尿素造粒塔粉塵回收工藝的應(yīng)用

張永強

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽臨泉 236400)

1 問題的由來

目前,國內(nèi)尿素廠家廣泛采用的是圓柱形或矩形的高大混凝土造粒塔,通過造粒噴頭噴灑尿素熔融物料,經(jīng)自然通風降溫而形成尿素顆粒產(chǎn)品。由于化學反應(yīng)過程、噴頭噴射及不正常操作等,造粒塔頂排放氣中帶有不可忽視的粉塵,隨著生產(chǎn)規(guī)模擴大,其損失及對環(huán)境的污染越來越嚴重。一般噴灑每噸物料會產(chǎn)生1.5～2.5 kg的粉塵。排放的粉塵,很大一部分降落在造粒塔周圍和廠區(qū)附近,大大增加了廠區(qū)及附近的大氣腐蝕強度,造成金屬設(shè)施被腐蝕,混凝土地面破裂,農(nóng)作物減產(chǎn)和其他植物枯黃。近年來,國家對環(huán)保的要求愈來愈高,不僅制訂了排放標準,而且還將其列入了必須治理的環(huán)保項目之中。

“氮肥企業(yè)廢氣、廢固處理及清潔生產(chǎn)綜合治理技術(shù)”,以洗滌回收的方式,能將尿素造粒塔尾氣中的尿素粉塵含量從100 mg/m3以上降到30 mg/m3以下,氨含量從50 mg/m3以上降到10 mg/m3以下。這項技術(shù)適用于采用自然通風造粒塔的尿素企業(yè)。粉塵回收裝置的應(yīng)用不僅有直接的經(jīng)濟效益,而且可以大大減少粉塵的排放,從而達到環(huán)保要求。

2 工藝流程(圖1)方案說明

2.1 氣體流程

尿素造粒塔內(nèi)含尿素粉塵的氣體經(jīng)出氣口,先入一級霧化吸收區(qū),經(jīng)二次霧化吸收進入二級氣液分離裝置,然后再經(jīng)兩次二級霧化吸收進入錯流氣霧收集捕水器,去除霧狀尿素液滴后的飽和氣體進入三級分離空間,經(jīng)與塔頂冷空氣混合,進一步冷凝含尿素微粒的液滴。經(jīng)五次吸收,三次分離后符合排放要求的氣體排出塔外放空。

圖1 尿素粉塵回收裝置流程示意

2.2 液體流程

自尿素解吸或尿素水解來的工藝廢液,直接進入一、二級噴射錯流霧化裝置,進行一、二級錯流噴射霧化吸收,與上部下來的三、四、五級錯流霧化噴射吸收和清洗液一起進入液體收集裝置,經(jīng)循環(huán)降液管進入循環(huán)槽,出循環(huán)槽的循環(huán)液體,經(jīng)過濾裝置進入循環(huán)吸收泵加壓,分別進入頂部五級清洗、吸收霧化噴頭,三、四級錯流霧化噴射吸收裝置,一、二級錯流霧化噴射吸收裝置,循環(huán)吸收。

2.3 技術(shù)方案說明

(1)尿素造粒塔內(nèi)上升的含粉塵氣體,在出風口霧化區(qū)與下降的循環(huán)吸收液充分接觸后,氣體上升至一級分離段,液體下降進入收集槽。

(2)經(jīng)一、二級錯流霧化噴射吸收的氣體進入一級分離段,經(jīng)特殊設(shè)計的大通道、低阻力分離吸收裝置,分離含尿素粉塵的吸收液及上升氣體,使氣體進入三、四級錯流霧化噴射吸收段,液體下降繼續(xù)吸收塔內(nèi)經(jīng)一級分布、二級分離上升的氣體,增加了分布、分離吸收效果。

(3)經(jīng)一級分離吸收段上升的氣體依次進入三、四級錯流噴射吸收裝置,其中一、二級和三、四級噴射方向相反(分別為向下和向上),五級噴射吸收主要起清洗作用,避免各級分離、吸收裝置被尿素粉塵堵塞。上升的含尿素粉塵氣體經(jīng)三次分離、五級吸收,確保吸收效果。

(4)下降的循環(huán)液進入收集槽之前,在造粒塔出氣口下部增加液體捕集器,塔頂增加三級分離裝置,這樣,可避免循環(huán)吸收液體濺入塔內(nèi)和帶出塔外。

(5)尿素粉塵回收裝置的循環(huán)液采用解吸或水解廢液作為吸收液的補充,自塔頂五級噴射洗滌噴頭加入分離裝置,起到洗滌吸收和系統(tǒng)加液及保證塔熱壓頭等多重功效。一定濃度的循環(huán)液定期排入尿素蒸發(fā)系統(tǒng)予以回收。

(6)在循環(huán)吸收過程中,由于尿素溶解吸熱和塔頂冷空氣的作用,循環(huán)吸收液溫度不斷下降,裝置中設(shè)置了循環(huán)液調(diào)溫加熱器,使溫度穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi),不引起結(jié)晶為宜。調(diào)溫加熱器可設(shè)在循環(huán)槽內(nèi),也可在循環(huán)槽外。加熱源可采用蒸汽,亦可采用熱能綜合回收利用的方式。

