CO2 汽提法尿素裝置解吸廢液減排技改小結(jié)

王付生

（安徽六國化工股份有限公司，安徽 銅陵 244023）

1 概 述

安徽六國化工股份有限公司（簡稱六國化工）300kt/a尿素裝置采用CO2汽提工藝。尿素生產(chǎn)中，原料NH3、CO2分別通過高壓液氨泵和CO2壓縮機(jī)加壓送入尿素合成塔，在尿素合成塔內(nèi)反應(yīng)生成NH3、CO2、NH4COONH2、CO（NH2）2、H2O組成的五元系氣液混合物，其中，CO（NH2）2、H2O為生成物，NH3、CO2、NH4COONH2為未反應(yīng)物；尿素合成塔出液中的未反應(yīng)物NH3、CO2、NH4COONH2在分離和回收工序被分離出來，余下的生成物CO（NH2）2、H2O常常稱之為尿液［通常尿液的組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為尿素約68%、H2O約30%、NH3約1.5%、CO2約0.5%］，進(jìn)入尿液槽；尿液槽中的尿液由尿液泵加壓送入蒸發(fā)系統(tǒng)，在負(fù)壓下加熱將尿液中的水分蒸發(fā)出來，尿液提濃至99.7% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）送入尿素造粒塔頂部的造粒機(jī)；在造粒塔內(nèi)，尿液經(jīng)噴頭噴灑自上而下墜落，與自下而上的冷空氣傳質(zhì)傳熱，尿素液滴逐漸冷凝形成尿素顆粒，最終收集到造粒塔底部的皮帶再送入尿素包裝工序；尿液在蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)出來含少量氨和尿素的水蒸氣，自蒸發(fā)分離器頂部的出氣管進(jìn)入蒸發(fā)表面冷凝器，冷凝成含NH34% ～6%、尿素約1%的氨水收集到氨水槽中。

2 解吸水解系統(tǒng)工藝流程

氨水槽中的氨水由解吸塔給料泵加壓，經(jīng)解吸換熱器利用解吸廢液熱能預(yù)熱后進(jìn)入第一解吸塔頂部；在第一解吸塔內(nèi)，氨水自上而下穿過填料（塔板）段，與自下而上來自解吸塔底部的熱氣體傳質(zhì)傳熱，氨水溫度逐漸升高，在加熱和汽提共同作用下，氨水中的部分NH3被分離出來；穿過第一解吸塔填料（塔板）的氨水匯集到第一解吸塔底部 （第一解吸塔液位控制在40%～70%），經(jīng)水解泵加壓送入水解器。在水解器內(nèi)，氨水通過3.8MPa的蒸汽加熱至200～250℃以促使氨水中的尿素水解生成NH3和CO2，水解器出氣（通過水解器出氣調(diào)節(jié)閥控制水解器出氣壓力在2.0～2.5MPa）進(jìn)入第一解吸塔底部；水解器出液（通過水解器出液調(diào)節(jié)閥控制水解器液位在30% ～60%）進(jìn)入第二解吸塔頂部，由于壓力的降低閃蒸出部分水汽和NH3后通過填料（塔板）段下落到第二解吸塔底部。在第二解吸塔底部液體中通入0.5MPa的加熱蒸汽，將液體加熱到該壓力下的沸點(diǎn)，在加熱和汽提的雙重作用下促使液體中的NH3分離出來，確保第二解吸塔排出的解吸廢液中NH3含量＜5×10-6、尿素含量＜5×10-6。第二解吸塔底部加熱產(chǎn)生的含NH3水汽、水解器出液進(jìn)入第二解吸塔頂部，閃蒸產(chǎn)生的含NH3水汽、水解器出氣進(jìn)入第一解吸塔，與第一解吸塔的含NH3水汽匯集，一起在第一解吸塔內(nèi)作為氨水的加熱和汽提介質(zhì)，然后從第一解吸塔出氣管進(jìn)入回流冷凝器進(jìn)行浸沒式冷凝吸收形成氣液混合物，氣液混合物進(jìn)入回流槽進(jìn)行氣液分離，分離出的回流液由回流泵加壓送入低壓系統(tǒng)作為吸收液回收利用，分離出的氣體從回流槽頂部的出氣管進(jìn)入常壓吸收塔回收NH3后放空。

