王志良 王探朝 王 堅 左潤發(fā)

(陜西陜化化工集團有限公司 陜西華縣714100)

1 改造目的

陜西陜化煤化工有限公司通過擴能、優(yōu)化措施將1套110 kt/a尿素水溶液全循環(huán)法尿素裝置改造為300 kt/a尿素裝置，各項消耗大幅度降低，全系統(tǒng)實現(xiàn)先進的DCS控制。原尿素裝置有 1套設計處理能力18 m3/h的低壓解吸、水解系統(tǒng)，由于整個尿素裝置總生產(chǎn)能力擴大后，相應尿素工藝冷凝液量也成倍增加，原有解吸、水解系統(tǒng)能力明顯不足。此次改造串聯(lián)1臺高效臥式水解槽，并增加1臺后解吸塔，采用1.30 MPa蒸汽作為熱源，重新設計了工藝流程，最終實現(xiàn)了尿素工藝冷凝液達標外排。

2 工藝流程及主要設備

解吸、水解系統(tǒng)工藝流程(云線內(nèi)為新增部分)如圖1所示。

碳銨液槽的碳銨液經(jīng)解吸給料泵加壓后分冷、熱兩路進入解吸塔：熱流進入解吸換熱器內(nèi)被后解吸塔底部來的廢液加熱到約110 ℃，經(jīng)流量指示后進入解吸塔中部；冷流直接進入解吸塔上部用來控制解吸塔氣相溫度。此兩路工藝冷凝液在解吸塔內(nèi)與水解汽提塔和后解吸塔的蒸汽逆流接觸，經(jīng)傳質、傳熱后，解吸塔塔頂排出的氣體經(jīng)解吸外冷器、解吸分離器冷凝分離后，冷凝液作為解吸塔回流液，未凝氣體與低壓氣體混合后進入二循一冷。

圖1 解吸、水解系統(tǒng)工藝流程

解吸塔塔底排出的工藝冷凝液經(jīng)水解給料泵加壓后進入水解換熱器與水解槽來的廢液換熱，再送至水解汽提塔上部。水解汽提塔上部熱量由1.30 MPa蒸汽和水解汽提塔下塔氣體提供，水解汽提塔塔頂氣相經(jīng)減壓后作為解吸塔的熱源，水解汽提塔塔頂液相經(jīng)溢流管流入下塔與水解槽的氣相進行逆流接觸，經(jīng)傳質、傳熱后氣相進入水解汽提塔上塔作為熱源，液相進入水解槽。從水解汽提塔下塔來的液體在水解槽內(nèi)由1.30 MPa蒸汽直接加熱，氣相進入水解汽提塔下塔，液相與解吸給料泵出口液體換熱后進入后解吸塔上部，在后解吸塔內(nèi)與從塔底直接加入的1.30 MPa蒸汽進行逆流接觸，以便使極少量的NH3和CO2徹底解吸出來；經(jīng)傳質、傳熱后氣相進入解吸塔底部，為解吸塔提供所需要的熱量，液相與工藝冷凝液泵出口液體換熱后，溫度約80 ℃可作為鍋爐補水或進入尿素循環(huán)水系統(tǒng)。

主要設備參數(shù)見表1。

表1 主要設備參數(shù)

設備名稱設備參數(shù)水解汽提塔Φ 800/1 800 mm×22 000 mm,塔板36層,1臺解吸外冷器F=78 m2,1臺解吸分離器V=0.4 m3,1臺水解換熱器F=90 m2,1臺解吸換熱器F=90 m2,1臺水解給料泵Q=35 m3/h,H=140 m,2臺解吸給料泵Q=35 m3/h,H=80 m,2臺后解吸塔Φ 1 000 mm×11 600 mm,上部為多空波紋板填料,下部塔板15層,1臺水解槽Φ 2 600 mm×8 500 mm,V=49.73 m3,1臺

