大型尿素裝置的外排治理與改造措施

倪超偉，謝鴻適，韓永良

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司一化肥是我國1978年引進的三套渣油制氨生產(chǎn)尿素的大型化肥裝置之一，尿素裝置采用荷蘭斯太米卡邦公司二氧化碳汽提工藝，設計能力為年產(chǎn)小顆粒尿素520kt。在生產(chǎn)過程中，隨著裝置的滿負荷或超負荷運行，解吸廢水中NH3、Ur、NH3－N、pH值指標難于控制，尿素粉塵外排量增大，地面外排水就地排放量大大增加，裝置無法實現(xiàn)地面水零排放。通過技術(shù)改造、引進粉塵回收技術(shù)、優(yōu)化工藝操作等手段，使解吸廢水中的NH3、Ur、NH3－N、pH值指標得到有效控制，工藝尾氣、尿素粉塵、地面外排水得到合理回收，實現(xiàn)了裝置的節(jié)能、降耗、清潔、環(huán)保生產(chǎn)。

1 優(yōu)化工藝操作，控制解吸廢水外排指標

解吸水解系統(tǒng)是尿素裝置配套的工藝冷凝液處理環(huán)保工序，主要是對尿素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝冷凝液中的氨、二氧化碳、尿素（NH3、CO2、NH2CONH2）進行處理回收。解吸水解系統(tǒng)運行的好壞，直接影響到解吸廢水中NH3含量、Ur含量、NH3－N含量、pH值指標是否合格（公司控制指標是NH3－N≤40mg／L；NH3≤67mg／L；Ur≤200mg／L；pH值6～9）。

多年操作實踐證明，要確保裝置解吸廢水中含有的NH3－N、NH3、Ur、pH值在控制指標內(nèi)，要從以下幾方面進行優(yōu)化操作與控制。

1.1 降低氨水槽中工藝冷凝液濃度

本裝置要求氨水槽工藝冷凝液中NH3含量在6%以下、Ur含量在1.67%以下。當氨水槽中工藝冷凝液濃度增加后，解吸水解系統(tǒng)的用汽量將增大，解吸水解工況大幅波動，導致外排解吸廢水中的NH3－N、NH3、Ur和pH超標。表1為氨水槽工藝冷凝液中NH3、Ur含量對解吸廢水中NH3－N、NH3、Ur含量和pH值影響的幾組數(shù)據(jù)。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，需穩(wěn)定優(yōu)化解吸水解系統(tǒng)，確保裝置外排水合格。要降低氨水槽工藝冷凝液中的NH3、Ur含量，應從以下幾個方面優(yōu)化。

（1）提高汽提效率。提高汽提塔201－C的汽提效率，將汽提效率控制在80.50×10－2以上，201－C出液熔融尿液中NH3和CO2降至于7.3 ×10－2和9.5×10－2以下，這樣就可使進入吸收塔303－E尿液中的NH3和CO2相應減少，最終將使氨水槽中工藝冷凝液濃度降低。

表1 氨水槽工藝冷凝液中NH3、Ur含量對外排水NH3－N、NH3、Ur含量、pH值影響對比表

（2）提高精餾效果。用來自蒸汽包201－FA／FB的低壓蒸汽和來自第二高壓氨加熱器104－C的低壓蒸汽對301－ECA進行加熱，將其溫度控制在約135℃；通過來自203－C的密閉循環(huán)水對301－ECB加熱，控制精餾塔301－E出液溫度TI301在130～135℃，這樣能有效減少進入蒸發(fā)系統(tǒng)尿液中的游離NH3和CO2含量，進而降低了氨水槽中工藝冷凝液的濃度。

（3）嚴格控制低壓甲銨冷凝器301－C的冷凝溫度。從NH3和CO2冷凝成甲銨的反應式分析：

可知降低301－C的冷凝溫度，有利于反應向右平移，即有利于提高低壓系統(tǒng)吸收效果。同時，為防止甲銨結(jié)晶，應把301－C的冷凝溫度控制在55℃，這對降低氨水槽中工藝冷凝液濃度是十分有利的。

