許惠棟

(潞安豐喜肥業(yè)(集團)有限責(zé)任公司臨猗分公司， 山西運城 044100)

1 設(shè)備概況和生產(chǎn)工藝

潞安豐喜肥業(yè)(集團)有限責(zé)任公司臨猗分公司甲醇系統(tǒng)尿素裝置于2010年6月建成投產(chǎn)，采用二氧化碳汽提法生產(chǎn)工藝“24-40”尿素裝置，滿負荷時尿素質(zhì)量流量為1 350 t/d。2018年，為了應(yīng)對尿素市場持續(xù)低迷的情況，進行延伸產(chǎn)業(yè)鏈以增加產(chǎn)品附加值，決定再上1套5萬t/a回收三聚氰胺尾氣的裝置(簡稱三聚氰胺裝置)與尿素裝置進行聯(lián)產(chǎn)。

2018年7月—8月，尿素裝置停車進行系統(tǒng)改造,即增加中壓圈設(shè)備及三聚氰胺裝置，8月底改造完成。2018年9月，改造后的尿素系統(tǒng)開車運行(三聚氰胺裝置未建成)，各方面運行穩(wěn)定，蒸汽消耗下降明顯，噸尿素蒸汽消耗降低150 kg左右；2019年2月，尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)運行，一次開車成功。

三聚氰胺工業(yè)化生產(chǎn)的路線有2條，即雙氰胺法和尿素法。雙氰胺法工藝落后，生產(chǎn)成本高，難以實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，已逐漸被淘汰。目前,國內(nèi)外普遍采用的是尿素法，三聚氰胺裝置產(chǎn)生的尾氣被回收利用，大多數(shù)與碳酸氫銨、硝銨裝置進行聯(lián)產(chǎn)，或與水溶液全循環(huán)法工藝尿素裝置進行聯(lián)產(chǎn)。

筆者在原二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)裝置上增加中壓圈設(shè)備、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸裝置進行三聚氰胺尾氣回收利用。該工藝采用低壓吸收、中壓解吸的方案，雖然蒸汽消耗量增加，工藝復(fù)雜，但是其優(yōu)點為三聚氰胺尾氣中所攜帶的有機物、雜質(zhì)等不直接進入尿素中壓系統(tǒng)，減少對尿素系統(tǒng)的影響[1-2]。

2 尿素系統(tǒng)改造增加的裝置及工藝流程

2.1 三聚氰胺裝置及工藝流程

增加的三聚氰胺裝置由三聚氰胺尾氣吸收器、三聚氰胺尾吸液槽、尾吸液泵等組成。三聚氰胺裝置的尾氣進入尾氣吸收器，在尾氣吸收器中由尿素裝置送來的稀工藝?yán)淠?碳銨液)作為吸收液進行吸收，生成的尾吸液(φ(NH3)=18%～20%；φ(CO2)=17%～19%；溫度為50～60 ℃)經(jīng)尾吸液泵送入尾吸液槽，尾吸液槽頂部氣相平衡管接入尿素裝置的低壓解吸系統(tǒng)。

增加的聯(lián)產(chǎn)中壓解吸系統(tǒng)由中壓解吸塔、中壓解吸換熱器、再沸器、中壓解吸給料泵、尾吸液過濾器等組成。來自三聚氰胺尾吸液槽的尾吸液由中壓解吸給料泵加壓后經(jīng)尾吸液過濾器進入聯(lián)產(chǎn)中壓解吸換熱器管程，與殼程中來自中壓解吸塔底解吸殘液換熱后進入中壓解吸塔，由底部進入再沸器管程，用2.5 MPa蒸汽在再沸器殼程加熱中壓解吸液至165～175 ℃，解吸三聚氰胺尾吸液中的NH3、CO2?？刂浦袎航馕毫υ?.25～1.65 MPa，經(jīng)中壓解吸塔氣相調(diào)節(jié)閥進入尿素中壓系統(tǒng)，與中壓閃蒸分離器氣相、中壓分解塔氣相一同進入新增的預(yù)蒸發(fā)器換熱段殼程；中壓解吸塔的液相經(jīng)中壓解吸換熱器換熱后進入尿素深度水解解吸系統(tǒng)再次進行回收(見圖1)。

