三聚氰胺尾氣回收裝置中壓系統技改總結

周耀勇，張文斌

(奎屯錦疆化工有限公司 新疆奎屯 833200)

0 前言

奎屯錦疆化工有限公司分別于2015年、2018年、2020年建成60 kt/a低壓淬冷法三聚氰胺裝置3套。2015年建設的第1套三聚氰胺裝置采用尿素聯產三聚氰胺的方式，設計與原有CO2汽提法尿素裝置聯產；2018年建設的第2套三聚氰胺裝置采用三聚氰胺聯產尿素的方式，配套建設了尾氣回收裝置；2020年建成第3套三聚氰胺裝置，設計第2套和第3套裝置產生的尾氣全部進入尾氣回收裝置。尿素聯產三聚氰胺一般是1套大尿素裝置帶1套或多套三聚氰胺裝置，合成塔有新鮮CO2補入，尿素與三聚氰胺產能比一般大于10∶1，尾氣吸收能力有限，且對尿素裝置的生產影響較大。三聚氰胺聯產尿素是完全利用三聚氰胺裝置的尾氣作為尿素裝置的原料，合成塔無新鮮CO2補入，尿素裝置合成的尿素再作為三聚氰胺的原料。三聚氰胺聯產尿素工藝可避免對原有尿素裝置的影響，尾氣吸收能力強，適合與多套三聚氰胺裝置聯產，但需加水吸收尾氣，水碳比(H2O/CO2)高，合成塔轉化率低，蒸汽消耗偏高。

尾氣回收裝置采用水溶液全循環法工藝，于2018年8月試車，因工藝及設備原因進行了大量的改造。改造后該裝置完全達到了設計吸收能力，各項指標達到甚至優于設計指標，系統運行穩定。

1 尾氣回收裝置中壓系統存在的問題

1.1 中壓系統工藝流程

技改前中壓系統工藝流程簡圖見圖1。

1.中壓吸收塔 2.一吸外冷器 3.液氨緩沖槽 4.液氨冷凝器 5.惰洗器 6.尾吸塔 7.氨水泵 8.一甲泵

一分塔氣相和來自三聚氰胺裝置經尾氣壓縮機加壓至2.0 MPa的中壓尾氣分別與二甲液混合吸收，形成的氣液混合物匯合后一起進入一吸外冷器，在循環調溫水的作用下，氣體進一步冷凝吸收；出一吸外冷器的氣液混合物進入中壓吸收塔底部鼓泡段進行鼓泡吸收，鼓泡吸收后的一甲液經一甲泵加壓至22.0 MPa與高壓防腐空氣混合，再經甲銨預熱器加熱至180 ℃送往合成塔；中壓吸收塔底部未吸收的氣體主要是氨和少量的CO2和水蒸氣，這部分氣體上升進入中壓吸收塔精洗段進一步精洗吸收，來自惰洗器的濃氨水與頂回流氨在中壓吸收塔上部混合形成質量分數約95%的濃氨水向下流至精洗段，在這里幾乎全部的CO2都被洗滌吸收；從中壓吸收塔出來的氣體進入液氨冷凝器，大部分氣氨在此冷凝并流入液氨緩沖槽作為頂底回流氨和合成塔用液氨，少量液氨外送[1]；液氨冷凝器未冷凝的氣體進入惰洗器，由氨水泵送入的稀氨水進行吸收，吸收后的濃氨水靠位差進入中壓吸收塔頂部作為吸收液；惰洗器中未被吸收的惰性氣體進入尾吸塔進行再次吸收，經吸收后的氣體放空[2]。

1.2 中壓系統存在的問題

原設計一套三聚氰胺裝置的尾氣進入二循一冷吸收生成二甲液，二甲液經二甲泵加壓后進入中壓系統作為吸收液；另一套三聚氰胺裝置的尾氣經尾氣壓縮機加壓至2.0 MPa進入中壓系統吸收生成一甲液，一甲液經一甲泵加壓后進入合成塔[2]。理論上生產1 t三聚氰胺只產生1 876 m3(標態)的尾氣，實際上尾氣中還含有氮氣等，每生產1 t三聚氰胺產生的尾氣量增加至2 130 m3(標態)左右。在試車過程中發現中壓吸收塔負荷重，中壓吸收塔各點溫度偏高，氣相溫度為50～55 ℃，中壓系統時常出現超溫、超壓現象，尾氣吸收能力達不到設計要求。經分析，造成中壓系統出現超溫、超壓現象的主要原因如下。

