尿素装置工艺冷凝液处理系统改造运行总结

郑海胜

(潞安丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司， 山西运城 044100)

1 尿素装置工艺冷凝液处理系统改造的必要性

潞安丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司第1套尿素装置自1991年5月1日建成投运以来，已建成了4套，目前有3套装置(1#、3#、4#)在运，总产量已达85万t/a。其中，1#、3#尿素生产工艺为水溶液全循环法，4#尿素装置的生产工艺为CO2汽提法。

为了保证1#、3#尿素装置解吸废水达标排放，2012年6月新建了1套50 m3/h尿素深度水解装置，工艺采用斯塔米卡邦公司的尿素水解、解吸技术。该50 m3/h尿素深度水解装置的工程设计由河北正元化工工程设计有限公司设计。

2017年由于尿素市场的持续疲软，为了提高经济效益，发展尿素装置的下游产品，2017年10月新建1套5万t/a三聚氰胺装置，三聚氰胺装置产生的尾气与1#、3#尿素装置联产。为了保证三聚氰胺装置满负荷时产生的尾气都能被1#和3#尿素装置回收，在三聚氰胺装置投产前分别对1#、3#尿素装置进行了节能降耗改造。在三聚氰胺装置尾气与1#、3#尿素装置联产时为了充分回收解吸水解气、液相的热能，对工艺冷凝液处理系统的改造也势在必行。

2 工艺技术方案的选择

目前尿素装置工艺冷凝液的处理工艺主要有3种：(1) 荷兰斯塔米卡邦公司的中温尿素水解和解吸技术，该工艺采用解吸-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蒸汽直接加热，水解塔为立式塔；(2) 意大利斯那姆公司的高温尿素深度水解和解吸技术，该技术也是采用解吸-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蒸汽直接加热，水解塔为卧式塔，用隔板分成9～10个小室，蒸汽分别进入每个小室；(3) 美国孟山都环境化学公司的水解汽提技术，采用1.0 MPa的蒸汽和CO2进行加热汽提，该工艺采用的蒸汽压力较低，水解塔和解吸塔合二为一，流程简单[1-4]。

潞安丰喜肥业(集团)有限责任公司临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艺包、河北正元化工工程设计有限公司设计的尿素水解解吸技术，水解压力为2.0 MPa，水解采用2.5 MPa的蒸汽进行直接加热，解吸压力为0.3 MPa，解吸采用约1.3 MPa的蒸汽进行直接加热；改造后采用水解-解吸单塔工艺，将原水解塔改造成解吸水解塔。解吸水解塔操作压力为1.05 MPa。此次改造的设计单位为四川川化永昱化工工程有限公司，已有成功改造业绩，解吸水解塔内件由山西天大化工工程有限公司制作及安装。

3 改造内容

利用现有水解塔进行改造，主要改造内容为：

(1) 拆除现有水解塔内塔盘及辅助蒸汽分布管。

(2) 去除现有水解塔上部保温盘管。

(3) 现有水解塔顶部出气口由DN100改为DN150，并在出口增设挡液板。

(4) 在现有水解塔底部出液口增设防涡流挡板。

(5) 在现有水解塔内新增泡罩塔盘共41层，层间距为660 mm，其中第21层和第22层之间增设人孔，层间距为765 mm。塔板类型为泡罩，塔板材质为316L。每层泡罩数为40个，塔板开孔直径为DN65。泡罩高度为230 mm，泡罩距离塔板10 mm，泡罩直径为100 mm，每个泡罩下部开21个120 mm(长)×8 mm(宽)的长条孔均匀分布

(6) 在现有水解塔中部、上部各新增1个人孔。

(7) 在现有水解塔上新增6个测温点(Tc1～Tc6)，原测温点加盲板。

(8) 在现有水解塔下部新增2个液位计(Lc1-2和Lg1-2)，原液位计口加盲板。

(9) 在现有水解塔辅助蒸汽的3个进口(i1～i3)加盲板。

(10) 现有水解塔内径为2 200 mm，新制塔盘直径为1 700 mm。

4 改造后的解吸水解装置

4.1 工艺流程

来自一段蒸发表面冷凝器槽的表冷凝液和收集的工艺废水流至碳铵液贮槽经解吸水解塔给料泵、解吸水解塔换热器送入解吸水解塔顶部。溶液从上往下流经各塔板时，溶液被加热，溶液中的尿素与水发生反应，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来；为防止腐蚀，在塔底部加入防腐空气。解吸水解塔操作压力为1.05 MPa，操作温度为186～188 ℃(塔底)，出解吸水解塔顶部的气体分2路分别送入1#、3#尿素装置二段分解塔精馏段下部，出塔底部的解吸废水中的尿素和氨质量分数小于5×10-6，经1#、3#尿素装置二段分解加热器下段及解吸水解塔换热器回收热量，经液位调节阀和解吸废水冷却器冷却，送出界区供循环水的补充水。

