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摘 要：本文对中压惰性气体洗涤塔C-103的工艺调控和历次改造进行介绍和研究总结，并对改造前后的这些情况加以分析，来验证惰性气体洗涤塔C-103工艺调控和设备改造结果的科学性和正确性。
关键词：惰性气体洗涤塔;尾气放空;氨回收
1. 前言
1.1装置介绍
塔里木石化分公司尿素装置采用的是斯纳姆氨汽提工艺，装置设计生产能力为80万吨/年。主要工序有二氧化碳压缩工序，尿素合成和高压回收工序，中低压分解回收工序，尿素浓缩及大颗粒造粒工序，工艺冷凝液处理工序。其中，中低压分解回收工序就是将高压工段产生的甲铵分解并回收，以达到提浓尿液的目的。具体的生产流程为：CO2和液氨进入合成塔R101反应后，生产尿素和甲铵，未转化成尿素的甲铵在汽提塔E101通过加热，部分分解成氨和二氧化碳，没有分解完的甲铵进入中压分解器E102通过减压闪蒸、加热分解成氨和二氧化碳并从塔顶逸出，然后与来自P103的碳铵液混合进入E104/E106，在此二氧化碳几乎被全部吸收，氨则在中压吸收塔C101中进行精馏，之后进入氨冷凝器E109进行冷凝液后收集到氨储槽V105中。未被完全回收的氨气则进入中压惰性气体洗涤塔C103/E111进行最后的冷凝洗涤，剩下少量的氨通过尾气放空。
2.中压尾气放空对装置的影响
2.1能耗
自开工生产以来，中压惰性气体洗涤塔C-103的排放尾气的氨含量一直居高不下，其顶部的惰气放空流量及氨含量维持在1200Kg/h及12%。远高于设计值829Kg/h及2%。以2014年4月为例，当月装置满负荷平稳运行，分析化验显示当月平均总放空量为1094kg/h。其中氨含量高达12.43%（Wt），即当月平均有136Kg/h的氨被放空[1]。改造前C-103的放空化验数据统计见表2。高含氨尾气的排放，增加了产品氨耗，提高了生产成本，在当前激烈的市场竞争中是尤为不利的。
2.2环保
随着“史上最严”环保法的实施。环境保护已经成为国家的大政方针，“既要金山银山，更要绿水青山”的环保观念已经深入人心。如果任由这种高含氨的废气排放，会对环境产生了极大的污染。不仅附近居民不会答应，政府的相关部门也不会答应。如果能将尾气中的游离氨回收利用，不仅可以节约成本降低氨耗，更重要的是减少环境污染，不仅能取得一定的经济效益，还能树立良好的企业形象，从而实现双赢。
3.中压尾气放空的控制
3.1工艺操作
高压系统的运行好坏，将直接影响到中低压系统的回收负荷及尾气放空的氨含量的高低。在斯纳姆公司提供高压系统的操作条件的基础上进行优化，以达到最佳的工艺条件，来减少中低压系统的回收負荷及尾气的放空量，降低尿素氨耗。
尿素的生成反应不但存在着化学平衡， 还存在着物理平衡。合成压力不是一个独立变量， 它随温度、组分等因素的变化而变化。生产中要求操作压力高于该组分下的平衡压力， 生成的甲铵才不致分解为
NH3和CO2而向生成尿素的方向进行。高压系统的操作压力一般以合成塔顶物料沸点的平衡压力为基础， 高于此平衡压力约2.0-3.0，在实际生产操作中， 将操作压力调整到 15.6-16.0尿素转化率得到提高， 蒸汽消耗及中、低压系统回收负荷明显降低。
3.1.2降低合成塔操作的
斯纳姆公司的操作条件氨碳比为 3.6，尿素转化率为65%。 提高反应物氨的浓度，可以提高转化率，但是氨碳比每增加 0.1， 则生产1吨尿素可增加 氨循环量0.051吨， 满负荷时每小时可增加过剩氨循环量 3.72 吨。因此， 在不影响高压设备防腐蚀要求的情况下， 将系统氨碳比稍降低， 减少过剩氨循环量。
