尿素造粒塔粉尘回收工艺的应用

张永强

(安徽晋煤中能化工股份有限公司,安徽临泉 236400)

1 问题的由来

目前,国内尿素厂家广泛采用的是圆柱形或矩形的高大混凝土造粒塔,通过造粒喷头喷洒尿素熔融物料,经自然通风降温而形成尿素颗粒产品。由于化学反应过程、喷头喷射及不正常操作等,造粒塔顶排放气中带有不可忽视的粉尘,随着生产规模扩大,其损失及对环境的污染越来越严重。一般喷洒每吨物料会产生1.5～2.5 kg的粉尘。排放的粉尘,很大一部分降落在造粒塔周围和厂区附近,大大增加了厂区及附近的大气腐蚀强度,造成金属设施被腐蚀,混凝土地面破裂,农作物减产和其他植物枯黄。近年来,国家对环保的要求愈来愈高,不仅制订了排放标准,而且还将其列入了必须治理的环保项目之中。

“氮肥企业废气、废固处理及清洁生产综合治理技术”,以洗涤回收的方式,能将尿素造粒塔尾气中的尿素粉尘含量从100 mg/m3以上降到30 mg/m3以下,氨含量从50 mg/m3以上降到10 mg/m3以下。这项技术适用于采用自然通风造粒塔的尿素企业。粉尘回收装置的应用不仅有直接的经济效益,而且可以大大减少粉尘的排放,从而达到环保要求。

2 工艺流程(图1)方案说明

2.1 气体流程

尿素造粒塔内含尿素粉尘的气体经出气口,先入一级雾化吸收区,经二次雾化吸收进入二级气液分离装置,然后再经两次二级雾化吸收进入错流气雾收集捕水器,去除雾状尿素液滴后的饱和气体进入三级分离空间,经与塔顶冷空气混合,进一步冷凝含尿素微粒的液滴。经五次吸收,三次分离后符合排放要求的气体排出塔外放空。

图1 尿素粉尘回收装置流程示意

2.2 液体流程

自尿素解吸或尿素水解来的工艺废液,直接进入一、二级喷射错流雾化装置,进行一、二级错流喷射雾化吸收,与上部下来的三、四、五级错流雾化喷射吸收和清洗液一起进入液体收集装置,经循环降液管进入循环槽,出循环槽的循环液体,经过滤装置进入循环吸收泵加压,分别进入顶部五级清洗、吸收雾化喷头,三、四级错流雾化喷射吸收装置,一、二级错流雾化喷射吸收装置,循环吸收。

2.3 技术方案说明

(1)尿素造粒塔内上升的含粉尘气体,在出风口雾化区与下降的循环吸收液充分接触后,气体上升至一级分离段,液体下降进入收集槽。

(2)经一、二级错流雾化喷射吸收的气体进入一级分离段,经特殊设计的大通道、低阻力分离吸收装置,分离含尿素粉尘的吸收液及上升气体,使气体进入三、四级错流雾化喷射吸收段,液体下降继续吸收塔内经一级分布、二级分离上升的气体,增加了分布、分离吸收效果。

(3)经一级分离吸收段上升的气体依次进入三、四级错流喷射吸收装置,其中一、二级和三、四级喷射方向相反(分别为向下和向上),五级喷射吸收主要起清洗作用,避免各级分离、吸收装置被尿素粉尘堵塞。上升的含尿素粉尘气体经三次分离、五级吸收,确保吸收效果。

(4)下降的循环液进入收集槽之前,在造粒塔出气口下部增加液体捕集器,塔顶增加三级分离装置,这样,可避免循环吸收液体溅入塔内和带出塔外。

(5)尿素粉尘回收装置的循环液采用解吸或水解废液作为吸收液的补充,自塔顶五级喷射洗涤喷头加入分离装置,起到洗涤吸收和系统加液及保证塔热压头等多重功效。一定浓度的循环液定期排入尿素蒸发系统予以回收。

(6)在循环吸收过程中,由于尿素溶解吸热和塔顶冷空气的作用,循环吸收液温度不断下降,装置中设置了循环液调温加热器,使温度稳定在一定的范围内,不引起结晶为宜。调温加热器可设在循环槽内,也可在循环槽外。加热源可采用蒸汽,亦可采用热能综合回收利用的方式。