3 粉塵回收裝置的特點

(1)裝置全部布置在造粒塔上部,采用自然通風,阻力低,不需外加通風設(shè)施,操作簡便,與原生產(chǎn)系統(tǒng)合為一體,設(shè)備少、投資省。

(2)該技術(shù)采用三級分離、五級吸收工藝,有效保證除塵效果和氣液分離,避免霧化洗滌液帶出塔外及濺入塔內(nèi),杜絕二次污染和對生產(chǎn)的影響。

(3)采用先進霧化噴嘴,同時進行順逆流低阻力霧化吸收,同一高度內(nèi)增加了有效吸收空間和吸收次數(shù),確保吸收效果,減少裝置投入。

(4)在吸收、分離過程中,采用低阻力錯流技術(shù),控制熱壓頭損失,保證冷卻尿素顆?？諝庥昧?。

(5)清洗過濾裝置的應(yīng)用,保證了循環(huán)泵的長周期穩(wěn)定運行。

(6)調(diào)溫裝置的使用,保證循環(huán)液最佳吸收效果及循環(huán)液中尿素溶化物的濃度。

(7)新型型材的應(yīng)用,增加了裝置的抗風強度,降低裝置建設(shè)費用。

(8)循環(huán)吸收液達到一定濃度時定期回收到尿液槽或蒸發(fā)系統(tǒng),對原生產(chǎn)系統(tǒng)影響小,回收效益明顯。

(9)回收排放氣中的粉塵尿素,提高了經(jīng)濟效益,保證塔頂排氣達標,符合國家環(huán)保要求。

4 主要設(shè)備

(1)一級分離吸收器;二級分離吸收器;三級分離器;一、二級噴射吸收器;三、四級噴射吸收器;五級噴射清洗器各1套(玻璃鋼、316L)

(2)噴射吸收液收集槽1臺

(3)循環(huán)槽1臺

(4)塔體增高箱體1套

(5)調(diào)溫換熱器,清洗過濾器各1臺

(6)循環(huán)泵2臺(一開一備)

(7)管道、閥門及儀表若干

5 工藝指標

(1)溫度 循環(huán)吸收液40～50℃,吸收液補液50～55℃

(2)濃度 回蒸發(fā)系統(tǒng)或尿液槽循環(huán)吸收液尿素濃度20%～25%

(3)液位 循環(huán)槽液位40%～60%

(4)循環(huán)液回收時間 8 h/次

(5)上部通風窗及吸收噴頭數(shù)量 可根據(jù)生產(chǎn)實際情況調(diào)節(jié)

(6)主要消耗指標

①蒸汽(按回收稀尿液的加工費用計算;噸尿) 1000 kg

②電耗 18.5 kW·h/h

③操作費用 忽略不計(與蒸發(fā)并在一起)

6 效益分析

我公司于2009年5月增加1套尿素造粒塔粉塵回收裝置,從一年來的生產(chǎn)情況看,運行狀況良好。整套裝置阻力較小,對成品溫度無明顯影響,造粒塔排氣明顯減少。經(jīng)分析測量,回收尿液6 m3/d,質(zhì)量分數(shù)約為24%。公司16 m造粒塔按200 kt/a尿素生產(chǎn)能力計,則可回收尿素6×24%×330=475.2 t/a,年經(jīng)濟效益(噸尿按1 700元計)475.2×1700=80.784萬元。

相應(yīng)的消耗計算如下。

(1)蒸汽。每m324%稀尿液加工費用,按噸尿消耗蒸汽1 000 kg,噸蒸汽130元計,為475.2×130=6.1776萬元。

(2)電耗。循環(huán)泵電機功率37 kW(2臺),按0.5元/(kW·h)計算,則電耗為18.5×24× 330×0.5=7.326萬元(按化肥電價計更低)。

(3)操作費用忽略不計。

效益核算

(1)年直接經(jīng)濟效益

80.784 -6.1776-7.326=67.2804萬元

(2)廢氣達標排放,環(huán)保效益巨大

經(jīng)過核算,本裝置總計投資90萬元,運行后,年直接經(jīng)濟效益67.2804萬元,運行正常不到二年即可收回全部投資。

在運行中,補液使用的是解吸廢液代替冷凝液,操作時通過第三層噴頭補入系統(tǒng),在補液的同時也沖洗了液體捕集器。尿素造粒塔應(yīng)用粉塵回收裝置后,對正常生產(chǎn)無任何影響,而且還有直接的經(jīng)濟效益及環(huán)保效益,有利于安全文明生產(chǎn),減少了對周圍環(huán)境的危害,符合國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策及構(gòu)建和諧社會的要求。

7 存在的問題

(1)夏季暴雨前需將循環(huán)液全部回收,停粉塵回收泵,打開粉塵回收槽底部到清洗槽導(dǎo)淋,將雨水排入下水道。斷電停車時,要通知泵房堵好地溝,防止溢流的尿液進入排污口,給操作帶來不便。

(2)循環(huán)液中經(jīng)常有雜質(zhì)堵塞泵進口過濾器,造成泵出口壓力低于正常值,使噴淋不均勻,降低了洗滌效果。