陳 鵬

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司,河南濮陽(yáng) 457004)

三聚氰胺生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及對(duì)策

陳 鵬

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司,河南濮陽(yáng) 457004)

介紹高壓法三聚氰胺裝置在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,通過(guò)技術(shù)改造解決了制約裝置長(zhǎng)周期滿負(fù)荷生產(chǎn)的一系列問(wèn)題,保證了三聚氰胺裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

高壓法;三聚氰胺;技術(shù)改造

0 引 言

河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司三聚氰胺裝置年產(chǎn)30kt,采用美國(guó)應(yīng)用信號(hào)技術(shù)的高壓尿素法生產(chǎn)工藝。該工藝具有技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、能耗低等特點(diǎn)。它是高壓法三聚氰胺生產(chǎn)工藝投入工業(yè)化運(yùn)行的第三套(繼韓國(guó)和意大利之后),是我國(guó)第一套高壓法三聚氰胺工業(yè)化裝置。自2000年7月投產(chǎn)以來(lái),經(jīng)過(guò)近10a的實(shí)際運(yùn)行,該裝置總體上性能還是良好的。但是,也存在這樣或那樣的問(wèn)題。因此,對(duì)這10a來(lái)高壓法三聚氰胺生產(chǎn)裝置所出現(xiàn)的主要問(wèn)題進(jìn)行分析,并就其有關(guān)的針對(duì)性技術(shù)改造進(jìn)行總結(jié),以更加有效地保證三聚氰胺裝置的穩(wěn)定良好運(yùn)行。

1 生產(chǎn)廢水技術(shù)改造

1.1 生產(chǎn)廢水產(chǎn)生的原因

高壓法三聚氰胺裝置生產(chǎn)廢水的處理是個(gè)難題,由于設(shè)計(jì)原因系統(tǒng)水無(wú)法平衡,部分工藝循環(huán)水必須就地排放。在設(shè)計(jì)中,工藝循環(huán)水(生產(chǎn)廢水)指標(biāo)為(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)):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%。最終經(jīng)OAT過(guò)濾器后得到的濾液量為20000kg/h,返回前系統(tǒng)循環(huán)的水量為12000kg/h。由于工藝循環(huán)水循環(huán)量小于產(chǎn)生的總量,有8000kg/h的工藝廢水必須就地排放,而其中因含有ME、OAT和NH3,勢(shì)必造成污水排放中COD和總氮嚴(yán)重超標(biāo),影響環(huán)保。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保日益重視,迫切要求解決三聚氰胺裝置生產(chǎn)廢水處理的問(wèn)題。公司設(shè)計(jì)投用了一套在高溫高壓下水解三聚氰胺生產(chǎn)廢水的廢水處理系統(tǒng),處理工藝廢水中的OAT和三聚氰胺,從而徹底解決了這一生產(chǎn)難題。

1.2 生產(chǎn)廢水技術(shù)改造措施

1.2.1 生產(chǎn)廢水處理工藝原理

利用三聚氰胺和OAT在高溫高壓下能完全水解生成NH3和CO2的原理,回收處理三聚氰胺裝置的OAT料漿,分解產(chǎn)生的尾氣送尿素裝置回收利用,精制水送氨洗滌塔代替脫鹽水使用,從而實(shí)現(xiàn)了三聚氰胺裝置生產(chǎn)廢水的零排放和資源的循環(huán)利用。

1.2.2 生產(chǎn)廢水引出位置

若只是將過(guò)量的工藝循環(huán)水進(jìn)行處理,由于工藝循環(huán)水的組成中OAT、ME和NH3的含量很低,伴隨著分解過(guò)程中帶出的水,可以得到的碳銨液或NH3/ CO2/H2O混合氣濃度太低:①回收價(jià)值大打折扣;②不利于回收。于是,選擇將生產(chǎn)廢水從閃蒸槽引出,這樣做的好處:①此處NH3幾乎全部被汽提出去, OAT還未被結(jié)晶出來(lái),濃度較高,可以生成更多的NH3和CO2;②此處OAT在溶液中是溶解狀態(tài),有利于物料的輸送。生產(chǎn)廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)工藝流程

