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化肥厂氨回收装置系统分析和解决方案
发布时间:2012/7/30 10:42:30 点击次数:4190
摘要:本文从氮肥厂氨回收的工艺特点出发,分别介绍循环冷却喷射塔板技术、等压复合吸收塔板技术、低阻力膜喷射塔板技术、径向侧导喷射塔板技术,应用于碳化氨回收塔、等压回收塔、铜洗再生氨回收塔、蒸氨塔的情况,并在此基础上提出氨水逐级提浓的最优工艺路线,彻底解决化肥厂氨外排问题。

化肥厂氨回收装置系统分析和解决方案

(天津市创举科技有限公司 300130)

 

前言

    多年以来氨肥厂一直存在着废氨水、氨气排放问题,既污染了环境,又浪费了资源。如果解决好不仅能彻底解决环保问题,又能为企业带来很大的收益。这是一项双赢的事业,利国,利民,利企。我们对化肥厂氨回收的工艺特点、装置和传质机理作了全面系统地研究分析,分别开发了循环冷却喷射塔板技术、等压复合吸收塔板技术、低阻力膜喷射塔板技术、径向侧导喷射塔板技术,分别应用于碳化氨回收、等压回收塔、铜洗再生氨回收塔、蒸氨塔,效果非常明显,彻底解决了氮肥厂氨外排问题。

1、碳化氨回收塔

    碳化尾气氨回收塔是用水将碳化尾气中的氨回收下来,在吸收氨的同时,主要利用形成的氨水将CO2也吸收下来。一般要求塔顶气体指标为NH3≤0.1g/m3,CO2≤0.2%,软水的用量应确保吨氨吨水。如有联醇生产软水的用量还应更低。影响氨的回收主要有三个因素:其一是压力,压力越高越有利吸收。其二是温度,温度越低越有利于吸收。其三是吸收塔塔板的吸收效率。压力是工艺本身一定的不能改变,常见的有0.6MPa和1.3MPa碳化系统。1.3MPa尾气吸收塔软水耗量更小一些。只能从温度和塔板效率解决。吸收塔的温度控制最为关键,因为温度不仅影响氨的溶解度还影响氨的平衡分压。氨吸收是一个放热反应,氨水温度每提升10℃,氨的平衡分压上升80%以上,吸收能力则下降一倍多,这也是为什么氨回收塔都有冷却水箱进行冷却的原因,仅靠高效率的塔盘本身是不能完全解决的。应该做到采用高效率的塔盘与冷却水箱很好的结合。

    在吸收塔的下部,因气体中氨浓度较高,溶解量大,造成氨水温升高,须考虑在塔盘上装冷却将塔內热量移走,而塔上部几层塔盘氨浓度低,温升很小,没有必要加冷却。而有些厂家也加了冷却,不仅未起好作用,相反起到负作用,原因是一般进塔软水要比冷却水温度低,上部冷却水不仅未起到降温的作用,反而起到了升温的作用。结合本工段的工艺特点,我们开发的是循环冷却吸收塔盘,吸收和冷却在塔盘上一次完成。此结构与传统的泡罩塔盘相比,既能保证大通量、低阻力,又能确保吸收效率。

2、等压回收塔

    等压回收塔的作用是将驰放气中的氨经等压回收塔用软水或稀氨水回收下来,有些厂也将合成放空气引入该塔。

    本回收塔的工艺特点是:压力较高、气体氨浓度高,所以氨水很容易提浓,能达到200tt以上。从氨水的气液平衡数据核算,少量加水即可满足指标要求,但多数厂家运行效果不好,原因是塔吸收装置设计不尽合理。

    目前,传统泡罩塔盘作为等压回收塔传质塔盘居多,在塔底装有冷却水箱,确实起到大量回收氨的效果,但塔板上没有冷却,吸收能力未能全部发挥,所以出塔气含氨仍很高。

    等压回收塔和碳化尾气吸收塔相比,其气相氨浓度要高得多,溶解热大量放出,可造成塔温升更高。尽管塔底部依靠冷却作用溶解了大量氨,但塔盘段往往因没有冷却,温度很高,起不到很好的吸收效果。而传统的泡罩塔盘因塔径较小,在塔盘的泡罩之间无法排布冷却水箱,即使安装,其冷却面积也很小,不能满足设计要求。目前常见的塔盘在这种塔的气相负荷下,均不能满足塔盘上的持液深度,即使冷却水箱面积很大也不能起到冷却效果。

    等压回收塔的气相负荷小且气量的波动较大,常见的板式塔的弹性不能满足其要求。如果气量负荷小时,塔盘上的液体会漏干,形成所谓的干板,丧失了塔盘的吸收机理,当气量变大,需要时间重新建立平衡,致使该塔操作不能稳定进行。