(1)尾氣中惰性氣含量增加，導致系統負荷增大。

(2)為了盡量吸收三聚氰胺裝置的尾氣，增大了吸收液的量，而吸收液最終進入合成塔，造成合成塔水碳比偏高，合成塔轉化率下降[1]。合成塔設計水碳比為1.5，實際生產中約為2.0，導致合成轉化率低，中壓系統的負荷大幅增加。

(3)惰洗器與中壓吸收塔設計位差偏小，當中壓吸收塔塔頂溫度升高時，塔頂平衡分壓上升，氨水流入中壓吸收塔的位能降低，導致氨水無法進入中壓吸收塔，致使液封柱的高度不足以克服惰洗器與中壓吸收塔之間的位差。

(4)與傳統水溶液全循環法工藝相比，中壓系統引入了三聚氰胺裝置的尾氣，中壓系統負荷大幅增加，出一吸外冷器的一甲液濃度高、流速快，中壓吸收塔鼓泡段吸收效率低，導致CO2氣體上竄，致使精餾段負荷加重。

為了增大尾氣吸收能力，降低中壓吸收塔負荷，增強系統抗波動能力，提高可操作性，對中壓系統進行了較大的改造。

2 中壓系統的改造

2.1 主要技改內容

2.1.1 增設甲銨分離器

原流程：一吸外冷器出來的氣液混合物直接進中壓吸收塔的鼓泡段，氣相經鼓泡吸收后再經提餾段和精餾段吸收，液相經一甲泵加壓后送入合成塔。

技改后流程：在一吸外冷器與中壓吸收塔之間增設甲銨分離器，一吸外冷器出來的氣液混合物在甲銨分離器中進行氣液分離，液相經一甲泵加壓后進入合成塔，氣相進入中壓吸收塔鼓泡段，鼓泡吸收后再經提餾段和精餾段吸收；中壓吸收塔下液通過新增的中壓甲銨泵加壓后進入一吸外冷器作為吸收液。

增設甲銨分離器后，氣液混合物在甲銨分離器中進行了分離，濃甲銨液不再進入中壓吸收塔鼓泡段，而是直接經一甲泵加壓后進入合成塔；中壓吸收塔鼓泡段的吸收液由濃甲銨液變成了稀的二甲液，保證了鼓泡段的吸收效果，同時也減輕了提餾段和精餾段的負荷，保證了中壓吸收塔的穩定運行。

2.1.2 增設中壓氨水緩沖槽和中壓氨水泵

原流程：出惰洗器的濃氨水直接靠位差進入中壓吸收塔，存在位差偏小、流量不穩的問題。

技改后流程：惰洗器出液先進入中壓氨水緩沖槽，再經中壓氨水泵加壓后進入中壓吸收塔。

增設中壓氨水緩沖槽和中壓氨水泵后，確保了中壓吸收塔工況的穩定。

2.1.3 中壓吸收塔塔板改造

原設計中壓吸收塔內共有9塊傳統浮閥塔板，實際運行情況表明吸收效果不好，塔板阻力較大，容易出現液泛現象，造成中壓吸收塔液位不穩，經常通過排放來維持液位。

此次改造新增4塊改進型泡罩塔板，更換5層JM型高效降膜噴射塔板，取消塔內的液體分布板。當生產負荷高時，可充分發揮JM型高效降膜噴射塔板的作用，吸收效果好；當生產負荷低時，泡罩塔板能確保中壓吸收塔頂部不超溫，回流氨的用量也可以減少，降低了氨冷器的負荷。

