普理森蒸餾系統(tǒng)停運(yùn)利弊探討

趙思坦，賀盛利

(云南水富云天化有限公司合成車間，云南水富657800)

普里森裝置是20世紀(jì)80年代從國外引進(jìn)的環(huán)保裝置，用于處理合成系統(tǒng)連續(xù)排出的馳放氣，其中主要含氨、氫和氮。該裝置可以有效降低燃燒氣中氨的含量，使煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，減輕對環(huán)境的污染。整套裝置由4部分組成，分別為:預(yù)處理、氫分離、蒸餾、低壓洗滌。

蒸餾系統(tǒng)是處理來自高壓洗滌塔(201E)1.2 m3/h和低壓洗滌塔(206E)0.3 m3/h的稀氨水，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17% ～20%;蒸餾出的產(chǎn)品氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%，塔底稀氨水(氨含量小于50 mg/kg)則送往尿素或轉(zhuǎn)化 2004－L［1］。

1 問題分析

合成氨裝置在2002年增產(chǎn)改造后，增加了低壓洗滌系統(tǒng)，導(dǎo)致裝置的蒸餾塔(208－E)出現(xiàn)負(fù)荷增加、分布器堵塞、液體分布不好等問題，并且每年都會(huì)出現(xiàn)多次的系統(tǒng)波動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)品氨的濃度下降，回收率下降。因208－E能力有限，為了保證208－E的運(yùn)行，只有降低206－E的洗滌水量，從而造成206－E出口馳放氣氨含量高，既不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保。

2 解決方案及實(shí)施

為了解決蒸餾系統(tǒng)波動(dòng)帶來的問題，車間對普里森蒸餾和低壓洗滌系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。改造后的裝置運(yùn)行情況達(dá)到了理想的效果，現(xiàn)就對改造前后的情況進(jìn)行說明和比較。

2.1 改造前工藝流程

蒸餾系統(tǒng)改造前流程如圖1。

圖1 蒸餾系統(tǒng)技改前流程圖Figure 1 The flow chare before distillation system technical renovation

從107－F出來的閃蒸氣與從109－F經(jīng)過126－C冷卻后的閃蒸氣一起被送到低壓洗滌塔206－E。在206－E內(nèi)被216－C來的冷凝液洗滌，尾氣被引到一段轉(zhuǎn)化爐101－B燃燒系統(tǒng)。塔底出來的氨水經(jīng)過泵加壓后，與201－E出來的氨水匯合，送到氨蒸餾系統(tǒng)。從預(yù)處理系統(tǒng)201－E和206－E匯合來的氨水，在212－C管側(cè)與208－E處理過的稀氨水換熱后，進(jìn)入蒸餾塔中部蒸餾段。在塔內(nèi)與塔底蒸發(fā)上升的介質(zhì)進(jìn)行傳質(zhì)交換，沸點(diǎn)低的介質(zhì)被蒸發(fā)，并在塔上部精餾段與回流接觸，得到氨純度大于98.5%的氣氨。經(jīng)過210－C被水冷卻為液氨，經(jīng)一個(gè)液位調(diào)節(jié)器(PIC－210)控制210－C的換熱面積，從而達(dá)到控制蒸餾系統(tǒng)的壓力的目的。冷卻后的液氨在214－F內(nèi)儲(chǔ)存，經(jīng)過213－J氨泵加壓后，一部分經(jīng)過FIC－213控制作為蒸餾塔的回流氨，剩余的氨經(jīng)過LIC－214調(diào)節(jié)閥控制，多余的液氨送到125－J入口成為產(chǎn)品氨。

2.2 改造后工藝流程

蒸餾系統(tǒng)改造后的工藝流程如圖2。

圖2 蒸餾系統(tǒng)技改后流程圖Figure 2 The flow chart after distillation system technical renovation

改造后新增加3根管線，分別為:①來自112－J的冷凝液引至216－C入口，該管上加了一止逆閥，以防氣體倒入冷凝液;②206－E塔底氨水泵新加旁路;③將原有合成到尿素稀氨水管道連通，206－E和211－F出來的稀氨水不經(jīng)過212－C去蒸餾，直接送往尿素。增加的3根管線可以將208－E、207－J、213－J停開，由112－J來的壓力為0.8MPa的冷凝液直接加入低壓洗滌塔206－E洗滌來自107－F和109－F閃蒸氣。洗滌后的稀氨水由207－J旁路送去尿素水解系統(tǒng)，塔頂經(jīng)洗滌后的氣體送去一段爐燃燒。