如圖1所示,從閃蒸槽引出的生產(chǎn)廢水,通過(guò)升壓泵增壓后,通過(guò)廢水換熱器用水解器出液預(yù)熱后,在廢水加熱器中,用高壓蒸汽加熱而后進(jìn)入水解器,在水解器內(nèi)OAT和三聚氰胺充分發(fā)生水解反應(yīng),完全生成NH3和CO2,水解器產(chǎn)生的氣相送到第二套三聚氰胺裝置(MII)的尾氣冷凝系統(tǒng),經(jīng)冷凝后送到尿素裝置進(jìn)行回收利用。水解后不含OAT和三聚氰胺的液相經(jīng)過(guò)廢水換熱器預(yù)熱進(jìn)料后進(jìn)入汽提塔。由再沸器將物料加熱,使NH3和CO2徹底汽提出來(lái),確保塔底為達(dá)標(biāo)的精制水,汽提塔氣相用回收的稀碳銨液通過(guò)泵加入一定的回流量控制頂部溫度,含有少量NH3、CO2和大量水蒸氣的氣相在換熱器中冷凝得到稀碳銨液,收集在稀碳銨液貯槽中,未冷凝的惰氣送入氨洗滌塔洗滌后放空。稀碳銨液貯槽中得到的稀碳銨液大部分通過(guò)泵送到第2套三聚氰胺裝置作為工藝循環(huán)水回收,小部分去汽提塔頂部作為回流液控制汽提塔出氣溫度。經(jīng)汽提后的精制水溫度較高,通過(guò)急冷水預(yù)熱器和稀釋水預(yù)熱器加熱急冷水和稀釋水回收余熱,再經(jīng)精制水冷卻器用冷卻水降溫,最后精制水溫度降到40℃,然后送至氨洗滌塔代替脫鹽水使用,或送至供水系統(tǒng)代替冷卻水使用。

1.2 .3 生產(chǎn)廢水處理運(yùn)行評(píng)價(jià)

a)通過(guò)文獻(xiàn)檢索,未發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外同類裝置廢水處理技術(shù),經(jīng)過(guò)處理后的水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求,各項(xiàng)消耗在控制指標(biāo)內(nèi),效果理想。

b)廢水處理系統(tǒng)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了三聚氰胺裝置的工業(yè)污水達(dá)標(biāo)排放,保證了裝置的清潔環(huán)保運(yùn)行。

c)處理后的精制水代替脫鹽水,含氨和二氧化碳的尾氣回收利用,節(jié)省了OAT過(guò)濾器的助濾劑消耗,通過(guò)計(jì)算每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益152萬(wàn)元。

2 套管式高壓氨加熱器技術(shù)改造

高壓氨加熱器為套管式加熱器,其作用是通過(guò)殼側(cè)熔鹽將走管側(cè)的高壓液氨升溫后送入到三聚氰胺反應(yīng)器中,從而強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)的物料循環(huán)。但自開車以來(lái),其經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)管泄漏,從而嚴(yán)重影響了裝置的安全運(yùn)行。

2.1 高壓氨加熱器內(nèi)管泄漏的原因分析

(1)原始設(shè)計(jì)中高壓氨加熱器進(jìn)出口的溫差設(shè)計(jì)過(guò)大。

(2)高壓氨加熱器在設(shè)備制造方面存在一定的缺陷,質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)的有關(guān)要求。

(3)在工藝操作方面存在熔鹽系統(tǒng)故障、高壓氨加熱器加負(fù)荷過(guò)快、高壓氨預(yù)熱器故障。

2.2 高壓氨加熱器技術(shù)改造措施

當(dāng)高壓氨加熱器內(nèi)管發(fā)生泄漏時(shí),高溫高壓的氨通過(guò)漏點(diǎn)處迅速進(jìn)入到熔鹽中,導(dǎo)致:①由于三聚氰胺反應(yīng)器的熱量是由熔鹽提供的,當(dāng)氨進(jìn)入到熔鹽中,將會(huì)使熔鹽失效,使其無(wú)法給三聚氰胺反應(yīng)器供熱,整個(gè)三聚氰胺裝置將被迫停車;②高溫高壓的氨有可能和高溫熔鹽發(fā)生劇烈反應(yīng),產(chǎn)生爆炸。為此,將套管式高壓氨加熱器更換為TPC型電加熱器,使氨與熔鹽不發(fā)生接觸,徹底解決由于高壓氨加熱器內(nèi)管泄漏給三聚氰胺裝置帶來(lái)的威脅。

