CO2汽提法尿素裝置尾氣治理技改總結(jié)

謝群力，趙小芳，呂丙航

(河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司 河南開封 475002)

河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司二分公司3套400 kt/a尿素裝置始建于2010年，其中A裝置和B裝置生產(chǎn)中顆粒尿素，C裝置生產(chǎn)大顆粒尿素，均采用CO2汽提工藝，單套設(shè)計(jì)尿素產(chǎn)能1 330 t/d，于2012年11月和2013年6月先后投產(chǎn)并達(dá)產(chǎn)達(dá)效，高壓系統(tǒng)A裝置和B裝置日產(chǎn)穩(wěn)定在1 400 t左右、C裝置日產(chǎn)穩(wěn)定在1 300 t左右。隨著電價(jià)調(diào)整后，在安全可控的條件下挖掘單套裝置的最大潛能，經(jīng)摸索攻關(guān)，目前單套中顆粒尿素裝置產(chǎn)能提高至1 530 t/d且運(yùn)行穩(wěn)定。但是裝置負(fù)荷增大后，排氣筒排煙量較大，尾氣中氨含量升高，在排氣筒下風(fēng)向處可不時(shí)聞到刺鼻的氨味。

針對(duì)出現(xiàn)的問題，通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，但仍無法解決問題。

1 排氣筒尾氣中氨含量高的原因分析

經(jīng)分析，排除了安全閥泄漏的原因，確定排氣筒尾氣中的氨主要來自常壓吸收塔的尾氣。常壓吸收塔的主要作用是吸收低壓系統(tǒng)低壓洗滌器的尾氣和解析水解系統(tǒng)回流冷凝器的尾氣，而后經(jīng)排氣筒進(jìn)行排放。隨著裝置生產(chǎn)負(fù)荷的增大，惰氣放空量增加，尾氣帶出的未反應(yīng)的氨和CO2量隨之增加，超出了常壓吸收塔的吸收能力，未被吸收的氨隨著尾氣進(jìn)入排氣筒，不僅造成資源浪費(fèi)，同時(shí)也影響周邊環(huán)境。

1.1 改造前流程及排氣筒概況

原設(shè)計(jì)的尿素裝置尾氣吸收流程如圖1所示，排氣筒尾氣排放概況如圖2所示。低壓系統(tǒng)經(jīng)低壓洗滌器洗滌的尾氣和解析水解系統(tǒng)經(jīng)回流冷凝器回收后的尾氣進(jìn)入常壓吸收塔底部，經(jīng)填料層與來自低壓吸收塔的液相逆向接觸，吸收后的尾氣送至排氣筒，液相進(jìn)入氨水槽。在滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，吸收能力可以達(dá)到設(shè)計(jì)效果；在超負(fù)荷工況下運(yùn)行，從排氣筒處用球膽取樣分析氣體，氣體冷凝后球膽內(nèi)有少量的白色粉末，經(jīng)分析為碳酸氫銨，由此證明排氣筒的放空尾氣中同時(shí)存在氨和CO2，且其含量高于滿負(fù)荷運(yùn)行工況。

圖1 原設(shè)計(jì)的尿素裝置尾氣吸收流程

圖2 排氣筒尾氣排放概況

1.2 尾氣吸收存在的設(shè)計(jì)缺陷

設(shè)置常壓吸收塔的目的是為了回收尾氣中的氨，使之達(dá)到環(huán)保排放的目的。如圖1所示，常壓吸收塔設(shè)計(jì)選用的吸收液為來自低壓吸收塔的液相，其為氨水槽內(nèi)的溶液經(jīng)泵加壓、冷卻器冷卻至40 ℃后送入低壓吸收塔作為吸收液吸收高壓系統(tǒng)高壓洗滌器的尾氣，洗滌吸收后的液相再送至常壓吸收塔作為吸收液。在此過程中，存在放熱化學(xué)反應(yīng)(2NH3+CO2=NH4COONH2+Q)，因此低壓吸收塔出液溫度一般在65 ℃左右，再進(jìn)入常壓吸收塔作為吸收液洗滌回收低壓系統(tǒng)近80 ℃的尾氣，不但不能起到吸收作用，反而會(huì)使在低壓吸收塔內(nèi)吸收的NH3和CO2閃蒸出來，即常壓吸收塔根本無法發(fā)揮作用，尾氣中的氨不能被徹底洗滌回收利用，從而導(dǎo)致尿素生產(chǎn)氨耗較高。