    结合该塔的工艺特点,我分司发明了导气管气液接触塔盘装置,该塔盘装置即保证了塔盘的持液量和持液高度,不受气量波动的影响,又保证了塔盘便于大面积冷却水箱的安装。

    此装置使得等压回收塔的各项指标大有改观,不仅确保出塔氨水浓度200tt以上,而且出塔气氨含量很低,一般出塔气NH3<10ppm。这是其它装置难以做到的。

3、铜洗氨回收塔

    铜洗再生气氨回收是在接近常压状况下进行的,水吸收氨的能力很低。由于系统阻力降的限制,一般板式塔不能满足系统压力降的要求。所以,绝大多数厂家选用填料,因填料的阻力降较低。但填料塔受本身持液量小,持液时间短的限制,根本不适合该工艺小液气比的特点,喷淋密度小且无法安装冷却。一些厂家采用液相打循环、塔外加冷却器的办法,但此种做法完全破坏了吸收塔逐板吸收形成浓度梯度机理,多高的填料也仅相当一层理论塔板。

    填料塔不适合实现吸收原理,传统板式塔又受阻力降限制。就此工艺特点,我方发明了膜喷射塔板技术。该塔板采用膜喷射原理,将喷咀处的液膜经喷射分散成比表面积较大的小液滴,气相克服的是喷散液膜的阻力,阻力非常小,而不是像其它塔板那样要克服穿越静液层的阻力。经喷射的液滴落回塔盘,经冷却后靠液层的静压差再次进入膜喷射循环管。该塔目前的性能指标达到氨水浓度≥60tt,出塔气氨含量≤0.25%。

4、蒸氨塔

    等压回收塔塔底产生的200tt浓氨水,因含水量大,不能直接加入碳化塔,否则造成母液过剩,水不平衡,必须进行蒸氨操作,将浓氨水进一步分离。有碳化工段的厂家可设置蒸氨塔将低压蒸出的氨(含氨重量比≥65%)用于高位吸氨后母液提浓,利用变换气或脱碳闪蒸气中的CO2制得碳酸氢铵。尿素解吸有富余处理能力的厂家,可根据厂家具体条件将氨回收流程中的一部分氨水送往尿素解吸塔进行氨回收。浓氨水分离方法除了低压解吸蒸氨外,另一重要的方法是中压蒸氨制取无水液氨作为产品,蒸氨废水达标排放或回收利用。

    低压解吸蒸氨与中压蒸氨都是氨水分离的解吸过程。低压解吸蒸氨主要是满足塔底排放指标含氨≤100PPM,塔顶水含量≤36%,满足碳化或尿素水平衡即可。采用塔顶有回流、塔顶进料的方式,解吸压力在0.39 MPa表左右即可达到目的。要达到纯度≥99.7%的气氨就必须在1.8-1.9 MPa表下,采用中部进料、有回流的流程,既要塔顶纯度达标,又要塔底排放达标。通过我公司对两种改造方案的实例证明,各厂可以根据本厂实际条件,确定适合自己的蒸氨方案。

    针对蒸氨的工艺特点,我方采用径向侧导喷射塔板技术应用于该塔,效果显著。该技术从根本上改变了传统的泡罩塔板、浮阀塔板的气液传质方式。气液是通过在罩内破膜、拉膜、提升、混合、湍动等过程完成传热、传质,然后气液通过罩孔喷出,液相由于重力作用落到塔板上,气相继续上升。所以该塔板具有处理能力大(一般比浮阀高出50%以上)、板效率高(一般比浮阀高出10%以上)、操作弹性好、压降低、抗堵塞能力强等特点。

5、工艺流程的优化

    如何真正实现合成氨系统氨的全部回收利用,确保节能降耗提高效益。不仅要注重塔装置的技术进步,还应进一步加强系统工艺流程优化。我方结合自身塔器技术优势提出氨水逐级提浓工艺路线。

    工艺流程及特点:含氨12%左右的精炼再生气进入常压操作的铜洗氨回收塔下部,与从塔顶下来的软水接触生成≥60tt稀氨水,出塔气返回罗茨鼓风机;含氨小于30g/Nm3的碳化尾气在综合塔内与从塔顶下来的软水接触生成≥70tt稀氨水,出塔气去精炼工段;液氨贮罐来的弛放气与合成系统来的吹除气混合后进入等压回收塔,与中部进塔的铜洗氨回收塔和综合塔来的稀氨水接触,生成≥200tt氨水,为了保证塔顶出塔气氨含量≤0.1g/Nm3,塔顶补入少量软水;如果等压回收塔塔底氨水全部进入碳化系统,仍会造成大量稀氨水外排,所以增加一台解吸塔,塔顶气氨含量50%左右,塔底水可以直接排放,也可做为造气工段废热锅炉给水,既节省软水用量,又可充分回收热量。该流程即使系统不补氨,也能实现合成氨系统无氨水排放。

结语

    通过60多套工业装置的应用证明,循环冷却喷射塔板技术、等压复合吸收塔板技术、低阻力膜喷射塔板技术、径向侧导喷射塔板技术分别应用于碳化回收清洗塔、等压回收塔、铜洗再生氨回收塔、蒸氨塔,效果显著。对企业调整产业结构、降低生产消耗、治理环境起到至关重要的作用,为企业带来了巨大的经济效益和环保社会效益。

 
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