圖1 中壓解吸系統(tǒng)

考慮到尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)后，經(jīng)由聯(lián)產(chǎn)中壓解吸塔氣相大量的NH3、CO2進入尿素中壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的甲銨液，設(shè)計尿素系統(tǒng)總甲銨液體積流量增加至60 m3/h左右(三聚氰胺裝置生產(chǎn)負荷為75%～80%時)。改造前的尿素裝置在滿負荷時，甲銨液體積流量僅為25 m3/h左右；若甲銨液體積流量增加到60 m3/h，則進入高壓系統(tǒng)的水量將增加，使尿素合成塔水碳比升高，導(dǎo)致尿素合成轉(zhuǎn)化率降低，這將對尿素系統(tǒng)工況帶來較大的不利影響[3]。

考慮到聯(lián)產(chǎn)后對系統(tǒng)水平衡造成不利的影響，在2018年7月—8月系統(tǒng)改造時進行了合成塔塔盤改造，增加物料停留時間，克服系統(tǒng)因水碳比高導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降的問題。

2.2 中壓系統(tǒng)流程

聯(lián)產(chǎn)后尿素總產(chǎn)量增加，汽提塔負荷過大使汽提效率降低，為此將合成塔出液分為兩路：一路(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80%)仍是去汽提塔，甲銨在汽提塔內(nèi)被汽提分解出大部分的NH3和CO2后，剩下的液體稱為汽提液，經(jīng)汽提塔下液調(diào)節(jié)閥減壓至1.35～1.60 MPa進入中壓閃蒸分離器再次進行氣液分離，分離后的液相經(jīng)中壓閃蒸下液調(diào)節(jié)閥去低壓精餾塔,中壓閃蒸分離器氣相、中壓分解塔氣相及聯(lián)產(chǎn)解吸塔氣相匯合進入新增預(yù)蒸發(fā)器的熱能利用段殼程；另一路(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%)經(jīng)合成下液新增的調(diào)節(jié)閥減壓至1.35～1.60 MPa沿切線進入新增中壓分解塔的預(yù)蒸餾段，在預(yù)蒸餾段和中壓分解塔預(yù)分離段分解的氣相進行熱量傳遞，預(yù)蒸餾段出液和空壓機送來的防腐空氣一同進入中壓分解塔加熱器，經(jīng)中壓分解塔加熱器加熱至155～160 ℃，由頂部進入中壓分解塔的預(yù)分離段，在離心力作用下分離出氣液兩相，液相由中壓分解塔底部經(jīng)液相調(diào)節(jié)閥減壓至0.25～0.40 MPa與中壓閃蒸分離下液匯合進入低壓精餾塔,中壓分解塔氣相與中壓閃蒸分離器氣相、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸塔氣相混合,與中壓吸收循環(huán)液一起進入新增預(yù)蒸發(fā)器的熱能利用段殼程。

預(yù)蒸發(fā)器利用閃蒸槽送來的濃度較低的尿液和中壓系統(tǒng)分解氣相、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸氣相進行熱能利用，既達到尿液提濃的目的,又能使中壓分解氣相的反應(yīng)熱移走，從而降低中壓甲銨冷凝器的負荷；出預(yù)蒸發(fā)器的氣液混合物進入中壓甲銨冷凝器繼續(xù)反應(yīng)放熱，熱量由新增中壓調(diào)溫水帶走，氣液混合物由中壓甲銨冷凝器上部進入中壓甲銨液位槽進行氣液分離，甲銨液由底部進入高壓甲銨泵進口，中壓甲銨液位槽氣相進入新增的中壓吸收塔再次吸收。