3 技改效果

3.1 節(jié)能降耗

技改之前，由于FIC－208閥門異響、208－E分布器和填料堵塞等原因造成蒸餾系統(tǒng)開停車次數(shù)比較頻繁。停開蒸餾系統(tǒng)，徹底解決了蒸餾運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，減少了停車次數(shù)，降低了維修費(fèi)用以及蒸汽消耗，使操作更加簡單，工況更穩(wěn)定。

3.2 挖潛增效

206－E入口低壓洗滌氣設(shè)計(jì)氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%左右，每小時(shí)可以洗滌出氨30～40 kg。但因蒸餾系統(tǒng)208E能力有限，使206－E洗滌水流量偏低，只能達(dá)到0.06 m3/h左右，導(dǎo)致洗滌效果差，出口尾氣氨含量較高。使得有20～30 kg/h的氣氨未洗滌下來，這些未洗滌下來的氣氨與未滲透氣一起進(jìn)入一段爐燃燒，氨含量升高會(huì)使101 B煙氣氮氧化物超標(biāo)，污染環(huán)境。

此外，在氨改后由于裝置蒸餾塔208－E負(fù)荷增加、導(dǎo)致分布器堵塞液體分布不好等原因，每年都會(huì)出現(xiàn)多次的系統(tǒng)波動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)品氨的濃度下降，塔底出口氨水濃度升高，氨的回收率下降。

經(jīng)過技改后，降低了氨損耗，提高了氣氨的回收率，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 安全環(huán)保

以往207－J機(jī)封漏氨、漏油，對人身安全和環(huán)境都有一定影響，機(jī)封檢修過多次也沒有徹底解決漏氨問題。車間只能采取對漏出的稀氨水進(jìn)行回收，將稀氨水用桶盛滿后倒至脫鹽中和池，減少環(huán)境污染。停207－J、213－J，不但減少了設(shè)備維修費(fèi)用，每年還能節(jié)約電能、減少油耗、減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，為安全和環(huán)保提供了保障。

3.4 減少檢修工作量

根據(jù)檢修工單統(tǒng)計(jì)，從2004年1月到2009年技改前，蒸餾系統(tǒng)、213－J、207－J等各類檢修工單就高達(dá)100多項(xiàng)，給檢修增加了大量工作。此外，還增加了材料消耗，從而增加了生產(chǎn)成本。蒸餾系統(tǒng)的停運(yùn)技改，基本消除了上述隱患，從而提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1 多回收氨

改造后206－E洗滌水量提高，F(xiàn)I206為0.25 m3/h，使得206－E尾氣氨含量降到mg/kg級。相關(guān)參數(shù)見表1所示。

表1 206－E氣相出口氨含量Table 1 Ammonia content of 206－E exit

從表1可看出，實(shí)施后206－E洗滌效果明顯改善，其出口氣中氨體積分?jǐn)?shù)由7.558%降低至0.024%，且從分析結(jié)果看更多時(shí)候均低于0.01%;其次，206－E出口氣量(FI－206－2)根據(jù)裝置負(fù)荷不同而不同，一般情況下在400～500 m3/h之間，為能更好結(jié)合實(shí)際情況，計(jì)算時(shí)取其最低值，也就是400 m3/h。

則蒸餾系統(tǒng)停開后多回收氨量為:

式中:ΔCNH3:氨平均濃度差;V:206E出口氣體流量;M(NH3):氨摩爾質(zhì)量。

公司液氨成本價(jià)為159 2.82元/t;裝置年運(yùn)行時(shí)間按300天計(jì)，即7 200 h計(jì)算，則停開蒸餾系統(tǒng)后多回收氨帶來的經(jīng)濟(jì)效益為:

4.2 節(jié)約電耗

207－J、213－J功率見表2所示。

表2 207－J/213－J功率表［2］Table 2 Power of 207－J/213－J

電價(jià)按平均0.38元/kW·h進(jìn)行計(jì)算，則停開蒸餾系統(tǒng)后節(jié)約電耗帶來的經(jīng)濟(jì)效益為:

