碳铵结晶问题的有效解决方法

张晓飞，马小龙，来晓芳，汪 凌

（1.中国石油乌鲁木齐石化公司研究院，新疆乌鲁木齐 830019；2.中国石油乌鲁木齐石化公司化肥厂，新疆乌鲁木齐 830019）

碳铵结晶问题的有效解决方法

张晓飞1，马小龙2，来晓芳1，汪 凌1

（1.中国石油乌鲁木齐石化公司研究院，新疆乌鲁木齐 830019；2.中国石油乌鲁木齐石化公司化肥厂，新疆乌鲁木齐 830019）

化肥一合成气化装置油改气及扩能后，新接入一条驰放气管线，该驰放气含有组分氨，导致生产工艺中碳铵结晶问题频繁出现。分析碳铵结晶产生的原因，阐述解决碳铵结晶问题的方法。

结晶；驰放气；碳酸铵；碳酸氢铵；喷淋水

中国石油乌鲁木齐石化公司化肥厂一合成装置自2010年实施原料油改气及扩能50%以后，由于后续工段工艺指标和优化成本要求，合成氨工段新增加一条驰放气管线入气化变换工段工艺气管线。

碳铵结晶问题出现在4114-E6（工艺气冷却器）至4114-V2（2#冷凝液分离器）段之间管线，低温条件下碳铵结晶问题频繁出现，成为制约生产的一个较大隐患，结晶的生成，堵塞工艺气管道，会使装置停车，严重时可造成事故。

1 碳铵结晶产生的原因

1.1 变换系统来工艺气含有氨

系统中的氨主要是由气化反应生成，原料天然气中氮元素经过气化加压反应，大约有15%转化生成氨，气化炉激冷水温度较高，大约240℃左右，氨在激冷室中溶解较少，大部分的氨随合成气进入水洗塔，水洗塔中水温也高，合成气中的氨在水中溶解较少，随合成气进入变换工序，经过逐级冷去后，冷凝下来的冷却液中溶解了较多的氨，在变换冷却后极易产生碳铵结晶。化学反应方程式如下：

1.2 驰放气含有氨

另一股4117-C1（氨吸收塔）来的驰放气各组分和工艺气各组分中，装置正常运行期间驰放气组分中NH3含量为0.13%（v）。

1.3 碳铵结晶的生成

驰放气与变换工艺气在4114-E6入口处汇合，温度80℃，经过4114-E6换热冷却后，出口气温度降为36℃。碳铵结晶反应是可逆的放热反应，化学反应方程式如下：

从化学平衡角度来说，降低温度，反应会向着反应后升高温度的方向移动，以消弱温度的降低，有利碳铵的生成。二氧化碳在氨溶液中溶解时放出热量，与化学反应平衡移动规律一样，提高温度，有利于二氧化碳在氨水中的分解，影响二氧化碳被氨水的吸收。从扩散平衡来说，提高温度，有利于碳铵的分解。

2 解决碳铵结晶问题方案

结合工艺流程和碳铵结晶体的物理化学性质，经过长时间的摸索实验，乌石化化肥厂总结出了消除结晶的两种方法：使用高压雾化喷淋水洗涤和提高工艺气温度。根据现场碳铵结晶问题严重程度，可以两种方法灵活单独使用和混合使用。

2.1 高压雾化喷淋水

改进喷淋方法，高压喷嘴接入10.0MPa的锅炉水，使喷入的高压水高度雾化，与工艺气充分接触，采用三通焊接双喷头，双向双头喷嘴在工艺气顺、逆流的方向上喷淋，达到充分接触的目的，喷嘴设计中考虑了不易堵塞，雾化效果好，喷雾范围大等几点需要，保证了喷淋系统的正常运行。

在增加高压雾化喷嘴后，该变换工段再未发生碳铵结晶导致管线堵塞，系统压力上升的情况，高压雾化双向双头喷嘴建议长期持续投用，可以预防碳铵结晶问题的发生。

2.2 控制系统工艺气温度

当高压雾化双向双头喷嘴持续投用，但变换工艺气管道再次发生碳铵结晶引起的堵塞事故时，可以采用提高工艺气温度来消除碳铵结晶问题。方法是用开、关4114-E6换热器冷却水进出口阀来控制工艺气温度。一般情况下，仅靠高压雾化喷淋水就可解除碳铵结晶问题。在结晶严重时，可以用提高系统工艺气温度方法来消除结晶，待结晶消除，恢复系统工艺气至原始温度36℃。结晶的主要成分是碳酸铵，碳酸氢铵，对应的熔点分别为58℃、65℃，由于变换后续净化工段要求温度不能长时间高于36℃，综合考虑，温度控制在50～70℃为宜，此方法是有效去除碳铵结晶的应急办法。

3 经济效益分析

（1）驰放气作为4117合成氨工段排放的废气，现回收利用。干基总量为：4 611.3m3/h，其中主要组分为，CH4：352.3m3/h，N2：1 059.7m3/h，H2：3 189.2m3/h。CH4被后续工段分离出来，送往锅炉做热源；N2、H2又送回4117合成工段作为合成氨原料气。以干基0.5元/m3计算，每小时节约2 305元，每年按8 000h计，可以节省1800多万元。

（2）由于碳铵结晶问题，平均一个月可阻塞管道一次，造成两台气化炉非计划停车一次，每次停车开车时间为24h，天然气放空20 000m3/h，可节约480 000m3天然气，一年可节省576万元。

4 结束语

通过对4114变换工段增加高压雾化双向双头喷嘴喷淋水方法，装置运行至今未变换工段管线压力陡升的问题，使碳铵结晶问题得到了很好的改善，保证了生产长周期安全稳定的运行，达到了节能减排、创效的效果。为了避免碳铵结晶问题的再次发生，要做好如下几方面工作：

1）在停车时，对可能氨结晶的换热器、管线进行升温冲洗；

2）开车时密切注意此类设备的压差，即使发现及时处理；3）定期有计划清理，并加强监控。

4）为了更好地避免碳铵结晶问题，4117-C1来的驰放气移位至14V1（1#冷凝液分离器）工艺气出口，这里工艺气温度为220℃，远高过碳酸氢铵和碳酸铵的熔点，此温度下不会产生碳铵结晶，但是高压雾化双向双头喷嘴建议保留。

[1] 薛援.中国石油乌鲁木齐石化公司一化肥油改气及扩能改造工程手册[M].新疆：乌石化公司出版社，2005.

An Effective Solution to the Problem of Ammonium Carbonate

Zhang Xiao-fei，Ma Xiao-long，Lai Xiao-fang，Wang Ling

After the oil reforming and expansion of the fertilizer-synthesis gasification unit，a new gas-purifying pipeline is added，which contains ammonia，which leads to the frequent occurrence of ammonium-ammonium crystallization in the production process.The reason of the crystallization of ammonium bicarbonate was analyzed，and the method to solve the problem of ammonium carbonate was discussed.

crystallization；relaxation gas；ammonium carbonate；ammonium bicarbonate；spray water

TQ546

A

1003–6490（2017）10–0206–02

2017–07–04

张晓飞（1982—），男，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事碳一化工、环境工程方面的工作。