普理森蒸馏系统停运利弊探讨

赵思坦，贺盛利

(云南水富云天化有限公司合成车间，云南水富657800)

普里森装置是20世纪80年代从国外引进的环保装置，用于处理合成系统连续排出的驰放气，其中主要含氨、氢和氮。该装置可以有效降低燃烧气中氨的含量，使烟气达到排放标准，减轻对环境的污染。整套装置由4部分组成，分别为:预处理、氢分离、蒸馏、低压洗涤。

蒸馏系统是处理来自高压洗涤塔(201E)1.2 m3/h和低压洗涤塔(206E)0.3 m3/h的稀氨水，氨水质量分数为17% ～20%;蒸馏出的产品氨质量分数大于90%，塔底稀氨水(氨含量小于50 mg/kg)则送往尿素或转化 2004－L［1］。

1 问题分析

合成氨装置在2002年增产改造后，增加了低压洗涤系统，导致装置的蒸馏塔(208－E)出现负荷增加、分布器堵塞、液体分布不好等问题，并且每年都会出现多次的系统波动，导致产品氨的浓度下降，回收率下降。因208－E能力有限，为了保证208－E的运行，只有降低206－E的洗涤水量，从而造成206－E出口驰放气氨含量高，既不经济，也不环保。

2 解决方案及实施

为了解决蒸馏系统波动带来的问题，车间对普里森蒸馏和低压洗涤系统进行了技术改造。改造后的装置运行情况达到了理想的效果，现就对改造前后的情况进行说明和比较。

2.1 改造前工艺流程

蒸馏系统改造前流程如图1。

图1 蒸馏系统技改前流程图Figure 1 The flow chare before distillation system technical renovation

从107－F出来的闪蒸气与从109－F经过126－C冷却后的闪蒸气一起被送到低压洗涤塔206－E。在206－E内被216－C来的冷凝液洗涤，尾气被引到一段转化炉101－B燃烧系统。塔底出来的氨水经过泵加压后，与201－E出来的氨水汇合，送到氨蒸馏系统。从预处理系统201－E和206－E汇合来的氨水，在212－C管侧与208－E处理过的稀氨水换热后，进入蒸馏塔中部蒸馏段。在塔内与塔底蒸发上升的介质进行传质交换，沸点低的介质被蒸发，并在塔上部精馏段与回流接触，得到氨纯度大于98.5%的气氨。经过210－C被水冷却为液氨，经一个液位调节器(PIC－210)控制210－C的换热面积，从而达到控制蒸馏系统的压力的目的。冷却后的液氨在214－F内储存，经过213－J氨泵加压后，一部分经过FIC－213控制作为蒸馏塔的回流氨，剩余的氨经过LIC－214调节阀控制，多余的液氨送到125－J入口成为产品氨。

2.2 改造后工艺流程

蒸馏系统改造后的工艺流程如图2。

图2 蒸馏系统技改后流程图Figure 2 The flow chart after distillation system technical renovation

改造后新增加3根管线，分别为:①来自112－J的冷凝液引至216－C入口，该管上加了一止逆阀，以防气体倒入冷凝液;②206－E塔底氨水泵新加旁路;③将原有合成到尿素稀氨水管道连通，206－E和211－F出来的稀氨水不经过212－C去蒸馏，直接送往尿素。增加的3根管线可以将208－E、207－J、213－J停开，由112－J来的压力为0.8MPa的冷凝液直接加入低压洗涤塔206－E洗涤来自107－F和109－F闪蒸气。洗涤后的稀氨水由207－J旁路送去尿素水解系统，塔顶经洗涤后的气体送去一段炉燃烧。

3 技改效果

3.1 节能降耗

技改之前，由于FIC－208阀门异响、208－E分布器和填料堵塞等原因造成蒸馏系统开停车次数比较频繁。停开蒸馏系统，彻底解决了蒸馏运行不稳定的问题，减少了停车次数，降低了维修费用以及蒸汽消耗，使操作更加简单，工况更稳定。

3.2 挖潜增效

206－E入口低压洗涤气设计氨质量分数为15%左右，每小时可以洗涤出氨30～40 kg。但因蒸馏系统208E能力有限，使206－E洗涤水流量偏低，只能达到0.06 m3/h左右，导致洗涤效果差，出口尾气氨含量较高。使得有20～30 kg/h的气氨未洗涤下来，这些未洗涤下来的气氨与未渗透气一起进入一段炉燃烧，氨含量升高会使101 B烟气氮氧化物超标，污染环境。

此外，在氨改后由于装置蒸馏塔208－E负荷增加、导致分布器堵塞液体分布不好等原因，每年都会出现多次的系统波动，导致产品氨的浓度下降，塔底出口氨水浓度升高，氨的回收率下降。

经过技改后，降低了氨损耗，提高了气氨的回收率，增加了经济效益。

3.3 安全环保

以往207－J机封漏氨、漏油，对人身安全和环境都有一定影响，机封检修过多次也没有彻底解决漏氨问题。车间只能采取对漏出的稀氨水进行回收，将稀氨水用桶盛满后倒至脱盐中和池，减少环境污染。停207－J、213－J，不但减少了设备维修费用，每年还能节约电能、减少油耗、减少设备维护费用，为安全和环保提供了保障。

