尿素装置尾气氨治理之超低排放技术应用总结.pdf

櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊殸殸殸殸合成氨及下游产品 收稿日期 修稿日期 作者简介李春启（），男，河北河间人，工程师，主要从事尿素生产工艺管理工作。尿素装置尾气氨治理之超低排放技术应用总结李春启（河北正元氢能科技有限公司，河北 沧州 ）摘要随着最新尿素装置排放尾气中氨含量限值（）的提出，对尿素生产工艺提出了更高的要求，开发一种切实可行的、高效的尿素装置尾气氨治理技术势在必行。河北阳煤正元化工集团有限公司结合尿素装置排放尾气成分及尿素装置的工艺特点，开发出了尿素装置尾气氨治理之超低排放技术，并在河北正元氢能科技有限公司进行了应用。简介尿素装置排放尾气氨治理现状，详细介绍尿素装置尾气氨治理之超低排放技术（包括尿素生产尾气氨治理和尿素造粒塔尾气氨治理两部分）的开发思路、技术方案、技术特点、应用效果及效益。实践表明，氨治理之超低排放技术应用后，尿素装置排放尾气中的氨含量（）完全达到甚至优于超低排放标准，不仅有效解决了环保问题，而且带来了一定的经济效益，具有较高的推广应用价值。关键词尿素装置；超低排放；开发思路；技术方案；技术特点；尿素生产尾气氨治理；尿素造粒塔尾气氨治理；效益分析 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言经过几十年的发展，我国尿素生产工艺趋于成熟。近年来，环保日益得到重视，环保要求越来越高，尤其是生态环境部发布的 重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（年修订版）中有关绩效评级 级企业以及中国氮肥工业协会 化学肥料工业大气污染物排放标准（征求意见稿）中尿素装置排放尾气氨含量限值 要求的提出，对尿素生产工艺提出了更高的要求。尿素装置尾气包括两部分：一部分是尿素生产过程中各设备的排放尾气（统称为尿素生产尾气），主要包括低压吸收塔、常压吸收塔（以 汽提法尿素装置为例）的尾气以及氨水槽、事故槽、尿液槽的排放气等，尾气中氨含量在 ；另一部分是尿素造粒塔排放尾气，尿素造粒过程中游离氨随尿素熔融液的减压而挥发出来形成氨逃逸，逃逸的氨随尿素粉尘排放到大气中，造成造粒塔尾气中氨含量超标。目前由于技术限制等方面的原因，国内尿素装置尾气普遍未得到有效治理，导致尾气中的氨含量与最新尿素装置排放尾气氨含量限值尚有较大的差距。氨含量超标尾气排放后，不仅造成氨损耗、产品生产成本增加，而且导致现场氨味大、环境污染严重。因此，开发一种切实可行的、高效的尿素装置尾气氨治理技术势在必行。尿素装置尾气氨治理技术现状 尿素造粒塔尾气的氨治理目前，针对造粒塔尾气的氨治理，各尿素生产企业主要采用的治理方法有如下几种。）氨与粉尘一起用水洗涤回收。由于水对氨的吸收存在着吸收浓度限制，当尾气中的氨含量降至一定程度后，水对氨的吸收效率将逐步下降，故以水作为吸收剂的造粒塔尾气氨治理方法，存在着游离氨无法完全去除的问题，不能从根本上解决排放尾气氨含量超标的问题；另外，用水吸收氨的装置一次投资较大、运行成本较高，工业化推广前景受限。）酸洗回收。酸洗回收即在现有的尿素粉第 期 年 月中氮肥 尘洗涤后增加一级独立的酸洗（硫酸或硝酸）系统对尾气进行进一步吸收处理，酸洗回收工艺系统投资较高，还需考虑副产品硫酸铵或硝酸铵的处置问题。）间接酸吸收。