尿素深度水解系统优化运行总结

来源:用户上传      作者:

　　摘   要：尿素装置深度水解系统主要是将尿素生产过程中产生的含氨、二氧化碳、尿素废水进行深度水解，将废水中的氨、二氧化碳、尿素分解后提浓进行回收，最终将满足排放标准的工艺冷凝液送至界外用户。针对尿素装置解吸水解系统能耗高、操作难度大、解吸回流冷凝器温度高等问题，通过工艺调整、技术改造的方式进行优化，最终达到降低能耗、系统稳定运行的目的。
　　关键词：解吸;水解;工艺冷凝液;压力;温度
　　尿素由氨、二氧化碳在合成系统内反应生成，离开合成系统质量分数约53%的尿素溶液进入循环系统、蒸发系统提浓，最终将质量分数为99.7%的熔融尿液送至造粒塔进行造粒。在尿素提浓过程中，氨、二氧化碳、尿素伴随水蒸气进入到氨水槽，氨水槽中的稀氨水最终通过深度水解系统进行处理，回收其中的氨、二氧化碳、尿素，将其作为尿素生产原料返回高压系统继续参加反应，处理后的工艺冷凝液（水解净水）送至界外用户。要求通过解吸水解系统处理后的工艺冷凝液中氨质量浓度≤3 mg/L、尿素质量浓度≤3 mg/L。
　　我们可将深度水解系统分为解吸、水解、吸收3个部分。解吸即通过解吸塔将稀氨水中的氨、二氧化碳与水通过汽提的方式进行分离，提高氨、二氧化碳的质量分数，同时向外界提供合格的工艺冷凝液;水解即在高温高压条件下使尿素与水发生反应，生成氨和二氧化碳;吸收即将解吸、水解后含氨、二氧化碳和水蒸气的尾气进行冷凝吸收，然后返回前系统作为生产原材料。
　　1    工艺流程简述
　　尿素氨水槽中废液组分（质量分数）：NH3：7.5%，CO2：5.9%，尿素：1.6%，水：85%。稀氨水由解吸塔给料泵输送，经解吸塔换热器加热至约109.4 ℃，流量为79.3 m3/h进入第一解吸塔第3块塔板上向下流动进行解吸。解吸塔为单溢流筛板塔，上部有15块塔板为精馏段，起气体精馏作用;下部有24块塔板为提馏段，中间由一块升气板将分成上下塔，料液中的大部分NH3和CO2被下塔来的蒸汽汽提出去。
　　进入解吸塔上塔的料液经过解吸塔精馏段后聚集在中间升气板上，由水解给料泵加压到2.79 MPa送至水解塔顶部。在水解塔底部通入2.3 MPa，363 ℃的过热蒸汽加热塔内介质，控制水解塔出料温度为195～210 ℃，尿素在水解塔中几乎全部水解成NH3和CO2，从水解塔底部离开的溶液进入第二解吸塔的上部。从水解塔顶部离开的气体进入第一解吸塔的第5块塔板上进行再次吸收。
　　解吸塔的汽提蒸汽来自第二解吸塔底部注入的0.5 MPa的饱和蒸汽，饱和蒸汽在第二解吸塔内将来自水解塔的溶液进行汽提，含高质量分数氨、二氧化碳的汽提气通过解吸塔中部升气板进入第一解吸塔，作为第一解吸塔的汽提气。出自第二解吸塔底部的合格工艺冷凝液，首先经解吸塔换热器冷却到92 ℃，再经水解净水冷却器冷却到45 ℃后，最终经水解净水泵加压到0.65 MPa送至循环水或壳牌装置使用。在水解系统开停车期间净水不达标（水解净水中电导率大于100 μS/cm），通过回流管线转至氨水槽;当水解净水电导率达到100 μS/cm以下时可切换至界外用户。
　　离开解吸塔顶部含水量约40%的气体进入回流冷凝器壳侧冷凝，冷凝热用冷却循环水系统移走，冷凝后进入到回流液位槽中。回流液位槽中的碳铵液经回流泵分为两部分送出，一部分送至低压甲铵冷凝器（约17.6 m3/h），另一部分作为回流液送到解吸塔的顶部，用以控制塔顶产品组分。回流液位槽顶部设有调节阀控制惰性气体进入常压吸收塔。
　　2    解吸水解系统存在的问题
　　2.1  解吸塔蒸汽消耗高
　　解吸塔蒸汽消耗设计满负荷为17.6 t/h，但在优化调整前满负荷运行期间，蒸汽消耗约为21.0 t/h，较大的蒸汽消耗导致解吸水解负荷加重。回流冷凝器外送至低压循环系统的甲铵液量大约为21.0 m?/h，原设计仅为17.6 m?/h。
　　2.2  解吸系统压力高
　　解吸塔回流冷凝器温度控制较高同时解吸塔加入蒸汽量大，导致解吸塔压力高，未进行优化调整前，解吸塔压力为0.33 MPa左右，若系统出现波动时解吸塔超压，压力最高可达0.40 MPa，远远高于设计压力0.28 MPa。
　　2.3  解吸塔经常发生液泛