3 解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行問題及技改目標(biāo)

六國化工CO2汽提法尿素裝置每生產(chǎn)1t尿素產(chǎn)生約0.60t的氨水，氨水需在解吸水解系統(tǒng)中處理成NH3含量＜5×10-6、尿素含量＜5×10-6的合格廢液排出，原設(shè)計解吸廢液排入脫鹽水站回收利用。但實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)解吸水解系統(tǒng)處理后的合格解吸廢液回收到脫鹽水站后，造成脫鹽水離子過濾器膜失效較快，分析認(rèn)為是解吸廢液中殘留的微量氨和尿素所致，后來將解吸廢液作為上游合成氨裝置多元料漿氣化系統(tǒng)沖洗水和渣水系統(tǒng)補(bǔ)水，剩余部分（加氨）配制成氨水供鍋爐系統(tǒng)脫硫脫硝以及補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。另外，六國化工尿素裝置解吸水解系統(tǒng)中，0.50MPa低壓蒸汽直接加入第二解吸塔底部的氨水中，低壓加熱蒸汽產(chǎn)生的蒸汽冷凝液與解吸廢液混在一起，一方面增加了解吸廢液的排放量、加重了企業(yè)的環(huán)保壓力，另一方面低壓加熱蒸汽產(chǎn)生的蒸汽冷凝液難以回收，浪費(fèi)了蒸汽冷凝液，增加了尿素裝置的生產(chǎn)成本。

針對現(xiàn)有尿素裝置氨水處理方式存在的不足，有必要探究一種投資小、實(shí)施易的尿素裝置氨水處理方法和工藝流程，避免加熱蒸汽直接加入第二解吸塔底部氨水中，從而解決加熱蒸汽產(chǎn)生的蒸汽冷凝液與解吸廢液混合在一起的問題。

4 技改方案

六國化工現(xiàn)有尿素裝置解吸水解系統(tǒng)有氨水槽、解吸塔給料泵、解吸換熱器、第一/第二解吸塔、回流冷凝器、回流槽、回流泵等設(shè)備設(shè)施?，F(xiàn)解吸水解系統(tǒng)第二解吸塔底部0.50MPa的加熱蒸汽管道和調(diào)節(jié)閥等保留不變，在第二解吸塔底部（下方）外置蒸汽發(fā)生器，從第二解吸塔底部的解吸廢液管上配管到蒸汽發(fā)生器進(jìn)液管口，將一部分解吸廢液引入蒸汽發(fā)生器內(nèi)；外來2.5MPa（或1.3MPa）中壓蒸汽從蒸汽發(fā)生器頂部進(jìn)入，加熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的解吸廢液產(chǎn)生二次低壓蒸汽，二次低壓蒸汽進(jìn)入第二解吸塔底蒸汽分布器加熱解吸廢液到該壓力下的沸點(diǎn)，在加熱和汽提的雙重作用下第二解吸塔底部廢液中的NH3被分離出來，達(dá)到解吸塔排出廢液NH3含量＜5×10-6、尿素含量＜5×10-6的環(huán)保排放指標(biāo)要求；蒸汽發(fā)生器加熱蒸汽產(chǎn)生的蒸汽冷凝液從底部排出，通過疏水器回收到尿素裝置蒸汽冷凝液系統(tǒng)中循環(huán)利用。技改后解吸水解系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1 技改后解吸水解系統(tǒng)工藝流程簡圖

5 技改后解吸水解系統(tǒng)的操作

5.1 解吸水解系統(tǒng)的開車

解吸水解系統(tǒng)開車初期操作與增設(shè)蒸汽發(fā)生器前相同。第一/二解吸塔預(yù)熱、解吸水解系統(tǒng)開車初期均采用原0.5MPa低壓蒸汽，此時蒸汽發(fā)生器2.5MPa（或1.3MPa）中壓蒸汽閥關(guān)閉；接著，將解吸廢液調(diào)整到循環(huán)狀態(tài)，全開回流冷凝器出氣調(diào)節(jié)閥，緩慢稍開第二解吸塔底部0.5MPa低壓蒸汽閥，用少量蒸汽將解吸塔預(yù)熱到各點(diǎn)溫度90～100℃；全開水解器出氣閥，緩慢稍開水解器底部3.8MPa（或1.3MPa）中壓蒸汽閥，用少量蒸汽將水解器預(yù)熱到各點(diǎn)溫度90～100℃。

