合成氨裝置工藝冷凝液回收利用項目改造

印秀萍 董波 郭忠 （大慶油田化工集團甲醇分公司）

合成氨裝置工藝冷凝液回收利用項目改造

印秀萍 董波 郭忠 （大慶油田化工集團甲醇分公司）

大慶油田化工集團甲醇分公司對合成氨裝置工藝冷凝液系統進行了改造，采用汽提法回收工藝冷凝液，將產品引入除鹽水系統使用的過程。裝置在改造后除鹽水消耗及液氨成本下降，合成氨裝置廢水外排量減少，廢水站負荷降低，取得了顯著的經濟效益和環保效益，對同類裝置具有一定借鑒作用。

工藝冷凝液 回收 除鹽水 污染物 效益

大慶油田化工集團甲醇分公司年產5×104t合成氨裝置采用德國林德公司的LAC工藝，先后經過蒸汽轉化、高低溫一氧化碳變換、MDEA脫碳、PSA變壓吸附制取純氫；用純氫氣和純氮氣合成氨。裝置運行過程中，除鹽水消耗一直較高外，在蒸汽轉化、高低溫變換過程中有10 t/h的工藝冷凝液排出，沒有回收利用。為了進一步降低生產成本，減少廢水和污染物的外排量，甲醇分公司組織對冷凝液回收利用問題進行攻關。

1 改造前狀況

在合成氨生產過程中，烴類高低溫變換出口氣體中含有大量的水蒸氣，這些水蒸氣被冷卻后先后進入低變氣冷凝液分離器1（D1231）、低變氣冷凝液分離器2（D1232），最終經排污罐（D8033）排入給排水車間清排水裝置處理后排放。排放工藝冷凝液中含有少量的NH3、甲醇、COD等污染物，具體參數見表1。2007年生產每噸合成氨除鹽水消耗量為5.42 t。

表1 合成氨裝置工藝冷凝液

2 改造目的

通過對工藝冷凝液系統的改造，可以大大降低合成氨裝置除鹽水消耗量，降低液氨生產成本；減少合成氨裝置廢水外排量，降低廢水站的負荷，同時也降低了裝置污染物的外排量。

3 改造方案

3.1 工藝原理

本項改造采用中壓高溫蒸汽汽提方法對工藝冷凝液進行回收。汽提法的去除對象是揮發性物質，它是借助廢水與通入蒸汽的直接接觸，使廢水中的揮發性物質按照一定的比例擴散到氣相中，從而把揮發性物質從廢水中分離出去。這種處理方法在大型氮肥裝置上應用較為普遍，且一般為中、低壓汽提方法[1]。

3.2 工藝流程

含微量氨、CO2及甲醇、高級醇的工藝冷凝液經工藝冷凝液泵升壓后，在E1217入塔預熱器中經汽提塔排出液預熱后自塔頂進入塔T1201內，汽提蒸汽從塔底進入。蒸汽和工藝冷凝液在填料段逆流接觸，汽提出工藝冷凝液中易揮發組分和溶解的氣體，汽提后的工藝冷凝液只含微量的氨和甲醇。塔頂排出的蒸汽與工藝蒸汽混合后作為入爐蒸汽參與轉化反應，汽提后的冷凝液在E1217中回收熱量，再經E1218冷卻。工藝冷凝液經汽提后，水中質量分數降至30×10-6以下，甲醇降至5×10-6以下（圖1）。汽提后的工藝冷凝液經冷卻后作為除鹽水回用[2]。

3.3 設備改造

工藝冷凝液汽提塔按作用和壓力等級劃入二類壓力容器，工藝冷凝液在塔上部主要呈酸性，對碳鋼腐蝕較大，因此塔上部材料在經過比較后選擇了16MnR+OCr18Ni9的復合鋼板。塔下部工藝冷凝液氣提后，其中的CO2已基本被蒸氣帶走而呈中性，因此塔下部材料選用16MnR鋼板。考慮到在汽提不正常時，工藝冷凝液在塔下部仍呈酸性，對碳鋼腐蝕較大，因此塔下部的腐蝕裕量取6 mm。