2.1.4 中壓吸收塔底部分布器改造

原設計分布器進口主管管徑為Φ377 mm，支管管徑為Φ76 mm，開孔直徑為Φ5 mm，主管、支管均開3排孔，開孔角度為60°、90°、120°。由于分布器打孔設計不對稱，有部分孔眼垂直向下噴射，造成氣液混合效果較差；由于孔徑過小、開孔率不足，導致氣速快，時常出現帶氣現象，也容易引起液位波動，影響甲銨泵的打液量，致使CO2氣體上竄，中壓吸收塔出氣溫度不易控制，易造成氨冷器堵塞，嚴重時造成系統停車事故。

改造后分布器主管管徑仍為Φ377 mm，支管管徑改為Φ108 mm，開孔直徑增大至Φ10 mm，主管、支管均開6排孔，開孔角度為45°、60°、75°，對稱布置。由于改善了氣體分布效果和氣液混合效果，降低了氣速，從而提高了氣體在鼓泡段的吸收效率，減輕了中壓吸收塔精餾段的負荷。

2.1.5 中壓吸收塔增設溫度計

原設計只在第7層塔板上設置溫度計，導致難以判斷全塔工作狀態。本次改造在第1、3、5、9層塔板上增設溫度計，可根據各層溫度變化及時了解中壓吸收塔的工作狀態，提前進行有針對性的調節。

2.2 技改后中壓系統工藝流程

技改后中壓系統工藝流程簡圖見圖2。

1.中壓吸收塔 2.一吸外冷器 3.液氨緩沖槽 4.液氨冷凝器 5.惰洗器 6.尾吸塔 7.氨水泵 8.一甲泵 9.甲銨分離器 10.中壓氨水緩沖槽 11.中壓氨水泵 12.中壓甲銨泵

一分塔氣相和來自三聚氰胺裝置經尾氣壓縮機加壓至2.0 MPa的中壓尾氣分別與二甲液混合吸收，形成的氣液混合物匯合后一起進入一吸外冷器，在循環調溫水的作用下氣體進一步冷凝吸收，氨和CO2絕大部分被冷凝成甲銨液后進入甲銨分離器；甲銨分離器中的液相經一甲泵加壓至22.0 MPa,與高壓防腐空氣匯合進入甲銨預熱器，被加熱至180 ℃后送往合成塔；甲銨分離器中的氣相進入中壓吸收塔底部鼓泡段，經二甲液吸收后，液體經中壓甲銨泵加壓后進入一吸外冷器作為吸收液；中壓吸收塔底部未被吸收的氣體進入中壓吸收塔精洗段進一步精洗吸收，來自氨水泵的濃氨水與頂回流氨在中壓吸收塔上部混合形成質量分數95%的濃氨水向下流至精洗段，在此幾乎全部的CO2都被洗滌吸收；從中壓吸收塔出來的氣體進入氨冷器，大部分氣氨在此冷凝并流入液氨緩沖槽作為頂底回流氨和合成塔用液氨，少量液氨外送；液氨冷凝器未冷凝的氣體進入惰洗器，由氨水泵送入的稀氨水進行吸收，吸收后的濃氨水進入中壓氨水緩沖槽，再經中壓氨水泵加壓后進入中壓吸收塔頂部作為吸收液；惰洗器中未被吸收的惰性氣體進入尾吸塔進行再次吸收，經吸收后的氣體放空。

3 技改效果評估

中壓系統改造完成后，系統穩定性大幅提高，中壓吸收塔溫度由50～55 ℃降至46 ℃以下，尾氣吸收量有較大幅度的提高。改造前后尾氣吸收量對比見表1。

表1 改造前后尾氣吸收量對比

改造后尾氣回收裝置的尾氣吸收量有較大增加，系統運行更加穩定，三聚氰胺產量從158 t/d提高至340 t/d。

4 結語

中壓系統改造完成后，尾氣回收裝置完全能吸收2套60 kt/a低壓氣相淬冷法三聚氰胺裝置產生的尾氣，且系統運行穩定，操作負荷可在40%～110%之間調整。中壓系統經優化后，水碳比可控制在1.3左右，合成塔轉化率能達到60%。

尾氣回收裝置改造成功后，為三聚氰胺裝置的穩定運行提供了保障，提升了三聚氰胺產品的競爭力，為低壓法三聚氰胺裝置尾氣的處理找到了經濟、環保的方式。