2 改造方案

為解決此問題，嘗試降低回調(diào)水和低調(diào)水溫度來降低進(jìn)入常壓吸收塔的吸收液溫度，但由于排氣筒尾氣排放量大、溫度高，效果并不明顯。通過分析比對(duì)和數(shù)據(jù)跟蹤，最終決定利用低溫有利于吸收的特點(diǎn)改造尾氣吸收流程。

2.1 增設(shè)換熱設(shè)備

如圖3所示，在低壓吸收塔出液進(jìn)常壓吸收塔之前增設(shè)板式換熱器，低壓吸收塔出液降溫后再進(jìn)入常壓吸收塔，以提高其吸收氨和CO2的效果。

圖3 增設(shè)換熱設(shè)備示意

2.2 排氣筒內(nèi)增設(shè)噴淋吸收設(shè)施

如圖4所示，在低壓吸收塔頂部吸收液管線上甩頭，在排氣筒頂部增設(shè)45 ℃蒸汽冷凝液噴淋吸收設(shè)施，包括工藝管線和2個(gè)噴水量1.5 m3/h、噴灑圓環(huán)面積1.2 m2、壓力0.2 MPa的噴頭，2只噴頭上下錯(cuò)開200 mm，形成2層吸收。

3 改造后運(yùn)行情況分析

2015年9月，B裝置常壓吸收塔吸收液增設(shè)板式換熱器降溫，在冷卻水全開的情況下，吸收液溫度可降至35 ℃，常壓吸收塔出氣溫度由85 ℃降至70 ℃，出液溫度也下降了5 ℃，氨水槽內(nèi)溶液中氨和CO2含量升高較多。但氨水槽內(nèi)溶液中氨和CO2含量的升高造成解析水解系統(tǒng)負(fù)荷增大、回流液濃度增大、低壓系統(tǒng)壓力升高，整個(gè)系統(tǒng)不易調(diào)節(jié)，其主要原因是整個(gè)操作系統(tǒng)的物料、水、汽平衡被打亂，而對(duì)應(yīng)的操作條件未及時(shí)變化所致。為此，不斷調(diào)整板式換熱器的出液溫度、吸收量、甲銨泵變頻、氨碳比、水碳比，重新建立系統(tǒng)的平衡。經(jīng)過7 d的摸索，板式換熱器出液溫度控制在40 ℃左右時(shí)，不僅可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，而且操作人員也能夠熟練操作控制。

圖4 排氣筒內(nèi)增設(shè)噴淋吸收設(shè)施

2016年2月采用相同的措施對(duì)A裝置以及C裝置進(jìn)行了改造，并于3月5日白班投入運(yùn)行，板式換熱器出液溫度控制在約40 ℃時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定。如圖3所示，改造前后分析點(diǎn)①、②和③部分分析數(shù)據(jù)(表1和表2)表明：改造前，A裝置和C裝置氨水槽溶液平均含氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.6%和7.9%，改造后均為9.0%，即含氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了1.1%～1.4%；改造后，A裝置常壓吸收塔出液含氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)比進(jìn)液平均提高1.76%，B裝置平均提高1.55%，C裝置平均提高1.50%。

4 效益分析

3套尿素裝置尾氣吸收改造共投資20萬元。

表1 板式換熱器投用前后分析點(diǎn)①部分分析數(shù)據(jù) %

表2 板式換熱器投用前后分析點(diǎn)②和③部分分析數(shù)據(jù)(2016- 03- 07) %

以改造后的氨水槽內(nèi)溶液含氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高1.0%、氨水槽循環(huán)量40 m3/h、20 ℃時(shí)液氨密度0.60 t/m3、氨價(jià)格1 800 元/t計(jì)，3套尿素裝置每月回收氨增加的效益約為93.3萬元，年經(jīng)濟(jì)效益超過1 100萬元。