湿法喷淋与尿素造粒塔粉尘回收浅议

2018-06-13高青宇王赵兴

科学与财富 2018年13期

高青宇王赵兴

摘要：随着国家战略中心的进一步规划、细化，对安全环保要求不断提高，人们对日常生活及周围环境的要求越来越高，噪声治理、三废处理、安全防范等领域面临严峻的挑战，企业升级改造已经迫在眉睫，技术创新和升级刻不容缓，对于氮肥生产企业，就尿素造粒粉尘而言，展开相关的讨论和研究且为必要。

关键词：吸收；粉尘；回收；造粒；节能

一.排放现状论述

环保问题已关系到企业的生存和发展，企业必须考虑在发展中如何处理经济效益、社会效益和环境保护现实情况。尿素造粒塔顶排放气中带有不可忽视的粉尘，排放的粉尘，很大一部分降落在造粒塔周围和厂区附近，大大增加了厂区及附近的大气腐蚀强度，造成金属设施被腐蚀，混凝土地面破裂，农作物减产和其他植物枯黄。近年来，国家对环保的要求愈来愈高，不仅制订了排放标准，而且还将其列入了必须治理的环保项目之中。国家鼓励发展的环境保护技术目录中，一直推荐回收造粒塔粉尘技术， “氮肥企业废气、废固处理及清洁生产综合治理技术”，以洗涤回收的方式，能将尿素造粒塔尾气中的尿素粉尘含量从100 mg / m3 以上降到30mg/ m3 以下，氨含量从50 mg/ m3 以上降到10mg / m3 以下。这项技术适用于采用自然通风造粒塔的尿素企业粉尘回收装置的应用不仅有直接的经济效益，而且可以大大减少粉尘的排放，从而达到增效环保要求。

二.企业简述

陕西省渭河化肥厂是“八五”期间建成的国内第一套以烟煤为原料，采用水煤浆加压气化技术的大型化肥企业，设计能力为年产合成氨30万吨、尿素52万吨，也是国家批准我省利用第三批日本政府贷款建设的国家重点项目。1987年国家计委计原【1987】2444号文批准立项，1990年省人民政府会同化工部对我厂初步设计（初版）在西安进行了审查，省计委以陕计设【1990】400号文正式批准，该项目与1992年3月正式开工建设，1996年12月建成交付。1996年5月开始试生产，1996年底试生产结束。至今20多年来装置满负荷长周期生产运转已经常态化，连续创下多个煤化工领域的生产记录。

三.技术分析

1）尿素生产工艺流程简述（附图）：

本装置以来自氨合成装置的液氨和气态二氧化碳为原料，生产1760MT/D粒状尿素，其工艺流程可分为高压合成、分解、浓缩、造粒、回收和工艺冷凝液处理六个工序。

首先由界外来的液氨和二氧化碳和装置内回收的甲铵液在一定温度、压力下合成尿液，合成的尿液在高压区内部随流程进一步调节、变化组分后进入分解工序，分两步，高低压分解，在此经过减压、加热，将其中的甲铵、过量氨一起分解和分离出来。尿液被净化至浓度为69wt%，含氨0.4%，然后送往浓缩工序，

由分解出来的浓度为69wt%的尿液在此经过两段的真空浓缩器加热减压后得到99.8wt%尿液，然后在熔融尿素泵的加压下送往造粒工序造粒。在阀门控制下，进入造粒塔顶的旋转式造粒装置，经造粒喷头喷淋，熔融尿素與塔底上升的空气逆流接触而冷却，固化成粒状的尿素产品，在塔底，由刮料机收集到塔底皮带上，经称重后去包装。

净化工序分离出来的NH3、CO2，在回收工序用工艺冷凝液加以回收，最后以甲铵形式返回前面进一步合成尿素。

在浓缩工序将尿液浓缩至98.9wt%时，蒸发出来的所有的水蒸气，连同夹带的尿素雾滴、气氨和二氧化碳，在真空表冷器作用下冷凝成工艺冷凝液，该冷凝液的13%作为吸收剂送往回收工段，其余送往汽提塔汽提分解，液相送出界区，气相送往返回净化工序回收利用。

尿素生产工艺简图：

2）造粒论述

浓缩工序来的99.8%，温度为138℃的浓溶尿素，经液位调节阀与三通阀，送往造粒塔顶的旋转式造粒装置，经造粒喷头喷淋，熔融尿素从塔底上升的空气逆流接触而冷却，固化成粒状的尿素产品。在塔底，由刮料机收集到塔底皮带上，经称重后送去包装系统，造粒塔为自然通风型，热空气（含粉尘）由造粒塔顶部排放。

造粒原理，从蒸发来的尿素熔融液浓度为99.8%，经尿素熔融泵输送到造粒塔顶造粒一般造粒过程，熔融尿液经喷头喷洒与造粒塔底上升来的冷空气逆流接触，冷却、凝固成为尿素成品颗粒。

