CO2汽提塔出液溫度異常升高的原因分析

康 瑄,張東旭,魏小鵬,陳 祥

(兗礦新疆煤化工有限公司, 烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司(簡稱兗新煤化)煤化工項目規劃設計產能為300 000 t/a甲醇、520 000 t/a尿素,同時副產26 000 t/a硫酸、50 000 t/a液氬、20 000 t/a液氧,項目于2012年投產運行。2020年兗新煤化于9月下旬至10月中旬進行年度大修,于2020年10月21日系統正式開車。系統開車后出現汽提塔出液、出氣溫度指標異常偏離,同時出現負荷明顯后移至低壓循環系統,導致低壓循環系統負荷重,影響生產質量與尿素氨耗,系統操作困難。

1 CO2汽提工藝流程

從尿素合成反應塔中溢流出的合成液溫度控制在181～185 ℃,進入汽提塔上部,經汽提塔上部的液體分布器分布后,合成液均勻流入汽提塔列管內,并以膜狀形式沿管壁向下流動。CO2氣體從汽提塔塔底進入汽提塔列管內并與液膜逆流接觸。由于汽提是一個吸熱過程,所以在殼側2.5 MPa左右的蒸汽提供熱量的條件下,合成液中的氨基甲酸銨受熱分解成NH3、CO2,同時與原料氣中新鮮的CO2氣體混合后,從汽提塔頂部進入高壓甲銨冷凝器進行反應,從汽提塔底部出來的液體進入低壓循環系統提純CO(NH2)2并回收未反應的NH3、CO2[1-2]。

2 存在的問題

系統存在的主要問題為:(1) 汽提塔出液溫度異常高。(2) 尿素噸氨耗增大。(3) 常壓吸收塔出液溫度上升近12 K。(4) 氨水槽中NH3、CO2濃度增加異常明顯。

3 原因分析及解決措施

針對以上存在的問題,初步分析為高壓系統汽提塔出現問題,本應在高壓系統完成的負荷后移至低壓循環系統,造成各指標異常。因汽提塔工作異常導致氣體效率降低,返回高壓甲銨冷凝器的汽提氣減少,惰性氣體含量不斷積累增加,最終導致高壓洗滌器的放空閥開度增大,氨也隨之排放出系統造成氨損失,低壓甲銨冷凝器負荷、常壓吸收塔及后系統出現指標整體變化,影響工藝操作,使系統惡化,最終停車處理。

通過優化工藝控制指標,從5個方面進行原因排查:

(1) 汽提塔液位過高。由于汽提塔殼側通入2.5 MPa左右的蒸汽加熱,而汽提塔液位過高,使得汽提效率降低;殼側蒸汽直接變成加熱合成液的熱源,使汽提塔出液溫度增大。將汽提塔出液閥開大,保證在其液位在不竄氣的條件下低限操作,經過一段時間控制操作仍未見明顯改善,故排除汽提塔液位過高的可能。

(2) 進入汽提塔CO2溫度升高,使得汽提塔出液溫度增大。根據調控壓縮機四段出口溫度,控制進入汽提塔CO2的溫度在指標范圍內合理波動。經一段時間監控運行,仍未見汽提塔出液溫度有明顯改善,故排除進入汽提塔CO2溫度升高的可能。

(3) 生產負荷過低,使得汽提塔出液溫度增大。因為低負荷時液體分布器內液位槽液位較低,會出現合成液在汽提塔列管中分布不均勻的現象,使得局部列管中氣液量減少造成出液溫度增大,并且伴隨著腐蝕加劇,危害設備與生產安全。但此時系統仍處于70%負荷運行,不構成過低負荷運行條件,故排除生產負荷過低的可能。

(4) 進入汽提塔的合成液中水與尿素的質量比上升,使得汽提塔出液溫度增大。一般水與尿素的質量比每上升0.1,出液溫度上升2 K[3-4]。經過對取樣結果進行分析,排除了這種情況。

(5) 液體分布器中某些液體分布小孔堵塞,使得汽提塔出液溫度增大。若液體分布小孔被堵塞,其他管束的液體量會增加,形成被合成液加熱的格局,減弱了汽提分解的效率,進而造成出液溫度增大。因為系統剛經歷年度大檢修,所以存在某些雜物隨物料進入汽提塔堵塞液體分布器中液體分布小孔的可能。

短停系統檢修發現有些許雜物堵塞液體分布器中液體分布小孔,重新清理后回裝。系統恢復運行后,各工藝指標正常、氨耗降低、后系統運行正常平穩。

綜上所述,在系統停車大修過程中,應及時對重要設備開口處進行密封,防止雜物落入系統管道。同時,在各設備檢修過程中,若焊渣等雜物進入系統,在經過汽提塔時堵塞液體分布器小孔,容易造成部分汽提管內的液體分布不均勻。因此,在系統開車前應嚴格吹掃工藝管道及設備,確保整個系統內無雜物。

4 結語

CO2汽提塔出液溫度異常升高會引起整個系統各指標的異常變化,如尿素氨耗增高、后系統負荷增重、尿素產品質量降低及設備腐蝕安全性降低等。只有在平時系統生產過程中多學習觀察、多討論分析,同時借鑒參考其他同類型企業的類似問題,遇到異常及時處理,才能更好地優化工藝系統。