大型尿素裝置的外排治理與改造措施

倪超偉，謝鴻適，韓永良

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司一化肥是我國1978年引進的三套渣油制氨生產尿素的大型化肥裝置之一，尿素裝置采用荷蘭斯太米卡邦公司二氧化碳汽提工藝，設計能力為年產小顆粒尿素520kt。在生產過程中，隨著裝置的滿負荷或超負荷運行，解吸廢水中NH3、Ur、NH3－N、pH值指標難于控制，尿素粉塵外排量增大，地面外排水就地排放量大大增加，裝置無法實現地面水零排放。通過技術改造、引進粉塵回收技術、優化工藝操作等手段，使解吸廢水中的NH3、Ur、NH3－N、pH值指標得到有效控制，工藝尾氣、尿素粉塵、地面外排水得到合理回收，實現了裝置的節能、降耗、清潔、環保生產。

1 優化工藝操作，控制解吸廢水外排指標

解吸水解系統是尿素裝置配套的工藝冷凝液處理環保工序，主要是對尿素生產過程中產生的工藝冷凝液中的氨、二氧化碳、尿素（NH3、CO2、NH2CONH2）進行處理回收。解吸水解系統運行的好壞，直接影響到解吸廢水中NH3含量、Ur含量、NH3－N含量、pH值指標是否合格（公司控制指標是NH3－N≤40mg／L；NH3≤67mg／L；Ur≤200mg／L；pH值6～9）。

多年操作實踐證明，要確保裝置解吸廢水中含有的NH3－N、NH3、Ur、pH值在控制指標內，要從以下幾方面進行優化操作與控制。

1.1 降低氨水槽中工藝冷凝液濃度

本裝置要求氨水槽工藝冷凝液中NH3含量在6%以下、Ur含量在1.67%以下。當氨水槽中工藝冷凝液濃度增加后，解吸水解系統的用汽量將增大，解吸水解工況大幅波動，導致外排解吸廢水中的NH3－N、NH3、Ur和pH超標。表1為氨水槽工藝冷凝液中NH3、Ur含量對解吸廢水中NH3－N、NH3、Ur含量和pH值影響的幾組數據。

從表1數據可以看出，需穩定優化解吸水解系統，確保裝置外排水合格。要降低氨水槽工藝冷凝液中的NH3、Ur含量，應從以下幾個方面優化。

（1）提高汽提效率。提高汽提塔201－C的汽提效率，將汽提效率控制在80.50×10－2以上，201－C出液熔融尿液中NH3和CO2降至于7.3 ×10－2和9.5×10－2以下，這樣就可使進入吸收塔303－E尿液中的NH3和CO2相應減少，最終將使氨水槽中工藝冷凝液濃度降低。

表1 氨水槽工藝冷凝液中NH3、Ur含量對外排水NH3－N、NH3、Ur含量、pH值影響對比表

（2）提高精餾效果。用來自蒸汽包201－FA／FB的低壓蒸汽和來自第二高壓氨加熱器104－C的低壓蒸汽對301－ECA進行加熱，將其溫度控制在約135℃；通過來自203－C的密閉循環水對301－ECB加熱，控制精餾塔301－E出液溫度TI301在130～135℃，這樣能有效減少進入蒸發系統尿液中的游離NH3和CO2含量，進而降低了氨水槽中工藝冷凝液的濃度。

（3）嚴格控制低壓甲銨冷凝器301－C的冷凝溫度。從NH3和CO2冷凝成甲銨的反應式分析：

可知降低301－C的冷凝溫度，有利于反應向右平移，即有利于提高低壓系統吸收效果。同時，為防止甲銨結晶，應把301－C的冷凝溫度控制在55℃，這對降低氨水槽中工藝冷凝液濃度是十分有利的。

（4）排查是否有高濃度的介質進入氨水槽。高壓氨泵排放閥漏、高壓甲銨泵柱塞填料漏、低壓排放閥漏、低壓甲銨冷凝器下液閥漏、高壓氨泵進出口管線上的安全閥啟跳或泄漏、接收二化肥高濃度的稀氨水等，這些因素均能引起氨水槽工藝冷凝液中NH3、Ur的濃度升高。若氨水槽中工藝冷凝液濃度較高，要對以上因素進行逐個排查，確保無高濃度的介質進入氨水槽。

1.2 優化水解工況

在解吸后的工藝冷凝液中尚含有1.6%～3.5%（質量分率）的尿素，工藝冷凝液進入水解塔703－E，在水解塔703－E內進一步水解。對水解工況進行優化，提高尿素的水解率，使外排解吸廢水中Ur含量控制在200mg／L以內。

（1）提高水解塔塔底溫度。從尿素水解反應分析，提高操作溫度，有利于尿素的水解反應。在保證水解壓力的情況下，通過調整進入水解塔703－E 2.5MPa蒸汽量，使塔底的溫度盡量控制在200～205℃。

（2）保持水解塔有較高的液位。保持一定高度的水解塔液位，使水解塔內的工藝冷凝液有足夠的停留時間。在實際操作過程中，水解塔設計的停留時間為30～45min。若水解塔的液位低于70%時，工藝冷凝液在塔內的停留時間就大大減少，尿素在水解塔內的水解率降低，外排解吸廢水中Ur含量將明顯升高。

