淺析尿素解析水解電導超標原因

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　　摘要：呼倫貝爾金新化工尿素裝置，采用荷蘭Stamicarbon公司的二氧化碳氣提法，裝置自2012年7月份開車以來，因工藝、設備、經驗等方面因素，解析水解廢液有超標現象，本文著重分析實際生產中電導超標的原因。
　　關鍵詞：尿素;解析水解;電導;超標
　　1 流程概述
　　呼倫貝爾金新化工有限公司的尿素水解系統，采用的是荷蘭Stamicarbon公司的水解、解析系統。該技術特點是：水解塔為立式結構，設備結構簡單、占地面積小、容積大、停留時間長、工藝冷凝液與蒸汽在塔內逆向接觸，操作簡單，水解凈水指標能達NH3≤3mg/L、Ur≤3mg/L。
　　尿素生產過程中在蒸發系統中會產生大約7.5%NH3、5.9%CO2和1.6%Ur的工藝冷凝液。這些工藝冷凝液儲存在氨水槽V703內，由解析水解系統處理。解析水解系統中有兩個解析塔C801A/B，它主要是在C801B底部通入0.4MPa蒸汽，對工藝冷凝液中的NH3和CO2進行蒸餾。經過這道工序后，冷凝液中的NH3和CO2基本上被蒸餾出來，但冷凝液中還有大量的尿素。水解給料泵P801A/B將含有尿素的工藝冷凝液進行加壓，經過換熱器E803A/B加熱后送入水解塔C803，在此設備中通入2.3MPa的蒸汽，使得C803內操作條件是1.8MPa壓力205°C的溫度，在這樣的條件下，尿素發生水解反應：
　　CO（NH2）2+H2O=2NH3+CO2
　　出水解塔C803的尿液中尿素基本上被除盡，但還有少量的NH3和CO2。因此再把水解液送至第二解析塔C801B進行最后一次蒸餾，從C801B出來的液體稱之為凈水，其指標為NH3≤3mg/L、Ur≤3mg/L，送至熱電的凝結水箱，若外送凈水CI8101<30us/cm時可以切換至循環水系統，凈水CI8101大于30us/cm時必須停止外送循環水，通過FIC8106改送至V703。水解系統流程圖見圖1所示。
　　2 原因分析
　　2.1 進料組分
　　2.1.1 開車初期
　　裝置停車高壓排放過程中，循環吸收效果差，蒸發系統停運，低壓甲銨液位槽V301內稀氨水排至V703，期間V703內的組分升高。正常生產時V703濃度見表一。開車初期V703濃度見表二。由表一和表二數據對比可以看出，停車排放后，NH3和Ur的含量比正常生產時偏高，尤其是尿素含量要高出許多。
　　2.1.2 高壓系統
　　高壓系統指標不在控制范圍內。特別是高壓系統NH3/CO2、H2O/CO2失調，致使高壓系統的轉換率下降，進入后系統負荷加重。尿素的反應方程式為：
　　2NH3+CO2=CO（NH2）2+H2O
　　從反應方程式看出，尿素的生成也伴隨水的生成，水的存在會降低尿素合成轉換率。理論分析，H2O/CO2每增加0.01，合成塔內尿素的轉換率就要下降1.5～2.0%，轉換率下降使尿液中的NH3、CO2量增加，這就增加了汽提塔的負荷，導致汽提效率下降。汽提效率下降勢必加重循環系統負荷，使循環吸收系統需要更多的水來吸收NH3、CO2，吸收后的溶液返回合成塔，使高壓系統H2O/CO2增高，轉換率下降，系統進入惡性循環。設計H2O/CO2為0.42。操作中應盡量靠近此數據來操作。
　　2014年11月14日對合成塔出液取樣分析，其中Ur為28.30%，NH3為32.65%，CO2為15.70%。根據以上數據可以算出：H2O/CO2=0.99。H2O/CO2嚴重超出設計值。
　　2.1.3 蒸發系統
　　蒸發系統的真空控制過高，尤其是蒸發二段真空控制過高時，在蒸發分離器內（S401、S402）閃蒸出去的NH3、CO2和Ur就會增多，S401、S402內的NH3、CO2和Ur過多的被帶入蒸發冷凝系統中，導致V703內氨、尿素含量升高。
