三聚氰胺尾氣回收裝置中壓系統(tǒng)技改總結(jié)

周耀勇，張文斌

(奎屯錦疆化工有限公司 新疆奎屯 833200)

0 前言

奎屯錦疆化工有限公司分別于2015年、2018年、2020年建成60 kt/a低壓淬冷法三聚氰胺裝置3套。2015年建設(shè)的第1套三聚氰胺裝置采用尿素聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺的方式，設(shè)計(jì)與原有CO2汽提法尿素裝置聯(lián)產(chǎn)；2018年建設(shè)的第2套三聚氰胺裝置采用三聚氰胺聯(lián)產(chǎn)尿素的方式，配套建設(shè)了尾氣回收裝置；2020年建成第3套三聚氰胺裝置，設(shè)計(jì)第2套和第3套裝置產(chǎn)生的尾氣全部進(jìn)入尾氣回收裝置。尿素聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺一般是1套大尿素裝置帶1套或多套三聚氰胺裝置，合成塔有新鮮CO2補(bǔ)入，尿素與三聚氰胺產(chǎn)能比一般大于10∶1，尾氣吸收能力有限，且對(duì)尿素裝置的生產(chǎn)影響較大。三聚氰胺聯(lián)產(chǎn)尿素是完全利用三聚氰胺裝置的尾氣作為尿素裝置的原料，合成塔無(wú)新鮮CO2補(bǔ)入，尿素裝置合成的尿素再作為三聚氰胺的原料。三聚氰胺聯(lián)產(chǎn)尿素工藝可避免對(duì)原有尿素裝置的影響，尾氣吸收能力強(qiáng)，適合與多套三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)，但需加水吸收尾氣，水碳比(H2O/CO2)高，合成塔轉(zhuǎn)化率低，蒸汽消耗偏高。

尾氣回收裝置采用水溶液全循環(huán)法工藝，于2018年8月試車(chē)，因工藝及設(shè)備原因進(jìn)行了大量的改造。改造后該裝置完全達(dá)到了設(shè)計(jì)吸收能力，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到甚至優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

1 尾氣回收裝置中壓系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.1 中壓系統(tǒng)工藝流程

技改前中壓系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

1.中壓吸收塔 2.一吸外冷器 3.液氨緩沖槽 4.液氨冷凝器 5.惰洗器 6.尾吸塔 7.氨水泵 8.一甲泵

一分塔氣相和來(lái)自三聚氰胺裝置經(jīng)尾氣壓縮機(jī)加壓至2.0 MPa的中壓尾氣分別與二甲液混合吸收，形成的氣液混合物匯合后一起進(jìn)入一吸外冷器，在循環(huán)調(diào)溫水的作用下，氣體進(jìn)一步冷凝吸收；出一吸外冷器的氣液混合物進(jìn)入中壓吸收塔底部鼓泡段進(jìn)行鼓泡吸收，鼓泡吸收后的一甲液經(jīng)一甲泵加壓至22.0 MPa與高壓防腐空氣混合，再經(jīng)甲銨預(yù)熱器加熱至180 ℃送往合成塔；中壓吸收塔底部未吸收的氣體主要是氨和少量的CO2和水蒸氣，這部分氣體上升進(jìn)入中壓吸收塔精洗段進(jìn)一步精洗吸收，來(lái)自惰洗器的濃氨水與頂回流氨在中壓吸收塔上部混合形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)約95%的濃氨水向下流至精洗段，在這里幾乎全部的CO2都被洗滌吸收；從中壓吸收塔出來(lái)的氣體進(jìn)入液氨冷凝器，大部分氣氨在此冷凝并流入液氨緩沖槽作為頂?shù)谆亓靼焙秃铣伤靡喊保倭恳喊蓖馑蚚1]；液氨冷凝器未冷凝的氣體進(jìn)入惰洗器，由氨水泵送入的稀氨水進(jìn)行吸收，吸收后的濃氨水靠位差進(jìn)入中壓吸收塔頂部作為吸收液；惰洗器中未被吸收的惰性氣體進(jìn)入尾吸塔進(jìn)行再次吸收，經(jīng)吸收后的氣體放空[2]。

1.2 中壓系統(tǒng)存在的問(wèn)題

原設(shè)計(jì)一套三聚氰胺裝置的尾氣進(jìn)入二循一冷吸收生成二甲液，二甲液經(jīng)二甲泵加壓后進(jìn)入中壓系統(tǒng)作為吸收液；另一套三聚氰胺裝置的尾氣經(jīng)尾氣壓縮機(jī)加壓至2.0 MPa進(jìn)入中壓系統(tǒng)吸收生成一甲液，一甲液經(jīng)一甲泵加壓后進(jìn)入合成塔[2]。理論上生產(chǎn)1 t三聚氰胺只產(chǎn)生1 876 m3(標(biāo)態(tài))的尾氣，實(shí)際上尾氣中還含有氮?dú)獾龋可a(chǎn)1 t三聚氰胺產(chǎn)生的尾氣量增加至2 130 m3(標(biāo)態(tài))左右。在試車(chē)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)中壓吸收塔負(fù)荷重，中壓吸收塔各點(diǎn)溫度偏高，氣相溫度為50～55 ℃，中壓系統(tǒng)時(shí)常出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象，尾氣吸收能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析，造成中壓系統(tǒng)出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象的主要原因如下。

