我公司變換、脫碳改造后對尿素生產(chǎn)的影響及解決辦法

李貞億

（貴州化肥廠有限責(zé)任公司，貴州貴陽 551415）

0 引 言

貴州化肥廠有限責(zé)任公司為年產(chǎn)200kt合成氨、300kt尿素、150kt高塔造粒尿基復(fù)合肥的中型氮肥企業(yè)，老系統(tǒng)于1978年建成投產(chǎn)，新系統(tǒng)于2002年5月建成投產(chǎn)。老合成凈化系統(tǒng)改造前工藝為，中串低變換，噴射氧化再生栲膠脫硫，熱甲堿脫碳，銅洗精煉。新合成凈化系統(tǒng)工藝為，帶飽和熱水塔的中串低變換，噴射氧化再生栲膠脫硫，GV雙塔再生熱甲堿脫碳，聯(lián)醇帶銅洗精制。老系統(tǒng)因?yàn)槎嗄甑纳a(chǎn)調(diào)試及技改也基本穩(wěn)定。但新系統(tǒng)開車以后，由于工藝設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，生產(chǎn)能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，操作彈性小，故障率高，消耗高。新系統(tǒng)自投產(chǎn)以來，我公司對凈化系統(tǒng)做了大量的技改工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高負(fù)荷、長周期、安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。但由于凈化系統(tǒng)改造后工況發(fā)生了變化，原料CO2氣有機(jī)硫含量高，造成尿素合成塔腐蝕嚴(yán)重，多次因腐蝕泄漏而停車，對尿素系統(tǒng)長周期安全運(yùn)行帶來了較大威脅。通過對尿素脫硫系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)了尿素系統(tǒng)的長周期安全穩(wěn)定生產(chǎn)，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 新系統(tǒng)變換存在的問題及改造

1.1 帶飽和熱水塔中串低變換工藝存在的問題

針對裝置存在設(shè)備腐蝕大，中變換熱器及水加熱器相變及H2S腐蝕嚴(yán)重，一臺新?lián)Q熱器使用周期只有一年，變換系統(tǒng)因設(shè)備泄漏多次造成停車；蒸汽消耗高，噸氨耗高壓蒸汽1.1t左右；飽和熱水塔熱水需用氨水調(diào)節(jié)pH值，排污環(huán)保壓力大等問題，我公司決定采用全低變工藝取代已有的帶飽和熱水塔中串低變換工藝，于2005年3月份改造完畢并投運(yùn)。

1.2 改造概況

增加1臺換熱器，1臺冷激塔，取消飽和熱水塔。用飽和塔作為除油劑塔，熱水塔當(dāng)通道。中變爐一段上層裝填抗氧劑，中、低變爐其余部位裝填低變催化劑。原稀氨水泵用作冷激塔軟水泵。整個(gè)技改工程投入資金500余萬元，一年半可收回成本。

1.3 改造后運(yùn)行效果

改造后噸氨耗蒸汽0.3t，每年節(jié)能降耗效益達(dá)350萬元以上。生產(chǎn)能力有了較大提高，從原總氨100kt／a提高到130kt／a，操作穩(wěn)定，設(shè)備腐蝕輕微，沒有一次因全低變而停車，實(shí)現(xiàn)了變換系統(tǒng)的長周期安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。老系統(tǒng)變換于2007年底技改為全低變工藝。

2 脫碳改造

2.1 GV雙塔再生脫碳存在的問題

GV雙塔再生脫碳投運(yùn)后，達(dá)不到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。半貧液再生效果差，導(dǎo)致吸收能力差，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力處理氣量為55 000m3／h，但實(shí)際生產(chǎn)能力只有44 000m3／h。針對這一問題，我們將高壓再生塔貧液引70m3／h到低壓再生塔半貧液段，一方面增加再沸器的熱負(fù)荷，通過蒸汽加熱獲得再生所需熱量；另一方面提高半貧液的再生效果，從而提高半貧液的吸收能力。改造后，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)過55 000m3／h量的目標(biāo)。

GV雙塔再生脫碳工藝經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果差，主要問題是蒸汽消耗高，噸氨耗蒸汽3.0t以上；再生部分管線腐蝕嚴(yán)重，開車1a后經(jīng)常因腐蝕泄漏造成系統(tǒng)停車；生產(chǎn)操作彈性小，生產(chǎn)負(fù)荷在55 000m3／h（五機(jī)量）的工況下，蒸汽用量稍有減少，則易引起吸收塔出口CO2超標(biāo)；運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備多，調(diào)節(jié)較復(fù)雜，生產(chǎn)操作繁瑣；化工原材料消耗及電耗高，一年運(yùn)行費(fèi)用在800萬元以上。針對上述問題，決定采用變壓吸附（PSA）脫碳工藝取代GV脫碳雙塔再生工藝，于2004年3月份建成投產(chǎn)。