2.2.1 TPC型電加熱器工作原理

TPC型電加熱器由法國(guó)SISE-PARMILLEUX公司設(shè)計(jì)制造,與以熔鹽為加熱的套管式加熱器相比,它具有安全可靠,操作方便,自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)。

TPC型電加熱器的工作原理如圖2所示,頻率為50Hz,電壓為380V的電路接觸器分為3段與硅可控整流器相連后,再通過(guò)一個(gè)低壓轉(zhuǎn)換器分3段與電加熱器的加熱管外部相連,氨走加熱管內(nèi)部,從而逐步被加熱,氨的出口溫度通過(guò)一個(gè)自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)閥與溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連,再由溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電路接觸器,當(dāng)氨的出口溫度高時(shí),電路接觸器斷開,當(dāng)氨的出口溫度低時(shí),電路接觸器閉合,從而保證氨的出口溫度達(dá)到要求。

圖2 高壓氨電加熱器工作原理圖

2.2.2 TPC型電加熱器運(yùn)行評(píng)價(jià)

a.通過(guò)將套管式高壓氨加熱器更換為TPC型電加熱后,使高溫高壓熔鹽不再和高壓氨發(fā)生接觸,一方面就不存在氨進(jìn)入到熔鹽中,使熔鹽失效,從而使其無(wú)法給三聚氰胺反應(yīng)器供熱;另一方面,高溫高壓氨也無(wú)可能和高溫熔鹽發(fā)生劇烈反應(yīng),導(dǎo)致高壓氨加熱器超溫超壓,從而徹底消除了生產(chǎn)上的安全隱患。

b.TPC型電加熱有一個(gè)獨(dú)立的溫度調(diào)控系統(tǒng),即使高壓氨預(yù)熱器由于蒸汽系統(tǒng)的原因?qū)е逻M(jìn)入電加熱器內(nèi)管的溫度有較大的波動(dòng),也能保證高壓氨在加熱管內(nèi)被緩慢加熱,從而避免了高壓氨溫度的劇烈變化,有效的減小了加熱管內(nèi)外部之間的溫差,進(jìn)一步防止了爆管事故的發(fā)生。

3 尾氣冷凝器技術(shù)改造

尾氣冷凝器的作用是將急冷塔頂部產(chǎn)生的尾氣(主要含有氨、二氧化碳、水),在與碳銨液混合形成甲銨溶液后,將甲銨液冷卻,然后再經(jīng)泵送往尿素裝置的中壓系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。如果甲銨液出口超溫,一方面,由于尾氣不能被冷凝下來(lái),急冷塔將會(huì)超壓,致使整個(gè)三聚氰胺裝置被迫低負(fù)荷運(yùn)行;另一方面尿素裝置的中壓系統(tǒng)也將無(wú)法接收超溫甲銨液。會(huì)嚴(yán)重影響尿素裝置的正常生產(chǎn)。由于其循環(huán)水側(cè)U形管束經(jīng)常結(jié)垢,致使出口甲銨液超溫,為此,需對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

3.1 尾氣冷凝系統(tǒng)工藝流程

尾氣冷凝系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程如圖3所示。從反應(yīng)器出來(lái)的氣液混合物首先進(jìn)入急冷塔,通過(guò)加入急冷水使溫度快速下降,從底部出去的三聚氰胺水溶液送到二氧化碳汽提塔,從而把絕大部分的二氧化碳汽提出去。而從急冷塔頂部出去的尾氣與來(lái)自尿素廠的碳銨液混合,形成甲銨溶液后,進(jìn)入尾氣冷凝系統(tǒng),經(jīng)過(guò)尾氣冷凝器冷凝后,進(jìn)入甲銨液緩沖槽中,然后再經(jīng)泵送往尿素裝置的中壓系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。

