三聚氰胺尾气与CO2汽提法尿素装置联产改造

2022-01-13郑海胜

氮肥与合成气 2022年1期

郑海胜

(潞安丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司, 山西临猗 044100)

1 尿素装置改造的必要性

潞安丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司(简称潞安丰喜)4#尿素装置是由北京中寰工程项目管理有限责任公司设计，采用CO2汽提法工艺。该装置于2010年7月投产，正常情况下生产能力为1 350 t/d。随着前工段合成氨产能的不断提高及考虑二期三聚氰胺装置尾气与4#尿素装置联产，公司计划在4#尿素装置上进行增产节能改造,把产能由原有的1 350 t/d扩产到1 600 t/d，同时满足二期5万t/a三聚氰胺装置尾气与尿素装置联产。本次改造充分利用4#尿素装置原有设备，以大幅度节省投资成本。通过增加中压分解循环系统实现增产的目的，并保证物耗、能耗指标不高于原水平。4#尿素装置改造后，新增的250 t/d产能由中压分解循环系统处理。综合平衡高、中、低压系统的处理能力，在增加尿素装置产能的同时，对5万t/a三聚氰胺装置尾气实现全部回收。整个系统改造后基本上不改变原有的操作条件。

2 改造方案

为了保证三聚氰胺装置满负荷时产生的尾气都能被4#尿素装置回收，在投产前对4#尿素装置进行了增产扩能改造。

2018年8月，在4#尿素装置大修期间，增加中压分解吸收系统和三聚氰胺尾气回收装置。

2.1 工艺

考虑到三聚氰胺尾气要与尿素装置联产，本次改造的目的：一是降低汽提塔的温度，使出汽提塔的尿液进入中压闪蒸系统。由于汽提塔汽提效率降低，导致热负荷减少，在现有汽提塔热负荷基本不增加情况下，尿素装置生产能力为1 450 t/d。二是通过调节阀将合成塔出口尿液分成进入汽提塔和中压分解吸收系统两路，最后尿液合并进入低压精馏系统。新增的中压分解吸收系统，包含预蒸发器热能利用、中压甲铵冷凝器、高压甲铵泵液位槽、中压吸收塔、中压甲铵泵、中调水冷却器、中压甲铵循环泵等设备[1-2]。

2.1.1 高压分解循环

(1) 尿素合成塔增加防返混纵向隔板，调整合成塔操作工艺指标。

(2) 为了适应高压洗涤器和高压甲铵冷凝器操作，高压甲铵泵出口的一部分甲铵液进入高压洗涤器，另一部分甲铵液直接进入尿素合成塔。

(3) 汽提塔操作温度由原来的173 ℃调整为178.5 ℃，降低汽提效率。

2.1.2 中压分解循环

(1) 增加中压闪蒸分离器

来自汽提塔的尿素溶液减压到1.6 MPa后进入中压闪蒸分离器，分离后的尿液进入低压精馏塔，中压闪蒸后的气体进入预蒸发器回收热量。

(2) 增加中压分解系统

来自尿素合成塔的尿液一路进入原高压汽提塔，一路减压到1.6 MPa后进入中压分解塔和中压分解加热器。经过中压分解系统后的尿液与中压闪蒸后的尿液一起进入低压精馏塔，气体入预蒸发器回收热量。

(3) 增加中压吸收系统

分别来自中压闪蒸分离器、中压分解塔、中压解吸塔的3股气体混合后入预蒸发器回收热量，以减轻甲铵冷凝器的负荷。混合后的气体经过冷凝后进入甲铵液分离液位槽，通过高压甲铵泵返回高压系统回收。

(4) 增加预蒸发器

分别来自中压闪蒸分离器、中压分解塔、中压解吸塔的3股气体进入预蒸发器的壳体回收热量，以提高尿液温度。来自闪蒸槽的尿液进入预蒸发器列管内被壳体的气体加热，浓缩至原有体积的80%左右后进入尿液槽，通过尿液泵送入一段蒸发器。

(5) 增加甲铵冷凝器

分别来自中压闪蒸分离器、中压分解塔、中压解吸塔的3股气体进入预蒸发器的壳体回收热量后，出预蒸发器壳体的气液混合物在甲铵冷凝器中继续冷凝，其放出的热量被调温水移走。

由甲铵冷凝器来的气液混合物进入高压甲铵泵液位槽进行气液分离，分离出的气体进入新增加的中压解吸塔，分离出的甲铵液经高压甲铵泵分别送入高压洗涤器和尿素合成塔。

(7) 增加中压吸收塔

高压甲铵泵液位槽分离出的气体进入中压吸收塔，被中压甲铵泵循环来的甲铵液洗涤吸收。中压吸收塔出口的气体经压力调节阀减压后进入低压甲铵预冷凝器进行冷凝回收。

(8) 增加高压甲铵泵

高压甲铵泵液位槽分离出的甲铵液经高压甲铵泵分别送入高压洗涤器和尿素合成塔。

2.1.3 低压分解循环

东浒袁家的某位先祖，在村头种下了一棵樟树，谁也没料到，它竟然长成了庞然大物。种树的人生于何年，卒于哪月，已经无考。但樟树一直都在，它悠长而浓郁的气息布满了整个村庄，芬芳又带着些微的辛辣，仿佛母亲的体味。对东浒人来说，这棵树就是先祖，是一个地标，归乡的人只要看到这棵樟树，就像望见了家门，想着门后的热茶饭和暖暖笑脸，脚下的步子急颠颠的，眼睛却往樟树身上瞟，确定树无恙，那颗心才落回腔子里，踏实了。据说曾经有人出价百万，东浒人毫不犹豫地拒绝了，谁会把祖先卖了呢？

