三聚氰胺尾氣與CO2汽提法尿素裝置聯(lián)產(chǎn)改造

鄭海勝

(潞安豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司, 山西臨猗 044100)

1 尿素裝置改造的必要性

潞安豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司(簡稱潞安豐喜)4#尿素裝置是由北京中寰工程項目管理有限責(zé)任公司設(shè)計，采用CO2汽提法工藝。該裝置于2010年7月投產(chǎn)，正常情況下生產(chǎn)能力為1 350 t/d。隨著前工段合成氨產(chǎn)能的不斷提高及考慮二期三聚氰胺裝置尾氣與4#尿素裝置聯(lián)產(chǎn)，公司計劃在4#尿素裝置上進(jìn)行增產(chǎn)節(jié)能改造,把產(chǎn)能由原有的1 350 t/d擴(kuò)產(chǎn)到1 600 t/d，同時滿足二期5萬t/a三聚氰胺裝置尾氣與尿素裝置聯(lián)產(chǎn)。本次改造充分利用4#尿素裝置原有設(shè)備，以大幅度節(jié)省投資成本。通過增加中壓分解循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)增產(chǎn)的目的，并保證物耗、能耗指標(biāo)不高于原水平。4#尿素裝置改造后，新增的250 t/d產(chǎn)能由中壓分解循環(huán)系統(tǒng)處理。綜合平衡高、中、低壓系統(tǒng)的處理能力，在增加尿素裝置產(chǎn)能的同時，對5萬t/a三聚氰胺裝置尾氣實現(xiàn)全部回收。整個系統(tǒng)改造后基本上不改變原有的操作條件。

2 改造方案

為了保證三聚氰胺裝置滿負(fù)荷時產(chǎn)生的尾氣都能被4#尿素裝置回收，在投產(chǎn)前對4#尿素裝置進(jìn)行了增產(chǎn)擴(kuò)能改造。

2018年8月，在4#尿素裝置大修期間，增加中壓分解吸收系統(tǒng)和三聚氰胺尾氣回收裝置。

2.1 工藝

考慮到三聚氰胺尾氣要與尿素裝置聯(lián)產(chǎn)，本次改造的目的：一是降低汽提塔的溫度，使出汽提塔的尿液進(jìn)入中壓閃蒸系統(tǒng)。由于汽提塔汽提效率降低，導(dǎo)致熱負(fù)荷減少，在現(xiàn)有汽提塔熱負(fù)荷基本不增加情況下，尿素裝置生產(chǎn)能力為1 450 t/d。二是通過調(diào)節(jié)閥將合成塔出口尿液分成進(jìn)入汽提塔和中壓分解吸收系統(tǒng)兩路，最后尿液合并進(jìn)入低壓精餾系統(tǒng)。新增的中壓分解吸收系統(tǒng)，包含預(yù)蒸發(fā)器熱能利用、中壓甲銨冷凝器、高壓甲銨泵液位槽、中壓吸收塔、中壓甲銨泵、中調(diào)水冷卻器、中壓甲銨循環(huán)泵等設(shè)備[1-2]。

2.1.1 高壓分解循環(huán)

(1) 尿素合成塔增加防返混縱向隔板，調(diào)整合成塔操作工藝指標(biāo)。

(2) 為了適應(yīng)高壓洗滌器和高壓甲銨冷凝器操作，高壓甲銨泵出口的一部分甲銨液進(jìn)入高壓洗滌器，另一部分甲銨液直接進(jìn)入尿素合成塔。

(3) 汽提塔操作溫度由原來的173 ℃調(diào)整為178.5 ℃，降低汽提效率。

2.1.2 中壓分解循環(huán)

(1) 增加中壓閃蒸分離器

來自汽提塔的尿素溶液減壓到1.6 MPa后進(jìn)入中壓閃蒸分離器，分離后的尿液進(jìn)入低壓精餾塔，中壓閃蒸后的氣體進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)器回收熱量。