5.2 蒸汽發(fā)生器的投用

解吸水解系統(tǒng)開車正常后，緩慢將部分解吸廢液引入蒸汽發(fā)生器，緩慢開進(jìn)蒸汽發(fā)生器的2.5MPa（或1.3MPa）中壓蒸汽閥，逐漸產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入第二解吸塔底部，此時據(jù)第二解吸塔底部溫度情況緩慢關(guān)小0.5MPa低壓蒸汽閥、加大進(jìn)蒸汽發(fā)生器的2.5MPa（或1.3 MPa）中壓蒸汽閥開度以增加二次蒸汽量，直至0.5MPa低壓蒸汽閥全關(guān)。

5.3 解吸水解系統(tǒng)的停車

打開解吸廢液循環(huán)閥，關(guān)閉廢液外排閥，逐漸關(guān)小直至關(guān)閉進(jìn)入解吸塔的氨水流量調(diào)節(jié)閥，逐漸關(guān)小直至關(guān)閉進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的2.5MPa（或1.3MPa）中壓蒸汽流量控制閥。

6 技改后解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行情況及效益分析

6.1 運(yùn)行情況

本項技改于2020年6月利用尿素裝置大修機(jī)會予以實(shí)施，2020年7月尿素裝置大修結(jié)束開車后正式投運(yùn)，截至投稿之時運(yùn)行已有1a多。實(shí)際運(yùn)行情況表明，技改后的解吸水解系統(tǒng)操作簡潔、運(yùn)行平穩(wěn)，解吸廢液NH3含量、尿素含量穩(wěn)定且達(dá)標(biāo)，蒸汽發(fā)生器殼側(cè)加熱中壓蒸汽產(chǎn)生的蒸汽冷凝液清潔無污染，其指標(biāo)完全符合回收至蒸汽冷凝液系統(tǒng)的要求。

6.2 效益分析

技改前后六國化工300kt/a尿素裝置解吸水解系統(tǒng)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1?？梢钥闯?，技改前后解吸水解系統(tǒng)氨水處理量相同（25t/h）的情況下，低壓蒸汽消耗量均為6t/h，但技改后所需低壓蒸汽不再外供，而是由增設(shè)的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生，且技改后解吸廢液排放量由25t/h減至20t/h、蒸汽冷凝液回收量由0t/h增至5t/h，減排的蒸汽冷凝液得到回收利用。

表1 技改前后解吸水解系統(tǒng)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)

（1）技改后，第二解吸塔外來的2.5MPa（或1.3MPa）中壓蒸汽冷凝液得到回收利用，蒸汽冷凝液價格按15元/t、全年有效生產(chǎn)時間300d計，全年蒸汽冷凝液回收帶來的效益為5×24×300×15÷10000=54萬元。本技改項目設(shè)計出圖及設(shè)備管道等購置、施工、安裝費(fèi)用總計約160萬元，3a即可收回投資。可見，本技改項目有著不錯的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）尿素裝置排放的解吸廢液雖是合格廢水，但畢竟是含微量氨與尿素的廢水，長期積累將給自然生態(tài)環(huán)境帶來潛在的危害。技改后解吸廢液排放量由25t/h減至20t/h，減排5t/h，相較于直接外排解吸廢液，按全年有效生產(chǎn)時間300d計，全年可減排解吸廢液5×24×300=36000t，環(huán)保效益顯著。

7 結(jié)束語

六國化工CO2汽提法尿素裝置解吸廢液減排技改項目的實(shí)施，改變了傳統(tǒng)尿素裝置氨水采用外來加熱蒸汽直接加入解吸塔底部的工藝處理方式，使加熱蒸汽冷凝液不與解吸廢液混合排出，從而實(shí)現(xiàn)了降低廢液排放量、減輕企業(yè)環(huán)保壓力、無污染高品質(zhì)蒸汽冷凝液回收利用的目標(biāo)，有力地推動了尿素裝置的節(jié)能減排。