我公司變換、脫碳改造后對尿素生產的影響及解決辦法

李貞億

（貴州化肥廠有限責任公司，貴州貴陽 551415）

0 引 言

貴州化肥廠有限責任公司為年產200kt合成氨、300kt尿素、150kt高塔造粒尿基復合肥的中型氮肥企業，老系統于1978年建成投產，新系統于2002年5月建成投產。老合成凈化系統改造前工藝為，中串低變換，噴射氧化再生栲膠脫硫，熱甲堿脫碳，銅洗精煉。新合成凈化系統工藝為，帶飽和熱水塔的中串低變換，噴射氧化再生栲膠脫硫，GV雙塔再生熱甲堿脫碳，聯醇帶銅洗精制。老系統因為多年的生產調試及技改也基本穩定。但新系統開車以后，由于工藝設計不合理，導致系統不穩定，生產能力達不到設計要求，操作彈性小，故障率高，消耗高。新系統自投產以來，我公司對凈化系統做了大量的技改工作，實現系統高負荷、長周期、安全、經濟、穩定運行。但由于凈化系統改造后工況發生了變化，原料CO2氣有機硫含量高，造成尿素合成塔腐蝕嚴重，多次因腐蝕泄漏而停車，對尿素系統長周期安全運行帶來了較大威脅。通過對尿素脫硫系統改造后，實現了尿素系統的長周期安全穩定生產，現總結如下。

1 新系統變換存在的問題及改造

1.1 帶飽和熱水塔中串低變換工藝存在的問題

針對裝置存在設備腐蝕大，中變換熱器及水加熱器相變及H2S腐蝕嚴重，一臺新換熱器使用周期只有一年，變換系統因設備泄漏多次造成停車；蒸汽消耗高，噸氨耗高壓蒸汽1.1t左右；飽和熱水塔熱水需用氨水調節pH值，排污環保壓力大等問題，我公司決定采用全低變工藝取代已有的帶飽和熱水塔中串低變換工藝，于2005年3月份改造完畢并投運。

1.2 改造概況

增加1臺換熱器，1臺冷激塔，取消飽和熱水塔。用飽和塔作為除油劑塔，熱水塔當通道。中變爐一段上層裝填抗氧劑，中、低變爐其余部位裝填低變催化劑。原稀氨水泵用作冷激塔軟水泵。整個技改工程投入資金500余萬元，一年半可收回成本。

1.3 改造后運行效果

改造后噸氨耗蒸汽0.3t，每年節能降耗效益達350萬元以上。生產能力有了較大提高，從原總氨100kt／a提高到130kt／a，操作穩定，設備腐蝕輕微，沒有一次因全低變而停車，實現了變換系統的長周期安全經濟穩定運行。老系統變換于2007年底技改為全低變工藝。

2 脫碳改造

2.1 GV雙塔再生脫碳存在的問題

GV雙塔再生脫碳投運后，達不到設計生產能力。半貧液再生效果差，導致吸收能力差，設計生產能力處理氣量為55 000m3／h，但實際生產能力只有44 000m3／h。針對這一問題，我們將高壓再生塔貧液引70m3／h到低壓再生塔半貧液段，一方面增加再沸器的熱負荷，通過蒸汽加熱獲得再生所需熱量；另一方面提高半貧液的再生效果，從而提高半貧液的吸收能力。改造后，實現了系統過55 000m3／h量的目標。

GV雙塔再生脫碳工藝經濟運行效果差，主要問題是蒸汽消耗高，噸氨耗蒸汽3.0t以上；再生部分管線腐蝕嚴重，開車1a后經常因腐蝕泄漏造成系統停車；生產操作彈性小，生產負荷在55 000m3／h（五機量）的工況下，蒸汽用量稍有減少，則易引起吸收塔出口CO2超標；運轉設備多，調節較復雜，生產操作繁瑣；化工原材料消耗及電耗高，一年運行費用在800萬元以上。針對上述問題，決定采用變壓吸附（PSA）脫碳工藝取代GV脫碳雙塔再生工藝，于2004年3月份建成投產。

