三聚氰胺生产中存在的问题及对策

2010-08-29陈鹏

化工设计通讯 2010年1期

关键词：汽提塔三聚氰胺熔盐

陈鹏

(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳 457004)

三聚氰胺生产中存在的问题及对策

陈鹏

(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳 457004)

介绍高压法三聚氰胺装置在实际运行过程中出现的问题,通过技术改造解决了制约装置长周期满负荷生产的一系列问题,保证了三聚氰胺装置的平稳运行。

高压法;三聚氰胺;技术改造

0 引言

河南煤业化工集团中原大化公司三聚氰胺装置年产30kt,采用美国应用信号技术的高压尿素法生产工艺。该工艺具有技术先进、产品质量好、能耗低等特点。它是高压法三聚氰胺生产工艺投入工业化运行的第三套(继韩国和意大利之后),是我国第一套高压法三聚氰胺工业化装置。自2000年7月投产以来,经过近10a的实际运行,该装置总体上性能还是良好的。但是,也存在这样或那样的问题。因此,对这10a来高压法三聚氰胺生产装置所出现的主要问题进行分析,并就其有关的针对性技术改造进行总结,以更加有效地保证三聚氰胺装置的稳定良好运行。

1 生产废水技术改造

1.1 生产废水产生的原因

高压法三聚氰胺装置生产废水的处理是个难题,由于设计原因系统水无法平衡,部分工艺循环水必须就地排放。在设计中,工艺循环水(生产废水)指标为(均为质量分数):三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺(OAT)0.02%,三聚氰胺(ME)1.11%,NH30.03%, CO20.24%,H2O98.55%。最终经OAT过滤器后得到的滤液量为20000kg/h,返回前系统循环的水量为12000kg/h。由于工艺循环水循环量小于产生的总量,有8000kg/h的工艺废水必须就地排放,而其中因含有ME、OAT和NH3,势必造成污水排放中COD和总氮严重超标,影响环保。随着国家对环保日益重视,迫切要求解决三聚氰胺装置生产废水处理的问题。公司设计投用了一套在高温高压下水解三聚氰胺生产废水的废水处理系统,处理工艺废水中的OAT和三聚氰胺,从而彻底解决了这一生产难题。

1.2 生产废水技术改造措施

1.2.1 生产废水处理工艺原理

利用三聚氰胺和OAT在高温高压下能完全水解生成NH3和CO2的原理,回收处理三聚氰胺装置的OAT料浆,分解产生的尾气送尿素装置回收利用,精制水送氨洗涤塔代替脱盐水使用,从而实现了三聚氰胺装置生产废水的零排放和资源的循环利用。

1.2.2 生产废水引出位置

若只是将过量的工艺循环水进行处理,由于工艺循环水的组成中OAT、ME和NH3的含量很低,伴随着分解过程中带出的水,可以得到的碳铵液或NH3/ CO2/H2O混合气浓度太低:①回收价值大打折扣;②不利于回收。于是,选择将生产废水从闪蒸槽引出,这样做的好处:①此处NH3几乎全部被汽提出去, OAT还未被结晶出来,浓度较高,可以生成更多的NH3和CO2;②此处OAT在溶液中是溶解状态,有利于物料的输送。生产废水处理工艺流程见图1。

图1 生产废水处理系统工艺流程

如图1所示,从闪蒸槽引出的生产废水,通过升压泵增压后,通过废水换热器用水解器出液预热后,在废水加热器中,用高压蒸汽加热而后进入水解器,在水解器内OAT和三聚氰胺充分发生水解反应,完全生成NH3和CO2,水解器产生的气相送到第二套三聚氰胺装置(MII)的尾气冷凝系统,经冷凝后送到尿素装置进行回收利用。水解后不含OAT和三聚氰胺的液相经过废水换热器预热进料后进入汽提塔。由再沸器将物料加热,使NH3和CO2彻底汽提出来,确保塔底为达标的精制水,汽提塔气相用回收的稀碳铵液通过泵加入一定的回流量控制顶部温度,含有少量NH3、CO2和大量水蒸气的气相在换热器中冷凝得到稀碳铵液,收集在稀碳铵液贮槽中,未冷凝的惰气送入氨洗涤塔洗涤后放空。稀碳铵液贮槽中得到的稀碳铵液大部分通过泵送到第2套三聚氰胺装置作为工艺循环水回收,小部分去汽提塔顶部作为回流液控制汽提塔出气温度。经汽提后的精制水温度较高,通过急冷水预热器和稀释水预热器加热急冷水和稀释水回收余热,再经精制水冷却器用冷却水降温,最后精制水温度降到40℃,然后送至氨洗涤塔代替脱盐水使用,或送至供水系统代替冷却水使用。