间接酸吸收工艺，就是在尿素造粒塔顶部气相与酸吸收塔相连管线上增设分离罐，在尿素熔融液去造粒前，先进分离罐，使尿素熔融液中的游离氨经分离罐分离后再通过气相管线进入酸吸收塔中用稀硫酸或硝酸溶液进行循环洗涤，此法同样存在副产品的处置问题，且若副产品要返回尿素装置则不适宜采用稀硫酸作为吸收剂。尿素生产尾气的氨治理对于常压吸收塔排放尾气中的氨，一般采用在低压吸收塔出液进常压吸收塔前增设换热设备，将低压吸收塔出液温度降低后再送入常压吸收塔以提升氨吸收效果的治理方式。对于尿素装置排气筒排放尾气中的氨，一般采取在排气筒顶部增设喷淋设施吸收尾气中氨的方式治理。技术开发思路河北正元氢能科技有限公司（简称正元氢能公司）合成氨、尿素项目于 年 月开工建设，年 月建成投产。其合成氨装置气化系统采用航天炉粉煤加压气化工艺，变换系统采用河北阳煤正元化工集团有限公司（简称正元集团）具有自主知识产权的双等温变换工艺，净化系统采用大连理工低温甲醇洗工艺以及杭州中泰深冷技术股份有限公司的液氮洗工艺，氨合成系统采用正元集团具有自主知识产权的 低压氨合成工艺，尿素装置采用传统的 汽提工艺、高塔造粒生产小颗粒尿素。为确保尿素装置尾气达标排放，正元集团结合尿素装置尾气成分及装置的工艺特点，开发出了尿素装置尾气氨治理之超低排放技术（包括尿素生产尾气氨治理和尿素造粒塔尾气氨治理两部分），并在正元氢能公司尿素装置进行了应用。技术开发过程中，由河北正元化工工程设计有限公司对正元氢能公司尿素装置技术现状进行了调研分析，制定了尿素装置尾气氨治理的优化改造方案，模拟了改造后多种工况下氨治理的效果，研究了不同工艺操作指标对尿素装置生产的影响；技术开发完成后，由正元氢能公司负责其尿素装置的改造，以及投运后的运行监测和工艺调整，通过对尿素生产尾气和造粒塔尾气的分别处理，确保这两部分尾气氨含量均符合 以内的超低排放指标要求。尿素生产尾气氨治理之技术开发思路为，低压吸收塔、常压吸收塔的尾气以及氨水槽、事故槽、尿液槽的排放气集中引入排气筒，在低压吸收塔、排气筒底部通入少量 气（源自 压缩机一段出口），在尿素装置排气筒下部增设层填料段（相当于喷淋吸收塔）用脱盐水或工艺冷凝液对含氨尾气进行喷淋洗涤，含氨尾气经排气筒下部喷入的脱盐水或工艺冷凝液洗涤后从排气筒上部达标排放，下部得到的氨水去氨回收工段。尿素造粒塔尾气氨治理之技术开发思路为，利用 与 的反应特性，向造粒塔内通入少量 气（源自 压缩机一段出口），与造粒塔内的游离氨反应生成氨基甲酸铵，以降低尿素造粒塔尾气中的游离氨含量。技术方案 技改后系统工艺流程 尿素生产尾气氨治理系统工艺流程高压洗涤器尾气进入低压吸收塔下部，自下而上经填料层分别与工艺冷凝液和 的蒸汽冷凝液逆流接触，去除大部分氨后的尾气进入排气筒；蒸发系统和低压分解系统的尾气则进入常压吸收塔下部，自下而上经填料层与低压吸收塔来的工艺冷凝液和 的蒸汽冷凝液逆流接触，去除大部分氨后的尾气进入排气筒，洗涤尾气后的工艺冷凝液进入氨水槽；氨水槽、尿液槽、事故槽的排放气也分别进入改造后的排气筒。排气筒的下部增设了 层填料段（上层填料段和下层填料段），来自低压吸收塔、常压吸收塔、氨水槽、尿液槽和事故槽的尾气在排气筒下层填料段自下而上与循环的工艺冷凝液进行逆流接触，完成一级喷淋吸收；一级喷淋吸收后的尾气进入上层填料段，与自上而下的脱盐水逆流接触，完成二级喷淋吸收，经两级吸收后的尾气氨含量降至 以内达标排放；完成喷淋洗涤后排气筒下部得到的洗涤液用循环泵送至冷却器降温，降温后的洗涤液一部分进入排气筒下层填料第 期李春启：尿素装置尾气氨治理之超低排放技术应用总结段循环利用，另一部分去深度水解系统予以回收。