(2) 增加中壓分解系統(tǒng)

來自尿素合成塔的尿液一路進(jìn)入原高壓汽提塔，一路減壓到1.6 MPa后進(jìn)入中壓分解塔和中壓分解加熱器。經(jīng)過中壓分解系統(tǒng)后的尿液與中壓閃蒸后的尿液一起進(jìn)入低壓精餾塔，氣體入預(yù)蒸發(fā)器回收熱量。

(3) 增加中壓吸收系統(tǒng)

分別來自中壓閃蒸分離器、中壓分解塔、中壓解吸塔的3股氣體混合后入預(yù)蒸發(fā)器回收熱量，以減輕甲銨冷凝器的負(fù)荷。混合后的氣體經(jīng)過冷凝后進(jìn)入甲銨液分離液位槽，通過高壓甲銨泵返回高壓系統(tǒng)回收。

(4) 增加預(yù)蒸發(fā)器

分別來自中壓閃蒸分離器、中壓分解塔、中壓解吸塔的3股氣體進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)器的殼體回收熱量，以提高尿液溫度。來自閃蒸槽的尿液進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)器列管內(nèi)被殼體的氣體加熱，濃縮至原有體積的80%左右后進(jìn)入尿液槽，通過尿液泵送入一段蒸發(fā)器。

(5) 增加甲銨冷凝器

分別來自中壓閃蒸分離器、中壓分解塔、中壓解吸塔的3股氣體進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)器的殼體回收熱量后，出預(yù)蒸發(fā)器殼體的氣液混合物在甲銨冷凝器中繼續(xù)冷凝，其放出的熱量被調(diào)溫水移走。

由甲銨冷凝器來的氣液混合物進(jìn)入高壓甲銨泵液位槽進(jìn)行氣液分離，分離出的氣體進(jìn)入新增加的中壓解吸塔，分離出的甲銨液經(jīng)高壓甲銨泵分別送入高壓洗滌器和尿素合成塔。

(7) 增加中壓吸收塔

高壓甲銨泵液位槽分離出的氣體進(jìn)入中壓吸收塔，被中壓甲銨泵循環(huán)來的甲銨液洗滌吸收。中壓吸收塔出口的氣體經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥減壓后進(jìn)入低壓甲銨預(yù)冷凝器進(jìn)行冷凝回收。

(8) 增加高壓甲銨泵

高壓甲銨泵液位槽分離出的甲銨液經(jīng)高壓甲銨泵分別送入高壓洗滌器和尿素合成塔。

2.1.3 低壓分解循環(huán)

東滸袁家的某位先祖，在村頭種下了一棵樟樹，誰也沒料到，它竟然長成了龐然大物。種樹的人生于何年，卒于哪月，已經(jīng)無考。但樟樹一直都在，它悠長而濃郁的氣息布滿了整個村莊，芬芳又帶著些微的辛辣，仿佛母親的體味。對東滸人來說，這棵樹就是先祖，是一個地標(biāo)，歸鄉(xiāng)的人只要看到這棵樟樹，就像望見了家門，想著門后的熱茶飯和暖暖笑臉，腳下的步子急顛顛的，眼睛卻往樟樹身上瞟，確定樹無恙，那顆心才落回腔子里，踏實了。據(jù)說曾經(jīng)有人出價百萬，東滸人毫不猶豫地拒絕了，誰會把祖先賣了呢？

(1) 增加低壓甲銨預(yù)冷凝器

尿素產(chǎn)量增加后，低壓甲銨冷凝器換熱面積明顯不足，需增加預(yù)冷凝器。

(2) 停運低調(diào)水系統(tǒng)

改造后，低壓甲銨液濃度變小，低壓甲銨冷凝器可直接改用循環(huán)冷卻水冷卻。

(3) 增加中壓甲銨泵(二甲泵)