尤其在開停車或正常生產過程中，氨水槽中工藝冷凝液濃度升高，可通過放空筒的噴淋裝置向氨水槽加水，來降低氨水槽中工藝冷凝液濃度，優化解吸水解系統工況，使外排解吸廢水合格。

2 尿素粉塵回收治理

尿素造粒塔采用自然式通風，每小時通風量為555 000m3。在生產過程中，造粒塔是尿素粉塵的主要產生源，在自然通風的形式下，融熔尿液在下落過程中凝固和冷卻成尿素顆粒，相應尿素造粒塔外排廢氣中就會夾帶有較多的尿素粉塵。經實測，造粒塔外排氣中的尿素粉塵濃度為550～680mg／m3，即每天約有7t的尿素粉塵伴隨著造粒塔外排廢氣直接排入大氣。外排的大部分尿素粉塵落在周圍的地面上，不但造成了大氣污染，還會使附近的樹木、花草枯萎，嚴重威脅生產崗位人員和周圍居民的身體健康，影響公司的清潔文明生產形象。2010年底，采用了噴淋洗滌法對造粒塔外排氣中的尿素粉塵進行回收治理技術改造，尿素粉塵回收裝置洗滌部分置于造粒塔上方，采用原塔自然通風和循環液吸收，利用先進水幕器和順觸吸收器，與含有尿素粉塵的熱氣接觸，將尿素粉塵吸收在循環液中，待濃度達到10%以上時，排入生產系統。

2.1 回收原理

融熔尿素在造粒過程中，形成的粉塵和冷卻空氣在頂部出風口處，與循環吸收液體（用水解廢液補充消耗水）接觸，形成濃度10%～15%的尿素溶液后，排往尿液槽，以補入生產系統。在回收過程中，往循環液槽加入低壓蒸汽，以調節循環液溫度，控制循環液溫度和循環液中尿素溶化物的濃度。

2.2 流程簡要說明

氣體流程 造粒塔內熱氣經過造粒間側面通道，熱壓頭增加后進入造粒間頂部噴淋吸收區，在吸收區上升的熱空氣中夾帶微粒尿素與下降的循環吸收液充分接觸后，再通過錯流捕水器除去夾帶的液體，進入分離段，經過分離除去夾帶的液滴后排向大氣。

液體流程 將解吸廢液充入儲液槽704－F，704－F液位達到50%時，通過711－J／JA向304－F充液，304－F液位LI－305達到50%時，用305－J／JA直接將解吸廢液送入清洗噴頭，進行初步吸收及加液作用后落入液體收集槽，通過循環降液水道流入304－F，用305－J／JA進行不斷循環提濃，當循環吸收液尿素濃度升到10%時排入302－F，流程簡圖見圖1。

圖1 粉塵回收流程簡圖

通過三段吸收、三段分離，有效保證除塵效果和水氣分離，使外排氣中尿素粉塵的含量降至150mg／m3以下?；厥罩卫砬昂螅ㄔ谙到y負荷、蒸發流量、同一造粒噴頭且轉速相同的情況下）造粒塔外排氣中含尿素粉塵對比見表2。

從表2數據可以看出，通過對造粒塔外排氣中尿素粉塵的回收治理，使外排氣中的尿素粉塵含量大大減少，有效地對尿素粉塵進行了回收，減少了空氣污染。回收含有大量尿素粉塵的溶液，最后送入蒸發造粒系統進行造粒，增加了尿素產量，降低了能耗，很大程度減少了環境污染。

表2 回收治理前后尿素粉塵對比

3 全面回收地面外排水，實現裝置地面水零排放

自建廠以來，本裝置所有機泵軸承冷卻水和汽提塔201－C銫源冷卻水一直是就地排放，經過實測，每天排放量為120m3，不但造成了大量循環冷卻水的浪費，還對地面形成了污漬污染。

隨著節能減排、清潔生產工作的深入推行，通過對裝置區域內的所有機泵軸承冷卻水和汽提塔201－C銫源冷卻水實施技術改造，對就地外排水進行全部回收。

回收措施 將裝置界區所有機泵軸承箱冷卻水和201－C銫源冷卻水回水管線匯集到一條回收總管上，送入一個儲槽710－F，再用泵710－J將儲槽710－F內回收的冷卻水輸送至冷卻水回水總管8＃線，混入界區內冷卻水中，以供循環使用。同時，為了控制回收儲槽710－F液位，710－J出口設置了一條回流管線，如圖2。

通過對機泵軸承箱冷卻水和銫源冷卻水系統進行技術改造，使整個裝置界區內的地面外排水得到全部回收，經計算，每年可以回收43 800m3的冷卻水，再將其循環使用，節約了水資源，減少了外排。同時，保證了機泵和銫源周圍環境的清潔衛生，促進了清潔生產的推行，實現了地面水的零排放目標。

圖2 冷卻水回收流程示意簡圖

4 結 語

通過不斷提高工藝技術水平、優化工藝操作、裝置技術改造等各項措施，使裝置外排物得到有效的回收和治理，降低了能耗，減少了污染。另外，本解吸水解裝置未采用深度水解工藝，在生產過程中，受許多因素的影響，易使解吸廢水中NH3－N、Ur、pH值超標。因此，在控制解吸廢水外排指標方面，還需要進一步的探索。