（4）排查是否有高濃度的介質(zhì)進入氨水槽。高壓氨泵排放閥漏、高壓甲銨泵柱塞填料漏、低壓排放閥漏、低壓甲銨冷凝器下液閥漏、高壓氨泵進出口管線上的安全閥啟跳或泄漏、接收二化肥高濃度的稀氨水等，這些因素均能引起氨水槽工藝冷凝液中NH3、Ur的濃度升高。若氨水槽中工藝冷凝液濃度較高，要對以上因素進行逐個排查，確保無高濃度的介質(zhì)進入氨水槽。

1.2 優(yōu)化水解工況

在解吸后的工藝冷凝液中尚含有1.6%～3.5%（質(zhì)量分率）的尿素，工藝冷凝液進入水解塔703－E，在水解塔703－E內(nèi)進一步水解。對水解工況進行優(yōu)化，提高尿素的水解率，使外排解吸廢水中Ur含量控制在200mg／L以內(nèi)。

（1）提高水解塔塔底溫度。從尿素水解反應分析，提高操作溫度，有利于尿素的水解反應。在保證水解壓力的情況下，通過調(diào)整進入水解塔703－E 2.5MPa蒸汽量，使塔底的溫度盡量控制在200～205℃。

（2）保持水解塔有較高的液位。保持一定高度的水解塔液位，使水解塔內(nèi)的工藝冷凝液有足夠的停留時間。在實際操作過程中，水解塔設計的停留時間為30～45min。若水解塔的液位低于70%時，工藝冷凝液在塔內(nèi)的停留時間就大大減少，尿素在水解塔內(nèi)的水解率降低，外排解吸廢水中Ur含量將明顯升高。

尤其在開停車或正常生產(chǎn)過程中，氨水槽中工藝冷凝液濃度升高，可通過放空筒的噴淋裝置向氨水槽加水，來降低氨水槽中工藝冷凝液濃度，優(yōu)化解吸水解系統(tǒng)工況，使外排解吸廢水合格。

2 尿素粉塵回收治理

尿素造粒塔采用自然式通風，每小時通風量為555 000m3。在生產(chǎn)過程中，造粒塔是尿素粉塵的主要產(chǎn)生源，在自然通風的形式下，融熔尿液在下落過程中凝固和冷卻成尿素顆粒，相應尿素造粒塔外排廢氣中就會夾帶有較多的尿素粉塵。經(jīng)實測，造粒塔外排氣中的尿素粉塵濃度為550～680mg／m3，即每天約有7t的尿素粉塵伴隨著造粒塔外排廢氣直接排入大氣。外排的大部分尿素粉塵落在周圍的地面上，不但造成了大氣污染，還會使附近的樹木、花草枯萎，嚴重威脅生產(chǎn)崗位人員和周圍居民的身體健康，影響公司的清潔文明生產(chǎn)形象。2010年底，采用了噴淋洗滌法對造粒塔外排氣中的尿素粉塵進行回收治理技術(shù)改造，尿素粉塵回收裝置洗滌部分置于造粒塔上方，采用原塔自然通風和循環(huán)液吸收，利用先進水幕器和順觸吸收器，與含有尿素粉塵的熱氣接觸，將尿素粉塵吸收在循環(huán)液中，待濃度達到10%以上時，排入生產(chǎn)系統(tǒng)。

2.1 回收原理

融熔尿素在造粒過程中，形成的粉塵和冷卻空氣在頂部出風口處，與循環(huán)吸收液體（用水解廢液補充消耗水）接觸，形成濃度10%～15%的尿素溶液后，排往尿液槽，以補入生產(chǎn)系統(tǒng)。在回收過程中，往循環(huán)液槽加入低壓蒸汽，以調(diào)節(jié)循環(huán)液溫度，控制循環(huán)液溫度和循環(huán)液中尿素溶化物的濃度。