4.3 P－2泵增加的電耗

合成低壓洗滌無動(dòng)力回收氨技改中，稀氨水直接送至尿素水解冷凝器Φ(E－3)，冷凝吸收后經(jīng)P－2A/B送入尿素循環(huán)系統(tǒng)低壓甲銨冷凝器(302－C/CB)。在該過程能耗的計(jì)算中，因稀氨水直接送至E－3，僅考慮冷凝液吸收輸送泵P－2A/B增加流量后的動(dòng)力消耗(技改實(shí)施后，該泵未進(jìn)行更換);同時(shí)302－C/CB的作用是冷凝吸收高壓系統(tǒng)未反應(yīng)的氨和二氧化碳，尿素工藝中需向302－C/CB加入冷凝吸收液，故回收合成稀氨水后，P－2A/B流量的增加對后續(xù)系統(tǒng)沒有影響。

僅考慮P－2A/B增加流量后的動(dòng)力消耗，計(jì)算中，以2011年9月19日回收合成稀氨水前后，P－2A/B實(shí)測電流如表3所示。

由表3可知，回收合成稀氨水期間，尿素P－2泵每小時(shí)增加的能耗為0.75 kW。

表3 P－2泵回收稀氨水前后工況比較［2］Table 3 P－2 working conditions of before and after recycling dilute aqua ammonia

因合成稀氨水送E－3流量穩(wěn)定(每小時(shí)約為1.5 m)，則尿素P－2每年增加消耗的能耗成本為:

C=0.75×0.38×7 200=2 052元/年

故合成低壓洗滌無動(dòng)力回收氨技改，稀氨水直接送至尿素水解冷凝器，每年需消耗的能耗為2 052元。

4.4 年經(jīng)濟(jì)效益

蒸餾系統(tǒng)停開后年度總經(jīng)濟(jì)效益為:

E=A+B－C=270 695元/年

5 存在弊端與防范措施

2009年9月22日，普里森蒸餾系統(tǒng)停運(yùn)建議實(shí)施投用，合成稀氨水長期送尿素701－F。2009年9月24日，安環(huán)部對尿素氨水儲(chǔ)槽701－F頂部排氣管口作安全測爆分析，發(fā)現(xiàn)其氫體積分?jǐn)?shù)約10%，已經(jīng)達(dá)到氫的爆炸極限范圍(4% ～75%)，此時(shí)裝置已處于極不安全狀態(tài)，存在安全隱患。

5.1 原因分析

由于氫微溶于水，根據(jù)亨利定律，氣體的溶解度與其分壓成正比，當(dāng)分壓高時(shí)溶于水中的氫量也會(huì)增加;蒸餾系統(tǒng)停運(yùn)后，201E、206E的氨水直接送到尿素，沒有經(jīng)過蒸餾，導(dǎo)致氨水里溶解的氫一起送到701－F，氫氣逸出，將累積在設(shè)備與放空系統(tǒng)內(nèi)，易產(chǎn)生著火和爆炸事故［3］。

5.2 防范措施

1)因701－F排氣端有氧，溶解有氫的氨水送701－F，存在安全隱患，因此，將氨水改送E－3入口處(如圖1);經(jīng)E－3冷凝吸收后送至循環(huán)系統(tǒng)。

稀氨水回收至尿素E－3時(shí)，該處壓力在0.26 MPa，在操作中為了順利送至E－3回收，首先將稀氨水送至尿素701－F正常后，再切換到E－3。在701－F和E－3切換過程中，盡量縮短稀氨水在701－F的停留時(shí)間，還應(yīng)對701－F進(jìn)行連續(xù)充氮置換閃蒸逸出的氫。

2)因氫在氨水中的溶解度與分壓成正比，要求PIC－211與PIC－206－2壓力控制在0.6MPa，以降低氫的溶解度。

6 結(jié)語

普理森蒸餾系統(tǒng)的停開，有效的降低了206E出口氣體氨濃度，大量減少了檢修工作，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，也降低了發(fā)生安全環(huán)保事故的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］云南云天化股份公司內(nèi)部資料.日產(chǎn)1500噸合成氨裝置工藝手冊［Z］.云南:云南云天化股份公司.

［2］云南云天化股份公司內(nèi)部資料.合成低壓洗滌無動(dòng)力回收氨技改及鑒定報(bào)告［R］.云南:云南云天化股份公司.

［3］胡祥基.701－F氫濃度超標(biāo)原因分析及對策［D］.云南:云南云天化股份公司，2009.