CO2汽提塔出液温度异常升高的原因分析

康 瑄,张东旭,魏小鹏,陈 祥

(兖矿新疆煤化工有限公司, 乌鲁木齐 830000)

兖矿新疆煤化工有限公司(简称兖新煤化)煤化工项目规划设计产能为300 000 t/a甲醇、520 000 t/a尿素,同时副产26 000 t/a硫酸、50 000 t/a液氩、20 000 t/a液氧,项目于2012年投产运行。2020年兖新煤化于9月下旬至10月中旬进行年度大修,于2020年10月21日系统正式开车。系统开车后出现汽提塔出液、出气温度指标异常偏离,同时出现负荷明显后移至低压循环系统,导致低压循环系统负荷重,影响生产质量与尿素氨耗,系统操作困难。

1 CO2汽提工艺流程

从尿素合成反应塔中溢流出的合成液温度控制在181～185 ℃,进入汽提塔上部,经汽提塔上部的液体分布器分布后,合成液均匀流入汽提塔列管内,并以膜状形式沿管壁向下流动。CO2气体从汽提塔塔底进入汽提塔列管内并与液膜逆流接触。由于汽提是一个吸热过程,所以在壳侧2.5 MPa左右的蒸汽提供热量的条件下,合成液中的氨基甲酸铵受热分解成NH3、CO2,同时与原料气中新鲜的CO2气体混合后,从汽提塔顶部进入高压甲铵冷凝器进行反应,从汽提塔底部出来的液体进入低压循环系统提纯CO(NH2)2并回收未反应的NH3、CO2[1-2]。

2 存在的问题

系统存在的主要问题为:(1) 汽提塔出液温度异常高。(2) 尿素吨氨耗增大。(3) 常压吸收塔出液温度上升近12 K。(4) 氨水槽中NH3、CO2浓度增加异常明显。

3 原因分析及解决措施

针对以上存在的问题,初步分析为高压系统汽提塔出现问题,本应在高压系统完成的负荷后移至低压循环系统,造成各指标异常。因汽提塔工作异常导致气体效率降低,返回高压甲铵冷凝器的汽提气减少,惰性气体含量不断积累增加,最终导致高压洗涤器的放空阀开度增大,氨也随之排放出系统造成氨损失,低压甲铵冷凝器负荷、常压吸收塔及后系统出现指标整体变化,影响工艺操作,使系统恶化,最终停车处理。

通过优化工艺控制指标,从5个方面进行原因排查:

(1) 汽提塔液位过高。由于汽提塔壳侧通入2.5 MPa左右的蒸汽加热,而汽提塔液位过高,使得汽提效率降低;壳侧蒸汽直接变成加热合成液的热源,使汽提塔出液温度增大。将汽提塔出液阀开大,保证在其液位在不窜气的条件下低限操作,经过一段时间控制操作仍未见明显改善,故排除汽提塔液位过高的可能。

(2) 进入汽提塔CO2温度升高,使得汽提塔出液温度增大。根据调控压缩机四段出口温度,控制进入汽提塔CO2的温度在指标范围内合理波动。经一段时间监控运行,仍未见汽提塔出液温度有明显改善,故排除进入汽提塔CO2温度升高的可能。

(3) 生产负荷过低,使得汽提塔出液温度增大。因为低负荷时液体分布器内液位槽液位较低,会出现合成液在汽提塔列管中分布不均匀的现象,使得局部列管中气液量减少造成出液温度增大,并且伴随着腐蚀加剧,危害设备与生产安全。但此时系统仍处于70%负荷运行,不构成过低负荷运行条件,故排除生产负荷过低的可能。

(4) 进入汽提塔的合成液中水与尿素的质量比上升,使得汽提塔出液温度增大。一般水与尿素的质量比每上升0.1,出液温度上升2 K[3-4]。经过对取样结果进行分析,排除了这种情况。

(5) 液体分布器中某些液体分布小孔堵塞,使得汽提塔出液温度增大。若液体分布小孔被堵塞,其他管束的液体量会增加,形成被合成液加热的格局,减弱了汽提分解的效率,进而造成出液温度增大。因为系统刚经历年度大检修,所以存在某些杂物随物料进入汽提塔堵塞液体分布器中液体分布小孔的可能。

短停系统检修发现有些许杂物堵塞液体分布器中液体分布小孔,重新清理后回装。系统恢复运行后,各工艺指标正常、氨耗降低、后系统运行正常平稳。

综上所述,在系统停车大修过程中,应及时对重要设备开口处进行密封,防止杂物落入系统管道。同时,在各设备检修过程中,若焊渣等杂物进入系统,在经过汽提塔时堵塞液体分布器小孔,容易造成部分汽提管内的液体分布不均匀。因此,在系统开车前应严格吹扫工艺管道及设备,确保整个系统内无杂物。

4 结语

CO2汽提塔出液温度异常升高会引起整个系统各指标的异常变化,如尿素氨耗增高、后系统负荷增重、尿素产品质量降低及设备腐蚀安全性降低等。只有在平时系统生产过程中多学习观察、多讨论分析,同时借鉴参考其他同类型企业的类似问题,遇到异常及时处理,才能更好地优化工艺系统。