1.2 .3 生产废水处理运行评价

a)通过文献检索,未发现国内外同类装置废水处理技术,经过处理后的水质满足设计要求,各项消耗在控制指标内,效果理想。

b)废水处理系统的应用,实现了三聚氰胺装置的工业污水达标排放,保证了装置的清洁环保运行。

c)处理后的精制水代替脱盐水,含氨和二氧化碳的尾气回收利用,节省了OAT过滤器的助滤剂消耗,通过计算每年可产生直接经济效益152万元。

2 套管式高压氨加热器技术改造

高压氨加热器为套管式加热器,其作用是通过壳侧熔盐将走管侧的高压液氨升温后送入到三聚氰胺反应器中,从而强化反应器内的物料循环。但自开车以来,其经常出现内管泄漏,从而严重影响了装置的安全运行。

2.1 高压氨加热器内管泄漏的原因分析

(1)原始设计中高压氨加热器进出口的温差设计过大。

(2)高压氨加热器在设备制造方面存在一定的缺陷,质量达不到设计的有关要求。

(3)在工艺操作方面存在熔盐系统故障、高压氨加热器加负荷过快、高压氨预热器故障。

2.2 高压氨加热器技术改造措施

当高压氨加热器内管发生泄漏时,高温高压的氨通过漏点处迅速进入到熔盐中,导致:①由于三聚氰胺反应器的热量是由熔盐提供的,当氨进入到熔盐中,将会使熔盐失效,使其无法给三聚氰胺反应器供热,整个三聚氰胺装置将被迫停车;②高温高压的氨有可能和高温熔盐发生剧烈反应,产生爆炸。为此,将套管式高压氨加热器更换为TPC型电加热器,使氨与熔盐不发生接触,彻底解决由于高压氨加热器内管泄漏给三聚氰胺装置带来的威胁。

2.2.1 TPC型电加热器工作原理

TPC型电加热器由法国SISE-PARMILLEUX公司设计制造,与以熔盐为加热的套管式加热器相比,它具有安全可靠,操作方便,自动化程度高等方面的优点。

TPC型电加热器的工作原理如图2所示,频率为50Hz,电压为380V的电路接触器分为3段与硅可控整流器相连后,再通过一个低压转换器分3段与电加热器的加热管外部相连,氨走加热管内部,从而逐步被加热,氨的出口温度通过一个自动温度调节阀与温度自动调节系统相连,再由温度自动调节系统控制电路接触器,当氨的出口温度高时,电路接触器断开,当氨的出口温度低时,电路接触器闭合,从而保证氨的出口温度达到要求。

图2 高压氨电加热器工作原理图

2.2.2 TPC型电加热器运行评价

a.通过将套管式高压氨加热器更换为TPC型电加热后,使高温高压熔盐不再和高压氨发生接触,一方面就不存在氨进入到熔盐中,使熔盐失效,从而使其无法给三聚氰胺反应器供热;另一方面,高温高压氨也无可能和高温熔盐发生剧烈反应,导致高压氨加热器超温超压,从而彻底消除了生产上的安全隐患。

b.TPC型电加热有一个独立的温度调控系统,即使高压氨预热器由于蒸汽系统的原因导致进入电加热器内管的温度有较大的波动,也能保证高压氨在加热管内被缓慢加热,从而避免了高压氨温度的剧烈变化,有效的减小了加热管内外部之间的温差,进一步防止了爆管事故的发生。

3 尾气冷凝器技术改造

尾气冷凝器的作用是将急冷塔顶部产生的尾气(主要含有氨、二氧化碳、水),在与碳铵液混合形成甲铵溶液后,将甲铵液冷却,然后再经泵送往尿素装置的中压系统进行循环利用。如果甲铵液出口超温,一方面,由于尾气不能被冷凝下来,急冷塔将会超压,致使整个三聚氰胺装置被迫低负荷运行;另一方面尿素装置的中压系统也将无法接收超温甲铵液。会严重影响尿素装置的正常生产。由于其循环水侧U形管束经常结垢,致使出口甲铵液超温,为此,需对其进行技术改造。

3.1 尾气冷凝系统工艺流程

尾气冷凝系统生产工艺流程如图3所示。从反应器出来的气液混合物首先进入急冷塔,通过加入急冷水使温度快速下降,从底部出去的三聚氰胺水溶液送到二氧化碳汽提塔,从而把绝大部分的二氧化碳汽提出去。而从急冷塔顶部出去的尾气与来自尿素厂的碳铵液混合,形成甲铵溶液后,进入尾气冷凝系统,经过尾气冷凝器冷凝后,进入甲铵液缓冲槽中,然后再经泵送往尿素装置的中压系统进行循环利用。

