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浅析尿素解析水解电导超标原因

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  摘要:呼伦贝尔金新化工尿素装置,采用荷兰Stamicarbon公司的二氧化碳气提法,装置自2012年7月份开车以来,因工艺、设备、经验等方面因素,解析水解废液有超标现象,本文着重分析实际生产中电导超标的原因。
  关键词:尿素;解析水解;电导;超标
  1 流程概述
  呼伦贝尔金新化工有限公司的尿素水解系统,采用的是荷兰Stamicarbon公司的水解、解析系统。该技术特点是:水解塔为立式结构,设备结构简单、占地面积小、容积大、停留时间长、工艺冷凝液与蒸汽在塔内逆向接触,操作简单,水解净水指標能达NH3≤3mg/L、Ur≤3mg/L。
  尿素生产过程中在蒸发系统中会产生大约7.5%NH3、5.9%CO2和1.6%Ur的工艺冷凝液。这些工艺冷凝液储存在氨水槽V703内,由解析水解系统处理。解析水解系统中有两个解析塔C801A/B,它主要是在C801B底部通入0.4MPa蒸汽,对工艺冷凝液中的NH3和CO2进行蒸馏。经过这道工序后,冷凝液中的NH3和CO2基本上被蒸馏出来,但冷凝液中还有大量的尿素。水解给料泵P801A/B将含有尿素的工艺冷凝液进行加压,经过换热器E803A/B加热后送入水解塔C803,在此设备中通入2.3MPa的蒸汽,使得C803内操作条件是1.8MPa压力205°C的温度,在这样的条件下,尿素发生水解反应:
  CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2
  出水解塔C803的尿液中尿素基本上被除尽,但还有少量的NH3和CO2。因此再把水解液送至第二解析塔C801B进行最后一次蒸馏,从C801B出来的液体称之为净水,其指标为NH3≤3mg/L、Ur≤3mg/L,送至热电的凝结水箱,若外送净水CI8101<30us/cm时可以切换至循环水系统,净水CI8101大于30us/cm时必须停止外送循环水,通过FIC8106改送至V703。水解系统流程图见图1所示。
  2 原因分析
  2.1 进料组分
  2.1.1 开车初期
  装置停车高压排放过程中,循环吸收效果差,蒸发系统停运,低压甲铵液位槽V301内稀氨水排至V703,期间V703内的组分升高。正常生产时V703浓度见表一。开车初期V703浓度见表二。由表一和表二数据对比可以看出,停车排放后,NH3和Ur的含量比正常生产时偏高,尤其是尿素含量要高出许多。
  2.1.2 高压系统
  高压系统指标不在控制范围内。特别是高压系统NH3/CO2、H2O/CO2失调,致使高压系统的转换率下降,进入后系统负荷加重。尿素的反应方程式为:
  2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O
  从反应方程式看出,尿素的生成也伴随水的生成,水的存在会降低尿素合成转换率。理论分析,H2O/CO2每增加0.01,合成塔内尿素的转换率就要下降1.5~2.0%,转换率下降使尿液中的NH3、CO2量增加,这就增加了汽提塔的负荷,导致汽提效率下降。汽提效率下降势必加重循环系统负荷,使循环吸收系统需要更多的水来吸收NH3、CO2,吸收后的溶液返回合成塔,使高压系统H2O/CO2增高,转换率下降,系统进入恶性循环。设计H2O/CO2为0.42。操作中应尽量靠近此数据来操作。
  2014年11月14日对合成塔出液取样分析,其中Ur为28.30%,NH3为32.65%,CO2为15.70%。根据以上数据可以算出:H2O/CO2=0.99。H2O/CO2严重超出设计值。
  2.1.3 蒸发系统
  蒸发系统的真空控制过高,尤其是蒸发二段真空控制过高时,在蒸发分离器内(S401、S402)闪蒸出去的NH3、CO2和Ur就会增多,S401、S402内的NH3、CO2和Ur过多的被带入蒸发冷凝系统中,导致V703内氨、尿素含量升高。
