殷聯(lián)剛
(陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司,陜西渭南 714000)
陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司520 kt/a的ACES尿素裝置于1996年建成投產(chǎn),經(jīng)過不斷的消化吸收和優(yōu)化改進(jìn),整體上裝置運(yùn)行狀況良好;按照設(shè)計(jì)要求,其解吸水解系統(tǒng)排放工藝?yán)淠褐械陌焙湍蛩睾繎?yīng)不大于1×10-6,但實(shí)際情況是,2009年裝置進(jìn)行進(jìn)一步改造后,解吸水解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況仍未能達(dá)到最初的設(shè)計(jì)要求。然而,隨著環(huán)保形勢的日益嚴(yán)峻,解吸水解系統(tǒng)排放工藝?yán)淠耗芊襁_(dá)標(biāo)(或接近指標(biāo))就顯得格外重要了。
520 kt/a的ACES尿素裝置解吸水解系統(tǒng)主要包括工藝?yán)淠浩崴―A501)、尿素水解塔(DA502)、工藝?yán)淠浩崴A(yù)熱器(EA504)、尿素水解塔預(yù)熱器(EA505)、工藝?yán)淠罕茫℅A501A/B)、尿素水解塔給料泵(GA502A/B)、工藝?yán)淠夯厥毡茫℅A505A/B)等設(shè)備,其工藝流程及相關(guān)參數(shù)(設(shè)計(jì)值)如下。
來自蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝?yán)淠河善崴o料泵(GA501)送往工藝?yán)淠浩崴―A501)的預(yù)熱器(EA504),進(jìn)料流量(FI504)40~43 t/h,被加熱到130℃(T506)后進(jìn)入DA501頂部。工藝?yán)淠浩崴―A501)由上塔和下塔2部分組成,塔內(nèi)共有50塊篩板,操作壓力(P501)為0.29 MPa,利用直接進(jìn)入塔底的低壓蒸汽將冷凝液中的NH3和CO2汽提出來。工藝?yán)淠航?jīng)過DA501的汽提,上塔塔頂氨含量7.61%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、CO2含量6.49%的氣體經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥(PICA501)控制壓力后,溫度(T507)為136℃送入低壓分解器(DA202)回收其中的NH3和CO2;上塔底部的工藝?yán)淠褐腥院? 000×10-6的尿素,此部分冷凝液用尿素水解泵(GA502)送往尿素水解塔預(yù)熱器(EA505)加熱后,再去尿素水解塔(DA502)底部。在DA502內(nèi),含有尿素的工藝?yán)淠罕坏撞克腿氲闹袎赫羝苯蛹訜?,在溫度(T511)205℃、壓力(P502)1.96 MPa條件下,經(jīng)42 min的停留,尿素充分水解為 NH3和 CO2。出水解塔頂部的氣體經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥(PV502)進(jìn)入DA501上塔第12塊塔板作汽提氣用,DA502底部的液體(尿素含量<5×10-6),在EA505中與尿素水解塔給料泵(GA502A/B)送來的工藝?yán)淠簱Q熱后,經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥(LV504)返回DA501下部,通過汽提進(jìn)一步回收NH3和CO2。處理后的工藝?yán)淠簹堄嗄蛩睾亢桶焙烤鶠?×10-6,溫度(T508)≥146℃,此冷凝液從DA501下塔底部出來,與GA501A/B送來的工藝?yán)淠簱Q熱后,用工藝?yán)淠夯厥毡茫℅A505A/B)送出界區(qū)。
