尿素系统尾气回收项目规划及投用总结

李宪章， 丰 帅， 徐 鹏

(河北正元氢能科技有限公司， 河北沧州 061100)

河北正元氢能科技有限公司尿素生产装置采用CO2汽提工艺，产能为80万t/a。原设计中低压吸收塔直接排向大气，常压吸收塔、尿液槽以及氨水槽的气相放空气进入放空筒后对空排放。

1 尿素尾气回收项目规划

1.1 氨来源情况分析

依据工艺流程分节点取样化验，采集数据及分析结果见表1。

表1 氨来源情况分析

将氨水槽以及尿液槽气相尾气管自放空筒断开后，分别对氨水槽、尿液槽多次取样分析，结果显示其尾气中并不含氨。故本次尾气回收改造项目中并未回收氨水槽及尿液槽放空气。

1.2 装置改造情况

在放空筒收集槽上增加吸收塔填料段[1]，将低压吸收塔、常压吸收塔的尾气送入吸收塔填料段，用脱盐水进一步吸收，塔底设循环泵，溶液经换热器冷却后被送入填料段下层作为一级吸收液使用；同时分别在低压吸收塔、放空筒收集槽底部增加CO2补入，降低吸收液pH值，以增强吸收效果[2]；当吸收液中氨达到一定浓度后外送蒸氨工段，蒸氨装置进一步提升氨水浓度后，将氨水送入氨法脱硫装置。

2 项目施工

2021年1月24—28日，完成填料段的安装、管道碰头等项目施工。1月28日，尿素系统开车，稳定后按照尾气回收并气方案投用并调试。流程见图1。

3 调试投用及工艺控制

3.1 尾气回收系统调试过程

3．1.1 建立液位循环

(1) 排气筒加脱盐水，将排气筒体积流量(FI-4201)控制在 6～10 m3/h，调试初期在溢流管线导淋阀处接胶管排至地下槽，并经地下槽泵送入氨水槽。当解吸负荷最高升至 80 m3/h时，可维持氨水槽液位稳定。因解吸水解系统负荷大，存在工艺控制不稳定的现象[3-4]。

(2) 尾气回收循环泵和氨水外送泵进口阀处加设100目的过滤丝网， 维持运转24 h后，多次拆检过滤网，确认设备和管线内杂物被冲洗干净。

3.1.2 常压吸收塔尾气回收至排气筒

全开排气筒填料段上方吹扫蒸汽阀。缓慢关闭4楼气相总管阀门，观察常压吸收塔压力(PI-42309)无明显上涨、蒸发系统真空度无明显变化，常压吸收塔尾气并入放空筒过程较为稳定。缓慢打开尾气回收装置CO2阀门，控制去排气筒 CO2体积流量(FI-0102)为500 m3/h，控制FI-4201为6 m3/h，排气筒液位由氨水外送泵送至氨水槽以维持填料段液位约为1 400 mm。排气筒进冷凝器吸收液温度(TG-0102)和排气筒出冷凝器吸收液温度(TG-0103)均高于30 ℃后，板式换热器(E-0101)循环水投用。

常压吸收塔尾气并入排气筒吸收段后，发现TG-0102、TG-0103低于30 ℃时，氨水外送泵抽空，无法正常运行。经拆检氨水外送泵进口过滤网，发现碳铵结晶堵塞进口管道。接蒸汽胶管通入排气筒底部，当排气筒内液体升温至 40 ℃左右时，氨水外送泵可正常运行，未出现堵塞现象。

常吸塔尾气并入排气筒后，外送氨水中NH3质量分数为0.3%～0.5%、CO2质量分数为0.7%～1.0%。氨水槽中NH3质量分数上涨0.5%左右、CO2质量分数上涨2.5%左右。为保证低压系统压差，低调水控制温度提升约3K，对低压系统影响较大。

经综合分析后，将外送氨水由氨水槽转至蒸氨装置，氨水槽中 CO2质量分数为8%～9%，低调水温度恢复正常控制值。

3.1.3 低压吸收塔尾气回收至排气筒

(1) 控制FI-4201至8 m3/h。

(2) 通过调节低吸塔气相调节阀开度(PV-42203)，控制低吸塔气相压力(PI-42203)为0.25 MPa；全开低吸塔气相的吹扫蒸汽阀。

(3) 缓慢打开控制去低吸塔CO2体积流量(FI-0104)为500 m3/h，FI-0102为1 000 m3/h。

(4) 逐步全开低吸塔气相管线至排气筒阀门后，逐步关闭低吸塔气相对空排放阀门，将低吸塔气相导入排气筒填料段下方的进气段内；低吸塔倒气过程中PI-42203及PV-42203、常吸塔气相压力(PI-42309)、排气筒进气段压力(PI-0101)无明显变化。

(5) 停排气筒并吹扫蒸汽后，通过冷凝器(E-0101)控制TG0102、TG0103为35～40 ℃。

(6) 取放空筒气相组分，分析H2、O2、N2、CO2、NH3的质量分数，发现NH3质量分数波动范围为20×10-6～100×10-6。经讨论分析认为填料段内存在汽提现象[4]，逐步调整FI-0104至200～300 m3/h、FI-0102为600～700 m3/h 后，尾气组分数据平稳，达到最佳状态。

4 排放数据

改造完成后，由黄骅市渤新环保科技有限公司分3次对尾气排放口进行检测，检测数据见表2。

表2 氨质量浓度检测数据

5 氨回收量

改造后回收氨水质量流量为8.5 t/h，氨水平均质量分数为0.18%，则全年(按330 d计算)氨回收质量约为121.17 t。

6 改造效果

尿素尾气回收项目建设并投用后， 将低压吸收塔和常压吸收塔尾气回收至放空筒，通过新增加的吸收塔填料段，用脱盐水吸收尾气中的氨，同时补入CO2降低pH值以提高回收率，最终放空尾气中氨质量浓度<30 mg/m3，可回收氨质量为121.17 t/a。

7 结语

经过前期考察、数据采集分析、理论性探讨以及工艺设计，历时约6个月完成尿素尾气系统氨回收以及达标排放项目。经证明，这是一套实用且可靠的装置，达到预期效果。