  2014年11月12日,09:00蒸发二段真空较高为4.70kPa,水解负荷为64m3/h,水解系统压力PIC8102偏高达1.84MPa,水解塔塔底温度TI8107为205.10°C,C803放空阀位64%,C803用汽量FIC8104为3.4t/h。此负荷对应的放空阀、蒸汽量、压力都偏高,说明V703内尿素含量偏高或进入水解塔C803的游离氨含量高。12日对V703内组分进行分析,分析结果为:CO2含量为1.82%,NH3含量为4.97%,Ur含量为1.84%。09:48破二段真空至5.2kPa,水解系统逐步恢复正常。
  2.1.4 甲铵液少量漏入V703
  与氨水槽V703相连介质管线上切断阀未关死或者出现内漏;与事故槽V706相连介质管线上阀未关死或者出现内漏,并且V706向V703内倒液。   低压循环系统E302循环管导淋是通过CY管线排入事故槽V706内。2014年7月16日,现场巡检发现此导淋未关死,V706的液位正通过P706向V703内倒液。水解系统表现为PIC8102高、水解塔塔底温度TI8107低、解析压力PIC8101高、电导CI8101高。经分析V703内尿素浓度为:1.12%,V706内浓度为39.9%,由数据可知V706内尿素浓度严重超指标。
  2.1.5蒸发分离器S402气相积存过多尿素
  在蒸发系统中,使用的是高效升膜式长管蒸发器。上部为分离器,下部为长管式加热器。满液时极易气液夹带,使尿液进入蒸发系统或者在百叶窗和气相喉管处,即便是正常生产时,在百叶窗和气相喉管处极易积存缩二脲,在蒸发进行冲洗时,积存在喉管处的缩二脲易进入蒸发冷凝系统,导致V703内氨、尿素含量升高。
  2013年7月份停车大修时,打开S402气相喉管处,发现S402喉管处积存尿素过多。针对这种现象,车间提出在S402膨胀节处增加检修人孔和环状喷淋装置这一技改。目前蒸发系统冲洗的要求:每班接班后2h、下班前2h对蒸发一段百叶窗及顶部、二段S402气相各冲洗一次。2014年5月份大修时发现喉管处的缩二脲明显减少。
  2.1.6 甲醛的影响
  为了提高尿素产品质量,提高尿素的强度,公司于2014年7月22日在蒸发U型管处添加甲醛。甲醛加入蒸发系统中,不可避免的通过蒸发冷凝系统进入V703内。表三为未添加甲醛的净水指标,表四为添加甲醛后的净水指标。由表三和表四数据可以看出,添加甲醛后净水NH4+上涨较为明显,Ur略有上涨趋势。
  2.2 蒸汽量不足
  一定量的解析负荷对应一定的蒸汽量,根据Stamicarbon设计的工艺流程,解析的满负荷是80m3/h,C801A/B采用低压蒸汽,进汽量FIC8102为17t/h,水解塔C803采用抽汽,进汽量为4t/h,当加入的蒸汽量不足时,解析水解不彻底,解析塔塔顶的温度TI8111是一个重要的参考,当塔底通入的蒸汽过量时,首先表现为TI8111温度上升;塔底温度TI8109温度过低,解析效果不好,出液中的NH3和CO2含量就会升高,进而增加水解塔的负荷,影响到水解效果。
  水解塔加热蒸汽来自抽汽管网,压力为2.3MPa,水解塔操作压力为1.8MPa,低负荷时抽汽的压力只有1.95MPa,此时压差比较小,水解塔加热蒸汽量不足时,水解塔塔底温度TI8107就会下降,导致大量未水解的工艺冷凝液进入第二解析塔C801B,致使C801B负荷加重,造成解析净水电导超标。在操作中尤其注意抽汽压力不能波动过大。抽汽波动较大原因有P102A跳车、合成系统封塔停车。
  2.3 解析塔液位控制过高
  解析塔C801为单溢流筛板塔,设计为逆流接触形式,同时为了保证两相有充分的接触,塔内装有塔板。上部有15块塔板,下部有24块塔板。中间由一块升气板将C801分为上下塔,一旦液位控制不当,直接影响气液比,使塔板的效率下降。液位控制过高,便会发生淹塔现象,使塔板之间的气液分离空间消失,无法起到精馏和提馏的目的,直接导致净水CI8101升高。因此在实际操作中,要控制好解析塔的液位。
  2014年10月23日第二解析塔C801B液位计LIC8103失灵,仪表确认为该液位计膜片损坏。因开车塔内介质为稀氨水,无法检修。仪表通过将C801B液位憋至C801A,通过简单计算得出大概液位,现LIC8103通过仪表算出的液位和经验值手动操作,期间水解净水电导有小幅度波动。