(1)尾氣中惰性氣含量增加，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷增大。

(2)為了盡量吸收三聚氰胺裝置的尾氣，增大了吸收液的量，而吸收液最終進(jìn)入合成塔，造成合成塔水碳比偏高，合成塔轉(zhuǎn)化率下降[1]。合成塔設(shè)計(jì)水碳比為1.5，實(shí)際生產(chǎn)中約為2.0，導(dǎo)致合成轉(zhuǎn)化率低，中壓系統(tǒng)的負(fù)荷大幅增加。

(3)惰洗器與中壓吸收塔設(shè)計(jì)位差偏小，當(dāng)中壓吸收塔塔頂溫度升高時(shí)，塔頂平衡分壓上升，氨水流入中壓吸收塔的位能降低，導(dǎo)致氨水無(wú)法進(jìn)入中壓吸收塔，致使液封柱的高度不足以克服惰洗器與中壓吸收塔之間的位差。

(4)與傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法工藝相比，中壓系統(tǒng)引入了三聚氰胺裝置的尾氣，中壓系統(tǒng)負(fù)荷大幅增加，出一吸外冷器的一甲液濃度高、流速快，中壓吸收塔鼓泡段吸收效率低，導(dǎo)致CO2氣體上竄，致使精餾段負(fù)荷加重。

為了增大尾氣吸收能力，降低中壓吸收塔負(fù)荷，增強(qiáng)系統(tǒng)抗波動(dòng)能力，提高可操作性，對(duì)中壓系統(tǒng)進(jìn)行了較大的改造。

2 中壓系統(tǒng)的改造

2.1 主要技改內(nèi)容

2.1.1 增設(shè)甲銨分離器

原流程：一吸外冷器出來(lái)的氣液混合物直接進(jìn)中壓吸收塔的鼓泡段，氣相經(jīng)鼓泡吸收后再經(jīng)提餾段和精餾段吸收，液相經(jīng)一甲泵加壓后送入合成塔。

技改后流程：在一吸外冷器與中壓吸收塔之間增設(shè)甲銨分離器，一吸外冷器出來(lái)的氣液混合物在甲銨分離器中進(jìn)行氣液分離，液相經(jīng)一甲泵加壓后進(jìn)入合成塔，氣相進(jìn)入中壓吸收塔鼓泡段，鼓泡吸收后再經(jīng)提餾段和精餾段吸收；中壓吸收塔下液通過(guò)新增的中壓甲銨泵加壓后進(jìn)入一吸外冷器作為吸收液。

增設(shè)甲銨分離器后，氣液混合物在甲銨分離器中進(jìn)行了分離，濃甲銨液不再進(jìn)入中壓吸收塔鼓泡段，而是直接經(jīng)一甲泵加壓后進(jìn)入合成塔；中壓吸收塔鼓泡段的吸收液由濃甲銨液變成了稀的二甲液，保證了鼓泡段的吸收效果，同時(shí)也減輕了提餾段和精餾段的負(fù)荷，保證了中壓吸收塔的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.2 增設(shè)中壓氨水緩沖槽和中壓氨水泵

原流程：出惰洗器的濃氨水直接靠位差進(jìn)入中壓吸收塔，存在位差偏小、流量不穩(wěn)的問(wèn)題。

技改后流程：惰洗器出液先進(jìn)入中壓氨水緩沖槽，再經(jīng)中壓氨水泵加壓后進(jìn)入中壓吸收塔。

增設(shè)中壓氨水緩沖槽和中壓氨水泵后，確保了中壓吸收塔工況的穩(wěn)定。

2.1.3 中壓吸收塔塔板改造

原設(shè)計(jì)中壓吸收塔內(nèi)共有9塊傳統(tǒng)浮閥塔板，實(shí)際運(yùn)行情況表明吸收效果不好，塔板阻力較大，容易出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，造成中壓吸收塔液位不穩(wěn)，經(jīng)常通過(guò)排放來(lái)維持液位。

此次改造新增4塊改進(jìn)型泡罩塔板，更換5層JM型高效降膜噴射塔板，取消塔內(nèi)的液體分布板。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷高時(shí)，可充分發(fā)揮JM型高效降膜噴射塔板的作用，吸收效果好；當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷低時(shí)，泡罩塔板能確保中壓吸收塔頂部不超溫，回流氨的用量也可以減少，降低了氨冷器的負(fù)荷。

