郑海胜
［阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司，山西 临猗044100］
［摘 要］阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司460 kt/a CO2汽提法尿素装置于2018年8月利用大修机会进行增设了中压分解系统、中压吸收系统以及增设预蒸发器、低压甲铵预冷凝器等一系列优化改造，以适应回收二期50 kt/a气相淬冷法三聚氰胺装置尾气。2019年1月尿素装置与三胺装置联产后，出现了尿素放空总管尾气中氨含量超标等问题。分析认为，其主要原因为低压吸收塔吸收液浓度高、常压吸收塔洗涤液量小、联产技改设计存在缺陷等。为此，提出了改造低压吸收塔、优化蒸发冷凝液工艺流程、增设低压甲铵冷凝器液位槽气相洗涤器、增设放空气洗涤塔等优化改造措施。技改后，预期二期三胺装置70%负荷时产生的三胺尾气可完全被尿素装置回收，尿素装置中压/低压吸收系统操作弹性与装置运行稳定性将大大提高，尿素装置放空尾气可实现达标排放，间接经济效益和环保效益良好。
［关键词］气相淬冷法三胺装置；CO2汽提法尿素装置；三胺尾气回收；放空气氨含量高；原因分析；优化改造；效益分析
［中图分类号］TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）01-0034-04
0 引 言
阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司（简称丰喜临猗分公司）4#尿素装置于2010年10月投产，采用CO2汽提工艺，设计产能为460 kt/a，实际产量达1450 t/d。为满足采用加压气相淬冷法的二期50 kt/a三聚氰胺装置（简称三胺装置）与4#尿素装置联产（回收三胺装置尾气），2018年8月利用大修机会对4#尿素装置实施了增设中压分解系统、中压吸收系统以及增设预蒸发器、低压甲铵预冷凝器等一系列优化改造，保证50 kt/a三胺装置尾气（简称三胺尾气）能够被4#尿素装置回收。2018年12月28日，50 kt/a三胺装置开车成功，理论上生成1 t三胺需要286 t尿素（原料尿液由4#尿素装置供给），副产1.0 t NH3（包含反吹氨）和1.05 t CO2，三胺尾气全部返回4#尿素装置予以回收。
50 kt/a三胺装置尾气处理系统由三胺尾气吸收、中压解吸单元组成。三胺尾气吸收单元中，三胺尾气进入三胺尾气吸收器，用来自4#尿素装置的氨水（NH3含量7.20%、CO2含量2.79%）进行洗涤回收，洗涤得到的浓氨水（NH3含量20.2%、CO2含量19.5%）通过尾吸液泵进入三胺尾吸液槽，之后尾吸液通过解吸给料泵送至三胺中压解吸单元，三胺尾吸液槽尾气则与4#尿素装置解吸塔气相混合去回流冷凝器。三胺中压解吸系统设置有中压解吸塔、再沸器、换热器、过滤器、给料泵等，系统解吸能力为35 m3/h，解吸给料泵加压后的尾吸液经尾吸液过滤器、三胺解吸塔换热器管程与壳程的来自三胺中压解吸塔塔底的解吸残液换热，然后进入三胺中压解吸塔顶部，为控制三胺中压解吸塔出气温度，设置了尾吸液换热副线；三胺中压解吸塔操作压力约1.0～1.8 MPa，塔底操作温度约160～185 ℃（三胺中压解吸塔所需热量由其再沸器供给；为防止腐蚀，在三胺中压解吸塔换热器和三胺中压解吸塔再沸器分别加入了来自空气压缩机的空气），三胺中压解吸塔塔顶气相经压力调节阀控制后进入4#尿素装置中压吸收系统，三胺中压解吸塔出液则经三胺解吸塔换热器回收热量后进入解吸残液过滤器，之后送至4#尿素装置解吸水解系统。
4#尿素装置与50 kt/a三胺装置联产（回收三胺尾气）后，总体运行稳定，基本上达到了预期的节能降耗目标。但实际生产中存在一大问题：联产前，4#尿素装置放空总管尾气中氨含量（体积分数，下同）1%左右；联产后，4#尿素装置中压、低压循环系统负荷加大，尿素放空总管尾气中氨含量超标，冬季放空总管尾气中氨含量2%左右，夏季气温高时放空气中氨含量高达4.5%，远超《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）的要求。为保证尿素放空总管尾气氨含量达标，拟采取一系列优化改造措施，以下对有关情况作一介绍。
