調(diào)節(jié)閥減壓至1.35～1.60 MPa沿切線進(jìn)入新增中壓分解塔的預(yù)蒸餾段，在預(yù)蒸餾段和中壓分解塔預(yù)分離段分解的氣相進(jìn)行熱量傳遞，預(yù)蒸餾段出液和空壓機(jī)送來(lái)的防腐空氣一同進(jìn)入中壓分解塔加熱器，經(jīng)中壓分解塔加熱器加熱至155～160 ℃，由頂部進(jìn)入中壓分解塔的預(yù)分離段，在離心力作用下分離出氣液兩相，液相由中壓分解塔底部經(jīng)液相調(diào)節(jié)閥減壓至0.25～0.40 MPa與中壓閃蒸分離下液匯合進(jìn)入低壓精餾塔,中壓分解塔氣相與中壓閃蒸分離器氣相、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸塔氣相混合,與中壓吸收循環(huán)液一起進(jìn)入新增預(yù)蒸發(fā)器的熱能利用段殼程。

預(yù)蒸發(fā)器利用閃蒸槽送來(lái)的濃度較低的尿液和中壓系統(tǒng)分解氣相、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸氣相進(jìn)行熱能利用，既達(dá)到尿液提濃的目的,又能使中壓分解氣相的反應(yīng)熱移走，從而降低中壓甲銨冷凝器的負(fù)荷；出預(yù)蒸發(fā)器的氣液混合物進(jìn)入中壓甲銨冷凝器繼續(xù)反應(yīng)放熱，熱量由新增中壓調(diào)溫水帶走，氣液混合物由中壓甲銨冷凝器上部進(jìn)入中壓甲銨液位槽進(jìn)行氣液分離，甲銨液由底部進(jìn)入高壓甲銨泵進(jìn)口，中壓甲銨液位槽氣相進(jìn)入新增的中壓吸收塔再次吸收。

中壓甲銨液位槽氣相在中壓吸收塔內(nèi)與新增的中壓甲銨泵送來(lái)的低壓甲銨液經(jīng)填料段逆流接觸吸收后，進(jìn)入中壓吸收塔底部至中壓吸收塔循環(huán)泵，經(jīng)泵出口調(diào)節(jié)控制中壓吸收塔液位；中壓閃蒸分離器氣相、中壓分解塔氣相、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸塔氣相一同混合進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)器熱能利用段殼程，中壓吸收塔氣相由氣相調(diào)節(jié)閥減壓后進(jìn)入常壓吸收塔底部進(jìn)行常壓吸收(見(jiàn)圖2)[4-5]。

圖2 中壓系統(tǒng)流程圖

3 消耗情況及經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 聯(lián)產(chǎn)前后消耗情況對(duì)比分析

尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行后，三聚氰胺裝置負(fù)荷開(kāi)至75%～80%，聯(lián)產(chǎn)前后尿素消耗情況對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 尿素消耗主要參數(shù)對(duì)比表

從2019年9月1日開(kāi)始，尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行至2020年6月5日，尿素裝置計(jì)劃停車(chē)，系統(tǒng)進(jìn)行大修。經(jīng)過(guò)1 a的摸索運(yùn)行，現(xiàn)尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)，已達(dá)到三聚氰胺裝置設(shè)計(jì)負(fù)荷的75%～80%。聯(lián)產(chǎn)后尿素日產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到1 500 t，尿素工況運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 聯(lián)產(chǎn)后經(jīng)濟(jì)效益分析

現(xiàn)尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)開(kāi)至75%～80%負(fù)荷時(shí)，尿素日產(chǎn)質(zhì)量增加到1 500 t，噸尿素耗氨質(zhì)量降低約60 kg，則每天耗氨質(zhì)量降低90 t,以液氨利潤(rùn)600元/t計(jì)算，降低耗氨質(zhì)量產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為54 000元。噸尿素耗蒸汽質(zhì)量增加約200 kg(對(duì)比尿素裝置改造前)，則每天耗蒸汽質(zhì)量增加300 t,蒸汽價(jià)格按照105元/t計(jì)算,增加耗蒸汽質(zhì)量產(chǎn)生的直接效益為-31 500元。噸尿素電耗降低5 kW·h，則每天電耗降低7 500 kW·h,用電單價(jià)按照0.43元/(kW·h)計(jì)算，降低電耗所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為3 225元。每年按300 d運(yùn)行計(jì)算,則聯(lián)產(chǎn)后直接經(jīng)濟(jì)效益為771.75萬(wàn)元。

4 存在的問(wèn)題

(1) 現(xiàn)用的中壓甲銨冷凝器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,存在換熱死區(qū)，影響吸收效果，使中壓甲銨液溫度偏高。

(2) 中壓調(diào)溫水量不足，中壓甲銨液溫度偏高。

(3) 三聚氰胺尾氣需再凈化、再過(guò)濾。

(4) 尿素汽提塔下液溫度偏高。

以上問(wèn)題是制約尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn),以及三聚氰胺裝置負(fù)荷達(dá)不到100%的原因。下一步將繼續(xù)優(yōu)化工藝調(diào)節(jié)，逐步解決裝置運(yùn)行中存在的問(wèn)題，力爭(zhēng)將裝置開(kāi)到滿負(fù)荷,即三聚氰胺質(zhì)量流量為150 t/d,尿素質(zhì)量流量為1 560 t/d。

5 結(jié)語(yǔ)

尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)后，對(duì)原尿素系統(tǒng)的工藝工況影響較大，特別是在三聚氰胺裝置高負(fù)荷運(yùn)行的情況下，嚴(yán)重制約著尿素裝置的生產(chǎn)平衡和優(yōu)化控制，是尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)、擴(kuò)產(chǎn)的一大問(wèn)題，需要在實(shí)際運(yùn)行中探索出解決辦法，從而將影響降至最低。然而尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)帶來(lái)的消耗降低及尿素系統(tǒng)的擴(kuò)產(chǎn)是非?？捎^的。

尿素裝置聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺裝置后由于三聚氰胺尾氣含有異氰酸等，對(duì)尿素設(shè)備、管線有一定的腐蝕；腐蝕程度隨三聚氰胺裝置負(fù)荷增大而加劇。這次大修時(shí),尿素裝置檢測(cè)設(shè)備腐蝕情況屬正常腐蝕程度(也可能與裝置負(fù)荷開(kāi)到75%～80%有關(guān))。所以要進(jìn)一步完善和提高尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)的工藝可行性，積極改進(jìn)技術(shù)，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，降低能源消耗，建成資源綜合利用體系，大力推動(dòng)尿素產(chǎn)業(yè)及三聚氰胺產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。