按設(shè)計(jì)要求,解吸水解系統(tǒng)排放工藝?yán)淠褐械陌焙湍蛩睾烤淮笥?×10-6,但在整個(gè)ACES尿素裝置前系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定、解吸水解系統(tǒng)進(jìn)料符合要求的情況下,解吸水解系統(tǒng)排放工藝?yán)淠褐械哪蛩睾拷咏O(shè)計(jì)值(≤1×10-6,滿足尿素車間尿素含量≤10×10-6的指標(biāo)要求),氨含量不能滿足不大于1×10-6的設(shè)計(jì)要求,有時(shí)甚至超過尿素車間氨含量≤10×10-6的指標(biāo)要求,導(dǎo)致動(dòng)力車間離子交換樹脂有癱瘓的可能。2017年解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。
表1 2017年解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)
據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn),排放工藝?yán)淠褐械哪蛩睾炕旧夏軡M足設(shè)計(jì)要求,但氨含量明顯偏高,這表明尿素水解塔(DA502)水解尿素的能力是沒有問題的。那么,尿素廢液氨含量偏高的原因應(yīng)該是工藝?yán)淠褐械陌蔽吹玫接行幚恚ㄆ?、解吸)?/p>
整個(gè)解吸水解系統(tǒng)分為解吸和水解2個(gè)過程。解吸是吸收的逆過程,處理尿素生產(chǎn)中的工藝?yán)淠?,一般是在解吸塔(DA501)底直接通入蒸汽,工藝?yán)淠侯A(yù)熱后從塔頂送入,只要其NH3和CO2的平衡分壓大于氣相中相應(yīng)的分壓,即可將液相中的NH3和CO2逐出。高溫和低壓有利于解吸,解吸塔(DA501)的操作壓力稍高于分解系統(tǒng)的壓力,以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
ACES尿素工藝解吸水解系統(tǒng)解吸段主要由工藝?yán)淠侯A(yù)熱器(EA504)和工藝?yán)淠浩崴―A501)2臺(tái)設(shè)備組成。EA504的主要作用是利用DA501底部出來的工藝?yán)淠簩碜哉舭l(fā)工段的工藝?yán)淠侯A(yù)熱到130℃,而實(shí)際上目前預(yù)熱器出液溫度(T506)基本上在120℃以下,由于工藝?yán)淠哼M(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料,這就會(huì)造成DA501進(jìn)液中氨含量偏高,DA501頂部幾塊塔板(尤其是頂部第1塊塔板和第2塊塔板)氣液相間的傳質(zhì)傳熱推動(dòng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,造成進(jìn)入DA502的工藝?yán)淠褐邪焙砍瑯?biāo);而在DA502中,主要進(jìn)行尿素水解反應(yīng),氨將存在于整個(gè)液相中,隨著尿素水解反應(yīng)的進(jìn)行,液相中的氨含量繼續(xù)升高,進(jìn)入到DA501下部后,液相中氨含量超出DA501下塔的設(shè)計(jì)處理能力,從而使最終排放的工藝?yán)淠褐械陌焙砍瑯?biāo)。
另外,尿素水解塔(DA502)運(yùn)行參數(shù)也是影響排放工藝?yán)淠褐邪焙康囊粋€(gè)重要因素。設(shè)計(jì)要求 DA502頂部壓力(P502)1.96 MPa、溫度(T511)205℃,而實(shí)際上DA502頂部壓力1.74~1.85 MPa、溫度197~200℃,這種改變能保證排放工藝?yán)淠褐械哪蛩睾窟_(dá)標(biāo),但不能完全保證排放工藝?yán)淠褐械陌焙窟_(dá)標(biāo)。
引起工藝?yán)淠喊焙砍瑯?biāo)的設(shè)備方面的原因,主要是尿素裝置設(shè)備老化問題突出,解吸水解系統(tǒng)設(shè)備亦是如此。由于EA504換熱效果下降、DA501內(nèi)部塔盤出現(xiàn)松動(dòng)等問題,導(dǎo)致偏流等異常狀況存在,從而改變了DA501內(nèi)氣液相流動(dòng)的狀態(tài),進(jìn)而影響物料之間的熱量傳遞、動(dòng)量傳遞與質(zhì)量傳遞,最終導(dǎo)致排放工藝?yán)淠褐械陌焙砍瑯?biāo)。