　　2014年11月12日，09：00蒸發二段真空較高為4.70kPa，水解負荷為64m3/h，水解系統壓力PIC8102偏高達1.84MPa，水解塔塔底溫度TI8107為205.10°C，C803放空閥位64%，C803用汽量FIC8104為3.4t/h。此負荷對應的放空閥、蒸汽量、壓力都偏高，說明V703內尿素含量偏高或進入水解塔C803的游離氨含量高。12日對V703內組分進行分析，分析結果為：CO2含量為1.82%，NH3含量為4.97%，Ur含量為1.84%。09：48破二段真空至5.2kPa，水解系統逐步恢復正常。
　　2.1.4 甲銨液少量漏入V703
　　與氨水槽V703相連介質管線上切斷閥未關死或者出現內漏;與事故槽V706相連介質管線上閥未關死或者出現內漏，并且V706向V703內倒液。 　　低壓循環系統E302循環管導淋是通過CY管線排入事故槽V706內。2014年7月16日，現場巡檢發現此導淋未關死，V706的液位正通過P706向V703內倒液。水解系統表現為PIC8102高、水解塔塔底溫度TI8107低、解析壓力PIC8101高、電導CI8101高。經分析V703內尿素濃度為：1.12%，V706內濃度為39.9%，由數據可知V706內尿素濃度嚴重超指標。
　　2.1.5蒸發分離器S402氣相積存過多尿素
　　在蒸發系統中，使用的是高效升膜式長管蒸發器。上部為分離器，下部為長管式加熱器。滿液時極易氣液夾帶，使尿液進入蒸發系統或者在百葉窗和氣相喉管處，即便是正常生產時，在百葉窗和氣相喉管處極易積存縮二脲，在蒸發進行沖洗時，積存在喉管處的縮二脲易進入蒸發冷凝系統，導致V703內氨、尿素含量升高。
　　2013年7月份停車大修時，打開S402氣相喉管處，發現S402喉管處積存尿素過多。針對這種現象，車間提出在S402膨脹節處增加檢修人孔和環狀噴淋裝置這一技改。目前蒸發系統沖洗的要求：每班接班后2h、下班前2h對蒸發一段百葉窗及頂部、二段S402氣相各沖洗一次。2014年5月份大修時發現喉管處的縮二脲明顯減少。
　　2.1.6 甲醛的影響
　　為了提高尿素產品質量，提高尿素的強度，公司于2014年7月22日在蒸發U型管處添加甲醛。甲醛加入蒸發系統中，不可避免的通過蒸發冷凝系統進入V703內。表三為未添加甲醛的凈水指標，表四為添加甲醛后的凈水指標。由表三和表四數據可以看出，添加甲醛后凈水NH4+上漲較為明顯，Ur略有上漲趨勢。
　　2.2 蒸汽量不足
　　一定量的解析負荷對應一定的蒸汽量，根據Stamicarbon設計的工藝流程，解析的滿負荷是80m3/h，C801A/B采用低壓蒸汽，進汽量FIC8102為17t/h，水解塔C803采用抽汽，進汽量為4t/h，當加入的蒸汽量不足時，解析水解不徹底，解析塔塔頂的溫度TI8111是一個重要的參考，當塔底通入的蒸汽過量時，首先表現為TI8111溫度上升;塔底溫度TI8109溫度過低，解析效果不好，出液中的NH3和CO2含量就會升高，進而增加水解塔的負荷，影響到水解效果。
　　水解塔加熱蒸汽來自抽汽管網，壓力為2.3MPa，水解塔操作壓力為1.8MPa，低負荷時抽汽的壓力只有1.95MPa，此時壓差比較小，水解塔加熱蒸汽量不足時，水解塔塔底溫度TI8107就會下降，導致大量未水解的工藝冷凝液進入第二解析塔C801B，致使C801B負荷加重，造成解析凈水電導超標。在操作中尤其注意抽汽壓力不能波動過大。抽汽波動較大原因有P102A跳車、合成系統封塔停車。
　　2.3 解析塔液位控制過高
　　解析塔C801為單溢流篩板塔，設計為逆流接觸形式，同時為了保證兩相有充分的接觸，塔內裝有塔板。上部有15塊塔板，下部有24塊塔板。中間由一塊升氣板將C801分為上下塔，一旦液位控制不當，直接影響氣液比，使塔板的效率下降。液位控制過高，便會發生淹塔現象，使塔板之間的氣液分離空間消失，無法起到精餾和提餾的目的，直接導致凈水CI8101升高。因此在實際操作中，要控制好解析塔的液位。
　　2014年10月23日第二解析塔C801B液位計LIC8103失靈，儀表確認為該液位計膜片損壞。因開車塔內介質為稀氨水，無法檢修。儀表通過將C801B液位憋至C801A，通過簡單計算得出大概液位，現LIC8103通過儀表算出的液位和經驗值手動操作，期間水解凈水電導有小幅度波動。
