CN103058436A - 一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法 - Google Patents

一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法。该方法包括如下步骤：（1）将尿素工艺冷凝液通入至水解器中进行尿素水解反应；（2）所述尿素水解反应后得到的液相经所述水解器的出液管进入平衡蒸馏器中进行平衡蒸馏；（3）所述平衡蒸馏产生的气相进入解吸塔的上塔或与所述解吸塔的塔顶气相产品混合；所述平衡蒸馏产生的液相进入所述解吸塔的下塔的顶部，然后对该液相进行气提，即降低了尿素工艺冷凝液中的氨氮含量。本发明提供的方法可调控解吸塔下段进料中的氨氮浓度，降低解吸塔塔底低压蒸汽LPS和水解器高压蒸汽HPS的用量，从而在两方面实现降低水蒸汽用量，稳定塔底水中氨浓度，减少塔底出水量。

Description

一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法
技术领域
本发明涉及一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法，属于尿素工艺过程中废水回收利用技术领域。
背景技术
尿素生产过程中产生的含有氨、二氧化碳和尿素的尿素工艺冷凝液必须加以处理，以达到环保要求和资源的有效利用。目前，针对尿素工艺冷凝液净化问题，国内外尿素生产企业普遍采用水解、解吸相结合的方法，研究开发了多种不同的尿素工艺冷凝液处理工艺，其中Snamprogetti公司的尿素水解—解吸技术是工业生产应用中较为成熟、在国内应用最多的工艺。该工艺包括连续的三个处理阶段即对工艺冷凝液进行首次解吸处理、在水解器内尿素热水解为氨和二氧化碳、对水解后的工艺冷凝液进行再次解吸处理，该流程所采用的解吸塔由上、下两段组成，水解器采用卧式水解器。
在实际生产过程中发现经水解—解吸系统处理后的尿素工艺冷凝液中氨氮含量不稳定且经常超标。经分析后认为造成这种情况的主要原因在于：①解吸塔顶部未设置塔顶冷凝器，致使解吸塔顶气相中水含量经常超标；一旦水解系统和解吸系统水蒸汽用量超过设计值，体系中热量严重过剩，并引起解吸塔操作波动；②解吸塔由上塔（NH3和CO2预分离）和下塔（污水脱NH3和CO2）两段构成。全塔的操作波动引起上塔NH3和CO2分离效果变差，造成水解器尿素水解难度增加，且水解器出水中NH3和CO2含量增加。一方面引起下塔分离难度增加，另一方面，来自于下塔的气相直接与上塔的进入水解器出水相平衡，进一步提高了水解器的操作难度，从而引起恶性循环，引起解吸塔塔底产品中氨含量有时高达30~40ppm，远高于设计规定氨含量小于3ppm的要求，制约了污水的回用；③水解器进料中NH3和CO2含量增加引起水解难度增加，同时水解器气相中NH3和CO2含量的增加也引起水解器出水中NH3和CO2含量的增加。一方面，为了满足尿素水解的质量要求，需要提高高压水蒸汽的用量；另一方面，解吸塔下塔为了满足水质中氨含量小于3ppm的要求，需要增加低压蒸汽的用量，两者共同引起污水产量的增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法，该方法基于尿素热水解反应和水蒸汽气提氨和二氧化碳，为一种稳定废水中氨氮、并实现节能和降低污水量的方法。
本发明所提供的一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法，包括如下步骤：
（1）将尿素工艺冷凝液通入至水解器中进行尿素水解反应；
（2）所述尿素水解反应后得到的液相经所述水解器的出液管进入平衡蒸馏器中进行平衡蒸馏；
（3）所述平衡蒸馏产生的气相进入解吸塔的上塔或与所述解吸塔的塔顶气相产品混合；所述平衡蒸馏产生的液相进入所述解吸塔的下塔的顶部，然后对该液相进行气提，即降低了尿素工艺冷凝液中的氨氮含量。
上述的方法中，步骤（2）中，所述尿素水解反应后的液相进入多个串联的所述平衡蒸馏器中。
上述的方法中，所述尿素水解反应的温度可为215~235℃，压力可为3.2~3.5Mpa，时间可为30~50分钟，如在操作压力为3.43Mpa和温度为232℃的条件下，在水解器中水解30分钟。
上述的方法中，所述平衡蒸馏的压力可为0.15~4.5Mpa，如0.5~0.7Mpa、0.52Mpa或0.64Mpa。
上述的方法中，当所述尿素工艺冷凝液中NH3的质量含量不大于3ppm时，采用1~4个串联的所述平衡蒸馏器进行平衡蒸馏。
上述的方法中，当所述尿素工艺冷凝液中NH3的质量含量不大于0.01ppm时，采用1~5个串联的所述平衡蒸馏器进行平衡蒸馏。
本发明提供的方法可调控解吸塔下段进料中的氨氮浓度，降低解吸塔塔底低压蒸汽LPS和水解器高压蒸汽HPS的用量，从而在两方面实现降低水蒸汽用量，稳定塔底水中氨浓度，减少塔底出水量。
本发明提供的方法还具有如下的优点：
1、操作弹性增大，可负荷30％~120％操作平稳；
2、解决了解析塔液泛的问题；
3、使系统水平衡得到优化；
4、减少了水蒸气的用量。
附图说明
图1为本发明实施例1中的工艺流程图。
图2为本发明对比例1中的工艺流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例和对比例所用的尿素工艺冷凝液的质量组成如表1所示，由工业尿素生产装置排除工艺冷凝液的流速为60m3/h。
表1某工厂尿素工艺冷凝液的质量组成
Figure BDA00002648772600031
