三胺裝置回收碳銨液工藝優(yōu)化改造

李永保

(河南能源化工集團中原大化公司 ， 河南 濮陽457004)

摘要：分析三胺裝置回收稀碳銨液的現(xiàn)狀，提出工藝優(yōu)化改造方案。通過工藝優(yōu)化改造后，實現(xiàn)三套三胺裝置及小尿素裝置全部回收高壓廢水及水解解吸產(chǎn)生的稀碳銨液，達到自產(chǎn)自消，最終轉(zhuǎn)化為氨和尿素，降低系統(tǒng)氨耗，為同類裝置提供了可參考的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：三胺 ； 碳銨液 ； 回收 ； 改造

中圖分類號：TQ050.3文獻標(biāo)識碼：B

收稿日期：2014-11-17

作者簡介：李永保(1977-)，男，技師，從事化工工藝操作工作，電話：13619866596。

0前言

高壓法三聚氰胺(簡稱三胺)生產(chǎn)裝置在設(shè)計上都是與大尿素裝置聯(lián)產(chǎn)回收稀碳銨液，原始設(shè)計的初衷是將此部分稀碳銨液送往大尿素裝置，沒有設(shè)計回收利用的思路；另因小尿素裝置回收三套尾氣后的負荷已到高限(85%以上)，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，客觀上不具備回收這部分稀碳銨液的能力，因此一旦大尿素出現(xiàn)問題，這部分稀碳銨液將無法回收，這樣不但對企業(yè)的經(jīng)濟效益造成很大的影響，而且還威脅到企業(yè)的環(huán)保達標(biāo)。為了解決三胺裝置稀碳銨液回收的問題，實現(xiàn)天然氣化工裝置經(jīng)濟效益最大化，河南省中原大化集團有限責(zé)任公司開展了回收稀碳銨液的項目攻關(guān)，成立了科技攻關(guān)小組，針對稀碳銨液的回收，確定了改造方案，改進了操作方法，旨在摸索經(jīng)驗、收集數(shù)據(jù)，為三胺裝置節(jié)能減排、創(chuàng)造經(jīng)濟效益奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過全體技術(shù)人員的努力協(xié)作，解決了制約回收稀碳銨液的難題，并在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1裝置簡介

公司共有4套化工生產(chǎn)裝置，分別是兩套1.2萬t/a三胺裝置、一套3萬t/a的三胺裝置和一套小尿素裝置，另外附帶一套高壓廢水裝置，用來處理三胺裝置產(chǎn)生的含副產(chǎn)品OAT(三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺)的工藝廢水；小尿素裝置附帶了一套解吸水解裝置，用來處理濃縮系統(tǒng)抽真空后的含少量氨及微量尿素的工藝冷凝液。2000年建成投產(chǎn)兩套1.2萬t/a三胺裝置。2005年，又建成第三套三胺生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)規(guī)模擴大到年產(chǎn)6萬t/a，三胺裝置原設(shè)計是依托大尿素裝置建成投產(chǎn)的，生產(chǎn)工藝中需要大尿素提供濃度80%左右的尿液作為三胺的生產(chǎn)原料，提供二氧化碳作為輔助生產(chǎn)原料，三胺裝置副產(chǎn)的碳銨液需大尿素裝置回收后重新生成尿素，隨著三胺裝置生產(chǎn)規(guī)模的擴大，考慮到大尿素回收碳銨液的能力有限，與三胺裝置配套建成投產(chǎn)了一套11萬t/a的小尿素裝置，用來回收三聚氰胺裝置副產(chǎn)的碳銨液。三套三胺裝置全部采用意大利歐技公司(ETEC)高壓法生產(chǎn)工藝，小尿素裝置采用水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)工藝。

1.1　ETEC的工藝流程(三胺裝置)

尿素裝置送來的尿素溶液(濃度80%)經(jīng)濃縮系統(tǒng)提濃后，得到溫度為145 ℃，濃度為99.8%以上的熔融尿素，通過反應(yīng)器給料泵加壓至8.5 MPa，與8.5 MPa、420 ℃的汽氨混合后進入三聚氰胺反應(yīng)器，在壓力為8.0 MPa、溫度380 ℃的操作條件下，尿素發(fā)生聚合反應(yīng)生成三聚氰胺，從反應(yīng)器出來的含二氧化碳、氨、三聚氰胺和少量縮聚物的液相物料經(jīng)減壓閥減壓后進入急冷工段，在急冷塔內(nèi)將絕大部分的氨和二氧化碳閃蒸出來，以甲銨的形式送至尿素裝置進行回收重新生成尿素，從急冷塔底部出來的三聚氰胺溶液被送到汽提塔內(nèi)將殘余的氨和二氧化碳徹底汽提出來，經(jīng)過縮聚物分解、除雜、脫色、結(jié)晶、離心分離和干燥，得到合格的三聚氰胺產(chǎn)品，離心分離后產(chǎn)生的母液經(jīng)過氨回收和廢水處理，將氨和工藝水重新加以回收循環(huán)利用，達到節(jié)能降耗的目的。