另外進出塔換熱器介質均為工藝冷凝液，進塔液體酸性強，腐蝕性大，換熱管壁很薄，因此材料選用全部OCr18Ni9鋼。換熱器結構用固定管板式換熱器，管板與筒體采用等厚對接焊接，以改善連接部位的應力分布，保證焊接質量。

3.4 水質的控制

由于該項目改造后，汽提塔頂蒸汽要并入轉化工藝蒸汽使用，因此對水質有嚴格的要求。按《蒸汽鍋爐安全檢察規程》（勞部發[1996]276號）199條規定，額定蒸汽壓力大于或等于3.8 MPa的鍋爐水質，應符合GB 12145《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》的規定。為防止鍋內系統結垢，采取加入磷酸三鈉進行鍋爐內處理。機理為水中的鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）陽離子和磷酸根陰離子（PO43-）結合生成磷酸鈣和磷酸鎂懸浮物，通過排污排出，達到避免結垢的目的。在控制上，要求磷酸根（PO43-）為保證完全除盡水中的鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）陽離子，并且起到一定的防腐蝕作用，磷酸根應稍有過量，控制范圍為5～15 mg/L。在pH值的控制上要求pH大于9，但必須控制在11以下。鍋內金屬壁在運行中會形成一層致密堅硬的氧化膜，在pH值為9～11的弱堿性環境中，氧化膜不會被破壞，如果超出這個范圍，氧化膜就有可能被破壞，影響金屬的使用壽命，而且在pH值為9～11時，有利于磷酸根和鈣（Ca2+）、鎂（Mg2+）陽離子的反應。另外，堿度過大時有產生金屬苛性脆化的可能。

4 實施及運行情況

工藝冷凝液系統于2008年4月開始施工改造，2008年11月25日建成投產，2009年初利用這套冷疑液回收裝置對一甲醇車間、二甲醇車間的精餾殘液進行回收試處理。由于甲醇裝置提供的來水的電導時有超標的情況發生，來水情況無法保證，因此在來水條件滿足時才對這兩個車間精餾殘液進行回收處理。經過不斷優化調整，工藝冷凝液回收裝置運行良好。

5 效益分析

項目改造實施后，除鹽水單耗降至3.74 t（2009—2010年），比改造前下降了1.68 t，其中處理一甲醇、二甲醇精餾殘液9 500 t。2009、2010年共生產液氨103 280.524 t。合成氨車間年節約除鹽水8.2×104t，除鹽水單耗降低1.59 t，降幅達29.3%，裝置去除甲醇車間的除鹽水單耗為5.42-1.59=3.83 t。按照除鹽水單價為28.10元/t計算，每噸氨成本節約44.679元，年節約成本230.72×104元。

項目改造實施后，平均每年減少外排污水量8.2×104t，同時降低了合成氨裝置外排污水污染物的含量，見表2。工藝冷凝液裝置處理后水質中COD≤150 mg/L，甲醇≤5 mg/L，取得了一定的環保效益。

表2 項目改造前后污水外排主要污染物數據

從以上數據可以看出，改造后，合成氨裝置外排廢水中主要污染物含量降低至標準值。

因此，無論從經濟效益還是環保效益上看，合成氨裝置工藝冷凝液回收利用改造都取得了很好的效果，是一項技術成熟、工藝簡單、操作方便的改造項目。

[1]毛雙燕.甲醇裝置蒸汽冷凝液回收技術.活力[J].2009,（6）:177-178.

[2]王永旭,王軍芳.合成氨冷凝液回收系統的優化設計.石油和化學節能[J].2006(1).30-31.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.07.017

印秀萍，1999年畢業于哈爾濱工程大學，見習工藝技術員，現從事車間生產管理工作，E-mail：yinqp@cnpc.com.cn，地址：大慶油田化工集團甲醇分公司合成氨車間，163411。

2011-07-28）