设计要求：解吸塔塔底产品中：NH3≤3ppm（质量）、urea（尿素）≤3ppm（质量）。
实施例1、使用本发明的方法处理尿素工艺冷凝液
本实施例处理的工艺流程图如图1所示。
（1）将上述尿素工艺冷凝液在解吸塔的上塔的上部经第一阶段解吸预处理后送入至卧式水解器中，在此通过注入的高压蒸汽（4.3Mpa、387℃）来完成尿素水解反应，其中，控制该水解器的操作压力为3.43Mpa，温度为232℃，水解器中停留时间为30分钟。
（2）该水解器中的液相进入2个串联的平衡蒸馏器中进行平衡蒸馏，平衡蒸馏的压力分别为0.64Mpa和0.52Mpa。平衡蒸馏过程中所产生的气相回注到解吸塔上塔的上段，该过程产生的液相直接进入解吸塔下塔的顶部，然后借助直接注入解吸塔下部的低压蒸汽（0.65Mpa、162℃）对剩余氨进行气提。
对比例1、使用Snamprogetti工艺处理尿素工艺冷凝液
Snamprogetti工艺的流程图如图2所示。
该Snamprogetti工艺的原理如下：
①当解吸塔上塔出水中NH3和CO2脱除效果不佳时，将引起水解器中尿素水解的难度增加，要达到尿素质量浓度小于1~3ppm，必须提高高压水蒸汽HPS的用量，一方面增加污水产量，另一方面将引起整个体系的热量增加，造成解吸塔塔顶温度增加，塔顶气相中水含量增加；
②受一次相平衡的影响，水解器出水中NH3和CO2含量增加，造成解吸塔下塔进料闪蒸后，造成两方面的问题。一方面，离开解吸塔下塔顶板m气相的NH3和CO2含量增加，进入解吸塔上塔底部后，在第n板气液平衡，引起出塔物流中NH3和CO2含量增加，造成水解器中尿素分解难度增加，导致高压水蒸汽HPS用量增加，污水产量增加；另一方面，引起离开m板的液相NH3和CO2含量增加，造成解吸塔下塔的分离任务加重，不得不提高解吸塔下塔低压蒸汽LPBS的用量，不仅造成污水产量的进一步增加，而且也会引起全塔气液负荷增加，雾沫夹带严重，进一步降低传质效率，引起分离效果变差，造成两股出塔水和中NH3和CO2含量增加，形成恶性循环。
③解吸塔上塔塔顶由于未设置冷凝器，水解器和解吸塔水蒸汽用量增加，将引起体系热负荷增加，导致解吸塔上塔的操作波动，亦将引起解吸塔两股出水和中NH3和CO2含量增加并且波动，造成全装置操作波动性较大。
使用Snamprogetti工艺处理尿素工艺冷凝液的过程如下：
（1）该步骤同实施例1中的步骤（1）。
（2）该水解器中的液相直接进入解吸塔下段，借助解吸塔下塔的低压蒸汽（0.65Mpa、162℃）对水解器出液中的氨进行气提。
为达到上述的设计要求，实施例1和对比例1所需蒸汽量及相关参数如表2所示。
表2Snamprogetti工艺与本发明的方法所需蒸汽量及相关参数
Figure BDA00002648772600041
当解吸塔上段操作不稳定，造成解吸塔上段分离能力有一定程度的下降，此时为达到设计要求，上述各工艺所需蒸汽量及相关参数如表3所示。
表3Snamprogetti工艺与本发明的方法所需蒸汽量及相关参数
Figure BDA00002648772600042
Figure BDA00002648772600051
由上述参数可以看出，相同条件下对尿素工艺冷凝液进行水解—解吸处理时，本发明提供的方法中进入解吸塔下段物料中氨的浓度明显低于现有工艺。
为达到相同的设计要求，本发明提供的方法所需蒸汽量也低于现有工艺。当解吸塔上段操作发生波动时，为达到相同的设计要求，现有工艺所需蒸汽变化量较本发明提供的方法更大，且可通过调整平衡蒸馏器的操作压力来灵活调控解吸塔下段进料液中氨的浓度，将解吸塔上段和水解器操作不稳定对解吸塔下段带来的影响降至最低，确保解吸塔水产品质量。
如果水解器和解吸塔上塔操作波动，采用平衡蒸馏器可以预脱除解吸塔下塔进料中NH3和CO2组成的变化，很好地抵御这些波动对解吸塔下塔水产品的影响，稳定产品质量，同时也可以解吸塔气相负荷和液相负荷2~13％，稳定上塔操作的波动、提高解吸塔的处理能力。

Claims (6)

1.一种降低尿素工艺冷凝液中氨氮含量的方法，包括如下步骤：
（1）将尿素工艺冷凝液通入至水解器中进行尿素水解反应；
（2）所述尿素水解反应后得到的液相经所述水解器的出液管进入平衡蒸馏器中进行平衡蒸馏；
（3）所述平衡蒸馏产生的气相进入解吸塔的上塔或与所述解吸塔的塔顶气相产品混合；所述平衡蒸馏产生的液相进入所述解吸塔的下塔的顶部，然后对该液相进行气提，即降低了尿素工艺冷凝液中的氨氮含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述尿素水解反应后的液相进入多个串联的所述平衡蒸馏器中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述尿素水解反应的温度为215~235℃，压力为3.2~3.5Mpa，时间为30~50分钟。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述平衡蒸馏的压力为0.15~4.5Mpa。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：当所述尿素工艺冷凝液中NH3的质量含量不大于3ppm时，采用1~4个串联的所述平衡蒸馏器进行平衡蒸馏。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：当所述尿素工艺冷凝液中NH3含量不大于0.01ppm时，采用1~5个串联的所述平衡蒸馏器进行平衡蒸馏。
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