尿素装置减少污染物排放技术改造_李肖昴.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 4 月第 46 卷第 2 期Apr.2023Vol.46 No.21概述河南能源化工集团中原大化公司（简称中原大化）年产 52 万吨尿素装置于 1990 年 5 月 5 日建成投产，采用意大利斯那姆氨汽提生产工艺。利用氨和二氧化碳反应，通过高中低压系统和蒸发系统的提纯，再经造粒系统生产出合格的尿素产品。尿素装置投产已 30 a，设计生产的环保指标与现行环保政策有差距，通过优化液氨储槽温度、改造放空烟囱、改造中压放空、增设粉尘回收系统等一系列技术改造措施，优化了装置的运行，提升了装置的环保指标，减轻了企业的环保压力，满足了高负荷生产需求，实现了装置的安稳长满优运行，减少了污染物的排放，为企业走绿色发展路线奠定了坚实基础。2技术改造措施2.1优化氨储槽液氨温度夏季氨储槽内液氨温度高，液氨温度高对应的饱和蒸气压高，导致中压系统压力高，为了控制中压系统压力处于安全范围内，需要开大中压放空调节阀降低中压系统压力，必定造成中压放空气相氨含量增加。氨储槽内液氨温度受合成氨装置送来的液氨温度和中压氨冷器气氨冷凝效果的影响。针对氨储槽内液氨温度过高，从以下两个因素入手进行技术改造，改造后工艺流程如图 1 所示。1）降低自合成氨送至尿素装置的液氨温度。夏季合成氨装置送尿素液氨在经过冰机换热后温度达到 40 以上，造成氨储槽内的液氨温度太高。为尿素装置减少污染物排放技术改造李肖昴（河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457000）摘要：通过氨储槽液氨温度优化、放空烟囱改造、中压放空改造、粉尘回收系统定期清洗等一系列技术改造，实现了尿素装置优化升级和减少污染物排放。关键词：尿素装置技术改造污染物排放收稿日期：2022-07-14；收到修改稿日期：2022-12-23。作者简介：李肖昴，男，1994 年 7 月出生，硕士研究生学历，2019年毕业于安徽工业大学化学工程专业，现在河南能源化工集团中原大化公司化肥事业部尿素厂工作。联系电话：17639373786；E-mail：。降低夏季氨储槽的液氨温度，2017 年 8 月在合成氨装置到尿素装置氨储槽管线上增设了 1 台换热器E555。鉴于夏季循环水温度在 30 以上，不能满足换热需求，新增设了 1 台以水解解吸系统外送温度约 100 的合格废水作为热源的单效型溴化锂吸收式冷水机组，用于生产 10 以下的冷水，机组制冷量约 2 000 kW。换热器采用了冷水机组生产的一股冷水作为冷却介质。技术改造后合成氨装置来液氨温度由 42 降至约 25，大幅度降低了氨储槽内液氨温度。2）解决中压氨冷器气氨冷凝效果差的问题。每到夏季，中压氨冷器气氨的冷凝效果就会变差，使氨储槽内液氨的温度偏高。主要有两方面的因素：中压氨冷器换热面积小，难以满足夏季高负荷生产；夏季循环水水质差，温度高，中压氨冷器位置高，导致流量少。为此，在氨冷器气相至氨储槽管线之间增加 1 台卧式列管换热器 E111C，管侧使用冷水机组冷水作为冷却介质，壳侧为氨冷器气相。尿素氨冷器气相中的气氨经换热器 E111C 冷却后产生的液氨汇至氨冷器液相管线上，与液相一起回至氨储槽，气相通过氨冷器气相管线送至氨储槽。技术改造完成后夏季氨冷器液相管线平均温度由原来 34 下降至 29 左右，氨储槽内液氨平均温度由原来 33 下1422023 年第 46 卷降至 30 左右，如表 1 所示。图 1中低压系统改造前、后流程虚线部分为改造后流程表 1中压氨冷器改造前、后温度对比 月份中压氨冷器下液温度氨储槽内液氨温度改造前改造后改造前改造后734.5029.3633.930.1836.8430.6234.930.7932.1028.0233.229.5经过上述改造，中压放空的氨含量大幅度降低，如表 2 所示。