三聚氰胺尾氣與CO2汽提法尿素裝置聯產改造

鄭海勝

(潞安豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司, 山西臨猗 044100)

1 尿素裝置改造的必要性

潞安豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司(簡稱潞安豐喜)4#尿素裝置是由北京中寰工程項目管理有限責任公司設計，采用CO2汽提法工藝。該裝置于2010年7月投產，正常情況下生產能力為1 350 t/d。隨著前工段合成氨產能的不斷提高及考慮二期三聚氰胺裝置尾氣與4#尿素裝置聯產，公司計劃在4#尿素裝置上進行增產節能改造,把產能由原有的1 350 t/d擴產到1 600 t/d，同時滿足二期5萬t/a三聚氰胺裝置尾氣與尿素裝置聯產。本次改造充分利用4#尿素裝置原有設備，以大幅度節省投資成本。通過增加中壓分解循環系統實現增產的目的，并保證物耗、能耗指標不高于原水平。4#尿素裝置改造后，新增的250 t/d產能由中壓分解循環系統處理。綜合平衡高、中、低壓系統的處理能力，在增加尿素裝置產能的同時，對5萬t/a三聚氰胺裝置尾氣實現全部回收。整個系統改造后基本上不改變原有的操作條件。

2 改造方案

為了保證三聚氰胺裝置滿負荷時產生的尾氣都能被4#尿素裝置回收，在投產前對4#尿素裝置進行了增產擴能改造。

2018年8月，在4#尿素裝置大修期間，增加中壓分解吸收系統和三聚氰胺尾氣回收裝置。

2.1 工藝

考慮到三聚氰胺尾氣要與尿素裝置聯產，本次改造的目的：一是降低汽提塔的溫度，使出汽提塔的尿液進入中壓閃蒸系統。由于汽提塔汽提效率降低，導致熱負荷減少，在現有汽提塔熱負荷基本不增加情況下，尿素裝置生產能力為1 450 t/d。二是通過調節閥將合成塔出口尿液分成進入汽提塔和中壓分解吸收系統兩路，最后尿液合并進入低壓精餾系統。新增的中壓分解吸收系統，包含預蒸發器熱能利用、中壓甲銨冷凝器、高壓甲銨泵液位槽、中壓吸收塔、中壓甲銨泵、中調水冷卻器、中壓甲銨循環泵等設備[1-2]。

2.1.1 高壓分解循環

(1) 尿素合成塔增加防返混縱向隔板，調整合成塔操作工藝指標。

(2) 為了適應高壓洗滌器和高壓甲銨冷凝器操作，高壓甲銨泵出口的一部分甲銨液進入高壓洗滌器，另一部分甲銨液直接進入尿素合成塔。

(3) 汽提塔操作溫度由原來的173 ℃調整為178.5 ℃，降低汽提效率。

2.1.2 中壓分解循環

(1) 增加中壓閃蒸分離器

來自汽提塔的尿素溶液減壓到1.6 MPa后進入中壓閃蒸分離器，分離后的尿液進入低壓精餾塔，中壓閃蒸后的氣體進入預蒸發器回收熱量。

(2) 增加中壓分解系統

來自尿素合成塔的尿液一路進入原高壓汽提塔，一路減壓到1.6 MPa后進入中壓分解塔和中壓分解加熱器。經過中壓分解系統后的尿液與中壓閃蒸后的尿液一起進入低壓精餾塔，氣體入預蒸發器回收熱量。

(3) 增加中壓吸收系統

分別來自中壓閃蒸分離器、中壓分解塔、中壓解吸塔的3股氣體混合后入預蒸發器回收熱量，以減輕甲銨冷凝器的負荷。混合后的氣體經過冷凝后進入甲銨液分離液位槽，通過高壓甲銨泵返回高壓系統回收。

(4) 增加預蒸發器

分別來自中壓閃蒸分離器、中壓分解塔、中壓解吸塔的3股氣體進入預蒸發器的殼體回收熱量，以提高尿液溫度。來自閃蒸槽的尿液進入預蒸發器列管內被殼體的氣體加熱，濃縮至原有體積的80%左右后進入尿液槽，通過尿液泵送入一段蒸發器。