2.2 流程簡要說明

氣體流程 造粒塔內(nèi)熱氣經(jīng)過造粒間側(cè)面通道，熱壓頭增加后進入造粒間頂部噴淋吸收區(qū)，在吸收區(qū)上升的熱空氣中夾帶微粒尿素與下降的循環(huán)吸收液充分接觸后，再通過錯流捕水器除去夾帶的液體，進入分離段，經(jīng)過分離除去夾帶的液滴后排向大氣。

液體流程 將解吸廢液充入儲液槽704－F，704－F液位達到50%時，通過711－J／JA向304－F充液，304－F液位LI－305達到50%時，用305－J／JA直接將解吸廢液送入清洗噴頭，進行初步吸收及加液作用后落入液體收集槽，通過循環(huán)降液水道流入304－F，用305－J／JA進行不斷循環(huán)提濃，當循環(huán)吸收液尿素濃度升到10%時排入302－F，流程簡圖見圖1。

圖1 粉塵回收流程簡圖

通過三段吸收、三段分離，有效保證除塵效果和水氣分離，使外排氣中尿素粉塵的含量降至150mg／m3以下?；厥罩卫砬昂螅ㄔ谙到y(tǒng)負荷、蒸發(fā)流量、同一造粒噴頭且轉(zhuǎn)速相同的情況下）造粒塔外排氣中含尿素粉塵對比見表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，通過對造粒塔外排氣中尿素粉塵的回收治理，使外排氣中的尿素粉塵含量大大減少，有效地對尿素粉塵進行了回收，減少了空氣污染?；厥蘸写罅磕蛩胤蹓m的溶液，最后送入蒸發(fā)造粒系統(tǒng)進行造粒，增加了尿素產(chǎn)量，降低了能耗，很大程度減少了環(huán)境污染。

表2 回收治理前后尿素粉塵對比

3 全面回收地面外排水，實現(xiàn)裝置地面水零排放

自建廠以來，本裝置所有機泵軸承冷卻水和汽提塔201－C銫源冷卻水一直是就地排放，經(jīng)過實測，每天排放量為120m3，不但造成了大量循環(huán)冷卻水的浪費，還對地面形成了污漬污染。

隨著節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)工作的深入推行，通過對裝置區(qū)域內(nèi)的所有機泵軸承冷卻水和汽提塔201－C銫源冷卻水實施技術(shù)改造，對就地外排水進行全部回收。

回收措施 將裝置界區(qū)所有機泵軸承箱冷卻水和201－C銫源冷卻水回水管線匯集到一條回收總管上，送入一個儲槽710－F，再用泵710－J將儲槽710－F內(nèi)回收的冷卻水輸送至冷卻水回水總管8＃線，混入界區(qū)內(nèi)冷卻水中，以供循環(huán)使用。同時，為了控制回收儲槽710－F液位，710－J出口設置了一條回流管線，如圖2。

通過對機泵軸承箱冷卻水和銫源冷卻水系統(tǒng)進行技術(shù)改造，使整個裝置界區(qū)內(nèi)的地面外排水得到全部回收，經(jīng)計算，每年可以回收43 800m3的冷卻水，再將其循環(huán)使用，節(jié)約了水資源，減少了外排。同時，保證了機泵和銫源周圍環(huán)境的清潔衛(wèi)生，促進了清潔生產(chǎn)的推行，實現(xiàn)了地面水的零排放目標。

圖2 冷卻水回收流程示意簡圖

4 結(jié) 語

通過不斷提高工藝技術(shù)水平、優(yōu)化工藝操作、裝置技術(shù)改造等各項措施，使裝置外排物得到有效的回收和治理，降低了能耗，減少了污染。另外，本解吸水解裝置未采用深度水解工藝，在生產(chǎn)過程中，受許多因素的影響，易使解吸廢水中NH3－N、Ur、pH值超標。因此，在控制解吸廢水外排指標方面，還需要進一步的探索。