尿素生产尾气氨治理过程中，为增强氨的吸收效果，在低压吸收塔、排气筒底部液面以下通入少量由 压缩机一段出口来的 气。尿素造粒塔尾气治理系统工艺流程正元氢能公司尿素造粒塔粉尘回收装置设计的初衷是回收尿素粉尘，其设备配置及工艺流程如下：在造粒塔顶百叶窗外侧增设除尘网、除尘喷头、除雾网、清洗喷头，底部增设吸收液收集槽收集除尘网、除雾网流下来的吸收液；在造粒间增设 台喷淋循环泵，用于吸收液的循环，吸收液中的尿素浓度达到约 后送至尿液槽予以回收（用于生产尿素）；喷淋循环泵前设缓冲罐，启泵前依靠虹吸原理将吸收液收集槽中的吸收液引至喷淋循环泵入口；在造粒塔一楼增设 台补液泵，泵送 的蒸汽冷凝液对除雾网进行定期清洗以及补充吸收液收集槽蒸发损失的水量，以控制、调节吸收液收集槽液位；除雾网定期清洗喷头共 组，用电磁阀控制对除雾网进行循环冲洗，循环间隔时间可调。尿素造粒塔粉尘回收装置投用后，拖尾现象严重，为解决拖尾问题，经多次试验，确定了向造粒塔内通入 气的方案，通入 气后发现对造粒塔尾气中氨的吸收效果非常明显，由此确定通过向造粒塔内通入 的方式实现尿素造粒塔粉尘回收装置对粉尘和氨的同时治理。来自 压缩机一段出口 的 气，分股补入粉尘回收装置吸收区，利用 与 发生反应进一步增强游离氨的吸收和固定。其中一股 （流量 ）在造粒塔二楼裙座通风口处补入，与进入造粒塔的空气均匀混合并与尿素颗粒逆流接触，之后经由造粒塔侧面通道进入粉尘回收装置吸收区；另一股 （流量 ）在喷淋循环泵出口管线上补入，充分溶入循环吸收液中，经喷淋雾化后进入粉尘回收装置吸收区，并在除尘网上形成水幕，进一步吸收洗涤除去造粒塔顶尾气中的游离氨。工艺控制方案 尿素生产尾气氨治理系统的工艺控制常压吸收塔尾气导入排气筒下层填料吸收段，缓慢关闭尿素框架四楼气相总管阀门，观察常压吸收塔压力（）的变化，当 无明显上涨、蒸发系统真空度无明显变化时，一次性将常压吸收塔尾气回收至排气筒；低压吸收塔尾气也导入排气筒下层填料吸收段。上述操作过程中，需做好以下工艺控制。）控制排气筒加入的脱盐水流量（）在 。）通过调节低压吸收塔气相调节阀（）控制其气相压力（）在 ；全开低压吸收塔气相管线至排气筒阀门和排气筒的吹扫蒸汽阀。）通知 压缩机岗位人员缓慢打开去往尾气回收系统的 总阀，控制去低压吸收塔气相管线的 流量（）在 、去排气筒的 流量（）在 ；中控（人员）据 压缩机一段出口压力（）和二段入口压力（）的变化情况，及时调整二段放空阀（）及二回一防喘阀（）的开度，以保证 压缩机的稳定运行。）逐步全开低压吸收塔气相管线至排气筒阀门后，逐步关闭低压吸收塔至消音器阀门，按低压吸收塔尾气总气量的 、分三个阶段将尾气导入排气筒填料段下方的进气段内。）低压吸收塔导气过程中，密切关注低压吸收塔气相压力（）和低压吸收塔气相调节阀（）的开度以及常压吸收塔气相压力（）、排气筒进气段压力（）的变化情况（要求 、）。）据冷却水温度（）、排气筒出口循环液温度（，指标为 ）、排气筒进口循环液温度（，指标为 ）调整板式换热器（）冷却水阀的开度。）从低压吸收塔气相取样阀处取样分析气相中的、含量并进行爆炸试验，通过调整 流量控制尾气组分在安全范围以内。）控制好循环液循环量和脱盐水加入量，确保排气筒 层填料段的吸收洗涤效果，保证排气筒排放尾气氨含量达标，并通过外送稀氨水至氨水槽维持排气筒液位的稳定。