图3 尾气冷凝系统流程图

3.2 尾气冷凝器“U”型管束结垢的原因

当打开尾气冷凝器后,发现其内部“U”型管结垢非常严重,经分析,尾气冷凝器冷却水侧结垢的主要原因,是由于敞开式冷却水系统在运行中易有沙子、粘土、微生物随空气带入,并在系统中产生沉淀物;另外,凉水塔破碎填料以及其他碎屑也会随水的流动而夹带到管道中,从而导致冷却水系统太脏,将冷却水进口的过滤网堵塞,使冷却水的流量减少,冷却水出口温度上升,然后,在高温下冷却水在壳侧慢慢结垢,影响换热,并且,随着冷却水的温度上升,结垢越来越严重,温度越来越高,形成恶性循环,最终导致换热器不换热。

3.3 尾气冷凝器技术改造措施

通过投用一套尾气冷凝用调温水系统,使冷却水不直接与尾气冷凝器的“U”型管接触,而是通过冷却水降低脱盐水的温度,而后脱盐水再进入尾气冷凝器的“U”型管内与壳侧的工艺介质甲铵液换热,从而降低甲铵液的温度。

3.3.1 尾气冷凝用调温水系统工艺流程

尾气冷凝用调温水系统工艺流程见图4。从调温水槽过来的脱盐水经调温水循环泵升压后,在调温水冷却器中经冷却水降温后,进入尾气冷凝器的“U”型管中与甲铵液换热,从而降低甲铵液的温度,使其出口温度达到工艺要求,而“U”型管中的脱盐水在与甲铵液换热后,再重新流回到调温水循环泵的入口处进行循环使用,从而节约了脱盐水的用量。

3.3.2 尾气冷凝用调温水系统的特点及运行评价

a.使用尾气冷凝用调温水系统后,由于进入“U”型管中的是经过冷却过的脱盐水,从而有效的避免了“U”型管束的结垢问题。

b.虽然板式调温水冷却器也会结垢,但其清洗起来却比较方便和简单。与酸洗尾气冷凝器“U”型管束相比,无论从工艺方面还是经济效益方面都是可行的。

图4 尾气冷凝用调温水系统流程图

c.尾气冷凝器“U”型管束中冷却用脱盐水采用循环使用的方法,有效的节约了脱盐水的用量,产生了较大的经济效益。

4 二氧化碳汽提塔技术改造

二氧化碳汽提塔的作用是将三聚氰胺水溶液中的绝大部分CO2汽提出去,防止影响氨回收系统的正常运行。但自投产运行以来,其塔盘却经常出现结晶堵塞。

4.1 二氧化碳汽提塔塔盘结晶堵塞的原因分析

通过对二氧化碳汽提塔塔盘结晶物的定量分析,得出二氧化碳汽提塔塔盘出现结晶堵塞的原因主要有:①急冷塔至汽提塔压力急剧下降,减压闪蒸降温,导致结晶析出;②三聚氰胺反应器温度控制过高,导致生成物中高聚物的含量高;③工艺循环水中OAT杂质的含量高;④汽提塔进料浓度过高,导致结晶析出。

4.2 二氧化碳汽提塔技术改造措施

为了彻底解决二氧化碳汽提塔的塔盘结晶堵塞问题,进行了以下技术改造。在二氧化碳汽提塔前增加了一个三聚氰胺闪蒸槽系统,使从急冷塔出来的三聚氰胺溶液不直接进入二氧化碳汽提塔,而是在进入二氧化碳汽提塔之前,先进入三聚氰胺闪蒸槽进行闪蒸后再进入到汽提塔内,从而避免有结晶物在汽提塔塔盘上结晶出来。

4.2.1 三聚氰胺闪蒸槽系统工艺流程

三聚氰胺闪蒸槽系统工艺流程见图5。从急冷塔底部出来的三聚氰胺溶液进入到三聚氰胺闪蒸槽内,闪蒸后再进入二氧化碳汽提塔把CO2汽提出来。闪蒸槽的外部加有低压蒸汽夹套保温,以减少热量的损失,避免闪蒸槽的温度过低;内部安装有一部带有双叶轮的三聚氰胺搅拌器,使三聚氰胺溶液混合均匀,防止在闪蒸槽底部出现三聚氰胺沉积;上部加有一股冲洗水,以喷淋吸收三聚氰胺闪蒸气体;下部加有一股中压蒸汽,以加热闪蒸后的三聚氰胺溶液,防止在闪蒸槽内出现三聚氰胺结晶。同时,在搅拌器的上部和下部各加有一股冲洗水,保持搅拌器轴承的平衡,另外,在闪蒸槽的底部还设有一条闪蒸槽排空管线,从而保证在闪蒸槽系统检修时排空闪蒸槽。