目前夏季中压放空体积氨含量（下同）平均在 2.5%左右，相比于合成氨至尿素液氨改造前平均下降了约 33%，中压氨冷器改造前平均下降了约 8%；氨储槽内液氨温度明显降低，中压系统压力正常，满足了夏季高负荷生产时的环保要求。表 2中压放空氨含量改造前、后氨含量对比体积含量，%月份合成氨至尿素液氨中压放空氨含量中压氨冷器放空氨含量改造前改造后改造前改造后736.3610.139.342.45837.5410.2210.492.78932.418.679.211.882.2放空烟囱增加洗涤设施目前中原大化尿素界区的烟囱共有 3 个烟囱：常压储罐气相烟囱、中压气相烟囱、其他气相烟囱。烟囱气相中含有的少量氨排放至大气对环保造成了一定影响，而烟气中氨的回收也一直是难以解决。本次通过技术改造，增加烟气洗涤装置使该问题得以解决。改造流程如图 2 所示。改造时将常压储罐气相烟囱连入其他气相烟囱中，其他气相烟囱在改造前包含上部烟囱及下部储槽，在其他气相烟囱新增 1 套烟气洗涤系统。主要包括烟囱内新增 2 层填料及喷淋设施；烟囱下方新增机泵和换热器；上部填料新增冷水管线，冷水是冷水机组生产的 10 以下冷水。储槽内 70 左右的吸收液是冷水吸收气氨后的氨水溶液，经机泵提压至烟囱吸收液换热器与循环水换热冷却后，进入烟囱下部填料的上方，通过喷淋设施洗涤烟囱气相中的气氨，来自冷水机组的冷水进入烟囱上部填料的上方，通过喷淋设施洗涤残余气氨，所有液相都下降至烟囱下部的储槽中。如果冷水突然中断，则用来自系统的 36 低温水替代冷水进入烟囱上部填料的上方。烟囱储槽中的部分吸收液经过排放管线至尿素的密闭回收槽，最后送至水解解吸系统。在实际生产过程中，需要根据烟囱储槽内吸收液的氨含量与液位，调整烟囱储槽经过排放管线至尿素密闭回收槽的排放量、泵的循环量与冷水量，如果吸收液的氨浓度太高会影响第一层填料的吸收效果，如果吸收液的氨浓度太低会增加水解解吸负荷。冷水量太少则第二层调料吸收效果降低，冷水量太大则增加水解解吸系统的负荷。所以需要根据实际生产情况调整，达到环保经济最优化。目前通过对常压储罐气相烟囱改造，减少了 1 个烟囱的使用；再通过增加烟气洗涤设施，洗涤气相中的气氨。为了更直观的对比改造前、后效果，在加相同冷水量的情况下，对烟囱洗涤装置投用 停用时其顶部氨含量分析对比如表 3 所示。图 2放空烟囱改造后流程表 3烟囱洗涤装置投用 停用时氨含量对比%日期投用时停用时除氨率气相氨体积含量吸收液氨质量含量气相氨体积含量2020-10-13 0.234.0911.7499.802020-10-14 0.394.9017.6297.782020-10-15 0.414.4318.3597.762020-10-16 0.374.7719.5898.10储槽内吸收液的氨质量含量为 4.5%左右，烟气洗涤设施除氨率达 98%，做到了烟囱气相中气氨的143第 2 期李肖昴.尿素装置减少污染物排放技术改造有效回收，即减少了气氨排放，烟囱顶部无氨味。2.3中压放空改造尿素中压放空除含有大量惰性气体，还含有NH3、H2、CO、CH4等可燃物与 O2。如图 1 所示，在改造前中压放空从中压气相烟囱直接排放至大气中，影响周边环境。目前在中压压力调节阀后增设 1 条去合成火炬的管线，将中压放空引至合成火炬燃烧。对氨储槽的液氨温度进行优化改善后，中压放空气相组分如表 4 所示（随机的中压放空气相组分），利用理查特理法计算，中压放空的混合气体处于可燃爆区域内，有潜在的爆炸危险。这时若将某种惰性气体添加到放空气相中去，则中压放空的混合气体就会移除燃爆区而成为安全状态。所以在至合成火炬的管线加装氮气管线，正常生产时，以合成火炬温度为依据，调节氮气流量，在出现异常情况时可以将中压放空及时从火炬切至中压气相烟囱，开氮气吹扫置换管线，确保生产安全。通过中压放空改造，在正常生产中，将中压放空气相通过合成火炬燃烧，既减少了排放污染物，又减少了尿素装置烟囱使用数量，彻底消除了烟囱顶部氨味大的环保问题。