　　2.4 解析塔液泛導致凈水超標
　　液泛是指液體不能靠重力自上而下流動，而是被塔底進入的蒸汽一起從塔頂吹出。
　　發生液泛后，回流液位槽V801瞬間滿液、P801至水解塔C803閥位LIC8101關小，C803液位LIC8102下降迅速。在處理過程中，需要減少蒸汽的用量，隨著蒸汽用量的減少，解析塔內氣液平衡被打破，造成水解凈水CI8101上漲。
　　解析塔塔板被吹翻，2013年11月至2014年5月，解析系統極易發生液泛現象，在處理過程中采取解析退汽待系統好轉后，逐步加蒸汽的方法處理。5月份大修對解析塔拆開后發現C801B進汽擋板撕裂、最下層塔板被吹翻。
　　2.5 其他原因
　　出現水解系統液泛的原因還有很多，如換熱器E801、E802、E803有漏，蒸發系統打循環時間過長、解析塔C801升氣帽處有焊縫、第一解析塔塔板開焊漏至第二解析塔、塔板結垢嚴重堵塞小孔、系統內的甲銨液或尿液漏入氨水槽中等。
　　3 解決措施
　　3.1 開車初期
　　開車初期，V703內濃度較高且液位較高時，可降低V703液位之后再進行升溫。水解系統升溫的過程同樣是對V703內濃度進行稀釋的過程。開V703排放排至V707內，將V703液位降至20%，當液位升至60%左右時，凈水基本上可以達到指標。系統運行正常后，再將V707內較高濃度的稀氨水通過P707倒液至V703。倒液的過程中要嚴格控制倒液速率不可過快，同時還要觀察凈水電導、解析系統壓力、解析塔和水解塔塔底溫度的變化情況。
　　冷凝液電導超標;加入的蒸汽過量，容易造成C801的液泛。
　　3.2 解析系統的控制
　　解析進料組分比正常偏高時，解析塔所需要的平衡熱量就會增多。在操作過程中要增加水解塔和解析塔的蒸汽用量，期間要注意觀察解析塔氣相溫度。當解析塔加熱蒸汽量不足時，就必然導致解析塔頂部溫度降低，同時從解析塔頂部向下流動的液相溫度也會降低，最終增加由下層塔板上升氣相的冷凝量，使得降液管內的液位上升，形成液泛。為解決解析塔帶液現象，就需通過增加解析塔的蒸汽用量，提高解析塔頂部溫度，同時保證解析塔氣相水含量在40%左右。
　　3.3 高壓系統的控制
　　控制好合成系統的NH3/CO2、H2O/CO2，尤其是對H2O/CO2的控制。由11月14日的數據可以看出，系統的H2O/CO2已經嚴重超出設計值。
　　3.3.1 減少進入高壓系統水量
　　在實際的操作過程中，應減少系統的水量，待系統的壓力穩定后，再逐步減水量。在減少水量的過程中，要注意系統的變化情況，其中包括系統壓力、合成塔及池式冷凝器的溫度、汽提塔的耗氣量、汽提塔出液溫度、以及循環系統的壓力的變化情況。
　　3.3.2 提高水解系統濃度
　　可采取開大FIC8103提高回流量和適當降低解析氣相溫度的方法來實現。在降低解析氣相溫度時，解析塔的壓力控制在0.2MPa，同時也要保證解析塔出氣中的水含量在40%。
　　3.3.3 提高循環系統的濃度
　　為提高循環系統濃度，盡量開大水解回流液FV8201，減少FV3206的量，PIC3201盡量關小，提高循環系統壓力。
　　3.4 蒸發系統
　　通過增加沖洗頻率和延長沖洗時間、利用蒸發打循環期間開大沖洗水、蒸發熱煮等手段解決喉管處縮二脲積存問題。蒸發系統的真空不易控制過高，控制過高時V703濃度升高，還會導致產品的水含量降低，降低尿素產量。
　　3.5 提高巡檢質量
　　當解析水解系統不正常時，現場應逐個排查，避免甲銨液、尿液進入氨水槽和事故槽內。
　　3.6 防止液泛發生
　　為了防止液泛現象的發生，在操作中切忌加蒸汽過猛，也不要大幅度調節蒸汽的用量。水解系統開車時，如果加熱蒸汽太多，頂部進料極易造成液泛。水解加負荷時，要先加一些進料，再加一些蒸汽，逐步加到所需的量;減負荷時，先減蒸汽后再減進料，可有效的避免液泛。
　　4 結束語
　　解析水解凈水電導CI8101出現上漲后，應盡快查找原因，避免因長時間的未調節，影響凈水外送，嚴重時還將影響高壓系統的穩定運行。
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