上述工艺控制中，通过在低压吸收塔吸收液中通入 实现对氨的固定，减少去排气筒尾气中的氨含量；通过在低压吸收塔、排气筒气相中 氮 肥第 期中通入蒸汽，在低压吸收塔、常压吸收塔、排气筒中通入稍过量的 气，以及在排气筒中上部通入 的保障措施，避免因过度洗涤吸收导致尾气中的 浓度进入爆炸区间而引发事故。造粒塔尾气氨治理系统的工艺控制在尿素装置开车时，蒸发系统造粒前要先将造粒塔粉尘回收装置运行起来 首先启动补液泵给吸收液收集槽建立液位，给喷淋循环泵缓冲槽灌满水，然后启动喷淋循环泵。造粒塔粉尘回收装置运行前后做好以下工艺控制：检查确认喷淋支管阀门已打开、排液阀已关闭、水洗喷头无堵塞；中控将清洗喷头电磁阀打手动，打开两组电磁阀，启动补液泵向吸收液收集槽补液位至 后投联锁，并将 组除雾网定期清洗喷头电磁阀投自动；打开喷淋循环泵缓冲槽排气阀，稍开补液阀进行补液，待排气阀出水后，先关排气阀再关补液阀；启动喷淋循环泵进行洗涤吸收，控制喷淋循环泵运行电流在约 ；检查确认补液量、吸收液收集槽液位、除尘网等是否正常；每班取 次吸收液样进行分析，当吸收液中的尿素含量达 时将其排至尿液槽。技术特点）本技术在低压吸收塔、排气筒和造粒塔内通入少量 气，使 与尾气中的 发生反应，对氨进行了固定，从而大大降低了排气筒和造粒塔顶部排气中的氨含量，再通过与排气筒中设置的 层填料段洗涤过程相配合，进一步保证了尿素装置尾气中氨的处理效果。）本技术取消了低压吸收塔的就地排放口，尿素生产尾气均在排气筒内集中处理后实现超低排放。）本技术只是对排气筒进行简单改造，投资低、实施易、效果好，便于工业化推广应用。）本技术在造粒塔粉尘回收装置的基础上只增设了喷淋循环泵，电耗增加不多，除氨效果好，运行成本低。）本技术的应用不会产生酸碱废水等新污染源，无需设置后续处理系统，绿色环保。应用效果正元氢能公司尿素装置尾气氨治理之超低排放技术应用项目（投资约 万元）于 年 月 日开始施工建设，年 月 日完成建设，年 月 日正式投运，其运行状况良好：整套装置实现了自动化控制且运行平稳，转动设备可实现长周期稳定运行，尿素装置排气筒气相压力 ，尿素装置在 产量下排放尾气中的氨含量由改造前的 降至改造后的 ；本项目建设时尿素造粒塔增加了 投加管线，投运后造粒塔尾气中的游离氨降至了限值范围内（分析数据约 ），尾气实现了达标排放。为进一步提高游离氨的治理效果，于 年 月 日又在尿素粉尘回收装置喷淋循环泵出口管线上增设了 管线，使 能充分溶入循环吸收液中，进一步吸收洗涤除去造粒塔顶尾气中的游离氨，由此造粒塔尾气中的游离氨进一步降至 ，完全达到甚至优于超低排放标准；监测尿素装置尾气氨治理超低排放项目周围昼间噪声为 （）、夜间噪声为 （），均符合 工业企业厂界环境噪声排放标准（）中 类标准要求 昼间噪声 （）、夜间噪声 （）。经济效益分析 尿素生产尾气氨治理的经济效益尿素生产尾气氨治理的关键技术点在于将各设备排放气集中送至排气筒（排气筒下部增设 层填料段）并在排气筒底部通入少量 气，改造前（未通入 气）尾气回收外送氨水的氨含量为 ，改造后（通入 气）尾气回收外送氨水的氨含量为 ，外送氨水量以 、氨水密度以 计，每日可多回收液氨 （）；按年运行 、液氨价格 元 计，年增效益 万元（全厂 富余，不用也会放空，故通入的 气不计入成本；新增机泵电耗等忽略不计）。