(5) 增加甲銨冷凝器

分別來自中壓閃蒸分離器、中壓分解塔、中壓解吸塔的3股氣體進入預蒸發器的殼體回收熱量后，出預蒸發器殼體的氣液混合物在甲銨冷凝器中繼續冷凝，其放出的熱量被調溫水移走。

由甲銨冷凝器來的氣液混合物進入高壓甲銨泵液位槽進行氣液分離，分離出的氣體進入新增加的中壓解吸塔，分離出的甲銨液經高壓甲銨泵分別送入高壓洗滌器和尿素合成塔。

(7) 增加中壓吸收塔

高壓甲銨泵液位槽分離出的氣體進入中壓吸收塔，被中壓甲銨泵循環來的甲銨液洗滌吸收。中壓吸收塔出口的氣體經壓力調節閥減壓后進入低壓甲銨預冷凝器進行冷凝回收。

(8) 增加高壓甲銨泵

高壓甲銨泵液位槽分離出的甲銨液經高壓甲銨泵分別送入高壓洗滌器和尿素合成塔。

2.1.3 低壓分解循環

東滸袁家的某位先祖，在村頭種下了一棵樟樹，誰也沒料到，它竟然長成了龐然大物。種樹的人生于何年，卒于哪月，已經無考。但樟樹一直都在，它悠長而濃郁的氣息布滿了整個村莊，芬芳又帶著些微的辛辣，仿佛母親的體味。對東滸人來說，這棵樹就是先祖，是一個地標，歸鄉的人只要看到這棵樟樹，就像望見了家門，想著門后的熱茶飯和暖暖笑臉，腳下的步子急顛顛的，眼睛卻往樟樹身上瞟，確定樹無恙，那顆心才落回腔子里，踏實了。據說曾經有人出價百萬，東滸人毫不猶豫地拒絕了，誰會把祖先賣了呢？

(1) 增加低壓甲銨預冷凝器

尿素產量增加后，低壓甲銨冷凝器換熱面積明顯不足，需增加預冷凝器。

(2) 停運低調水系統

改造后，低壓甲銨液濃度變小，低壓甲銨冷凝器可直接改用循環冷卻水冷卻。

(3) 增加中壓甲銨泵(二甲泵)

中壓甲銨泵加壓低壓回收的甲銨液到2.2 MPa后送入中壓吸收塔，作為吸收劑吸收中壓分解的氣體。

(4) 提升低壓吸收塔壓力

低壓吸收塔壓力提升至0.4 MPa操作，下段改為三段吸收，新增循環泵、循環液冷卻器。

2.1.4 蒸發系統

(1) 新增水力噴射抽真空系統，將原來的蒸汽抽真空改為水力抽真空，降低噴射器蒸汽消耗量和廢水量。

(2) 增加預蒸發器氣體表面冷凝器(利用原二段蒸發第一表面冷凝器)。

(3) 增加二段蒸發第一表面冷凝器、二段蒸發第二表面冷凝器。

(4) 增加閃蒸預冷凝器。來自低壓精餾塔出來的尿液經閃蒸槽、預蒸發器、尿液槽后，通過尿液泵送到一段蒸發器，再進入二段蒸發器。

2.1.5 蒸汽系統

增加1.3 MPa中壓蒸汽飽和器，用于提供中壓分解加熱器所需熱源。

2.1.6 三聚氰胺尾氣處理系統

三聚氰胺尾氣處理由三聚氰胺尾氣吸收系統、中壓解吸系統組成[3-4]。

(1) 三聚氰胺尾氣吸收系統增加尾氣吸收器、尾氣吸收給料泵。三聚氰胺尾氣進入尾氣吸收器，被尿素裝置送來的碳銨液吸收后，通過尾氣吸收給料泵送往尿素尾氣吸液槽，吸收反應熱被冷卻水移走，未被吸收的惰性氣體經過洗滌后放空。

(2) 三聚氰胺尾氣中壓解吸系統的解吸能力為35 m3/h。增加中壓解吸塔、再沸器、解吸換熱器、過濾器、解吸給料泵。尾氣吸收系統送來的濃碳銨液進入尾氣吸液槽后，通過解吸給料泵進入解吸塔解吸，解吸氣體與中壓分解氣、中壓閃蒸氣一起進入預蒸發器換熱，再進入中壓吸收塔，解吸液通過解吸換熱器與進料碳銨液換熱后，進入原解吸水解裝置。