表 4中压放空气相组分 体积含量，%时间NH3H2O2CH4CON22021-07-23 2.6528.5013.293.340.1252.102021-08-16 1.9624.8611.972.080.1858.952021-09-02 2.3026.6411.882.020.1657.002.4造粒塔增设粉尘回收系统中原大化造粒系统是传统的塔式造粒，高浓度尿液从造粒塔顶部经过旋转造粒喷头的喷洒，尿素液滴在自然降落过程中与空气逆向接触，不断冷却，最终生产出符合要求的成品尿素1。该工艺特点是操作简单、运行与维护费用低，但粉尘严重。造粒塔塔顶距地面 87.4 m，尿素粉尘随造粒塔内部空气从造粒塔顶部飘出，对环境造成很大影响。为了减少尿素粉尘的排放，对造粒系统做了如下改造：1）在造粒塔塔顶增加了 1 套粉尘回收装置。装置共有 3 层水幕喷头和 2 层填料，正常运行中第一层（最下面）喷头为吸收喷头，第二层喷头、第三层喷头为冲洗喷头。如图 3 所示，尿素造粒塔内含尿素粉尘的气体经出气口，依次经过 3 层水幕喷头和2 层填料的 5 次吸收后，符合排放要求的气体从塔顶排出。循环槽的循环液体经滤网进入循环液泵加压，分别进入 3 层水幕喷头，经过 2 层填料后循环液进入液体收集装置，经循环降液管进入循环槽，低温冲洗水向循环槽补液。图 3粉尘回收装置流程当运行一段时间后，喷头和填料上积存部分尿液结晶，尿液结晶较多时，将影响粉尘吸收效果。为此，喷头和填料需要定期进行清洗。清洗时先关闭低温冲洗水阀、入循环槽切断阀和循环液泵至第三层水幕喷头的切断阀，将循环槽液位降至 20%，打开中压冲洗水阀和中压冲洗水至第三层水幕喷头的切断阀，第三层水幕喷头有 4 只冲洗切断阀，依次冲洗，每只冲洗时间至少 15 min，冲洗结束后关闭中压冲洗水阀，将循环槽液位降至 20%，停循环液泵，打开循环液泵出口至尿素溶液储罐的排放阀，当液位排空后，关闭排放阀，打开低温冲洗水阀，进入循环槽的切断阀对循环槽补液至 80%液位，打开循环液泵至第三层的切断阀，启动循环液泵，稳定循环槽液位至 40%。目前，通过在造粒塔塔顶增设粉尘回收系统，排放至尿素溶液储罐的循环液尿素质量浓度约 18%，尿素粉尘回收效果明显，大大减少了尿素粉尘的排放。2）在造粒塔外部的进风处增加防尘网。北方春季有大量柳絮杨絮会通过风窗进入到造粒塔内部，由于造粒塔内部温差造成的推动力，柳絮杨絮会从下至上运动。柳絮杨絮的进入会产生如下危害：会与尿素造粒过程相遇，影响产品质量；会进入粉尘回收系统内部，堵塞水幕喷头，影响粉尘回收效果。在造粒塔外部的进风处增加防尘网，阻止柳絮杨絮的进入。防尘网装置设计为可拆卸的大钢管架与防尘网，方便维护与拆卸。在春季运行时及时清理防尘网，必要时及时更换，保障装置稳定运行。少量的柳絮杨絮也会从造粒塔顶部进入新增的粉尘回收系统中，这需要在平时生产中及时清理循环槽中的柳絮杨絮，关注好循环液泵的运行，当出现循环液泵进口滤网堵塞时，应及时清理，确保粉尘回收系统1442023 年第 46 卷的稳定运行。3结束语随着环保政策的严格，中原大化尿素装置通过优化液氨储槽温度使夏季中压放空的体积氨含量降至 2.5%左右，满足了夏季高负荷生产时的环保要求；通过放空烟囱增加洗涤设施和中压放空改造，将3 个再用烟囱改为 1 个烟囱，并做到烟囱气相中氨的有效回收，彻底消除了烟囱顶部氨味大的环保问题；通过增设粉尘回收系统解决了造粒塔顶部尿素粉尘的排放问题。这一系列的技术改造，确保了装置安稳长满优运行，实现了尿素装置废弃物低排放，彰显了中原大化积极践行绿色发展的路线，主动贯彻落实国家环保要求，维护提升了企业社会形象。参考文献1陈留栓.氨汽提法尿素生产知识问答 M北京：化学工业出版社，2000：116-117.TECHNICAL REFORMATION ON REDUCING CONTAMINANT DISCHARGE IN UREA PLANTLi Xiaomao（Henan Energy and Chemical Group Zhongy