1.2　水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)工藝流程(小尿素裝置)

在不加入新鮮二氧化碳的情況下，利用三聚氰胺裝置急冷塔副產(chǎn)的尾氣，以甲銨液的形式送回尿素裝置， 通過高壓甲銨泵P8302A/B/C，含水約23%、溫度約105 ℃的濃甲銨液與來自高壓空氣壓縮機K8301A/B的高壓鈍化空氣(在PIC80206控制下，滿負荷時流量FI80205為170 kg/h)以及來自高壓氨泵P8301A/B的液氨(經(jīng)高壓液氨預(yù)熱器E8309用2.25 MPa蒸汽在溫度調(diào)節(jié)TIC80201控制下預(yù)熱到約150 ℃)，三股物料在混合器L8301內(nèi)混合，經(jīng)高壓甲銨預(yù)熱器E8302用2.25 MPa蒸汽在TIC80209控制下加熱到185 ℃左右，從底部進入尿素合成塔R8301，在高壓甲銨預(yù)熱器E8302中，部分甲銨分解為NH3和CO2，它們將在尿素合成塔R8301重新生成甲銨，并發(fā)生甲銨脫水的尿素生成反應(yīng)。尿素合成塔R8301頂部出液中沒有轉(zhuǎn)化成尿素的甲銨、氨、部分水與尿素分離后用水吸收成為水溶液，再用泵送回前系統(tǒng)回收利用，同時使尿液濃度達到52%，進入尿素預(yù)濃縮系統(tǒng)。尿液濃度被提高到70%，通過尿素預(yù)濃縮泵P8137A/B送往3萬t三胺裝置或大尿素裝置,流量由FI81461A/B測量，LIC81464控制V8136的液位。達到了將甲銨液合成尿素，供大尿素裝置或三胺裝置重新使用的目的。

2改造前存在問題

三胺裝置所產(chǎn)生的稀碳銨液主要來源于高壓廢水裝置及水解解吸裝置。高壓廢水所產(chǎn)稀碳銨液濃度為：氨含量20%，二氧化碳含量15%，水含量65%；設(shè)計滿負荷時流量為6 t/h，由于一、二套負荷增加到了120%，實際產(chǎn)生的稀碳銨液量已達10 t/h；因此原有的稀碳銨液泵P8602已無法滿足實際的流量。解吸水解所產(chǎn)稀碳銨液濃度為：氨含量33%，二氧化碳含量18%，水含量49%；滿負荷時實際流量為7.5 t/h。原設(shè)計高壓廢水裝置所產(chǎn)生濃度較低的稀碳銨液，通過碳銨液泵P6202，一部分送入二套三胺的氨—二氧化碳吸收塔C6103，另一部分與水解解吸裝置碳銨液泵P8503出口匯合，送往大尿素裝置，合計外送大尿素裝置約12.5 t/h。大尿素裝置由于接受這股稀碳銨液，長期無法將自身負荷加滿，造成系統(tǒng)工況不穩(wěn)定，很難消化吸收；而三胺裝置僅有第二套三胺能吸收一小部分，第一套三胺原始設(shè)計上沒有回收管線，三套三胺無法實現(xiàn)定量回收，因此稀碳銨液常會以稀氨水形式出售，造成了巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境損失。因此，三胺裝置全部回收自己所產(chǎn)生的稀碳銨液成為一個大課題。

3改造措施

高壓廢水稀碳銨液泵P6202出口增加一條至一套三胺吸收塔C3103的管線改造；增加一臺高壓廢水稀碳銨液泵P6202及相關(guān)管線改造。

3.1　改造前稀碳銨液流程描述

三胺裝置的碳銨液由不同的設(shè)備收集，分別是高壓廢水裝置的碳銨液槽V6201和解吸水解裝置的碳銨液槽V8502。

①廢水裝置所產(chǎn)碳銨液通過高壓廢水稀碳銨液泵P6202流向：a、P6202(約泵外送量的一半，滿負荷時5 t/h)送往C6103；b、P6202(約泵外送量的一半，滿負荷時5 t/h)+P8503(滿負荷7.5 t/h)送往大尿素。②解吸裝置所產(chǎn)碳銨液通過P8503流向：P8503(滿負荷7.5 t/h)+P6202(約泵外送量的一半，滿負荷時5 t/h)送往大尿素。