對于解吸水解系統(tǒng)進(jìn)料溫度偏低的問題,工藝方面采取的處理措施是穩(wěn)定前系統(tǒng)(合成、分解回收、蒸發(fā))的運(yùn)行,以保證解吸水解系統(tǒng)工藝?yán)淠哼M(jìn)液組分(S501、S503)在指標(biāo)范圍內(nèi)且相對穩(wěn)定,即沿著有利于進(jìn)料溫度(T506)升高的方向調(diào)整解吸水解系統(tǒng)的狀況。
針對當(dāng)前前系統(tǒng)尤其是蒸發(fā)系統(tǒng)波動(dòng)引起的進(jìn)入解吸水解系統(tǒng)工藝?yán)淠褐械哪蛩睾可仙?,系統(tǒng)進(jìn)行了如表1所示的相關(guān)調(diào)整,導(dǎo)致最終排放工藝?yán)淠褐械陌焙可仙H欢?,分析與對比2015年的運(yùn)行數(shù)據(jù)(見表2)和2017年的運(yùn)行數(shù)據(jù)(表1),我們可得出這樣的結(jié)論:適當(dāng)提高水解塔(DA502)頂部壓力(P502),有利于維持DA502較高的溫度(T511),有利于尿素的水解,從而降低DA502出液組分中的尿素含量;但較高的系統(tǒng)壓力不利于氨的解吸,最終導(dǎo)致出液中氨含量升高。
由此,我們制訂了如下處理措施:① 適當(dāng)降低DA502的操作壓力,即將P502控制在1.60 MPa左右,溫度(T511)維持在197℃以上,這樣既可保證解吸水解系統(tǒng)排放工藝?yán)淠褐械哪蛩睾繚M足設(shè)計(jì)指標(biāo)(完全可達(dá)到尿素車間排放工藝?yán)淠褐械哪蛩睾俊?0×10-6的規(guī)定),又會(huì)明顯降低排放工藝?yán)淠褐械陌焙?,使其完全滿足車間級指標(biāo)要求,達(dá)到環(huán)保排放的標(biāo)準(zhǔn);②適當(dāng)提高DA501的操作溫度,但其頂部溫度(T507)不能超過139℃,盡量降低進(jìn)入分解系統(tǒng)的NH3和CO2含量(否則會(huì)對低壓分解和蒸發(fā)系統(tǒng)造成一定的影響),以利于降低排放工藝?yán)淠褐械陌焙俊?/p>
表2 2015年解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)
對于因EA504換熱效率降低引起的進(jìn)料溫度偏低問題,可在檢修期間對EA504進(jìn)行徹底除垢清洗,在設(shè)備達(dá)到使用年限后也可考慮進(jìn)行更新。對于DA501內(nèi)部塔盤松動(dòng)等設(shè)備本體方面的問題,可擇機(jī)對其內(nèi)部進(jìn)行徹底檢查和修復(fù)。
目前,環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻,而同時(shí)我們面臨的問題是設(shè)備老化問題突出、動(dòng)力車間離子交換樹脂處理能力下降,這就對尿素車間解吸水解系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高、更嚴(yán)苛的要求。因此,運(yùn)行期間工藝方面首先應(yīng)盡量保證整套ACES尿素裝置的平穩(wěn)運(yùn)行,避免因前系統(tǒng)的波動(dòng)導(dǎo)致解吸水解系統(tǒng)的紊亂和波動(dòng);其次,由于蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況直接影響著解吸水解系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與否,加之引起蒸發(fā)系統(tǒng)波動(dòng)的原因較多,因此必須嚴(yán)密監(jiān)控蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況;再者,需對解吸水解系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。設(shè)備方面,要針對查找出的短板問題對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的檢查和修復(fù)(或更新)。上述措施全部落實(shí)后,解吸水解系統(tǒng)排放工藝?yán)淠褐械陌焙靠蛇_(dá)到車間級指標(biāo)要求,可望接近設(shè)計(jì)值,從而確保尿素裝置的環(huán)保運(yùn)行。