圖3 尾氣冷凝系統(tǒng)流程圖

3.2 尾氣冷凝器“U”型管束結(jié)垢的原因

當(dāng)打開尾氣冷凝器后,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部“U”型管結(jié)垢非常嚴(yán)重,經(jīng)分析,尾氣冷凝器冷卻水側(cè)結(jié)垢的主要原因,是由于敞開式冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行中易有沙子、粘土、微生物隨空氣帶入,并在系統(tǒng)中產(chǎn)生沉淀物;另外,涼水塔破碎填料以及其他碎屑也會(huì)隨水的流動(dòng)而夾帶到管道中,從而導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)太臟,將冷卻水進(jìn)口的過(guò)濾網(wǎng)堵塞,使冷卻水的流量減少,冷卻水出口溫度上升,然后,在高溫下冷卻水在殼側(cè)慢慢結(jié)垢,影響換熱,并且,隨著冷卻水的溫度上升,結(jié)垢越來(lái)越嚴(yán)重,溫度越來(lái)越高,形成惡性循環(huán),最終導(dǎo)致?lián)Q熱器不換熱。

3.3 尾氣冷凝器技術(shù)改造措施

通過(guò)投用一套尾氣冷凝用調(diào)溫水系統(tǒng),使冷卻水不直接與尾氣冷凝器的“U”型管接觸,而是通過(guò)冷卻水降低脫鹽水的溫度,而后脫鹽水再進(jìn)入尾氣冷凝器的“U”型管內(nèi)與殼側(cè)的工藝介質(zhì)甲銨液換熱,從而降低甲銨液的溫度。

3.3.1 尾氣冷凝用調(diào)溫水系統(tǒng)工藝流程

尾氣冷凝用調(diào)溫水系統(tǒng)工藝流程見圖4。從調(diào)溫水槽過(guò)來(lái)的脫鹽水經(jīng)調(diào)溫水循環(huán)泵升壓后,在調(diào)溫水冷卻器中經(jīng)冷卻水降溫后,進(jìn)入尾氣冷凝器的“U”型管中與甲銨液換熱,從而降低甲銨液的溫度,使其出口溫度達(dá)到工藝要求,而“U”型管中的脫鹽水在與甲銨液換熱后,再重新流回到調(diào)溫水循環(huán)泵的入口處進(jìn)行循環(huán)使用,從而節(jié)約了脫鹽水的用量。

3.3.2 尾氣冷凝用調(diào)溫水系統(tǒng)的特點(diǎn)及運(yùn)行評(píng)價(jià)

a.使用尾氣冷凝用調(diào)溫水系統(tǒng)后,由于進(jìn)入“U”型管中的是經(jīng)過(guò)冷卻過(guò)的脫鹽水,從而有效的避免了“U”型管束的結(jié)垢問(wèn)題。

b.雖然板式調(diào)溫水冷卻器也會(huì)結(jié)垢,但其清洗起來(lái)卻比較方便和簡(jiǎn)單。與酸洗尾氣冷凝器“U”型管束相比,無(wú)論從工藝方面還是經(jīng)濟(jì)效益方面都是可行的。

圖4 尾氣冷凝用調(diào)溫水系統(tǒng)流程圖

c.尾氣冷凝器“U”型管束中冷卻用脫鹽水采用循環(huán)使用的方法,有效的節(jié)約了脫鹽水的用量,產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 二氧化碳汽提塔技術(shù)改造

二氧化碳汽提塔的作用是將三聚氰胺水溶液中的絕大部分CO2汽提出去,防止影響氨回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái),其塔盤卻經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)晶堵塞。

4.1 二氧化碳汽提塔塔盤結(jié)晶堵塞的原因分析

通過(guò)對(duì)二氧化碳汽提塔塔盤結(jié)晶物的定量分析,得出二氧化碳汽提塔塔盤出現(xiàn)結(jié)晶堵塞的原因主要有:①急冷塔至汽提塔壓力急劇下降,減壓閃蒸降溫,導(dǎo)致結(jié)晶析出;②三聚氰胺反應(yīng)器溫度控制過(guò)高,導(dǎo)致生成物中高聚物的含量高;③工藝循環(huán)水中OAT雜質(zhì)的含量高;④汽提塔進(jìn)料濃度過(guò)高,導(dǎo)致結(jié)晶析出。