(1) 增加低压甲铵预冷凝器

尿素产量增加后，低压甲铵冷凝器换热面积明显不足，需增加预冷凝器。

(2) 停运低调水系统

改造后，低压甲铵液浓度变小，低压甲铵冷凝器可直接改用循环冷却水冷却。

(3) 增加中压甲铵泵(二甲泵)

中压甲铵泵加压低压回收的甲铵液到2.2 MPa后送入中压吸收塔，作为吸收剂吸收中压分解的气体。

(4) 提升低压吸收塔压力

低压吸收塔压力提升至0.4 MPa操作，下段改为三段吸收，新增循环泵、循环液冷却器。

2.1.4 蒸发系统

(1) 新增水力喷射抽真空系统，将原来的蒸汽抽真空改为水力抽真空，降低喷射器蒸汽消耗量和废水量。

(2) 增加预蒸发器气体表面冷凝器(利用原二段蒸发第一表面冷凝器)。

(3) 增加二段蒸发第一表面冷凝器、二段蒸发第二表面冷凝器。

(4) 增加闪蒸预冷凝器。来自低压精馏塔出来的尿液经闪蒸槽、预蒸发器、尿液槽后，通过尿液泵送到一段蒸发器，再进入二段蒸发器。

2.1.5 蒸汽系统

增加1.3 MPa中压蒸汽饱和器，用于提供中压分解加热器所需热源。

2.1.6 三聚氰胺尾气处理系统

三聚氰胺尾气处理由三聚氰胺尾气吸收系统、中压解吸系统组成[3-4]。

(1) 三聚氰胺尾气吸收系统增加尾气吸收器、尾气吸收给料泵。三聚氰胺尾气进入尾气吸收器，被尿素装置送来的碳铵液吸收后，通过尾气吸收给料泵送往尿素尾气吸液槽，吸收反应热被冷却水移走，未被吸收的惰性气体经过洗涤后放空。

(2) 三聚氰胺尾气中压解吸系统的解吸能力为35 m3/h。增加中压解吸塔、再沸器、解吸换热器、过滤器、解吸给料泵。尾气吸收系统送来的浓碳铵液进入尾气吸液槽后，通过解吸给料泵进入解吸塔解吸，解吸气体与中压分解气、中压闪蒸气一起进入预蒸发器换热，再进入中压吸收塔，解吸液通过解吸换热器与进料碳铵液换热后，进入原解吸水解装置。

2.2 新增设备

4#尿素改造新增设备见表1和表2。

表1 4#尿素改造新增静止设备一览表

表2 4#尿素改造新增运转设备一览表

3 联产后尿素消耗和能耗定额

2018年9月尿素装置改造后一次开车成功。2019年1月20日，二期三聚氰胺装置和三聚氰胺尾气回收装置安装完成，三聚氰胺尾气与尿素装置联产一次开车成功。相应的尿素消耗和能耗定额见表3。当三聚氰胺产量为105 t/d时，尿素装置运行正常;当三聚氰胺产量为120 t/d以上时，尿素装置无法正常运行。新增中压吸收负荷重，中压放空量大。高压汽提塔出液温度居高不下，尿素系统无法正常运行，新增解吸系统及尿素系统都有不同程度的腐蚀。

表3 联产后消耗及能耗定额(以吨尿素计)

目前二期三聚氰胺装置减负荷运行，三聚氰胺产量控制在110 t/d以下。为实现满负荷生产，考虑将部分三聚氰胺尾气联产碳酸氢铵。

4 工艺指标

正常运行时，新增设备运行正常，相应工艺指标见表4。

表4 正常运行新增设备工艺指标

二期三聚氰胺尾气与尿素联产时，当三聚氰胺产量为105～110 t/d 、尿素产量为1 500 t/d，尿素与系统改造前区别较大的重要工艺指标，见表5。

表5 尿素系统改造前区别较大的重要工艺指标

5 存在的问题

尿素联产三聚氰胺装置从2019年1月20日开车运行至2月17日，联产中压解吸换热器列管遭腐蚀导致泄漏，联产中压解吸换热器列管设计选用材质为316L，拆开换热器发现列管多处φ19×2 mm的列管出现泄漏，更换换热器材质为双相钢。2019年9月1日，三聚氰胺联产再次开车，至今运行正常。

2019年4月22日，中压闪蒸分离器下液副线阀、管线发生腐蚀泄漏。 2019年7月，将此管线更换为双相钢材质，2020年1月停车检测时发现仍存在腐蚀现象。

高压甲铵泵进口阀门正常使用10 a未更换，联产三聚氰胺后经常发生内漏现象。

2019年1—4月运行后，发现4个联产过滤器丝网均被腐蚀完全，过滤器丝网材质为316L。2019年8月，重新安装过滤器，丝网材质为317L。 2020年6月大修时检查过滤器、丝网完好，无明显腐蚀痕迹。

中压循环吸收泵壳材质为316L，1#泵运行2个月，泵壳腐蚀漏；2019年7月系统大修时，对高压设备进行检测，检测报告发现汽提塔列管腐蚀程度增加10%～15%。

二甲泵出口管线三通部位腐蚀泄漏频繁，管线材质为316L，2019年7月大修时更换了长度为2 m的二甲泵出口管线，材质为316L。2020年1月，停车时检测发现仍存在腐蚀现象。

6 运行总结

尿素装置在与三聚氰胺尾气联产前系统运行稳定，也未出现腐蚀现象。2019年1月20日，在与三聚氰胺尾气联产以后，尿素系统高、中、低压力不稳定，关键工艺指标波动大，操作难度大，尿素系统设备管线不同程度腐蚀，严重影响了尿素装置的安全运行。三聚氰胺尾气与尿素装置联产，尿素装置回收三聚氰胺装置尾气的质量，还需进一步探讨和考察。