　　由于解吸水解系统一直处于高负荷运行，稍出现波动则会导致解吸塔发生液泛，从而造成水解净水工艺冷凝液电导超标。
　　2.4  解吸回流冷凝器冷却水温度高
　　解吸水解系统优化调整前的工况，导致回流冷凝器内碳铵液质量分数较高，回流冷凝器出现多次结晶，因此，将回流冷凝器温度控制较高，以防结晶，调整前回流冷凝器冷却水供水温度在45～50 ℃，回水温度在60～65 ℃。回流冷凝器列管有结垢现象，主要原因是循环水温度过高。
　　2.5  解吸水解系統运行负荷高
　　解吸水解系统设计满负荷处理量为76 m?/h。实际运行过程中，系统满负荷且工况稳定的情况下，解吸水解系统的处理量约83 m?/h，超出设计值7 m?/h左右。
　　3    运行优化措施
　　针对以上存在的问题，从工艺参数调整、改变调整思路、技术改造等方面进行优化，最终解决了以上存在的问题，保证了装置的稳定运行，具体调整方法如下。
　　3.1  降低解吸回流冷凝器冷却水温度
　　解吸塔回流冷凝器冷却水温度设计上回水温度分别为32.4 ℃、44.7 ℃。为了防止回流冷凝器结晶，将回流冷凝器冷却水上水温度控制为45～50 ℃，温度提高后，回流冷凝器内冷凝效果下降，氨、二氧化碳不能充分冷凝吸收，导致解吸塔一直处于压力较高的状态（0.30～0.35 MPa）。通过不断实验，缓慢将回流冷凝器冷却水温度降低后，解吸塔压力最终下降至0.26 MPa，而回流冷凝器未出现结晶的现象;液位槽内温度由60 ℃降低至42 ℃，有效降低了高温度下氨气的闪蒸，减少放空量。 　　回流冷凝器的温度下降，有效防止回流冷凝器列管的结垢，增加了回流冷凝器的冷凝效果，同时解吸塔压力下降，氨和二氧化碳在解吸塔内的分解更加充分。
　　3.2  关闭解吸塔顶部回流液
　　精馏塔顶部均设有回流液来控制解吸塔顶部气相中的水质量浓度，从而使进入回流冷凝器中的水质量浓度降低来提高回流冷凝器中碳铵液的质量分数。斯塔米卡邦深度水解工艺，解吸塔回流仅需要在開车时投用，正常生产后不需要进行回流。
　　尿素装置调整前回流液流量约2 m?/h，按照回流冷凝器中质量分数进行反算，回流流量等同于进料量7.9 m?/h，也就是解吸水解系统的负荷加重7.9 m?/h，这就是在装置满负荷运行时，解吸水解系统的处理量达到83 m?/h的主要原因。目前，满负荷时，解吸水解系统运行负荷达到设计值76 m?/h。
　　3.3  解吸塔加入工厂空气
　　为了控制解吸塔的压力和防止设备腐蚀，向解吸塔中加入工厂空气，正常生产时控制8 m?/h。工厂空气内大部分为不凝气，进入解吸塔后解吸塔压力升高，通过空气量调整解吸塔的压力稳定在0.28 MPa，以达到最佳的解吸、吸收效果。
　　通过空气量的调整，控制回流冷凝器液位槽放空阀的开度由最初的80%以上开度降低至10%，有效减少了回流冷凝器液位槽的氨放空损失。
　　3.4  回流冷凝器控制回路改造
　　解吸塔原压力控制通过回流冷凝器冷却水补水量进行控制，这种控制方式比较滞后，当解吸塔压力波动时，调节阀不能及时跟踪，导致解吸塔压力波动大。通过技改措施，将解吸塔压力控制回路改为由回流冷凝器液位槽顶部放空阀控制，技改后运行情况良好，能及时调节解吸塔的压力。
　　将原回流冷凝器冷却水回水手动控制回路，改为由冷却水上水温度和回水控制调节阀组成新的控制回路，冷却水上水温度改为自动控制，大大降低了操作人员的操作强度，使解吸水解系统运行更稳定。
　　4    结语
　　通过技改及优化调整措施，解吸水解系统自动化控制程序得到一定程度的改进，操作人员的操作强度有效降低;对比解吸水解系统的运行工况可以看出，解吸塔蒸汽消耗明显得到降低，由21 t/h降低至14 t/h，大幅降低装置能耗;解吸塔操作压力由0.35 MPa甚至频繁超压的状态至调整后压力为0.28 MPa且能稳定运行，调整后未出现超压的现象;解吸回流冷凝器冷却水温度下降15 ℃，有效防止了回流冷凝器的结垢。
　　[参考文献]
　　[1]周 原.尿素装置操作工[M].北京：中国石化出版社，2007.
　　[2]邱泽勤，杨永杰.化工环境保护概论[M].北京：化学工业出版社，2009.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14903592.htm