尿素联产三聚氰胺尾气工艺的运行总结

许惠栋

(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 设备概况和生产工艺

潞安丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司甲醇系统尿素装置于2010年6月建成投产，采用二氧化碳汽提法生产工艺“24-40”尿素装置，满负荷时尿素质量流量为1 350 t/d。2018年，为了应对尿素市场持续低迷的情况，进行延伸产业链以增加产品附加值，决定再上1套5万t/a回收三聚氰胺尾气的装置(简称三聚氰胺装置)与尿素装置进行联产。

2018年7月—8月，尿素装置停车进行系统改造,即增加中压圈设备及三聚氰胺装置，8月底改造完成。2018年9月，改造后的尿素系统开车运行(三聚氰胺装置未建成)，各方面运行稳定，蒸汽消耗下降明显，吨尿素蒸汽消耗降低150 kg左右；2019年2月，尿素装置与三聚氰胺装置联产运行，一次开车成功。

三聚氰胺工业化生产的路线有2条，即双氰胺法和尿素法。双氰胺法工艺落后，生产成本高，难以实现大规模连续化生产，已逐渐被淘汰。目前,国内外普遍采用的是尿素法，三聚氰胺装置产生的尾气被回收利用，大多数与碳酸氢铵、硝铵装置进行联产，或与水溶液全循环法工艺尿素装置进行联产。

笔者在原二氧化碳汽提法尿素生产装置上增加中压圈设备、联产中压解吸装置进行三聚氰胺尾气回收利用。该工艺采用低压吸收、中压解吸的方案，虽然蒸汽消耗量增加，工艺复杂，但是其优点为三聚氰胺尾气中所携带的有机物、杂质等不直接进入尿素中压系统，减少对尿素系统的影响[1-2]。

2 尿素系统改造增加的装置及工艺流程

2.1 三聚氰胺装置及工艺流程

增加的三聚氰胺装置由三聚氰胺尾气吸收器、三聚氰胺尾吸液槽、尾吸液泵等组成。三聚氰胺装置的尾气进入尾气吸收器，在尾气吸收器中由尿素装置送来的稀工艺冷凝液(碳铵液)作为吸收液进行吸收，生成的尾吸液(φ(NH3)=18%～20%；φ(CO2)=17%～19%；温度为50～60 ℃)经尾吸液泵送入尾吸液槽，尾吸液槽顶部气相平衡管接入尿素装置的低压解吸系统。

增加的联产中压解吸系统由中压解吸塔、中压解吸换热器、再沸器、中压解吸给料泵、尾吸液过滤器等组成。来自三聚氰胺尾吸液槽的尾吸液由中压解吸给料泵加压后经尾吸液过滤器进入联产中压解吸换热器管程，与壳程中来自中压解吸塔底解吸残液换热后进入中压解吸塔，由底部进入再沸器管程，用2.5 MPa蒸汽在再沸器壳程加热中压解吸液至165～175 ℃，解吸三聚氰胺尾吸液中的NH3、CO2。控制中压解吸塔压力在1.25～1.65 MPa，经中压解吸塔气相调节阀进入尿素中压系统，与中压闪蒸分离器气相、中压分解塔气相一同进入新增的预蒸发器换热段壳程；中压解吸塔的液相经中压解吸换热器换热后进入尿素深度水解解吸系统再次进行回收(见图1)。

图1 中压解吸系统

考虑到尿素装置与三聚氰胺装置联产后，经由联产中压解吸塔气相大量的NH3、CO2进入尿素中压系统所产生的甲铵液，设计尿素系统总甲铵液体积流量增加至60 m3/h左右(三聚氰胺装置生产负荷为75%～80%时)。改造前的尿素装置在满负荷时，甲铵液体积流量仅为25 m3/h左右；若甲铵液体积流量增加到60 m3/h，则进入高压系统的水量将增加，使尿素合成塔水碳比升高，导致尿素合成转化率降低，这将对尿素系统工况带来较大的不利影响[3]。

考虑到联产后对系统水平衡造成不利的影响，在2018年7月—8月系统改造时进行了合成塔塔盘改造，增加物料停留时间，克服系统因水碳比高导致转化率下降的问题。

2.2 中压系统流程

联产后尿素总产量增加，汽提塔负荷过大使汽提效率降低，为此将合成塔出液分为两路：一路(质量分数约为80%)仍是去汽提塔，甲铵在汽提塔内被汽提分解出大部分的NH3和CO2后，剩下的液体称为汽提液，经汽提塔下液调节阀减压至1.35～1.60 MPa进入中压闪蒸分离器再次进行气液分离，分离后的液相经中压闪蒸下液调节阀去低压精馏塔,中压闪蒸分离器气相、中压分解塔气相及联产解吸塔气相汇合进入新增预蒸发器的热能利用段壳程；另一路(质量分数约为20%)经合成下液新增的调节阀减压至1.35～1.60 MPa沿切线进入新增中压分解塔的预蒸馏段，在预蒸馏段和中压分解塔预分离段分解的气相进行热量传递，预蒸馏段出液和空压机送来的防腐空气一同进入中压分解塔加热器，经中压分解塔加热器加热至155～160 ℃，由顶部进入中压分解塔的预分离段，在离心力作用下分离出气液两相，液相由中压分解塔底部经液相调节阀减压至0.25～0.40 MPa与中压闪蒸分离下液汇合进入低压精馏塔,中压分解塔气相与中压闪蒸分离器气相、联产中压解吸塔气相混合,与中压吸收循环液一起进入新增预蒸发器的热能利用段壳程。

