氨汽提工藝中壓尾氣洗滌器優化措施

周傳友

摘 ?要：本文對中壓惰性氣體洗滌塔C-103的工藝調控和歷次改造進行介紹和研究總結，并對改造前后的這些情況加以分析，來驗證惰性氣體洗滌塔C-103工藝調控和設備改造結果的科學性和正確性。

關鍵詞：惰性氣體洗滌塔;尾氣放空;氨回收

1. 前言

1.1裝置介紹

塔里木石化分公司尿素裝置采用的是斯納姆氨汽提工藝，裝置設計生產能力為80萬噸/年。主要工序有二氧化碳壓縮工序，尿素合成和高壓回收工序，中低壓分解回收工序，尿素濃縮及大顆粒造粒工序，工藝冷凝液處理工序。其中，中低壓分解回收工序就是將高壓工段產生的甲銨分解并回收，以達到提濃尿液的目的。具體的生產流程為：CO2和液氨進入合成塔R101反應后，生產尿素和甲銨，未轉化成尿素的甲銨在汽提塔E101通過加熱，部分分解成氨和二氧化碳，沒有分解完的甲銨進入中壓分解器E102通過減壓閃蒸、加熱分解成氨和二氧化碳并從塔頂逸出，然后與來自P103的碳銨液混合進入E104/E106，在此二氧化碳幾乎被全部吸收，氨則在中壓吸收塔C101中進行精餾，之后進入氨冷凝器E109進行冷凝液后收集到氨儲槽V105中。未被完全回收的氨氣則進入中壓惰性氣體洗滌塔C103/E111進行最后的冷凝洗滌，剩下少量的氨通過尾氣放空。

2.中壓尾氣放空對裝置的影響

2.1能耗

自開工生產以來，中壓惰性氣體洗滌塔C-103的排放尾氣的氨含量一直居高不下，其頂部的惰氣放空流量及氨含量維持在1200Kg/h及12%。遠高于設計值829Kg/h及2%。以2014年4月為例，當月裝置滿負荷平穩運行，分析化驗顯示當月平均總放空量為1094kg/h。其中氨含量高達12.43%（Wt），即當月平均有136Kg/h的氨被放空[1]。改造前C-103的放空化驗數據統計見表2。高含氨尾氣的排放，增加了產品氨耗，提高了生產成本，在當前激烈的市場競爭中是尤為不利的。

2.2環保

隨著“史上最嚴”環保法的實施。環境保護已經成為國家的大政方針，“既要金山銀山，更要綠水青山”的環保觀念已經深入人心。如果任由這種高含氨的廢氣排放，會對環境產生了極大的污染。不僅附近居民不會答應，政府的相關部門也不會答應。如果能將尾氣中的游離氨回收利用，不僅可以節約成本降低氨耗，更重要的是減少環境污染，不僅能取得一定的經濟效益，還能樹立良好的企業形象，從而實現雙贏。

3.中壓尾氣放空的控制

3.1工藝操作

高壓系統的運行好壞，將直接影響到中低壓系統的回收負荷及尾氣放空的氨含量的高低。在斯納姆公司提供高壓系統的操作條件的基礎上進行優化，以達到最佳的工藝條件，來減少中低壓系統的回收負荷及尾氣的放空量，降低尿素氨耗。

尿素的生成反應不但存在著化學平衡， 還存在著物理平衡。合成壓力不是一個獨立變量， 它隨溫度、組分等因素的變化而變化。生產中要求操作壓力高于該組分下的平衡壓力， 生成的甲銨才不致分解為

NH3和CO2而向生成尿素的方向進行。高壓系統的操作壓力一般以合成塔頂物料沸點的平衡壓力為基礎， 高于此平衡壓力約2.0-3.0，在實際生產操作中， 將操作壓力調整到 15.6-16.0尿素轉化率得到提高， 蒸汽消耗及中、低壓系統回收負荷明顯降低。

3.1.2降低合成塔操作的

斯納姆公司的操作條件氨碳比為 3.6，尿素轉化率為65%。 提高反應物氨的濃度，可以提高轉化率，但是氨碳比每增加 0.1， 則生產1噸尿素可增加 氨循環量0.051噸， 滿負荷時每小時可增加過剩氨循環量 3.72 噸。因此， 在不影響高壓設備防腐蝕要求的情況下， 將系統氨碳比稍降低， 減少過剩氨循環量。