2.1.4 中壓吸收塔底部分布器改造

原設(shè)計(jì)分布器進(jìn)口主管管徑為Φ377 mm，支管管徑為Φ76 mm，開(kāi)孔直徑為Φ5 mm，主管、支管均開(kāi)3排孔，開(kāi)孔角度為60°、90°、120°。由于分布器打孔設(shè)計(jì)不對(duì)稱(chēng)，有部分孔眼垂直向下噴射，造成氣液混合效果較差；由于孔徑過(guò)小、開(kāi)孔率不足，導(dǎo)致氣速快，時(shí)常出現(xiàn)帶氣現(xiàn)象，也容易引起液位波動(dòng)，影響甲銨泵的打液量，致使CO2氣體上竄，中壓吸收塔出氣溫度不易控制，易造成氨冷器堵塞，嚴(yán)重時(shí)造成系統(tǒng)停車(chē)事故。

改造后分布器主管管徑仍為Φ377 mm，支管管徑改為Φ108 mm，開(kāi)孔直徑增大至Φ10 mm，主管、支管均開(kāi)6排孔，開(kāi)孔角度為45°、60°、75°，對(duì)稱(chēng)布置。由于改善了氣體分布效果和氣液混合效果，降低了氣速，從而提高了氣體在鼓泡段的吸收效率，減輕了中壓吸收塔精餾段的負(fù)荷。

2.1.5 中壓吸收塔增設(shè)溫度計(jì)

原設(shè)計(jì)只在第7層塔板上設(shè)置溫度計(jì)，導(dǎo)致難以判斷全塔工作狀態(tài)。本次改造在第1、3、5、9層塔板上增設(shè)溫度計(jì)，可根據(jù)各層溫度變化及時(shí)了解中壓吸收塔的工作狀態(tài)，提前進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)節(jié)。

2.2 技改后中壓系統(tǒng)工藝流程

技改后中壓系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

1.中壓吸收塔 2.一吸外冷器 3.液氨緩沖槽 4.液氨冷凝器 5.惰洗器 6.尾吸塔 7.氨水泵 8.一甲泵 9.甲銨分離器 10.中壓氨水緩沖槽 11.中壓氨水泵 12.中壓甲銨泵

一分塔氣相和來(lái)自三聚氰胺裝置經(jīng)尾氣壓縮機(jī)加壓至2.0 MPa的中壓尾氣分別與二甲液混合吸收，形成的氣液混合物匯合后一起進(jìn)入一吸外冷器，在循環(huán)調(diào)溫水的作用下氣體進(jìn)一步冷凝吸收，氨和CO2絕大部分被冷凝成甲銨液后進(jìn)入甲銨分離器；甲銨分離器中的液相經(jīng)一甲泵加壓至22.0 MPa,與高壓防腐空氣匯合進(jìn)入甲銨預(yù)熱器，被加熱至180 ℃后送往合成塔；甲銨分離器中的氣相進(jìn)入中壓吸收塔底部鼓泡段，經(jīng)二甲液吸收后，液體經(jīng)中壓甲銨泵加壓后進(jìn)入一吸外冷器作為吸收液；中壓吸收塔底部未被吸收的氣體進(jìn)入中壓吸收塔精洗段進(jìn)一步精洗吸收，來(lái)自氨水泵的濃氨水與頂回流氨在中壓吸收塔上部混合形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%的濃氨水向下流至精洗段，在此幾乎全部的CO2都被洗滌吸收；從中壓吸收塔出來(lái)的氣體進(jìn)入氨冷器，大部分氣氨在此冷凝并流入液氨緩沖槽作為頂?shù)谆亓靼焙秃铣伤靡喊?，少量液氨外送；液氨冷凝器未冷凝的氣體進(jìn)入惰洗器，由氨水泵送入的稀氨水進(jìn)行吸收，吸收后的濃氨水進(jìn)入中壓氨水緩沖槽，再經(jīng)中壓氨水泵加壓后進(jìn)入中壓吸收塔頂部作為吸收液；惰洗器中未被吸收的惰性氣體進(jìn)入尾吸塔進(jìn)行再次吸收，經(jīng)吸收后的氣體放空。

3 技改效果評(píng)估

中壓系統(tǒng)改造完成后，系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅提高，中壓吸收塔溫度由50～55 ℃降至46 ℃以下，尾氣吸收量有較大幅度的提高。改造前后尾氣吸收量對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 改造前后尾氣吸收量對(duì)比

改造后尾氣回收裝置的尾氣吸收量有較大增加，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，三聚氰胺產(chǎn)量從158 t/d提高至340 t/d。

4 結(jié)語(yǔ)

中壓系統(tǒng)改造完成后，尾氣回收裝置完全能吸收2套60 kt/a低壓氣相淬冷法三聚氰胺裝置產(chǎn)生的尾氣，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作負(fù)荷可在40%～110%之間調(diào)整。中壓系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化后，水碳比可控制在1.3左右，合成塔轉(zhuǎn)化率能達(dá)到60%。

尾氣回收裝置改造成功后，為三聚氰胺裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，提升了三聚氰胺產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，為低壓法三聚氰胺裝置尾氣的處理找到了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方式。