1 运行问题与原因分析
1.1 运行问题
2019年1月4#尿素装置与二期50 kt/a三胺装置联产（回收三胺尾气）后，4#尿素装置的工艺流程和设备都发生了较大的改变，三胺尾气大量返回尿素装置，使尿素装置的水平衡很难维持；加之低压吸收塔和常压吸收塔的冷凝吸收能力有限，此前未对其进行改造，造成尿素放空总管尾气中氨含量居高不下，不仅增加了尿素生产成本，而且对周边环境造成了污染。简言之，尿素放空总管尾气氨含量高，当时也没有具体的、切实有效的措施予以回收利用，表明系统原流程设计有待优化与改进。
1.2 原因分析
1.2.1 低压吸收塔吸收液浓度高及冷却器内漏
氨水槽Ⅰ室的工艺冷凝液由低压吸收塔给料泵加压后，经换热器冷却至45 ℃左右送至低压吸收塔吸收高洗器排放尾气中的NH3、CO2，吸收后温度约60 ℃的工艺冷凝液经液位调节阀进入排气筒底部，最后返回氨水槽。4#尿素装置联产技改前氨水槽Ⅰ室主要收集的是蒸发闪蒸冷下液、一表冷下液、二表冷下液，改造后氨水槽Ⅰ室主要收集的是预蒸发冷凝器下液、一表冷下液，而蒸发闪蒸冷下液进入氨水槽Ⅱ室、二表冷（A/B）下液进入水力喷射循环槽，由此导致氨水槽Ⅰ室工艺冷凝液氨含量过高。另外，蒸汽冷凝液冷却器（板式换热器）2010年服役，后出现了内漏，蒸汽冷凝液漏到循环水里，由于对整个系统的操作运行影响不大，一直未更换，但蒸汽冷凝液冷却器内漏致低压吸收塔顶部停加冷凝液，造成低压吸收塔出液氨含量高（9%以上）及气相(放空气)氨含量高、放空量大，当三胺装置处于高负荷运行时，低压吸收塔下液经液位调节阀后其压力由0.4 MPa降至常压，高浓度的介质减压后其中溶解的NH3挥发出来，NH3随工艺冷凝液进入排气筒，由于烟囱效应，排气筒底部呈微负压，工艺冷凝液中的氨会再次挥发出来一部分。简言之，低压吸收塔吸收液浓度高、蒸汽冷凝液冷却器因内漏而停用致尾气吸收效果差，最终造成放空尾气氨含量高。
1.2.2 常压吸收塔洗涤液量小
改造前，常压吸收塔洗涤液源自低压吸收塔出液，流量40 m3/h；改造后，常压吸收塔洗涤液来自水力喷射泵出口的水力喷射液，流量10 m3/h，洗涤后形式的吸收液通过低压预冷器给料泵送至低压预冷器回收。由于常压吸收塔顶部洗涤液量较小，吸收效果差，导致来自水解系统和低压系统尾气中的部分NH3、CO2通过常压吸收塔气相管进入排气筒，造成放空尾气氨含量超标、尾气放空量大。
1.2.3 联产技改设计存在缺陷
设计上，三胺装置中压解吸塔气相与4#尿素装置中压闪蒸分离器气相、中压分解塔气相一起进入预蒸发器热能利用段（预热预蒸发器内的尿液）、中压甲铵冷却器、中压吸收塔处理后，未吸收的气体与低压精馏气一起进入低压甲铵冷凝器进行吸收，仍未被回收的气体进入常压吸收塔再次进行吸收。当三胺装置负荷在70%以上时，副产三胺尾气多，4#尿素装置中压/低压吸收系统负荷重，造成常压吸收塔负荷重，致放空量大、放空气中氨含量严重超标；而尿素装置中压/低压吸收系统操作弹性小、操作困难，当其无法正常运行时，三胺装置只能减负荷，以保证尿素装置的正常运行。
对标分析发现，丰喜临猗分公司一期50 kt/a三胺装置与1#尿素装置（产能150 kt/a）、3#尿素装置（产能250 kt/a）联产（回收三胺尾气，一期50 kt/a三胺装置原料尿液主要来自1#、3#尿素装置），1#、3#尿素装置均采用水溶液全循环工艺，在其与一期三胺装置联产前也进行了改造，经多次工艺调整，当一期三胺装置满负荷生产时，产生的三胺尾气完全可以被1#、3#尿素装置回收，1#、3#尿素装置运行正常，操作弹性大；而4#尿素装置采用CO2汽提工艺，在与二期50 kt/a三胺装置联产前也进行了改造，当二期三胺装置负荷超过70%时，4#尿素装置就会因操作困难而无法正常运行。由此表明，二期三胺装置与CO2汽提法尿素装置联产工艺设计有待进一步优化调整与探讨。
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