3 系統(tǒng)運行特點及操作工藝指標

系統(tǒng)運行特點：①適應能力強、操作彈性大；②碳銨液中w(NH3)約5%，w(CO2)約2%；③操作簡單、易控制，只要儀表選型合理，液位控制穩(wěn)定，蒸汽壓力波動不大，系統(tǒng)非常穩(wěn)定；④水解汽提塔操作簡便、水解率高，對工藝指標適應能力強；⑤由于低壓吸收系統(tǒng)減少了解吸氣相帶水，尿素系統(tǒng)水平衡明顯改善，高、中壓系統(tǒng)的操作更方便。

操作工藝指標見表2。

表2 操作工藝指標

項 目參數(shù)解吸塔壓力/MPa0.35后解吸塔壓力/MPa0.40水解汽提塔壓力/MPa1.20水解槽壓力/MPa1.30低壓蒸汽壓力/MPa1.30解吸塔頂部溫度/℃解吸塔底部溫度/℃112～120146～148后解吸塔頂部溫度/℃后解吸塔底部溫度/℃148～150148～152水解汽提塔上塔出氣溫度/℃181～184水解汽提塔下塔出液溫度/℃183～186水解槽出液溫度/℃188～192解吸塔液位/%20～30后解吸塔液位/%30～50水解槽液位/%20～30

4 運行情況

2012年4月，完成了設備、管道、電器、儀表安裝；2012年5月，對解吸、水解系統(tǒng)進行試壓、試漏；2012年5月28日，水解、解吸系統(tǒng)進行試運行；到目前為止，解吸、水解系統(tǒng)出現(xiàn)的問題基本得到了解決。

(1)水解給料泵頻繁出現(xiàn)不打量現(xiàn)象。在運行過程中，由于水解汽提塔氣相至解吸塔的自調閥開度較大，使解吸塔下部氣液夾帶嚴重，造成解吸塔液位是氣液混合物假液位，使水解給料泵出現(xiàn)氣縛，造成水解給料泵不打量。通過調整自調閥開度得以解決，現(xiàn)在水解給料泵運行正常。

(2)解吸、水解溫度不達標。在系統(tǒng)剛開車時，由于系統(tǒng)負荷低，高壓圈CO2轉化率低，中、低壓負荷增大，蒸發(fā)系統(tǒng)波動大，中、低壓放空量變大，預濃縮表面冷凝器和蒸發(fā)一段表面冷凝器液相中尿素含量高，使工藝冷凝液中氨和尿素含量增高，造成解吸、水解負荷增大，導致解吸、水解溫度提不起來。通過向工藝冷凝液槽中加脫鹽水，降低了工藝冷凝液的濃度和減少了解吸量。目前，解吸、水解溫度已在控制指標內(nèi)，排放液中氨和尿素質量分數(shù)均≤5×10-6。

(3)解吸塔發(fā)生液泛。在系統(tǒng)運行中，由于后解吸塔底部蒸汽調節(jié)閥開得過快或水解汽提塔氣相出口調節(jié)閥開度太大，使塔板上的氣相負荷過大，導致解吸塔發(fā)生液泛。通過控制進入解吸塔的蒸汽量和緩慢調節(jié)水解汽提塔出口調節(jié)閥的開度，最終實現(xiàn)了解吸塔的正常操作。

通過不斷調整改善，現(xiàn)水解、解吸系統(tǒng)已實現(xiàn)了安全穩(wěn)定運行，且各項運行參數(shù)在工藝指標范圍內(nèi)，完全達到了設計指標。

5 結語

該解吸、水解改造裝置包括設備、儀表、土建、管道安裝等共投入270萬元。按噸尿素可回收液氨4～6 kg、年增產(chǎn)150 kt尿素計，年可回收液氨750 t，產(chǎn)生直接效益150萬元，2年內(nèi)即可收回投資。經(jīng)過1年多的運行，該解吸、水解系統(tǒng)操作平穩(wěn)，開工率100%，徹底解決了尿素廢液排放不達標的問題，實現(xiàn)了經(jīng)濟、環(huán)保雙贏。