造粒塔内的空气，自然通风型造粒塔，由于塔内上下温度不同，空气在不同高度的重度不同，重度大产生热压头，热压头可以估算出，塔越高，热压头越大，但最大一般不超过几十个毫米水柱，采用自然通风型造粒塔可减少日常生产动力的消耗，可自调空气量，随空气排出的尿素粉尘每年可达几百乃至上千吨，成品尿素颗粒粒度为1～2.4mm，最少占成品尿粒的95%，粒度与喷头的转速有关。尿素粒子的沉降受到从喷头喷出的液滴角度与初速度的影响，也受到由于温差造成的空气浮力的影响，尿素颗粒应保持一定得温度，如果尿素粒子表面蒸汽压大于空气中水蒸气分压，则尿素粒子会蒸发出水分，反之，则尿素粒子将吸收空气中的水分，造成尿素颗粒结块，对尿素的存储和包装造成必要的困难。

3）洗涤回收原理

尿素造粒塔粉尘回收采用湿式喷淋吸收的原理，利用解吸废液（温度60℃）经泵加压雾化，与尿素粉尘充分接触，形成的液滴经气液分离器分离下来，进入循环液中，循环液达到一定浓度（尿素含量10%）回收进入尿素生产系统。循环蒸发及补入系统的液体损失，由新鲜的解吸废液补入。

4）流程叙述

1. 尿素造粒塔内上升的含粉尘气体，在出风口处经增设液体吸收装置上升，与下降的循环吸收液喷头压力0.15MPa，充分接触后气体上升至一级分离段，液体下降进入收集槽。经一、二级错流雾化喷射吸收的气体进入二级分离段大通道低阻力分离装置（H=360mm分离器），最后进入三级低阻力分离装置（H=150mm分离器），分离含尿素粉尘的吸收液及上升气体.使气体增加了分布、分离吸收效果。经三次分离除去夹带的液滴，经最后一级分离除去饱和气体中冷凝的液滴，充分解决了吸收液滴带出塔外现象。

尿素粉尘回收装置的循环液采用的是解吸废液作为吸收液的补充（有低压水解装置除外），解吸废液由解吸塔压力0.25MPa，进入解吸废液槽，经废液泵加压至0.85MPa，自造粒塔顶喷射洗涤喷头加入分离装置，起到洗涤吸收分离和系统加液及保证塔热压头等多重功效。或直接进入循环槽。循环泵将循环液加压0.40MPa，进入吸收雾化喷头，达10%的循环液定期排入尿素蒸发系统予以回收。

在循环吸收过程中，由于尿素溶解吸热和塔顶冷空气的作用，循环吸收液温度不断下降，由循环液调温加热器，使温度稳定控制在30-40℃，不引起结晶为宜。调温加热器可设在循环槽内，加热源采用尿素系统低压蒸汽0.20MPa，也可用系统保温蒸汽。

2. 粉尘回收装置空气流程：

造粒内热气经过造粒间侧面通道------热压头增加后进入雾化吸收区------经过两段雾化吸收后进入一级分离器-------然后经清洗喷头进入错流捕水雾器------除去雾滴后的饱和气体进入三级分离空间--------与通风窗进来的外围冷空气混合，进一步冷凝下含尿素微粒的液滴--------再经三级分离后放空

在雾化区上升的热空气中夹带微粒尿素与下降的循环吸收液充分接触后，进入分离段，经二次分离除去夹带的液滴，经最后一级分离除去饱和气体中冷凝的液滴，充分解决了吸收液滴带出塔外现象。

3、粉尘回收装置液体流程：

废液泵（尿素水解废液）----直接进入清洗喷头，进行初步吸收及加液作用----液体收集箱----循环降液水道--------过滤装置------循环吸收泵----调温装置----雾化喷射器。

4、粉尘回收装置采用尿素水解器的液体作为吸收液的置换补充液，即通过上部的洗涤喷头加入装置，起到洗涤汽水分离器和向系统加液的双重作用。

粉尘回收装置开始使用时，先通过上部的洗涤喷头向系统加水解废液，当加到循环槽液位一半时，开启循环泵充液至雾化喷头，喷液进行吸收。在吸收过程中，由于溶解尿素吸热，吸收液温度不断下降，开启循环液调温加热器，控制在40-50℃之间，当循环吸收液中浓度升到一定值，就应排入尿素生产蒸发系统给于回收。

5）回收技术特点

1、该造粒塔粉尘回收装置采用三段吸收、三段分离工艺，有效保证除尘效果和气水分离，避免雾化洗涤液带出造粒塔外，造成二次污染。

2、在分离过程中通入冷空气，使饱和热气中的尿素液滴冷凝并分离，确保不带入大气中。

3、调温装置的使用，控制循环液温度和循环液中尿素溶化物的浓度。

4、吸收过程、分离过程采用低阻力错流设计，控制热压头损失，保证冷却尿素颗粒空气用量.

5、针对每个项目，均根据该造粒塔的实际运行负荷及风量进行重新计算，确保装置投运后，通风阻力不增加，不带液。

6）回收装置控制操作优势和特点：