解吸、水解系統改造總結

王志良 王探朝 王 堅 左潤發

(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、優化措施將1套110 kt/a尿素水溶液全循環法尿素裝置改造為300 kt/a尿素裝置，各項消耗大幅度降低，全系統實現先進的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，由于整個尿素裝置總生產能力擴大后，相應尿素工藝冷凝液量也成倍增加，原有解吸、水解系統能力明顯不足。此次改造串聯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、水解系統工藝流程(云線內為新增部分)如圖1所示。

碳銨液槽的碳銨液經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被后解吸塔底部來的廢液加熱到約110 ℃，經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與水解汽提塔和后解吸塔的蒸汽逆流接觸，經傳質、傳熱后，解吸塔塔頂排出的氣體經解吸外冷器、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、水解系統工藝流程

解吸塔塔底排出的工藝冷凝液經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減壓后作為解吸塔的熱源，水解汽提塔塔頂液相經溢流管流入下塔與水解槽的氣相進行逆流接觸，經傳質、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水系統。

主要設備參數見表1。

表1 主要設備參數

設備名稱設備參數水解汽提塔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 系統運行特點及操作工藝指標

系統運行特點：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，液位控制穩定，蒸汽壓力波動不大，系統非常穩定；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由于低壓吸收系統減少了解吸氣相帶水，尿素系統水平衡明顯改善，高、中壓系統的操作更方便。

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、水解系統進行試壓、試漏；2012年5月28日，水解、解吸系統進行試運行；到目前為止，解吸、水解系統出現的問題基本得到了解決。

(1)水解給料泵頻繁出現不打量現象。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，現在水解給料泵運行正常。

(2)解吸、水解溫度不達標。在系統剛開車時，由于系統負荷低，高壓圈CO2轉化率低，中、低壓負荷增大，蒸發系統波動大，中、低壓放空量變大，預濃縮表面冷凝器和蒸發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，排放液中氨和尿素質量分數均≤5×10-6。

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

通過不斷調整改善，現水解、解吸系統已實現了安全穩定運行，且各項運行參數在工藝指標范圍內，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150 kt尿素計，年可回收液氨750 t，產生直接效益150萬元，2年內即可收回投資。經過1年多的運行，該解吸、水解系統操作平穩，開工率100%，徹底解決了尿素廢液排放不達標的問題，實現了經濟、環保雙贏。