大型尿素裝置的外排治理與改造措施

倪超偉，謝鴻適，韓永良

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司一化肥是我國1978年引進(jìn)的三套渣油制氨生產(chǎn)尿素的大型化肥裝置之一，尿素裝置采用荷蘭斯太米卡邦公司二氧化碳汽提工藝，設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)小顆粒尿素520kt。在生產(chǎn)過程中，隨著裝置的滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行，解吸廢水中NH3、Ur、NH3－N、pH值指標(biāo)難于控制，尿素粉塵外排量增大，地面外排水就地排放量大大增加，裝置無法實(shí)現(xiàn)地面水零排放。通過技術(shù)改造、引進(jìn)粉塵回收技術(shù)、優(yōu)化工藝操作等手段，使解吸廢水中的NH3、Ur、NH3－N、pH值指標(biāo)得到有效控制，工藝尾氣、尿素粉塵、地面外排水得到合理回收，實(shí)現(xiàn)了裝置的節(jié)能、降耗、清潔、環(huán)保生產(chǎn)。

1 優(yōu)化工藝操作，控制解吸廢水外排指標(biāo)

解吸水解系統(tǒng)是尿素裝置配套的工藝?yán)淠禾幚憝h(huán)保工序，主要是對尿素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝?yán)淠褐械陌薄⒍趸肌⒛蛩兀∟H3、CO2、NH2CONH2）進(jìn)行處理回收。解吸水解系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，直接影響到解吸廢水中NH3含量、Ur含量、NH3－N含量、pH值指標(biāo)是否合格（公司控制指標(biāo)是NH3－N≤40mg／L；NH3≤67mg／L；Ur≤200mg／L；pH值6～9）。

多年操作實(shí)踐證明，要確保裝置解吸廢水中含有的NH3－N、NH3、Ur、pH值在控制指標(biāo)內(nèi)，要從以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化操作與控制。

1.1 降低氨水槽中工藝?yán)淠簼舛?/h3>

本裝置要求氨水槽工藝?yán)淠褐蠳H3含量在6%以下、Ur含量在1.67%以下。當(dāng)氨水槽中工藝?yán)淠簼舛仍黾雍螅馕庀到y(tǒng)的用汽量將增大，解吸水解工況大幅波動，導(dǎo)致外排解吸廢水中的NH3－N、NH3、Ur和pH超標(biāo)。表1為氨水槽工藝?yán)淠褐蠳H3、Ur含量對解吸廢水中NH3－N、NH3、Ur含量和pH值影響的幾組數(shù)據(jù)。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，需穩(wěn)定優(yōu)化解吸水解系統(tǒng)，確保裝置外排水合格。要降低氨水槽工藝?yán)淠褐械腘H3、Ur含量，應(yīng)從以下幾個方面優(yōu)化。

（1）提高汽提效率。提高汽提塔201－C的汽提效率，將汽提效率控制在80.50×10－2以上，201－C出液熔融尿液中NH3和CO2降至于7.3 ×10－2和9.5×10－2以下，這樣就可使進(jìn)入吸收塔303－E尿液中的NH3和CO2相應(yīng)減少，最終將使氨水槽中工藝?yán)淠簼舛冉档汀?/p>

表1 氨水槽工藝?yán)淠褐蠳H3、Ur含量對外排水NH3－N、NH3、Ur含量、pH值影響對比表

（2）提高精餾效果。用來自蒸汽包201－FA／FB的低壓蒸汽和來自第二高壓氨加熱器104－C的低壓蒸汽對301－ECA進(jìn)行加熱，將其溫度控制在約135℃；通過來自203－C的密閉循環(huán)水對301－ECB加熱，控制精餾塔301－E出液溫度TI301在130～135℃，這樣能有效減少進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)尿液中的游離NH3和CO2含量，進(jìn)而降低了氨水槽中工藝?yán)淠旱臐舛取?/p>

（3）嚴(yán)格控制低壓甲銨冷凝器301－C的冷凝溫度。從NH3和CO2冷凝成甲銨的反應(yīng)式分析：

可知降低301－C的冷凝溫度，有利于反應(yīng)向右平移，即有利于提高低壓系統(tǒng)吸收效果。同時，為防止甲銨結(jié)晶，應(yīng)把301－C的冷凝溫度控制在55℃，這對降低氨水槽中工藝?yán)淠簼舛仁鞘钟欣摹?/p>

