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， 山西運(yùn)城 044100)

1 尿素裝置工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)改造的必要性

潞安豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司第1套尿素裝置自1991年5月1日建成投運(yùn)以來，已建成了4套，目前有3套裝置(1#、3#、4#)在運(yùn)，總產(chǎn)量已達(dá)85萬t/a。其中，1#、3#尿素生產(chǎn)工藝為水溶液全循環(huán)法，4#尿素裝置的生產(chǎn)工藝為CO2汽提法。

為了保證1#、3#尿素裝置解吸廢水達(dá)標(biāo)排放，2012年6月新建了1套50 m3/h尿素深度水解裝置，工藝采用斯塔米卡邦公司的尿素水解、解吸技術(shù)。該50 m3/h尿素深度水解裝置的工程設(shè)計(jì)由河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)。

2017年由于尿素市場(chǎng)的持續(xù)疲軟，為了提高經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展尿素裝置的下游產(chǎn)品，2017年10月新建1套5萬t/a三聚氰胺裝置，三聚氰胺裝置產(chǎn)生的尾氣與1#、3#尿素裝置聯(lián)產(chǎn)。為了保證三聚氰胺裝置滿負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的尾氣都能被1#和3#尿素裝置回收，在三聚氰胺裝置投產(chǎn)前分別對(duì)1#、3#尿素裝置進(jìn)行了節(jié)能降耗改造。在三聚氰胺裝置尾氣與1#、3#尿素裝置聯(lián)產(chǎn)時(shí)為了充分回收解吸水解氣、液相的熱能，對(duì)工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)的改造也勢(shì)在必行。

2 工藝技術(shù)方案的選擇

目前尿素裝置工藝?yán)淠旱奶幚砉に囍饕?種：(1) 荷蘭斯塔米卡邦公司的中溫尿素水解和解吸技術(shù)，該工藝采用解吸-水解-解吸流程，在0.3 MPa下解吸，在2.0 MPa下水解，水解采用2.5 MPa蒸汽直接加熱，水解塔為立式塔；(2) 意大利斯那姆公司的高溫尿素深度水解和解吸技術(shù)，該技術(shù)也是采用解吸-水解-解吸流程，在0.3 MPa下解吸，在3.5 MPa水解，水解采用3.8 MPa蒸汽直接加熱，水解塔為臥式塔，用隔板分成9～10個(gè)小室，蒸汽分別進(jìn)入每個(gè)小室；(3) 美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司的水解汽提技術(shù)，采用1.0 MPa的蒸汽和CO2進(jìn)行加熱汽提，該工藝采用的蒸汽壓力較低，水解塔和解吸塔合二為一，流程簡單[1-4]。

潞安豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司改造前采用的是山西天大化工工程有限公司提供的工藝包、河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)的尿素水解解吸技術(shù)，水解壓力為2.0 MPa，水解采用2.5 MPa的蒸汽進(jìn)行直接加熱，解吸壓力為0.3 MPa，解吸采用約1.3 MPa的蒸汽進(jìn)行直接加熱；改造后采用水解-解吸單塔工藝，將原水解塔改造成解吸水解塔。解吸水解塔操作壓力為1.05 MPa。此次改造的設(shè)計(jì)單位為四川川化永昱化工工程有限公司，已有成功改造業(yè)績，解吸水解塔內(nèi)件由山西天大化工工程有限公司制作及安裝。

3 改造內(nèi)容

利用現(xiàn)有水解塔進(jìn)行改造，主要改造內(nèi)容為：

(1) 拆除現(xiàn)有水解塔內(nèi)塔盤及輔助蒸汽分布管。

(2) 去除現(xiàn)有水解塔上部保溫盤管。

(3) 現(xiàn)有水解塔頂部出氣口由DN100改為DN150，并在出口增設(shè)擋液板。

(4) 在現(xiàn)有水解塔底部出液口增設(shè)防渦流擋板。

(5) 在現(xiàn)有水解塔內(nèi)新增泡罩塔盤共41層，層間距為660 mm，其中第21層和第22層之間增設(shè)人孔，層間距為765 mm。塔板類型為泡罩，塔板材質(zhì)為316L。每層泡罩?jǐn)?shù)為40個(gè)，塔板開孔直徑為DN65。泡罩高度為230 mm，泡罩距離塔板10 mm，泡罩直徑為100 mm，每個(gè)泡罩下部開21個(gè)120 mm(長)×8 mm(寬)的長條孔均勻分布

(6) 在現(xiàn)有水解塔中部、上部各新增1個(gè)人孔。

(7) 在現(xiàn)有水解塔上新增6個(gè)測(cè)溫點(diǎn)(Tc1～Tc6)，原測(cè)溫點(diǎn)加盲板。

(8) 在現(xiàn)有水解塔下部新增2個(gè)液位計(jì)(Lc1-2和Lg1-2)，原液位計(jì)口加盲板。

(9) 在現(xiàn)有水解塔輔助蒸汽的3個(gè)進(jìn)口(i1～i3)加盲板。

(10) 現(xiàn)有水解塔內(nèi)徑為2 200 mm，新制塔盤直徑為1 700 mm。

4 改造后的解吸水解裝置

4.1 工藝流程

來自一段蒸發(fā)表面冷凝器槽的表冷凝液和收集的工藝廢水流至碳銨液貯槽經(jīng)解吸水解塔給料泵、解吸水解塔換熱器送入解吸水解塔頂部。溶液從上往下流經(jīng)各塔板時(shí)，溶液被加熱，溶液中的尿素與水發(fā)生反應(yīng)，被水解成NH3和CO2，溶液中的NH3和CO2又被底部加入的蒸汽汽提出來；為防止腐蝕，在塔底部加入防腐空氣。解吸水解塔操作壓力為1.05 MPa，操作溫度為186～188 ℃(塔底)，出解吸水解塔頂部的氣體分2路分別送入1#、3#尿素裝置二段分解塔精餾段下部，出塔底部的解吸廢水中的尿素和氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5×10-6，經(jīng)1#、3#尿素裝置二段分解加熱器下段及解吸水解塔換熱器回收熱量，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥和解吸廢水冷卻器冷卻，送出界區(qū)供循環(huán)水的補(bǔ)充水。