2.2 改造后運(yùn)行效果

變壓吸附在運(yùn)行過程中，對系統(tǒng)負(fù)荷的變化適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力可達(dá)70 000m3／h，操作簡單，只需根據(jù)負(fù)荷變化情況對循環(huán)時(shí)間作適當(dāng)調(diào)整即可，氫回收率≥98%，氮回收率≥95%，對穩(wěn)定系統(tǒng)、降低消耗起到了重要作用，不考慮有效氣體損失，年運(yùn)行費(fèi)用90萬元。為此，公司于2007年底在老系統(tǒng)新建1套120 000m3／h全吹掃流程變壓吸附裝置，用于處理兩套合成氨的變脫氣；新建1臺1 000m3的CO2氣柜，供兩套尿素生產(chǎn)所需CO2原料氣。

3 變換、脫碳改造后對尿素生產(chǎn)的影響及解決辦法

3.1 改造后工況的變化

全低變改造后，由于催化劑層溫度較低，在360℃左右，蒸汽用量少，一般噸氨耗蒸汽0.3t，降低了有機(jī)硫在變換工序的轉(zhuǎn)化度。我公司半水煤氣中有機(jī)硫含量一般在800～1 400mg／m3，改造后變換出口有機(jī)硫≥10mg／m3，最高時(shí)達(dá)25mg／m3。熱甲堿脫碳改為變壓吸附脫碳后，有機(jī)硫和無機(jī)硫在變壓吸附脫碳工序全部被吸附，在再生時(shí)解吸出來，除一部分隨著再生氣放空外，其余全部回到CO2氣柜中，這樣，造成尿素的原料CO2氣中有機(jī)硫達(dá)35mg／m3左右，而在尿素裝置又沒有處理有機(jī)硫的措施，所以，尿素合成塔腐蝕嚴(yán)重，2008年上半年因尿素合成塔腐蝕泄漏停車3次，嚴(yán)重威脅尿素裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。

3.2 有機(jī)硫含量高的解決辦法

針對技改后有機(jī)硫高的問題，公司決定在全低變后增加有機(jī)硫水解塔，用原飽和熱水塔下段熱水塔作為水解塔，裝填水解劑；由于水解塔進(jìn)口溫度要控制在135～175℃，我們專門設(shè)計(jì)了副線，使部分低變爐出口氣不經(jīng)換熱器換熱直接進(jìn)水解塔，以保證水解塔的溫度。技改后，水解塔出口有機(jī)硫含量≤5mg／m3，CO2產(chǎn)品氣中有機(jī)硫含量≤10mg／m3。針對CO2產(chǎn)品氣中有機(jī)硫含量仍然較高的狀況，我們將尿素CO2壓縮機(jī)三段四臺脫硫塔中的兩臺改裝有機(jī)硫水解劑。為了保證水解塔進(jìn)口溫度在60～80℃，在水解塔進(jìn)口增加1臺蒸汽加熱器，用于水解塔提溫；在水解塔出口增加循環(huán)水冷卻器，用于將水解塔出口氣體溫度降到40℃，從而保證脫硫塔脫硫效果。在尿素CO2壓縮機(jī)二段增加了2臺脫硫塔，用于脫除CO2氣中絕大部分H2S，使進(jìn)三段水解塔氣體中的H2S≤10mg／m3，為有機(jī)硫的水解創(chuàng)造良好條件。有機(jī)硫水解后，原料CO2氣進(jìn)入一臺脫硫塔進(jìn)一步脫硫后，使A31總硫≤10mg／m3，完全滿足了尿素生產(chǎn)對入合成塔總硫的要求。自2008年7月份技改以來，尿素合成塔運(yùn)行穩(wěn)定，內(nèi)襯腐蝕速率控制在允許的范圍內(nèi)，保證了尿素系統(tǒng)的長周期、高負(fù)荷、安全運(yùn)行。

4 結(jié) 語

我公司凈化系統(tǒng)通過近五年的不斷改造，工藝逐步完善，現(xiàn)已改造為全低變變換、栲膠脫硫、變壓吸附脫碳、聯(lián)醇帶烴化工藝，裝置生產(chǎn)能力得到較大提高，由年產(chǎn)總氨180kt提高到200kt；生產(chǎn)負(fù)荷及操作彈性大，系統(tǒng)沒有一次因加減負(fù)荷及操作控制發(fā)生事故，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行；節(jié)能降耗顯著，年經(jīng)濟(jì)效益共計(jì)達(dá)3 000余萬元，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。雖然技改后尿素系統(tǒng)曾出現(xiàn)過一些問題，但通過進(jìn)一步技改后，尿素系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了長周期高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，使公司生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了良性發(fā)展。