（4）排查是否有高濃度的介質(zhì)進(jìn)入氨水槽。高壓氨泵排放閥漏、高壓甲銨泵柱塞填料漏、低壓排放閥漏、低壓甲銨冷凝器下液閥漏、高壓氨泵進(jìn)出口管線上的安全閥啟跳或泄漏、接收二化肥高濃度的稀氨水等，這些因素均能引起氨水槽工藝?yán)淠褐蠳H3、Ur的濃度升高。若氨水槽中工藝?yán)淠簼舛容^高，要對以上因素進(jìn)行逐個排查，確保無高濃度的介質(zhì)進(jìn)入氨水槽。

1.2 優(yōu)化水解工況

在解吸后的工藝?yán)淠褐猩泻?.6%～3.5%（質(zhì)量分率）的尿素，工藝?yán)淠哼M(jìn)入水解塔703－E，在水解塔703－E內(nèi)進(jìn)一步水解。對水解工況進(jìn)行優(yōu)化，提高尿素的水解率，使外排解吸廢水中Ur含量控制在200mg／L以內(nèi)。

（1）提高水解塔塔底溫度。從尿素水解反應(yīng)分析，提高操作溫度，有利于尿素的水解反應(yīng)。在保證水解壓力的情況下，通過調(diào)整進(jìn)入水解塔703－E 2.5MPa蒸汽量，使塔底的溫度盡量控制在200～205℃。

（2）保持水解塔有較高的液位。保持一定高度的水解塔液位，使水解塔內(nèi)的工藝?yán)淠河凶銐虻耐Ａ魰r間。在實(shí)際操作過程中，水解塔設(shè)計(jì)的停留時間為30～45min。若水解塔的液位低于70%時，工藝?yán)淠涸谒?nèi)的停留時間就大大減少，尿素在水解塔內(nèi)的水解率降低，外排解吸廢水中Ur含量將明顯升高。

尤其在開停車或正常生產(chǎn)過程中，氨水槽中工藝?yán)淠簼舛壬撸赏ㄟ^放空筒的噴淋裝置向氨水槽加水，來降低氨水槽中工藝?yán)淠簼舛龋瑑?yōu)化解吸水解系統(tǒng)工況，使外排解吸廢水合格。

2 尿素粉塵回收治理

尿素造粒塔采用自然式通風(fēng)，每小時通風(fēng)量為555 000m3。在生產(chǎn)過程中，造粒塔是尿素粉塵的主要產(chǎn)生源，在自然通風(fēng)的形式下，融熔尿液在下落過程中凝固和冷卻成尿素顆粒，相應(yīng)尿素造粒塔外排廢氣中就會夾帶有較多的尿素粉塵。經(jīng)實(shí)測，造粒塔外排氣中的尿素粉塵濃度為550～680mg／m3，即每天約有7t的尿素粉塵伴隨著造粒塔外排廢氣直接排入大氣。外排的大部分尿素粉塵落在周圍的地面上，不但造成了大氣污染，還會使附近的樹木、花草枯萎，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)崗位人員和周圍居民的身體健康，影響公司的清潔文明生產(chǎn)形象。2010年底，采用了噴淋洗滌法對造粒塔外排氣中的尿素粉塵進(jìn)行回收治理技術(shù)改造，尿素粉塵回收裝置洗滌部分置于造粒塔上方，采用原塔自然通風(fēng)和循環(huán)液吸收，利用先進(jìn)水幕器和順觸吸收器，與含有尿素粉塵的熱氣接觸，將尿素粉塵吸收在循環(huán)液中，待濃度達(dá)到10%以上時，排入生產(chǎn)系統(tǒng)。

2.1 回收原理

融熔尿素在造粒過程中，形成的粉塵和冷卻空氣在頂部出風(fēng)口處，與循環(huán)吸收液體（用水解廢液補(bǔ)充消耗水）接觸，形成濃度10%～15%的尿素溶液后，排往尿液槽，以補(bǔ)入生產(chǎn)系統(tǒng)。在回收過程中，往循環(huán)液槽加入低壓蒸汽，以調(diào)節(jié)循環(huán)液溫度，控制循環(huán)液溫度和循環(huán)液中尿素溶化物的濃度。

