尿素深度水解改造運行效果分析

胡歡歡(江蘇華昌化工股份有限公司， 江蘇 張家港 215634)

尿素深度水解改造運行效果分析

胡歡歡(江蘇華昌化工股份有限公司， 江蘇 張家港 215634)

本文主要介紹了尿素車間二期深度水解改造的原因、特點、運行的效果及存在的問題。

深度水解；工藝?yán)淠海唤馕鼜U液

我廠原有的尿素二期裝置配套有解吸系統(tǒng)，但由于沒有設(shè)置水解裝置等多種因素，排放的解吸廢液中NH3與Ur的含量分別在200ppm和0.8%(wt)左右。為提高二期解吸廢液的可利用性，減少水廠含氨氮廢水處理負(fù)擔(dān)，公司決定對二期解吸裝置進(jìn)行改造。

1 解吸水解原理

解吸就是將工藝?yán)淠褐械腃O2和氨分離出來，得到CO2和氨的混合氣體和不含上述兩種物質(zhì)的液體。水解就是用蒸汽直接加熱的方法，使溶液中的尿素分解為CO2和NH3，然后在解吸塔中進(jìn)行解吸以回收分解得到的CO2和氨。

設(shè)計輸入條件：①二期尿素裝置能力150kt/a，按處理40m3/h尿素工藝?yán)淠嚎偰芰M(jìn)行設(shè)計。年操作時間8400h，連續(xù)操作。②工藝?yán)淠航M成：NH3：12%，Ur：1～3%。③解吸液質(zhì)量要求：NH3≤5ppm，Ur≤5ppm。

2 技術(shù)改造

(1)現(xiàn)有設(shè)備參數(shù) 項目增加一座水解塔及配套水解給料泵、水解換熱器等配套裝置。兩臺列管式換熱器串聯(lián)后換熱面積為430m2，可將第一解吸塔出液由136℃升至190℃進(jìn)入水解塔，充分滿足了系統(tǒng)需要。同時對解吸塔進(jìn)行改造。將原有解吸塔上段分凝器等割除，改造解吸塔內(nèi)件，增加填料層，使解吸塔分成第一解吸塔和第二解吸塔兩部分。

(2)工藝流程 如圖1所示：解吸給料泵將氨水槽的氨水加壓后，含有NH3、CO2和尿素的工藝?yán)淠航?jīng)解吸塔預(yù)熱器再送到第一解吸塔。在第一解吸塔中用水解塔和第二解吸塔來的氣體把工藝?yán)淠褐械腘H3和CO2汽提出來。出第一解吸塔底部的液體中仍含有尿素和少量NH3和CO2，用水解塔給料泵將其加壓后經(jīng)水解換熱器升溫后進(jìn)入水解塔。水解塔塔底的操作壓力為2.0pa(絕)，操作溫度為200℃左右，采用2.45MPa過熱蒸汽直接加熱。水解塔頂出來的氣相經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥減壓后進(jìn)入解吸塔上段。水解塔底出來的液相經(jīng)水解換熱器后，排至第二解吸塔頂部解吸。在第二解吸塔底部加入0.35MPa的低壓蒸汽，進(jìn)一步除去水中的NH3和CO2，使出解吸塔下段底部的廢水中尿素和NH3的含量都在5ppm以下。廢液經(jīng)解吸塔預(yù)熱器降溫后排入解吸廢液槽，送氣化車間。第二解吸塔出來的蒸汽進(jìn)入第一解吸塔底部提供解吸所需的熱量，第一解吸塔頂出來的氣體進(jìn)入回流冷凝器進(jìn)行冷凝。

圖1

3 運行效果評價

(1)運行效果總結(jié) 裝置開車投用運行至今已趨于穩(wěn)定。處理后得到的解吸液中，NH3的含量最低可達(dá)到2.5ppm，Ur含量最低可控制到10ppm左右。負(fù)荷達(dá)到50m3/h時，正常NH3含量控制在10ppm內(nèi)，Ur含量不高于50ppm。與改造前NH3與Ur的含量分別在200ppm和0.8%(wt)的情況相比可明顯看出該裝置基本達(dá)到了預(yù)期使用效果。

(2)存在問題及解決方法 該裝置設(shè)計解吸液質(zhì)量要求：NH3≤5ppm，Ur≤5ppm，正常生產(chǎn)中，這一指標(biāo)雖然可以達(dá)到，但操作上仍存在一定難度。具體總結(jié)如下：

①存在問題。a.尿素的水解反應(yīng)為尿素合成反應(yīng)的逆過程，為吸熱反應(yīng)，因此提高溫度有利于尿素的水解。水解塔下液溫度要求控制在200～205℃。由于水解塔容積較大，在調(diào)整中壓蒸汽流量與塔內(nèi)介質(zhì)溫度出現(xiàn)變化之間還存在著較長的反應(yīng)時間，溫度低則造成尿素分解率低，溫度過高則使大量蒸汽進(jìn)入解吸塔內(nèi)，解吸塔溫度過高則其氣相會帶水通過回流冷凝器進(jìn)入氨水槽，導(dǎo)致氨水槽液位超標(biāo)。b.夏天由于氣溫較高，經(jīng)過解吸塔預(yù)熱器冷卻的解吸液溫度仍高達(dá)80～90℃，不能滿足送氣化車間使用的溫度條件，因此應(yīng)進(jìn)一步對其進(jìn)行冷卻。

②解決方法。a.參考尿素一期解吸-水解裝置，作出如下工藝變更：新增一路管線，由回流泵出口接至“解吸塔給料泵-第一解吸塔”段管道上，直接用NH3含量32.55%(wt)的回流液由下自上與蒸汽換熱，增加蒸汽的冷凝量，減少解氣氣相中的水分。b.將尿素二期拆舊設(shè)備低調(diào)水換熱器重新利用做解吸液換熱器，根據(jù)其原有換熱面積計算，利用循環(huán)水降溫后解吸液溫度可低于50℃。可滿足其他工段的使用條件。

4 結(jié)語

自2016年9月改造至今，二期解吸水解系統(tǒng)運行良好，解吸廢液由原來的超標(biāo)污水變?yōu)闅饣ざ螞_洗水或補(bǔ)水使用，原有解吸塔頂冷卻器循環(huán)水停用，在一定程度上節(jié)省了循環(huán)水、除鹽水等。同時減少了對環(huán)境的污染，降低了生產(chǎn)成本，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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