中壓甲銨泵加壓低壓回收的甲銨液到2.2 MPa后送入中壓吸收塔，作為吸收劑吸收中壓分解的氣體。

(4) 提升低壓吸收塔壓力

低壓吸收塔壓力提升至0.4 MPa操作，下段改為三段吸收，新增循環(huán)泵、循環(huán)液冷卻器。

2.1.4 蒸發(fā)系統(tǒng)

(1) 新增水力噴射抽真空系統(tǒng)，將原來的蒸汽抽真空改為水力抽真空，降低噴射器蒸汽消耗量和廢水量。

(2) 增加預(yù)蒸發(fā)器氣體表面冷凝器(利用原二段蒸發(fā)第一表面冷凝器)。

(3) 增加二段蒸發(fā)第一表面冷凝器、二段蒸發(fā)第二表面冷凝器。

(4) 增加閃蒸預(yù)冷凝器。來自低壓精餾塔出來的尿液經(jīng)閃蒸槽、預(yù)蒸發(fā)器、尿液槽后，通過尿液泵送到一段蒸發(fā)器，再進(jìn)入二段蒸發(fā)器。

2.1.5 蒸汽系統(tǒng)

增加1.3 MPa中壓蒸汽飽和器，用于提供中壓分解加熱器所需熱源。

2.1.6 三聚氰胺尾氣處理系統(tǒng)

三聚氰胺尾氣處理由三聚氰胺尾氣吸收系統(tǒng)、中壓解吸系統(tǒng)組成[3-4]。

(1) 三聚氰胺尾氣吸收系統(tǒng)增加尾氣吸收器、尾氣吸收給料泵。三聚氰胺尾氣進(jìn)入尾氣吸收器，被尿素裝置送來的碳銨液吸收后，通過尾氣吸收給料泵送往尿素尾氣吸液槽，吸收反應(yīng)熱被冷卻水移走，未被吸收的惰性氣體經(jīng)過洗滌后放空。

(2) 三聚氰胺尾氣中壓解吸系統(tǒng)的解吸能力為35 m3/h。增加中壓解吸塔、再沸器、解吸換熱器、過濾器、解吸給料泵。尾氣吸收系統(tǒng)送來的濃碳銨液進(jìn)入尾氣吸液槽后，通過解吸給料泵進(jìn)入解吸塔解吸，解吸氣體與中壓分解氣、中壓閃蒸氣一起進(jìn)入預(yù)蒸發(fā)器換熱，再進(jìn)入中壓吸收塔，解吸液通過解吸換熱器與進(jìn)料碳銨液換熱后，進(jìn)入原解吸水解裝置。

2.2 新增設(shè)備

4#尿素改造新增設(shè)備見表1和表2。

表1 4#尿素改造新增靜止設(shè)備一覽表

表2 4#尿素改造新增運轉(zhuǎn)設(shè)備一覽表

3 聯(lián)產(chǎn)后尿素消耗和能耗定額

2018年9月尿素裝置改造后一次開車成功。2019年1月20日，二期三聚氰胺裝置和三聚氰胺尾氣回收裝置安裝完成，三聚氰胺尾氣與尿素裝置聯(lián)產(chǎn)一次開車成功。相應(yīng)的尿素消耗和能耗定額見表3。當(dāng)三聚氰胺產(chǎn)量為105 t/d時，尿素裝置運行正常;當(dāng)三聚氰胺產(chǎn)量為120 t/d以上時，尿素裝置無法正常運行。新增中壓吸收負(fù)荷重，中壓放空量大。高壓汽提塔出液溫度居高不下，尿素系統(tǒng)無法正常運行，新增解吸系統(tǒng)及尿素系統(tǒng)都有不同程度的腐蝕。

表3 聯(lián)產(chǎn)后消耗及能耗定額(以噸尿素計)

目前二期三聚氰胺裝置減負(fù)荷運行，三聚氰胺產(chǎn)量控制在110 t/d以下。為實現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)，考慮將部分三聚氰胺尾氣聯(lián)產(chǎn)碳酸氫銨。