  2.4 解析塔液泛导致净水超标
  液泛是指液体不能靠重力自上而下流动,而是被塔底进入的蒸汽一起从塔顶吹出。
  发生液泛后,回流液位槽V801瞬间满液、P801至水解塔C803阀位LIC8101关小,C803液位LIC8102下降迅速。在处理过程中,需要减少蒸汽的用量,随着蒸汽用量的减少,解析塔内气液平衡被打破,造成水解净水CI8101上涨。
  解析塔塔板被吹翻,2013年11月至2014年5月,解析系统极易发生液泛现象,在处理过程中采取解析退汽待系统好转后,逐步加蒸汽的方法处理。5月份大修对解析塔拆开后发现C801B进汽挡板撕裂、最下层塔板被吹翻。
  2.5 其他原因
  出现水解系统液泛的原因还有很多,如换热器E801、E802、E803有漏,蒸发系统打循环时间过长、解析塔C801升气帽处有焊缝、第一解析塔塔板开焊漏至第二解析塔、塔板结垢严重堵塞小孔、系统内的甲铵液或尿液漏入氨水槽中等。
  3 解决措施
  3.1 开车初期
  开车初期,V703内浓度较高且液位较高时,可降低V703液位之后再进行升温。水解系统升温的过程同样是对V703内浓度进行稀释的过程。开V703排放排至V707内,将V703液位降至20%,当液位升至60%左右时,净水基本上可以达到指标。系统运行正常后,再将V707内较高浓度的稀氨水通过P707倒液至V703。倒液的过程中要严格控制倒液速率不可过快,同时还要观察净水电导、解析系统压力、解析塔和水解塔塔底温度的变化情况。
  冷凝液电导超标;加入的蒸汽过量,容易造成C801的液泛。
  3.2 解析系统的控制
  解析进料组分比正常偏高时,解析塔所需要的平衡热量就会增多。在操作过程中要增加水解塔和解析塔的蒸汽用量,期间要注意观察解析塔气相温度。当解析塔加热蒸汽量不足时,就必然导致解析塔顶部温度降低,同时从解析塔顶部向下流动的液相温度也会降低,最终增加由下层塔板上升气相的冷凝量,使得降液管内的液位上升,形成液泛。为解决解析塔带液现象,就需通过增加解析塔的蒸汽用量,提高解析塔顶部温度,同时保证解析塔气相水含量在40%左右。
  3.3 高压系统的控制
  控制好合成系统的NH3/CO2、H2O/CO2,尤其是对H2O/CO2的控制。由11月14日的数据可以看出,系统的H2O/CO2已经严重超出设计值。
  3.3.1 减少进入高压系统水量
  在实际的操作过程中,应减少系统的水量,待系统的压力稳定后,再逐步减水量。在减少水量的过程中,要注意系统的变化情况,其中包括系统压力、合成塔及池式冷凝器的温度、汽提塔的耗气量、汽提塔出液温度、以及循环系统的压力的变化情况。
  3.3.2 提高水解系统浓度
  可采取开大FIC8103提高回流量和适当降低解析气相温度的方法来实现。在降低解析气相温度时,解析塔的压力控制在0.2MPa,同时也要保证解析塔出气中的水含量在40%。
  3.3.3 提高循环系统的浓度
  为提高循环系统浓度,尽量开大水解回流液FV8201,减少FV3206的量,PIC3201尽量关小,提高循环系统压力。
  3.4 蒸发系统
  通过增加冲洗频率和延长冲洗时间、利用蒸发打循环期间开大冲洗水、蒸发热煮等手段解决喉管处缩二脲积存问题。蒸发系统的真空不易控制过高,控制过高时V703浓度升高,还会导致产品的水含量降低,降低尿素产量。
  3.5 提高巡檢质量
  当解析水解系统不正常时,现场应逐个排查,避免甲铵液、尿液进入氨水槽和事故槽内。
  3.6 防止液泛发生
  为了防止液泛现象的发生,在操作中切忌加蒸汽过猛,也不要大幅度调节蒸汽的用量。水解系统开车时,如果加热蒸汽太多,顶部进料极易造成液泛。水解加负荷时,要先加一些进料,再加一些蒸汽,逐步加到所需的量;减负荷时,先减蒸汽后再减进料,可有效的避免液泛。
  4 结束语
  解析水解净水电导CI8101出现上涨后,应尽快查找原因,避免因长时间的未调节,影响净水外送,严重时还将影响高压系统的稳定运行。
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