3.4 减少检修工作量

根据检修工单统计，从2004年1月到2009年技改前，蒸馏系统、213－J、207－J等各类检修工单就高达100多项，给检修增加了大量工作。此外，还增加了材料消耗，从而增加了生产成本。蒸馏系统的停运技改，基本消除了上述隐患，从而提高了生产效率、降低了生产成本。

4 经济效益

4.1 多回收氨

改造后206－E洗涤水量提高，FI206为0.25 m3/h，使得206－E尾气氨含量降到mg/kg级。相关参数见表1所示。

表1 206－E气相出口氨含量Table 1 Ammonia content of 206－E exit

从表1可看出，实施后206－E洗涤效果明显改善，其出口气中氨体积分数由7.558%降低至0.024%，且从分析结果看更多时候均低于0.01%;其次，206－E出口气量(FI－206－2)根据装置负荷不同而不同，一般情况下在400～500 m3/h之间，为能更好结合实际情况，计算时取其最低值，也就是400 m3/h。

则蒸馏系统停开后多回收氨量为:

式中:ΔCNH3:氨平均浓度差;V:206E出口气体流量;M(NH3):氨摩尔质量。

公司液氨成本价为159 2.82元/t;装置年运行时间按300天计，即7 200 h计算，则停开蒸馏系统后多回收氨带来的经济效益为:

4.2 节约电耗

207－J、213－J功率见表2所示。

表2 207－J/213－J功率表［2］Table 2 Power of 207－J/213－J

电价按平均0.38元/kW·h进行计算，则停开蒸馏系统后节约电耗带来的经济效益为:

4.3 P－2泵增加的电耗

合成低压洗涤无动力回收氨技改中，稀氨水直接送至尿素水解冷凝器Φ(E－3)，冷凝吸收后经P－2A/B送入尿素循环系统低压甲铵冷凝器(302－C/CB)。在该过程能耗的计算中，因稀氨水直接送至E－3，仅考虑冷凝液吸收输送泵P－2A/B增加流量后的动力消耗(技改实施后，该泵未进行更换);同时302－C/CB的作用是冷凝吸收高压系统未反应的氨和二氧化碳，尿素工艺中需向302－C/CB加入冷凝吸收液，故回收合成稀氨水后，P－2A/B流量的增加对后续系统没有影响。

仅考虑P－2A/B增加流量后的动力消耗，计算中，以2011年9月19日回收合成稀氨水前后，P－2A/B实测电流如表3所示。

由表3可知，回收合成稀氨水期间，尿素P－2泵每小时增加的能耗为0.75 kW。

表3 P－2泵回收稀氨水前后工况比较［2］Table 3 P－2 working conditions of before and after recycling dilute aqua ammonia

因合成稀氨水送E－3流量稳定(每小时约为1.5 m)，则尿素P－2每年增加消耗的能耗成本为:

C=0.75×0.38×7 200=2 052元/年

故合成低压洗涤无动力回收氨技改，稀氨水直接送至尿素水解冷凝器，每年需消耗的能耗为2 052元。

4.4 年经济效益

蒸馏系统停开后年度总经济效益为:

E=A+B－C=270 695元/年

5 存在弊端与防范措施

2009年9月22日，普里森蒸馏系统停运建议实施投用，合成稀氨水长期送尿素701－F。2009年9月24日，安环部对尿素氨水储槽701－F顶部排气管口作安全测爆分析，发现其氢体积分数约10%，已经达到氢的爆炸极限范围(4% ～75%)，此时装置已处于极不安全状态，存在安全隐患。

5.1 原因分析

由于氢微溶于水，根据亨利定律，气体的溶解度与其分压成正比，当分压高时溶于水中的氢量也会增加;蒸馏系统停运后，201E、206E的氨水直接送到尿素，没有经过蒸馏，导致氨水里溶解的氢一起送到701－F，氢气逸出，将累积在设备与放空系统内，易产生着火和爆炸事故［3］。

5.2 防范措施

1)因701－F排气端有氧，溶解有氢的氨水送701－F，存在安全隐患，因此，将氨水改送E－3入口处(如图1);经E－3冷凝吸收后送至循环系统。

稀氨水回收至尿素E－3时，该处压力在0.26 MPa，在操作中为了顺利送至E－3回收，首先将稀氨水送至尿素701－F正常后，再切换到E－3。在701－F和E－3切换过程中，尽量缩短稀氨水在701－F的停留时间，还应对701－F进行连续充氮置换闪蒸逸出的氢。

2)因氢在氨水中的溶解度与分压成正比，要求PIC－211与PIC－206－2压力控制在0.6MPa，以降低氢的溶解度。

6 结语

普理森蒸馏系统的停开，有效的降低了206E出口气体氨浓度，大量减少了检修工作，减轻了操作人员的工作强度，也降低了发生安全环保事故的风险。

［1］云南云天化股份公司内部资料.日产1500吨合成氨装置工艺手册［Z］.云南:云南云天化股份公司.

［2］云南云天化股份公司内部资料.合成低压洗涤无动力回收氨技改及鉴定报告［R］.云南:云南云天化股份公司.

［3］胡祥基.701－F氢浓度超标原因分析及对策［D］.云南:云南云天化股份公司，2009.