2.2 新增設備

4#尿素改造新增設備見表1和表2。

表1 4#尿素改造新增靜止設備一覽表

表2 4#尿素改造新增運轉設備一覽表

3 聯產后尿素消耗和能耗定額

2018年9月尿素裝置改造后一次開車成功。2019年1月20日，二期三聚氰胺裝置和三聚氰胺尾氣回收裝置安裝完成，三聚氰胺尾氣與尿素裝置聯產一次開車成功。相應的尿素消耗和能耗定額見表3。當三聚氰胺產量為105 t/d時，尿素裝置運行正常;當三聚氰胺產量為120 t/d以上時，尿素裝置無法正常運行。新增中壓吸收負荷重，中壓放空量大。高壓汽提塔出液溫度居高不下，尿素系統無法正常運行，新增解吸系統及尿素系統都有不同程度的腐蝕。

表3 聯產后消耗及能耗定額(以噸尿素計)

目前二期三聚氰胺裝置減負荷運行，三聚氰胺產量控制在110 t/d以下。為實現滿負荷生產，考慮將部分三聚氰胺尾氣聯產碳酸氫銨。

4 工藝指標

正常運行時，新增設備運行正常，相應工藝指標見表4。

表4 正常運行新增設備工藝指標

二期三聚氰胺尾氣與尿素聯產時，當三聚氰胺產量為105～110 t/d 、尿素產量為1 500 t/d，尿素與系統改造前區別較大的重要工藝指標，見表5。

表5 尿素系統改造前區別較大的重要工藝指標

5 存在的問題

尿素聯產三聚氰胺裝置從2019年1月20日開車運行至2月17日，聯產中壓解吸換熱器列管遭腐蝕導致泄漏，聯產中壓解吸換熱器列管設計選用材質為316L，拆開換熱器發現列管多處φ19×2 mm的列管出現泄漏，更換換熱器材質為雙相鋼。2019年9月1日，三聚氰胺聯產再次開車，至今運行正常。

2019年4月22日，中壓閃蒸分離器下液副線閥、管線發生腐蝕泄漏。 2019年7月，將此管線更換為雙相鋼材質，2020年1月停車檢測時發現仍存在腐蝕現象。

高壓甲銨泵進口閥門正常使用10 a未更換，聯產三聚氰胺后經常發生內漏現象。

2019年1—4月運行后，發現4個聯產過濾器絲網均被腐蝕完全，過濾器絲網材質為316L。2019年8月，重新安裝過濾器，絲網材質為317L。 2020年6月大修時檢查過濾器、絲網完好，無明顯腐蝕痕跡。

中壓循環吸收泵殼材質為316L，1#泵運行2個月，泵殼腐蝕漏；2019年7月系統大修時，對高壓設備進行檢測，檢測報告發現汽提塔列管腐蝕程度增加10%～15%。

二甲泵出口管線三通部位腐蝕泄漏頻繁，管線材質為316L，2019年7月大修時更換了長度為2 m的二甲泵出口管線，材質為316L。2020年1月，停車時檢測發現仍存在腐蝕現象。

6 運行總結

尿素裝置在與三聚氰胺尾氣聯產前系統運行穩定，也未出現腐蝕現象。2019年1月20日，在與三聚氰胺尾氣聯產以后，尿素系統高、中、低壓力不穩定，關鍵工藝指標波動大，操作難度大，尿素系統設備管線不同程度腐蝕，嚴重影響了尿素裝置的安全運行。三聚氰胺尾氣與尿素裝置聯產，尿素裝置回收三聚氰胺裝置尾氣的質量，還需進一步探討和考察。

7 結語

本次技術改造歷時一個半月，充分利用與三聚氰胺裝置尾氣聯產，不僅解決了尾氣處理問題，還為三聚氰胺裝置提供原料尿液，降低了三聚氰胺的生產成本。但是，系統的實際操作與設計出入較大，仍有許多問題有待探討。