3.1.3控制合適的H2O/CO2

由反應式知， 水是尿素生成反應的產物。水的存在使反應向逆方向進行， 降低了轉化率， 而水的存在又是不可避免的。另外未反應氨和二氧化碳需用水吸收， 并以水溶液形式返回合成系統繼續參加反應。尿素轉化率隨H2O/CO2的增加 而下降。研究表明， H2O/CO2每增加 0.1， 轉化率下降1%-1.5% ， 高壓系統H2O/CO2超過一定范圍后將直接影響到中、低壓系統放空量。將H2O/CO2控制 在0.5-0.6是較為合適的區間。

3.2設備改造

3.2.1塔盤改造

中壓放空尾氣氨含量高與中壓尾氣洗滌塔的洗滌效果有很大的關系。滿負荷運行時，原設計的塔盤板孔動能因子為2.0Pa0.5，遠低于浮閥類塔盤板孔動能因子為5.0Pa0.5的漏液點[3]，導致塔盤效率急劇下降，造成洗滌塔排放尾氣流量及氨含量遠遠超出指標。所以，要使惰性氣體洗滌塔在設計生產負荷的條件下平穩運行，使排放氣中的氨含量達到2%的設計值，就需要對塔盤進行改造。只用微孔塔盤代替原導向浮閥塔盤即可滿足改造要求。塔的運行特點是氣液兩相且負荷較小，微孔塔盤的微孔可均勻分布于塔盤截面，最大限度的提高分離效率。微孔塔盤的操作彈性大，可滿足塔在70%～140%負荷范圍內正常運行。利用利用微孔塔盤技術改造施工方便，現場施工簡單到只是拆、裝塔盤。

3.2.2液位計改造

由于影響中壓尾氣洗滌塔C-103運行工況的因素較多，要想提高C-103的洗滌效果，就需要提高洗滌塔的液位，保證中間冷卻器全部滿液，提高冷卻效果。由于液位計的使用壽命一般為5年，C-103的液位計接近使用壽命，且原液位計計量量程又較小，導致長期處于滿液狀態，且液位波動大，失去參考作用，所以必須更換該設備液位計，換用量程更大更準確的液位計，滿足測量要求。最終提高尾氣氨含量的洗滌吸收效果，達到降低尾氣中氨含量的效果。

4.1控制措施

工作點是否在爆炸區域內主要有2個因素：一是爆炸區域的大小范圍;二是工作點所處的位置。單就爆炸區域而言，氨氣、甲烷的相對組分增加，氫氣的相對組分減少都對爆炸區域的縮小而言有利;單就工作點而言，氨氣、氫氣、惰氣、甲烷組分增多，氧氣組分減少都有利于工作點遠離爆炸區域。具體可采取如下的控制措施。

4.1.1尾氣中加入蒸汽。

放空尾氣中加蒸汽，可改變可燃成分的組分，減輕了爆炸的可能性，我廠就是采用在上部加入防爆中壓蒸汽的方法，來減輕其爆炸的可能性。

4.1.2降低防腐空氣的氧含量。

由于氧氣能使設備表面生產致密的氧化膜，減緩設備的腐蝕。我廠裝置在二氧化碳入口和汽提塔加入的空氣中均有氧氣。而氧氣是助燃氣體，其含量對尾氣爆炸性能影響很大。故加氧量應盡量保持低限操作。

5.結論

通過塔盤改造和液位計改造，以及優化的工藝操作，C-103的惰氣放空量已經從最初的1200Kg/h降至770Kg/h左右，不論是與改造前相比，還是與斯納姆的工藝設計值829Kg/h相比，放空量都明顯減少。

參考文獻：

[1]李圣君.降低中、低壓系統尾氣放空氨損失的措施[J].大氮肥.2001（5）;37-39

[2]氨汽提尿素裝置C-103塔盤更換方案.[Z]

[3]中國石油塔里木油田石化分公司.日產2046噸尿素裝置資料匯編第2冊.新疆：2012，3-10，185-198