碳銨結晶問題的有效解決方法

張曉飛，馬小龍，來曉芳，汪 凌

（1.中國石油烏魯木齊石化公司研究院，新疆烏魯木齊 830019；2.中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠，新疆烏魯木齊 830019）

碳銨結晶問題的有效解決方法

張曉飛1，馬小龍2，來曉芳1，汪 凌1

（1.中國石油烏魯木齊石化公司研究院，新疆烏魯木齊 830019；2.中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠，新疆烏魯木齊 830019）

化肥一合成氣化裝置油改氣及擴能后，新接入一條馳放氣管線，該馳放氣含有組分氨，導致生產工藝中碳銨結晶問題頻繁出現。分析碳銨結晶產生的原因，闡述解決碳銨結晶問題的方法。

結晶；馳放氣；碳酸銨；碳酸氫銨；噴淋水

中國石油烏魯木齊石化公司化肥廠一合成裝置自2010年實施原料油改氣及擴能50%以后，由于后續工段工藝指標和優化成本要求，合成氨工段新增加一條馳放氣管線入氣化變換工段工藝氣管線。

碳銨結晶問題出現在4114-E6（工藝氣冷卻器）至4114-V2（2#冷凝液分離器）段之間管線，低溫條件下碳銨結晶問題頻繁出現，成為制約生產的一個較大隱患，結晶的生成，堵塞工藝氣管道，會使裝置停車，嚴重時可造成事故。

1 碳銨結晶產生的原因

1.1 變換系統來工藝氣含有氨

系統中的氨主要是由氣化反應生成，原料天然氣中氮元素經過氣化加壓反應，大約有15%轉化生成氨，氣化爐激冷水溫度較高，大約240℃左右，氨在激冷室中溶解較少，大部分的氨隨合成氣進入水洗塔，水洗塔中水溫也高，合成氣中的氨在水中溶解較少，隨合成氣進入變換工序，經過逐級冷去后，冷凝下來的冷卻液中溶解了較多的氨，在變換冷卻后極易產生碳銨結晶。化學反應方程式如下：

1.2 馳放氣含有氨

另一股4117-C1（氨吸收塔）來的馳放氣各組分和工藝氣各組分中，裝置正常運行期間馳放氣組分中NH3含量為0.13%（v）。

1.3 碳銨結晶的生成

馳放氣與變換工藝氣在4114-E6入口處匯合，溫度80℃，經過4114-E6換熱冷卻后，出口氣溫度降為36℃。碳銨結晶反應是可逆的放熱反應，化學反應方程式如下：

從化學平衡角度來說，降低溫度，反應會向著反應后升高溫度的方向移動，以消弱溫度的降低，有利碳銨的生成。二氧化碳在氨溶液中溶解時放出熱量，與化學反應平衡移動規律一樣，提高溫度，有利于二氧化碳在氨水中的分解，影響二氧化碳被氨水的吸收。從擴散平衡來說，提高溫度，有利于碳銨的分解。

2 解決碳銨結晶問題方案

結合工藝流程和碳銨結晶體的物理化學性質，經過長時間的摸索實驗，烏石化化肥廠總結出了消除結晶的兩種方法：使用高壓霧化噴淋水洗滌和提高工藝氣溫度。根據現場碳銨結晶問題嚴重程度，可以兩種方法靈活單獨使用和混合使用。

2.1 高壓霧化噴淋水

改進噴淋方法，高壓噴嘴接入10.0MPa的鍋爐水，使噴入的高壓水高度霧化，與工藝氣充分接觸，采用三通焊接雙噴頭，雙向雙頭噴嘴在工藝氣順、逆流的方向上噴淋，達到充分接觸的目的，噴嘴設計中考慮了不易堵塞，霧化效果好，噴霧范圍大等幾點需要，保證了噴淋系統的正常運行。

在增加高壓霧化噴嘴后，該變換工段再未發生碳銨結晶導致管線堵塞，系統壓力上升的情況，高壓霧化雙向雙頭噴嘴建議長期持續投用，可以預防碳銨結晶問題的發生。

2.2 控制系統工藝氣溫度

當高壓霧化雙向雙頭噴嘴持續投用，但變換工藝氣管道再次發生碳銨結晶引起的堵塞事故時，可以采用提高工藝氣溫度來消除碳銨結晶問題。方法是用開、關4114-E6換熱器冷卻水進出口閥來控制工藝氣溫度。一般情況下，僅靠高壓霧化噴淋水就可解除碳銨結晶問題。在結晶嚴重時，可以用提高系統工藝氣溫度方法來消除結晶，待結晶消除，恢復系統工藝氣至原始溫度36℃。結晶的主要成分是碳酸銨，碳酸氫銨，對應的熔點分別為58℃、65℃，由于變換后續凈化工段要求溫度不能長時間高于36℃，綜合考慮，溫度控制在50～70℃為宜，此方法是有效去除碳銨結晶的應急辦法。

3 經濟效益分析

（1）馳放氣作為4117合成氨工段排放的廢氣，現回收利用。干基總量為：4 611.3m3/h，其中主要組分為，CH4：352.3m3/h，N2：1 059.7m3/h，H2：3 189.2m3/h。CH4被后續工段分離出來，送往鍋爐做熱源；N2、H2又送回4117合成工段作為合成氨原料氣。以干基0.5元/m3計算，每小時節約2 305元，每年按8 000h計，可以節省1800多萬元。

（2）由于碳銨結晶問題，平均一個月可阻塞管道一次，造成兩臺氣化爐非計劃停車一次，每次停車開車時間為24h，天然氣放空20 000m3/h，可節約480 000m3天然氣，一年可節省576萬元。

4 結束語

通過對4114變換工段增加高壓霧化雙向雙頭噴嘴噴淋水方法，裝置運行至今未變換工段管線壓力陡升的問題，使碳銨結晶問題得到了很好的改善，保證了生產長周期安全穩定的運行，達到了節能減排、創效的效果。為了避免碳銨結晶問題的再次發生，要做好如下幾方面工作：

1）在停車時，對可能氨結晶的換熱器、管線進行升溫沖洗；

2）開車時密切注意此類設備的壓差，即使發現及時處理；3）定期有計劃清理，并加強監控。

4）為了更好地避免碳銨結晶問題，4117-C1來的馳放氣移位至14V1（1#冷凝液分離器）工藝氣出口，這里工藝氣溫度為220℃，遠高過碳酸氫銨和碳酸銨的熔點，此溫度下不會產生碳銨結晶，但是高壓霧化雙向雙頭噴嘴建議保留。

[1] 薛援.中國石油烏魯木齊石化公司一化肥油改氣及擴能改造工程手冊[M].新疆：烏石化公司出版社，2005.

An Effective Solution to the Problem of Ammonium Carbonate

Zhang Xiao-fei，Ma Xiao-long，Lai Xiao-fang，Wang Ling

After the oil reforming and expansion of the fertilizer-synthesis gasification unit，a new gas-purifying pipeline is added，which contains ammonia，which leads to the frequent occurrence of ammonium-ammonium crystallization in the production process.The reason of the crystallization of ammonium bicarbonate was analyzed，and the method to solve the problem of ammonium carbonate was discussed.

crystallization；relaxation gas；ammonium carbonate；ammonium bicarbonate；spray water

TQ546

A

1003–6490（2017）10–0206–02

2017–07–04

張曉飛（1982—），男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事碳一化工、環境工程方面的工作。