我公司变换、脱碳改造后对尿素生产的影响及解决办法

李贞亿

（贵州化肥厂有限责任公司，贵州贵阳 551415）

0 引 言

贵州化肥厂有限责任公司为年产200kt合成氨、300kt尿素、150kt高塔造粒尿基复合肥的中型氮肥企业，老系统于1978年建成投产，新系统于2002年5月建成投产。老合成净化系统改造前工艺为，中串低变换，喷射氧化再生栲胶脱硫，热甲碱脱碳，铜洗精炼。新合成净化系统工艺为，带饱和热水塔的中串低变换，喷射氧化再生栲胶脱硫，GV双塔再生热甲碱脱碳，联醇带铜洗精制。老系统因为多年的生产调试及技改也基本稳定。但新系统开车以后，由于工艺设计不合理，导致系统不稳定，生产能力达不到设计要求，操作弹性小，故障率高，消耗高。新系统自投产以来，我公司对净化系统做了大量的技改工作，实现系统高负荷、长周期、安全、经济、稳定运行。但由于净化系统改造后工况发生了变化，原料CO2气有机硫含量高，造成尿素合成塔腐蚀严重，多次因腐蚀泄漏而停车，对尿素系统长周期安全运行带来了较大威胁。通过对尿素脱硫系统改造后，实现了尿素系统的长周期安全稳定生产，现总结如下。

1 新系统变换存在的问题及改造

1.1 带饱和热水塔中串低变换工艺存在的问题

针对装置存在设备腐蚀大，中变换热器及水加热器相变及H2S腐蚀严重，一台新换热器使用周期只有一年，变换系统因设备泄漏多次造成停车；蒸汽消耗高，吨氨耗高压蒸汽1.1t左右；饱和热水塔热水需用氨水调节pH值，排污环保压力大等问题，我公司决定采用全低变工艺取代已有的带饱和热水塔中串低变换工艺，于2005年3月份改造完毕并投运。

1.2 改造概况

增加1台换热器，1台冷激塔，取消饱和热水塔。用饱和塔作为除油剂塔，热水塔当通道。中变炉一段上层装填抗氧剂，中、低变炉其余部位装填低变催化剂。原稀氨水泵用作冷激塔软水泵。整个技改工程投入资金500余万元，一年半可收回成本。

1.3 改造后运行效果

改造后吨氨耗蒸汽0.3t，每年节能降耗效益达350万元以上。生产能力有了较大提高，从原总氨100kt／a提高到130kt／a，操作稳定，设备腐蚀轻微，没有一次因全低变而停车，实现了变换系统的长周期安全经济稳定运行。老系统变换于2007年底技改为全低变工艺。

2 脱碳改造

2.1 GV双塔再生脱碳存在的问题

GV双塔再生脱碳投运后，达不到设计生产能力。半贫液再生效果差，导致吸收能力差，设计生产能力处理气量为55 000m3／h，但实际生产能力只有44 000m3／h。针对这一问题，我们将高压再生塔贫液引70m3／h到低压再生塔半贫液段，一方面增加再沸器的热负荷，通过蒸汽加热获得再生所需热量；另一方面提高半贫液的再生效果，从而提高半贫液的吸收能力。改造后，实现了系统过55 000m3／h量的目标。

GV双塔再生脱碳工艺经济运行效果差，主要问题是蒸汽消耗高，吨氨耗蒸汽3.0t以上；再生部分管线腐蚀严重，开车1a后经常因腐蚀泄漏造成系统停车；生产操作弹性小，生产负荷在55 000m3／h（五机量）的工况下，蒸汽用量稍有减少，则易引起吸收塔出口CO2超标；运转设备多，调节较复杂，生产操作繁琐；化工原材料消耗及电耗高，一年运行费用在800万元以上。针对上述问题，决定采用变压吸附（PSA）脱碳工艺取代GV脱碳双塔再生工艺，于2004年3月份建成投产。

2.2 改造后运行效果

变压吸附在运行过程中，对系统负荷的变化适应性强，处理能力可达70 000m3／h，操作简单，只需根据负荷变化情况对循环时间作适当调整即可，氢回收率≥98%，氮回收率≥95%，对稳定系统、降低消耗起到了重要作用，不考虑有效气体损失，年运行费用90万元。为此，公司于2007年底在老系统新建1套120 000m3／h全吹扫流程变压吸附装置，用于处理两套合成氨的变脱气；新建1台1 000m3的CO2气柜，供两套尿素生产所需CO2原料气。

3 变换、脱碳改造后对尿素生产的影响及解决办法

3.1 改造后工况的变化

全低变改造后，由于催化剂层温度较低，在360℃左右，蒸汽用量少，一般吨氨耗蒸汽0.3t，降低了有机硫在变换工序的转化度。我公司半水煤气中有机硫含量一般在800～1 400mg／m3，改造后变换出口有机硫≥10mg／m3，最高时达25mg／m3。热甲碱脱碳改为变压吸附脱碳后，有机硫和无机硫在变压吸附脱碳工序全部被吸附，在再生时解吸出来，除一部分随着再生气放空外，其余全部回到CO2气柜中，这样，造成尿素的原料CO2气中有机硫达35mg／m3左右，而在尿素装置又没有处理有机硫的措施，所以，尿素合成塔腐蚀严重，2008年上半年因尿素合成塔腐蚀泄漏停车3次，严重威胁尿素装置的安全、稳定、长周期运行。

3.2 有机硫含量高的解决办法

针对技改后有机硫高的问题，公司决定在全低变后增加有机硫水解塔，用原饱和热水塔下段热水塔作为水解塔，装填水解剂；由于水解塔进口温度要控制在135～175℃，我们专门设计了副线，使部分低变炉出口气不经换热器换热直接进水解塔，以保证水解塔的温度。技改后，水解塔出口有机硫含量≤5mg／m3，CO2产品气中有机硫含量≤10mg／m3。针对CO2产品气中有机硫含量仍然较高的状况，我们将尿素CO2压缩机三段四台脱硫塔中的两台改装有机硫水解剂。为了保证水解塔进口温度在60～80℃，在水解塔进口增加1台蒸汽加热器，用于水解塔提温；在水解塔出口增加循环水冷却器，用于将水解塔出口气体温度降到40℃，从而保证脱硫塔脱硫效果。在尿素CO2压缩机二段增加了2台脱硫塔，用于脱除CO2气中绝大部分H2S，使进三段水解塔气体中的H2S≤10mg／m3，为有机硫的水解创造良好条件。有机硫水解后，原料CO2气进入一台脱硫塔进一步脱硫后，使A31总硫≤10mg／m3，完全满足了尿素生产对入合成塔总硫的要求。自2008年7月份技改以来，尿素合成塔运行稳定，内衬腐蚀速率控制在允许的范围内，保证了尿素系统的长周期、高负荷、安全运行。

4 结 语

我公司净化系统通过近五年的不断改造，工艺逐步完善，现已改造为全低变变换、栲胶脱硫、变压吸附脱碳、联醇带烃化工艺，装置生产能力得到较大提高，由年产总氨180kt提高到200kt；生产负荷及操作弹性大，系统没有一次因加减负荷及操作控制发生事故，实现了系统的长周期安全稳定运行；节能降耗显著，年经济效益共计达3 000余万元，实现了生产经济运行的目标。虽然技改后尿素系统曾出现过一些问题，但通过进一步技改后，尿素系统也实现了长周期高负荷稳定运行，使公司生产实现了良性发展。