2.2 流程簡要說明

氣體流程 造粒塔內(nèi)熱氣經(jīng)過造粒間側(cè)面通道，熱壓頭增加后進(jìn)入造粒間頂部噴淋吸收區(qū)，在吸收區(qū)上升的熱空氣中夾帶微粒尿素與下降的循環(huán)吸收液充分接觸后，再通過錯流捕水器除去夾帶的液體，進(jìn)入分離段，經(jīng)過分離除去夾帶的液滴后排向大氣。

液體流程 將解吸廢液充入儲液槽704－F，704－F液位達(dá)到50%時，通過711－J／JA向304－F充液，304－F液位LI－305達(dá)到50%時，用305－J／JA直接將解吸廢液送入清洗噴頭，進(jìn)行初步吸收及加液作用后落入液體收集槽，通過循環(huán)降液水道流入304－F，用305－J／JA進(jìn)行不斷循環(huán)提濃，當(dāng)循環(huán)吸收液尿素濃度升到10%時排入302－F，流程簡圖見圖1。

圖1 粉塵回收流程簡圖

通過三段吸收、三段分離，有效保證除塵效果和水氣分離，使外排氣中尿素粉塵的含量降至150mg／m3以下。回收治理前后（在系統(tǒng)負(fù)荷、蒸發(fā)流量、同一造粒噴頭且轉(zhuǎn)速相同的情況下）造粒塔外排氣中含尿素粉塵對比見表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，通過對造粒塔外排氣中尿素粉塵的回收治理，使外排氣中的尿素粉塵含量大大減少，有效地對尿素粉塵進(jìn)行了回收，減少了空氣污染。回收含有大量尿素粉塵的溶液，最后送入蒸發(fā)造粒系統(tǒng)進(jìn)行造粒，增加了尿素產(chǎn)量，降低了能耗，很大程度減少了環(huán)境污染。

表2 回收治理前后尿素粉塵對比

3 全面回收地面外排水，實(shí)現(xiàn)裝置地面水零排放

自建廠以來，本裝置所有機(jī)泵軸承冷卻水和汽提塔201－C銫源冷卻水一直是就地排放，經(jīng)過實(shí)測，每天排放量為120m3，不但造成了大量循環(huán)冷卻水的浪費(fèi)，還對地面形成了污漬污染。

隨著節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)工作的深入推行，通過對裝置區(qū)域內(nèi)的所有機(jī)泵軸承冷卻水和汽提塔201－C銫源冷卻水實(shí)施技術(shù)改造，對就地外排水進(jìn)行全部回收。

回收措施 將裝置界區(qū)所有機(jī)泵軸承箱冷卻水和201－C銫源冷卻水回水管線匯集到一條回收總管上，送入一個儲槽710－F，再用泵710－J將儲槽710－F內(nèi)回收的冷卻水輸送至冷卻水回水總管8＃線，混入界區(qū)內(nèi)冷卻水中，以供循環(huán)使用。同時，為了控制回收儲槽710－F液位，710－J出口設(shè)置了一條回流管線，如圖2。

通過對機(jī)泵軸承箱冷卻水和銫源冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，使整個裝置界區(qū)內(nèi)的地面外排水得到全部回收，經(jīng)計(jì)算，每年可以回收43 800m3的冷卻水，再將其循環(huán)使用，節(jié)約了水資源，減少了外排。同時，保證了機(jī)泵和銫源周圍環(huán)境的清潔衛(wèi)生，促進(jìn)了清潔生產(chǎn)的推行，實(shí)現(xiàn)了地面水的零排放目標(biāo)。

圖2 冷卻水回收流程示意簡圖

4 結(jié) 語

通過不斷提高工藝技術(shù)水平、優(yōu)化工藝操作、裝置技術(shù)改造等各項(xiàng)措施，使裝置外排物得到有效的回收和治理，降低了能耗，減少了污染。另外，本解吸水解裝置未采用深度水解工藝，在生產(chǎn)過程中，受許多因素的影響，易使解吸廢水中NH3－N、Ur、pH值超標(biāo)。因此，在控制解吸廢水外排指標(biāo)方面，還需要進(jìn)一步的探索。