在和三聚氰胺装置联产时，部分工艺冷凝液送到三聚氰胺界区作为尾气吸收液。来自三聚氰胺装置中压解吸的残液入解吸水解泵出口。

解吸水解塔底部加入部分来自CO2压缩机三段的CO2。

解吸水解装置工艺流程框图见图1。

图1 解吸水解装置工艺流程图

4.2 主要设备

(1) 解吸水解塔。利用现有水解塔进行改造，规格型号Ф2 200 mm×32 328 mm,容积V=115 m3，主体材质为S31603，1台。

(2) 解吸水解塔换热器。现有2台，新增1台，规格型号为Ф900 mm×7 457 mm,换热面积F=320 m2(每台)，主体材质S31603，共3台。

(3) 废水冷却器。利用现有废水冷却器，规格型号Ф2 300 mm×952 mm×1 950 mm,换热面积F=200.4 m2，主体材质304 L，1台(板翅式换热器)。

(4) 解吸水解泵。利用现有水解泵，规格型号MC80X4，体积流量qV=30 m3/h，主体材质316L,2台。

4.3 工艺指标

解吸水解装置的工艺冷凝液处理体积流量为25 m3/h,其主要解吸水解操作工艺指标见表1。

表1 主要解吸水解操作工艺指标

5 主要消耗

处理1 m3工艺冷凝液实际需消耗1.3 MPa的中压饱和蒸汽0.3 t，2.2 MPa防腐空气0.12 m3，0.3 MPa、 32 ℃循环水2.1 t，380 V、50 Hz电1.2 kW·h。每小时处理25 m3工艺冷凝液，则每小时需消耗1.3 MPa的中压饱和蒸汽7.5 t，2.2 MPa防腐空气3 m3，0.3 MPa、32 ℃循环水52.5 t，380 V、50 Hz电30 kW·h。

6 解吸水解装置运行中存在问题及应对措施

该项目于2017年5月19日投运,在解吸水解系统投运试生产运行过程中,解吸水解废液中NH3含量一直不达标，解吸水解压力控制在1.0～1.1 MPa，解吸水解塔底部温度为186～188 ℃，废液中的NH3质量分数为40×10-6～60×10-6，设计指标为小于5×10-6。原设计蒸汽用1.3 MPa蒸汽管网，由于1.3 MPa蒸汽管网压力低，无法满足生产需要，改用2.5 MPa蒸汽管网后解吸情况明显好转，解吸废液中的NH3质量分数为10×10-6～20×10-6，还是达不到设计指标(小于5×10-6)。生产实践证明，尿素装置工艺冷凝液处理系统改造投入运行后，基本达到了预期的目标：解吸水解装置气相和液相的热能得到了充分利用，吨尿素蒸汽消耗、氨耗下降。从解吸水解装置投运后的情况来看，废水中NH3含量达不到设计要求。总的来说，该工艺冷凝液处理系统的改造是成功的。解吸废水达到了环保排放要求，解决了系统的热能回收问题，该装置的投运，大大地减少了系统的热能浪费，为企业创造了较好的环保效益和经济效益，杜绝了能源的浪费，社会效益十分可观。

7 结语

三聚氰胺装置尾气联产尿素前，工艺冷凝液处理系统采用中温解吸水解技术，解吸气通过循环水冷却后，回收液经过泵送往尿素低压吸收系统。三聚氰胺装置尾气联产尿素后，工艺冷凝液处理系统通过改造后，采用水解-解吸单塔工艺，解吸气送往二段分解塔精馏段，热量得到了充分利用；解吸废液送往二段分解加热器下段，热量得到回收后，进入解吸水解塔换热器，再次回收热量后，送往尿素循环水作为补充水。技改后工艺冷凝液处理系统运行安全、稳定，节能效果明显；同时，解决了三聚氰胺装置尾气联产尿素后尿素装置废液的排放问题，降低了企业的环保压力，值得业内参考和借鉴。