3 粉尘回收装置的特点

(1)装置全部布置在造粒塔上部,采用自然通风,阻力低,不需外加通风设施,操作简便,与原生产系统合为一体,设备少、投资省。

(2)该技术采用三级分离、五级吸收工艺,有效保证除尘效果和气液分离,避免雾化洗涤液带出塔外及溅入塔内,杜绝二次污染和对生产的影响。

(3)采用先进雾化喷嘴,同时进行顺逆流低阻力雾化吸收,同一高度内增加了有效吸收空间和吸收次数,确保吸收效果,减少装置投入。

(4)在吸收、分离过程中,采用低阻力错流技术,控制热压头损失,保证冷却尿素颗粒空气用量。

(5)清洗过滤装置的应用,保证了循环泵的长周期稳定运行。

(6)调温装置的使用,保证循环液最佳吸收效果及循环液中尿素溶化物的浓度。

(7)新型型材的应用,增加了装置的抗风强度,降低装置建设费用。

(8)循环吸收液达到一定浓度时定期回收到尿液槽或蒸发系统,对原生产系统影响小,回收效益明显。

(9)回收排放气中的粉尘尿素,提高了经济效益,保证塔顶排气达标,符合国家环保要求。

4 主要设备

(1)一级分离吸收器;二级分离吸收器;三级分离器;一、二级喷射吸收器;三、四级喷射吸收器;五级喷射清洗器各1套(玻璃钢、316L)

(2)喷射吸收液收集槽1台

(3)循环槽1台

(4)塔体增高箱体1套

(5)调温换热器,清洗过滤器各1台

(6)循环泵2台(一开一备)

(7)管道、阀门及仪表若干

5 工艺指标

(1)温度 循环吸收液40～50℃,吸收液补液50～55℃

(2)浓度 回蒸发系统或尿液槽循环吸收液尿素浓度20%～25%

(3)液位 循环槽液位40%～60%

(4)循环液回收时间 8 h/次

(5)上部通风窗及吸收喷头数量 可根据生产实际情况调节

(6)主要消耗指标

①蒸汽(按回收稀尿液的加工费用计算;吨尿) 1000 kg

②电耗 18.5 kW·h/h

③操作费用 忽略不计(与蒸发并在一起)

6 效益分析

我公司于2009年5月增加1套尿素造粒塔粉尘回收装置,从一年来的生产情况看,运行状况良好。整套装置阻力较小,对成品温度无明显影响,造粒塔排气明显减少。经分析测量,回收尿液6 m3/d,质量分数约为24%。公司16 m造粒塔按200 kt/a尿素生产能力计,则可回收尿素6×24%×330=475.2 t/a,年经济效益(吨尿按1 700元计)475.2×1700=80.784万元。

相应的消耗计算如下。

(1)蒸汽。每m324%稀尿液加工费用,按吨尿消耗蒸汽1 000 kg,吨蒸汽130元计,为475.2×130=6.1776万元。

(2)电耗。循环泵电机功率37 kW(2台),按0.5元/(kW·h)计算,则电耗为18.5×24× 330×0.5=7.326万元(按化肥电价计更低)。

(3)操作费用忽略不计。

效益核算

(1)年直接经济效益

80.784 -6.1776-7.326=67.2804万元

(2)废气达标排放,环保效益巨大

经过核算,本装置总计投资90万元,运行后,年直接经济效益67.2804万元,运行正常不到二年即可收回全部投资。

在运行中,补液使用的是解吸废液代替冷凝液,操作时通过第三层喷头补入系统,在补液的同时也冲洗了液体捕集器。尿素造粒塔应用粉尘回收装置后,对正常生产无任何影响,而且还有直接的经济效益及环保效益,有利于安全文明生产,减少了对周围环境的危害,符合国家环保产业政策及构建和谐社会的要求。

7 存在的问题

(1)夏季暴雨前需将循环液全部回收,停粉尘回收泵,打开粉尘回收槽底部到清洗槽导淋,将雨水排入下水道。断电停车时,要通知泵房堵好地沟,防止溢流的尿液进入排污口,给操作带来不便。

(2)循环液中经常有杂质堵塞泵进口过滤器,造成泵出口压力低于正常值,使喷淋不均匀,降低了洗涤效果。