2.2 改造后運行效果

變壓吸附在運行過程中，對系統負荷的變化適應性強，處理能力可達70 000m3／h，操作簡單，只需根據負荷變化情況對循環時間作適當調整即可，氫回收率≥98%，氮回收率≥95%，對穩定系統、降低消耗起到了重要作用，不考慮有效氣體損失，年運行費用90萬元。為此，公司于2007年底在老系統新建1套120 000m3／h全吹掃流程變壓吸附裝置，用于處理兩套合成氨的變脫氣；新建1臺1 000m3的CO2氣柜，供兩套尿素生產所需CO2原料氣。

3 變換、脫碳改造后對尿素生產的影響及解決辦法

3.1 改造后工況的變化

全低變改造后，由于催化劑層溫度較低，在360℃左右，蒸汽用量少，一般噸氨耗蒸汽0.3t，降低了有機硫在變換工序的轉化度。我公司半水煤氣中有機硫含量一般在800～1 400mg／m3，改造后變換出口有機硫≥10mg／m3，最高時達25mg／m3。熱甲堿脫碳改為變壓吸附脫碳后，有機硫和無機硫在變壓吸附脫碳工序全部被吸附，在再生時解吸出來，除一部分隨著再生氣放空外，其余全部回到CO2氣柜中，這樣，造成尿素的原料CO2氣中有機硫達35mg／m3左右，而在尿素裝置又沒有處理有機硫的措施，所以，尿素合成塔腐蝕嚴重，2008年上半年因尿素合成塔腐蝕泄漏停車3次，嚴重威脅尿素裝置的安全、穩定、長周期運行。

3.2 有機硫含量高的解決辦法

針對技改后有機硫高的問題，公司決定在全低變后增加有機硫水解塔，用原飽和熱水塔下段熱水塔作為水解塔，裝填水解劑；由于水解塔進口溫度要控制在135～175℃，我們專門設計了副線，使部分低變爐出口氣不經換熱器換熱直接進水解塔，以保證水解塔的溫度。技改后，水解塔出口有機硫含量≤5mg／m3，CO2產品氣中有機硫含量≤10mg／m3。針對CO2產品氣中有機硫含量仍然較高的狀況，我們將尿素CO2壓縮機三段四臺脫硫塔中的兩臺改裝有機硫水解劑。為了保證水解塔進口溫度在60～80℃，在水解塔進口增加1臺蒸汽加熱器，用于水解塔提溫；在水解塔出口增加循環水冷卻器，用于將水解塔出口氣體溫度降到40℃，從而保證脫硫塔脫硫效果。在尿素CO2壓縮機二段增加了2臺脫硫塔，用于脫除CO2氣中絕大部分H2S，使進三段水解塔氣體中的H2S≤10mg／m3，為有機硫的水解創造良好條件。有機硫水解后，原料CO2氣進入一臺脫硫塔進一步脫硫后，使A31總硫≤10mg／m3，完全滿足了尿素生產對入合成塔總硫的要求。自2008年7月份技改以來，尿素合成塔運行穩定，內襯腐蝕速率控制在允許的范圍內，保證了尿素系統的長周期、高負荷、安全運行。

4 結 語

我公司凈化系統通過近五年的不斷改造，工藝逐步完善，現已改造為全低變變換、栲膠脫硫、變壓吸附脫碳、聯醇帶烴化工藝，裝置生產能力得到較大提高，由年產總氨180kt提高到200kt；生產負荷及操作彈性大，系統沒有一次因加減負荷及操作控制發生事故，實現了系統的長周期安全穩定運行；節能降耗顯著，年經濟效益共計達3 000余萬元，實現了生產經濟運行的目標。雖然技改后尿素系統曾出現過一些問題，但通過進一步技改后，尿素系統也實現了長周期高負荷穩定運行，使公司生產實現了良性發展。