预蒸发器利用闪蒸槽送来的浓度较低的尿液和中压系统分解气相、联产中压解吸气相进行热能利用，既达到尿液提浓的目的,又能使中压分解气相的反应热移走，从而降低中压甲铵冷凝器的负荷；出预蒸发器的气液混合物进入中压甲铵冷凝器继续反应放热，热量由新增中压调温水带走，气液混合物由中压甲铵冷凝器上部进入中压甲铵液位槽进行气液分离，甲铵液由底部进入高压甲铵泵进口，中压甲铵液位槽气相进入新增的中压吸收塔再次吸收。

中压甲铵液位槽气相在中压吸收塔内与新增的中压甲铵泵送来的低压甲铵液经填料段逆流接触吸收后，进入中压吸收塔底部至中压吸收塔循环泵，经泵出口调节控制中压吸收塔液位；中压闪蒸分离器气相、中压分解塔气相、联产中压解吸塔气相一同混合进入预蒸发器热能利用段壳程，中压吸收塔气相由气相调节阀减压后进入常压吸收塔底部进行常压吸收(见图2)[4-5]。

图2 中压系统流程图

3 消耗情况及经济效益分析

3.1 联产前后消耗情况对比分析

尿素装置与三聚氰胺装置联产实际运行后，三聚氰胺装置负荷开至75%～80%，联产前后尿素消耗情况对比分析见表1。

表1 尿素消耗主要参数对比表

从2019年9月1日开始，尿素装置与三聚氰胺装置联产运行至2020年6月5日，尿素装置计划停车，系统进行大修。经过1 a的摸索运行，现尿素装置与三聚氰胺装置联产，已达到三聚氰胺装置设计负荷的75%～80%。联产后尿素日产质量达到1 500 t，尿素工况运行稳定。

3.2 联产后经济效益分析

现尿素装置与三聚氰胺装置联产开至75%～80%负荷时，尿素日产质量增加到1 500 t，吨尿素耗氨质量降低约60 kg，则每天耗氨质量降低90 t,以液氨利润600元/t计算，降低耗氨质量产生的直接经济效益为54 000元。吨尿素耗蒸汽质量增加约200 kg(对比尿素装置改造前)，则每天耗蒸汽质量增加300 t,蒸汽价格按照105元/t计算,增加耗蒸汽质量产生的直接效益为-31 500元。吨尿素电耗降低5 kW·h，则每天电耗降低7 500 kW·h,用电单价按照0.43元/(kW·h)计算，降低电耗所产生的直接经济效益为3 225元。每年按300 d运行计算,则联产后直接经济效益为771.75万元。

4 存在的问题

(1) 现用的中压甲铵冷凝器设备内部结构不合理,存在换热死区，影响吸收效果，使中压甲铵液温度偏高。

(2) 中压调温水量不足，中压甲铵液温度偏高。

(3) 三聚氰胺尾气需再净化、再过滤。

(4) 尿素汽提塔下液温度偏高。

以上问题是制约尿素装置与三聚氰胺装置联产,以及三聚氰胺装置负荷达不到100%的原因。下一步将继续优化工艺调节，逐步解决装置运行中存在的问题，力争将装置开到满负荷,即三聚氰胺质量流量为150 t/d,尿素质量流量为1 560 t/d。

5 结语

尿素装置与三聚氰胺装置联产后，对原尿素系统的工艺工况影响较大，特别是在三聚氰胺装置高负荷运行的情况下，严重制约着尿素装置的生产平衡和优化控制，是尿素装置与三聚氰胺装置联产、扩产的一大问题，需要在实际运行中探索出解决办法，从而将影响降至最低。然而尿素装置与三聚氰胺装置联产带来的消耗降低及尿素系统的扩产是非常可观的。

尿素装置联产三聚氰胺装置后由于三聚氰胺尾气含有异氰酸等，对尿素设备、管线有一定的腐蚀；腐蚀程度随三聚氰胺装置负荷增大而加剧。这次大修时,尿素装置检测设备腐蚀情况属正常腐蚀程度(也可能与装置负荷开到75%～80%有关)。所以要进一步完善和提高尿素装置与三聚氰胺装置联产的工艺可行性，积极改进技术，扩大生产规模，降低能源消耗，建成资源综合利用体系，大力推动尿素产业及三聚氰胺产业的持续健康发展。