在和三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)時(shí)，部分工藝?yán)淠核偷饺矍璋方鐓^(qū)作為尾氣吸收液。來自三聚氰胺裝置中壓解吸的殘液入解吸水解泵出口。

解吸水解塔底部加入部分來自CO2壓縮機(jī)三段的CO2。

解吸水解裝置工藝流程框圖見圖1。

圖1 解吸水解裝置工藝流程圖

4.2 主要設(shè)備

(1) 解吸水解塔。利用現(xiàn)有水解塔進(jìn)行改造，規(guī)格型號(hào)Ф2 200 mm×32 328 mm,容積V=115 m3，主體材質(zhì)為S31603，1臺(tái)。

(2) 解吸水解塔換熱器?，F(xiàn)有2臺(tái)，新增1臺(tái)，規(guī)格型號(hào)為Ф900 mm×7 457 mm,換熱面積F=320 m2(每臺(tái))，主體材質(zhì)S31603，共3臺(tái)。

(3) 廢水冷卻器。利用現(xiàn)有廢水冷卻器，規(guī)格型號(hào)Ф2 300 mm×952 mm×1 950 mm,換熱面積F=200.4 m2，主體材質(zhì)304 L，1臺(tái)(板翅式換熱器)。

(4) 解吸水解泵。利用現(xiàn)有水解泵，規(guī)格型號(hào)MC80X4，體積流量qV=30 m3/h，主體材質(zhì)316L,2臺(tái)。

4.3 工藝指標(biāo)

解吸水解裝置的工藝?yán)淠禾幚眢w積流量為25 m3/h,其主要解吸水解操作工藝指標(biāo)見表1。

表1 主要解吸水解操作工藝指標(biāo)

5 主要消耗

處理1 m3工藝?yán)淠簩?shí)際需消耗1.3 MPa的中壓飽和蒸汽0.3 t，2.2 MPa防腐空氣0.12 m3，0.3 MPa、 32 ℃循環(huán)水2.1 t，380 V、50 Hz電1.2 kW·h。每小時(shí)處理25 m3工藝?yán)淠?，則每小時(shí)需消耗1.3 MPa的中壓飽和蒸汽7.5 t，2.2 MPa防腐空氣3 m3，0.3 MPa、32 ℃循環(huán)水52.5 t，380 V、50 Hz電30 kW·h。

6 解吸水解裝置運(yùn)行中存在問題及應(yīng)對(duì)措施

該項(xiàng)目于2017年5月19日投運(yùn),在解吸水解系統(tǒng)投運(yùn)試生產(chǎn)運(yùn)行過程中,解吸水解廢液中NH3含量一直不達(dá)標(biāo)，解吸水解壓力控制在1.0～1.1 MPa，解吸水解塔底部溫度為186～188 ℃，廢液中的NH3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40×10-6～60×10-6，設(shè)計(jì)指標(biāo)為小于5×10-6。原設(shè)計(jì)蒸汽用1.3 MPa蒸汽管網(wǎng)，由于1.3 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力低，無法滿足生產(chǎn)需要，改用2.5 MPa蒸汽管網(wǎng)后解吸情況明顯好轉(zhuǎn)，解吸廢液中的NH3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10×10-6～20×10-6，還是達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)(小于5×10-6)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，尿素裝置工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)改造投入運(yùn)行后，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)：解吸水解裝置氣相和液相的熱能得到了充分利用，噸尿素蒸汽消耗、氨耗下降。從解吸水解裝置投運(yùn)后的情況來看，廢水中NH3含量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。總的來說，該工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)的改造是成功的。解吸廢水達(dá)到了環(huán)保排放要求，解決了系統(tǒng)的熱能回收問題，該裝置的投運(yùn)，大大地減少了系統(tǒng)的熱能浪費(fèi)，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，杜絕了能源的浪費(fèi)，社會(huì)效益十分可觀。

7 結(jié)語

三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)尿素前，工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)采用中溫解吸水解技術(shù)，解吸氣通過循環(huán)水冷卻后，回收液經(jīng)過泵送往尿素低壓吸收系統(tǒng)。三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)尿素后，工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)通過改造后，采用水解-解吸單塔工藝，解吸氣送往二段分解塔精餾段，熱量得到了充分利用；解吸廢液送往二段分解加熱器下段，熱量得到回收后，進(jìn)入解吸水解塔換熱器，再次回收熱量后，送往尿素循環(huán)水作為補(bǔ)充水。技改后工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯；同時(shí)，解決了三聚氰胺裝置尾氣聯(lián)產(chǎn)尿素后尿素裝置廢液的排放問題，降低了企業(yè)的環(huán)保壓力，值得業(yè)內(nèi)參考和借鑒。