中壓甲銨液位槽氣相在中壓吸收塔內(nèi)與新增的中壓甲銨泵送來的低壓甲銨液經(jīng)填料段逆流接觸吸收后，進入中壓吸收塔底部至中壓吸收塔循環(huán)泵，經(jīng)泵出口調(diào)節(jié)控制中壓吸收塔液位；中壓閃蒸分離器氣相、中壓分解塔氣相、聯(lián)產(chǎn)中壓解吸塔氣相一同混合進入預(yù)蒸發(fā)器熱能利用段殼程，中壓吸收塔氣相由氣相調(diào)節(jié)閥減壓后進入常壓吸收塔底部進行常壓吸收(見圖2)[4-5]。

圖2 中壓系統(tǒng)流程圖

3 消耗情況及經(jīng)濟效益分析

3.1 聯(lián)產(chǎn)前后消耗情況對比分析

尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)實際運行后，三聚氰胺裝置負荷開至75%～80%，聯(lián)產(chǎn)前后尿素消耗情況對比分析見表1。

表1 尿素消耗主要參數(shù)對比表

從2019年9月1日開始，尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)運行至2020年6月5日，尿素裝置計劃停車，系統(tǒng)進行大修。經(jīng)過1 a的摸索運行，現(xiàn)尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)，已達到三聚氰胺裝置設(shè)計負荷的75%～80%。聯(lián)產(chǎn)后尿素日產(chǎn)質(zhì)量達到1 500 t，尿素工況運行穩(wěn)定。

3.2 聯(lián)產(chǎn)后經(jīng)濟效益分析

現(xiàn)尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)開至75%～80%負荷時，尿素日產(chǎn)質(zhì)量增加到1 500 t，噸尿素耗氨質(zhì)量降低約60 kg，則每天耗氨質(zhì)量降低90 t,以液氨利潤600元/t計算，降低耗氨質(zhì)量產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為54 000元。噸尿素耗蒸汽質(zhì)量增加約200 kg(對比尿素裝置改造前)，則每天耗蒸汽質(zhì)量增加300 t,蒸汽價格按照105元/t計算,增加耗蒸汽質(zhì)量產(chǎn)生的直接效益為-31 500元。噸尿素電耗降低5 kW·h，則每天電耗降低7 500 kW·h,用電單價按照0.43元/(kW·h)計算，降低電耗所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為3 225元。每年按300 d運行計算,則聯(lián)產(chǎn)后直接經(jīng)濟效益為771.75萬元。

4 存在的問題

(1) 現(xiàn)用的中壓甲銨冷凝器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,存在換熱死區(qū)，影響吸收效果，使中壓甲銨液溫度偏高。

(2) 中壓調(diào)溫水量不足，中壓甲銨液溫度偏高。

(3) 三聚氰胺尾氣需再凈化、再過濾。

(4) 尿素汽提塔下液溫度偏高。

以上問題是制約尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn),以及三聚氰胺裝置負荷達不到100%的原因。下一步將繼續(xù)優(yōu)化工藝調(diào)節(jié)，逐步解決裝置運行中存在的問題，力爭將裝置開到滿負荷,即三聚氰胺質(zhì)量流量為150 t/d,尿素質(zhì)量流量為1 560 t/d。

5 結(jié)語

尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)后，對原尿素系統(tǒng)的工藝工況影響較大，特別是在三聚氰胺裝置高負荷運行的情況下，嚴(yán)重制約著尿素裝置的生產(chǎn)平衡和優(yōu)化控制，是尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)、擴產(chǎn)的一大問題，需要在實際運行中探索出解決辦法，從而將影響降至最低。然而尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)帶來的消耗降低及尿素系統(tǒng)的擴產(chǎn)是非?？捎^的。

尿素裝置聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺裝置后由于三聚氰胺尾氣含有異氰酸等，對尿素設(shè)備、管線有一定的腐蝕；腐蝕程度隨三聚氰胺裝置負荷增大而加劇。這次大修時,尿素裝置檢測設(shè)備腐蝕情況屬正常腐蝕程度(也可能與裝置負荷開到75%～80%有關(guān))。所以要進一步完善和提高尿素裝置與三聚氰胺裝置聯(lián)產(chǎn)的工藝可行性，積極改進技術(shù)，擴大生產(chǎn)規(guī)模，降低能源消耗，建成資源綜合利用體系，大力推動尿素產(chǎn)業(yè)及三聚氰胺產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。