4 工藝指標(biāo)

正常運行時，新增設(shè)備運行正常，相應(yīng)工藝指標(biāo)見表4。

表4 正常運行新增設(shè)備工藝指標(biāo)

二期三聚氰胺尾氣與尿素聯(lián)產(chǎn)時，當(dāng)三聚氰胺產(chǎn)量為105～110 t/d 、尿素產(chǎn)量為1 500 t/d，尿素與系統(tǒng)改造前區(qū)別較大的重要工藝指標(biāo)，見表5。

表5 尿素系統(tǒng)改造前區(qū)別較大的重要工藝指標(biāo)

5 存在的問題

尿素聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺裝置從2019年1月20日開車運行至2月17日，聯(lián)產(chǎn)中壓解吸換熱器列管遭腐蝕導(dǎo)致泄漏，聯(lián)產(chǎn)中壓解吸換熱器列管設(shè)計選用材質(zhì)為316L，拆開換熱器發(fā)現(xiàn)列管多處φ19×2 mm的列管出現(xiàn)泄漏，更換換熱器材質(zhì)為雙相鋼。2019年9月1日，三聚氰胺聯(lián)產(chǎn)再次開車，至今運行正常。

2019年4月22日，中壓閃蒸分離器下液副線閥、管線發(fā)生腐蝕泄漏。 2019年7月，將此管線更換為雙相鋼材質(zhì)，2020年1月停車檢測時發(fā)現(xiàn)仍存在腐蝕現(xiàn)象。

高壓甲銨泵進(jìn)口閥門正常使用10 a未更換，聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺后經(jīng)常發(fā)生內(nèi)漏現(xiàn)象。

2019年1—4月運行后，發(fā)現(xiàn)4個聯(lián)產(chǎn)過濾器絲網(wǎng)均被腐蝕完全，過濾器絲網(wǎng)材質(zhì)為316L。2019年8月，重新安裝過濾器，絲網(wǎng)材質(zhì)為317L。 2020年6月大修時檢查過濾器、絲網(wǎng)完好，無明顯腐蝕痕跡。

中壓循環(huán)吸收泵殼材質(zhì)為316L，1#泵運行2個月，泵殼腐蝕漏；2019年7月系統(tǒng)大修時，對高壓設(shè)備進(jìn)行檢測，檢測報告發(fā)現(xiàn)汽提塔列管腐蝕程度增加10%～15%。

二甲泵出口管線三通部位腐蝕泄漏頻繁，管線材質(zhì)為316L，2019年7月大修時更換了長度為2 m的二甲泵出口管線，材質(zhì)為316L。2020年1月，停車時檢測發(fā)現(xiàn)仍存在腐蝕現(xiàn)象。

6 運行總結(jié)

尿素裝置在與三聚氰胺尾氣聯(lián)產(chǎn)前系統(tǒng)運行穩(wěn)定，也未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。2019年1月20日，在與三聚氰胺尾氣聯(lián)產(chǎn)以后，尿素系統(tǒng)高、中、低壓力不穩(wěn)定，關(guān)鍵工藝指標(biāo)波動大，操作難度大，尿素系統(tǒng)設(shè)備管線不同程度腐蝕，嚴(yán)重影響了尿素裝置的安全運行。三聚氰胺尾氣與尿素裝置聯(lián)產(chǎn)，尿素裝置回收三聚氰胺裝置尾氣的質(zhì)量，還需進(jìn)一步探討和考察。

7 結(jié)語

本次技術(shù)改造歷時一個半月，充分利用與三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)，不僅解決了尾氣處理問題，還為三聚氰胺裝置提供原料尿液，降低了三聚氰胺的生產(chǎn)成本。但是，系統(tǒng)的實際操作與設(shè)計出入較大，仍有許多問題有待探討。