4.2 二氧化碳汽提塔技術(shù)改造措施

為了徹底解決二氧化碳汽提塔的塔盤結(jié)晶堵塞問(wèn)題,進(jìn)行了以下技術(shù)改造。在二氧化碳汽提塔前增加了一個(gè)三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng),使從急冷塔出來(lái)的三聚氰胺溶液不直接進(jìn)入二氧化碳汽提塔,而是在進(jìn)入二氧化碳汽提塔之前,先進(jìn)入三聚氰胺閃蒸槽進(jìn)行閃蒸后再進(jìn)入到汽提塔內(nèi),從而避免有結(jié)晶物在汽提塔塔盤上結(jié)晶出來(lái)。

4.2.1 三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng)工藝流程

三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng)工藝流程見圖5。從急冷塔底部出來(lái)的三聚氰胺溶液進(jìn)入到三聚氰胺閃蒸槽內(nèi),閃蒸后再進(jìn)入二氧化碳汽提塔把CO2汽提出來(lái)。閃蒸槽的外部加有低壓蒸汽夾套保溫,以減少熱量的損失,避免閃蒸槽的溫度過(guò)低;內(nèi)部安裝有一部帶有雙葉輪的三聚氰胺攪拌器,使三聚氰胺溶液混合均勻,防止在閃蒸槽底部出現(xiàn)三聚氰胺沉積;上部加有一股沖洗水,以噴淋吸收三聚氰胺閃蒸氣體;下部加有一股中壓蒸汽,以加熱閃蒸后的三聚氰胺溶液,防止在閃蒸槽內(nèi)出現(xiàn)三聚氰胺結(jié)晶。同時(shí),在攪拌器的上部和下部各加有一股沖洗水,保持?jǐn)嚢杵鬏S承的平衡,另外,在閃蒸槽的底部還設(shè)有一條閃蒸槽排空管線,從而保證在閃蒸槽系統(tǒng)檢修時(shí)排空閃蒸槽。

4.2.2 三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng)的運(yùn)行評(píng)價(jià)

a.自投用三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng)后,由于進(jìn)入二氧化碳汽提塔中的溶液是經(jīng)過(guò)閃蒸后的三聚氰胺溶液,從而有效的避免了二氧化碳汽提塔塔盤結(jié)晶堵塞的問(wèn)題。

圖5 三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng)工藝流程圖

b.雖然三聚氰胺在閃蒸槽內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶,但其處理起來(lái)卻比較方便和簡(jiǎn)單。與三聚氰胺裝置停車檢修汽提塔相比,無(wú)論從工藝方面還是經(jīng)濟(jì)效益方面都是可行的。

c.三聚氰胺閃蒸槽系統(tǒng)保證了二氧化碳汽提塔長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行,消除了生產(chǎn)上的隱患,保證了整個(gè)三聚氰胺裝置長(zhǎng)周期的運(yùn)行,從而產(chǎn)生了比較大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)針對(duì)三聚氰胺裝置在運(yùn)行中所出現(xiàn)問(wèn)題的技術(shù)改造,徹底解決了制約三聚氰胺裝置長(zhǎng)周期滿負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)的一系列問(wèn)題,從而保證了三聚氰胺裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

[1] 陳鵬.超濾系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改進(jìn)[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2009,35 (3):36-38.

[2] 劉慧民.OAT①濾葉式過(guò)濾器與超濾系統(tǒng)的運(yùn)行比較[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2009,35(4):23-25.

TQ441.7

A

1003-6490(2010)01-0013-06

2009-11-15

陳 鵬(1977-),男,工程師,1999年畢業(yè)于鄭州工業(yè)大學(xué)精細(xì)化工專業(yè),現(xiàn)在河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司三聚氰胺公司從事三聚氰胺的生產(chǎn)工作。聯(lián)系電話:13523937571。