造粒塔尾气氨治理的经济效益造粒塔尾气氨治理的关键技术点在于在造粒塔和尿素粉尘回收装置喷淋循环泵出口管线上增设 投加管线，改造前（未通入 气）尿素粉尘回收装置排液氨含量为 ，改造后第 期李春启：尿素装置尾气氨治理之超低排放技术应用总结（通入 气）尿素粉尘回收装置排液氨含量为 ，尿素粉尘回收装置排液量以 、排液密度以 计，每日可多回收液氨 （）、每日可回收尿素 ，按年运行 、液氨价格 元 、尿素价格 元 计，氨回收年增效益 万元、尿素回收年增效益 万元（全厂 富余，不用也会放空，故通入的 气不计入成本；新增机泵电耗等忽略不计）。结束语在当今尿素生产成本不断增高和环保排放要求日益提高的背景下，尿素装置排放尾气治理势在必行。正元氢能公司尿素装置尾气氨治理之超低排放项目（包括尿素生产尾气氨治理和造粒塔尾气氨治理）通过对现有尿素装置进行改造，将尾气氨治理超低排放技术应用与尿素装置有机结合，投运后对尿素装置的正常生产无任何不良影响，不仅有效解决了环保问题（排放尾气中的氨含量完全达到甚至优于超低排放标准），减少了对周边环境的污染，氨回收还带来了一定的经济效益，且氨治理超低排放项目具有施工周期短、流程简单、操作简便、洗涤高效、运行成本低等优点。综上，尿素装置尾气氨治理之超低排放技术的开发与应用符合国家环保产业政策与构建和谐社会的要求，既增加了企业的经济效益又减轻了环境污染，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，值得推广应用櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。（上接第 页）效益分析 发生炉技改效益）社会效益。发生炉开 停车过程中易发生安全环保事故，造成不良的社会影响，本次技改后，发生炉的开 停车次数大大减少，从而大大降低了安全环保事故发生的概率。）经济效益。改造前 发生炉出口粗煤气 含量（干基）均值约 ，改造后 发生炉出口粗煤气 含量（干基）均值约 ，粗煤气中的 含量提高了约 ，等量粗煤气可多产纯 产品气约 （粗煤气的 产率按 计），即改造后造气系统满负荷（改造前后原料焦炭、用量相当）工况下 产品气产量可达 ，较改造前增产约 ，产品气生产成本约 元，按年运行时间 计，全年可增效约 万元（发生炉技改投资较少 气动锤 元、炉体内电焊改造材料及工程费 元，忽略不计）。系统技改效益）社会效益。本次 系统的技改，充分利用了神马聚碳动力车间富余的氮气，延长了公用工程产品链条，实现了公用工程介质与煤气的综合利用与节能减排，深化了循环经济项目的开发应用，提高了产品附加值，具有投资少（技改材料及工程费用 元，在线露点仪 台共计 元）、实施易、效果好的优点，既创造了经济效益，又减轻了大气污染，社会效益与环境效益显著。）经济效益。系统吸附剂更换周期为 ，更换 次吸附剂费用约 万元，确保原料气水分达标后，吸附剂更换周期可延长至 ，仅此一项年直接经济效益就达（）（）万元，而技改助力系统优质运行产生的间接经济效益则更多。结束语神马聚碳造气系统与 系统的优化技改方案，经专家与相关技术人员认真探讨和充分论证，此工艺技改优化组合方案是目前国内“焦炭 ”制粗煤气生产 产品气工艺中最先进的生产工艺，具有投资少、实施易、效果好的特点，技改后有关工艺参数均达到了设计要求，产品气纯度明显提高（发生炉出口粗煤气 含量约由 提升至 ，产品气纯度约由 提升至 ），成功地解决了高含水煤气（脱碳气）用于 系统存在的问题，经济效益和社会效益明显。本技改项目实施后，产品气气质得到提高，系统能耗下降，为下游光气合成装置的优质运行与产品质量提高奠定了基础，助力了神马聚碳高端聚碳酸酯（）生产走在行业前端。中 氮 肥第 期