3.2　改造后稀碳銨液的流程描述

廢水汽提塔回流泵P6202單獨送入一、二套三胺NH3-CO2吸收塔C3/6103，在吸收塔內(nèi)同工藝循環(huán)水泵P3/6126送來的工藝循環(huán)水混合，以急冷水的形式送入急冷塔C3/6101，最終以尾氣形式送入小尿素生成尿素與氨。即P6202流向：①P6202送往C3103，約泵外送量的一半，滿負荷時5 t/h。②P6202送往C6103，約泵外送量的一半，滿負荷時5 t/h。

水解解吸碳銨液泵P8503單獨送入三套三胺裝置NH3-CO2吸收塔C8103，在吸收塔內(nèi)同工藝循環(huán)水泵P8126送來的工藝循環(huán)水混合，以急冷水的形式送入急冷塔C8101，最終以尾氣形式進入甲銨液槽V8130，增加的碳銨液量送入小尿素生成尿素與氨。即P8503流向：P8503送往C8103，滿負荷時7.5 t/h，見圖1。

圖1　改造后工藝流程圖

3.3　操作改進

提高了小尿素的負荷，由85%增至了100%。由于回收后急冷尾氣量增加，送入小尿素裝置后，增加了尿素的負荷，增加了小尿素裝置的產(chǎn)尿液量及副產(chǎn)液氨量。打通高壓廢水分解塔至三套三胺的管線，在減輕二套三胺急冷塔負荷的同時提高三套三胺急冷塔底部溫度，消除了三套三胺因氨含量過高引起的急冷塔溫度不達標(biāo)的狀況。廢水汽提塔回流泵P6202單獨送入一、二套三胺NH3-CO2吸收塔，在吸收塔內(nèi)同工藝循環(huán)水泵P3/6126送來的工藝循環(huán)水混合，以急冷水的形式送入急冷塔C3/6101，最終以尾氣形式送入小尿素，生產(chǎn)出尿素，并副產(chǎn)了液氨。水解解吸碳銨液泵P8503單獨送入三套三胺裝置NH3-CO2吸收塔，在吸收塔內(nèi)同工藝循環(huán)水泵P8126送來的工藝循環(huán)水混合，以急冷水的形式送入急冷塔C8101，最終以尾氣形式送入小尿素，生產(chǎn)出尿素，并副產(chǎn)液氨。

4改造意義

4.1　技術(shù)創(chuàng)新點

①實現(xiàn)三聚氰胺裝置碳銨液自產(chǎn)自消，轉(zhuǎn)化為氨和尿素，降低消耗，避免低價出售碳銨液，減少經(jīng)濟損失。 ②在大尿素裝置出現(xiàn)停車、減負荷等情況時，三胺裝置能夠自己回收碳銨液，不受大尿素裝置的限制，保證高負荷生產(chǎn)，減少企業(yè)損失，為企業(yè)增加經(jīng)濟效益。③將碳銨液進行回收轉(zhuǎn)化，減少不必要的排放，減輕環(huán)保壓力。

4.2　實施效果

實現(xiàn)了一二套三胺裝置回收高壓廢水裝置所產(chǎn)稀碳銨液，三套三胺回收了小水解所產(chǎn)稀碳銨液，系統(tǒng)運行平穩(wěn)?；厥障√及币褐?，MⅠ、MⅡ、MⅢ的急冷塔的氣相組分中的氨含量大量增加，水含量下降，尾氣冷凝的負荷增大。

4.3　回收后效益

改進后，小尿素負荷由80%加至滿負荷100%，一、二套三胺由118%均加至120%，三胺裝置實現(xiàn)了碳銨液全部吸收。

三胺裝置回收后，日節(jié)省蒸汽量60 t，單日效益9 600元，年效益288萬元。

三胺裝置回收稀碳銨液的耗蒸汽量要比大尿素裝置回收的耗蒸汽量經(jīng)濟，回收效益顯著。

5結(jié)論

通過優(yōu)化改造后，公司實現(xiàn)了一、二、三套三胺及小尿素裝置全部回收高壓廢水及水解解吸產(chǎn)生的稀碳銨液，達到自產(chǎn)自消，最終轉(zhuǎn)化為氨和尿素，降低系統(tǒng)氨耗，增加尿素產(chǎn)量，減少排放，降低環(huán)保排放壓力。從效益分析評估來看，回收這股稀碳銨液，保證了天然氣化工主裝置的高負荷生產(chǎn)，減少了企業(yè)損失，為企業(yè)增加了效益。

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