3.1.3控制合适的H2O/CO2
由反应式知， 水是尿素生成反应的产物。水的存在使反应向逆方向进行， 降低了转化率， 而水的存在又是不可避免的。另外未反应氨和二氧化碳需用水吸收， 并以水溶液形式返回合成系统继续参加反应。尿素转化率随H2O/CO2的增加 而下降。研究表明， H2O/CO2每增加 0.1， 转化率下降1%-1.5% ， 高压系统H2O/CO2超过一定范围后将直接影响到中、低压系统放空量。将H2O/CO2控制 在0.5-0.6是较为合适的区间。
3.2设备改造
3.2.1塔盘改造
中压放空尾气氨含量高与中压尾气洗涤塔的洗涤效果有很大的关系。满负荷运行时，原设计的塔盘板孔动能因子为2.0Pa0.5，远低于浮阀类塔盘板孔动能因子为5.0Pa0.5的漏液点[3]，导致塔盘效率急剧下降，造成洗涤塔排放尾气流量及氨含量远远超出指标。所以，要使惰性气体洗涤塔在设计生产负荷的条件下平稳运行，使排放气中的氨含量达到2%的设计值，就需要对塔盘进行改造。只用微孔塔盘代替原导向浮阀塔盘即可满足改造要求。塔的运行特点是气液两相且负荷较小，微孔塔盘的微孔可均匀分布于塔盘截面，最大限度的提高分离效率。微孔塔盘的操作弹性大，可满足塔在70%～140%负荷范围内正常运行。利用利用微孔塔盘技术改造施工方便，现场施工简单到只是拆、装塔盘。
3.2.2液位计改造
由于影响中压尾气洗涤塔C-103运行工况的因素较多，要想提高C-103的洗涤效果，就需要提高洗涤塔的液位，保证中间冷却器全部满液，提高冷却效果。由于液位计的使用寿命一般为5年，C-103的液位计接近使用寿命，且原液位计计量量程又较小，导致长期处于满液状态，且液位波动大，失去参考作用，所以必须更换该设备液位计，换用量程更大更准确的液位计，满足测量要求。最终提高尾气氨含量的洗涤吸收效果，达到降低尾气中氨含量的效果。
4.1控制措施
工作点是否在爆炸区域内主要有2个因素：一是爆炸区域的大小范围;二是工作点所处的位置。单就爆炸区域而言，氨气、甲烷的相对组分增加，氢气的相对组分减少都对爆炸区域的缩小而言有利;单就工作点而言，氨气、氢气、惰气、甲烷组分增多，氧气组分减少都有利于工作点远离爆炸区域。具体可采取如下的控制措施。
4.1.1尾气中加入蒸汽。
放空尾气中加蒸汽，可改变可燃成分的组分，减轻了爆炸的可能性，我厂就是采用在上部加入防爆中压蒸汽的方法，来减轻其爆炸的可能性。
4.1.2降低防腐空气的氧含量。
由于氧气能使设备表面生产致密的氧化膜，减缓设备的腐蚀。我厂装置在二氧化碳入口和汽提塔加入的空气中均有氧气。而氧气是助燃气体，其含量对尾气爆炸性能影响很大。故加氧量应尽量保持低限操作。
5.结论
通过塔盘改造和液位计改造，以及优化的工艺操作，C-103的惰气放空量已经从最初的1200Kg/h降至770Kg/h左右，不论是与改造前相比，还是与斯纳姆的工艺设计值829Kg/h相比，放空量都明显减少。
参考文献：
[1]李圣君.降低中、低压系统尾气放空氨损失的措施[J].大氮肥.2001（5）;37-39
[2]氨汽提尿素装置C-103塔盘更换方案.[Z]
[3]中国石油塔里木油田石化分公司.日产2046吨尿素装置资料汇编第2册.新疆：2012，3-10，185-198
关键词：惰性气体洗涤塔;尾气放空;氨回收
1. 前言
1.1装置介绍
塔里木石化分公司尿素装置采用的是斯纳姆氨汽提工艺，装置设计生产能力为80万吨/年。主要工序有二氧化碳压缩工序，尿素合成和高压回收工序，中低压分解回收工序，尿素浓缩及大颗粒造粒工序，工艺冷凝液处理工序。其中，中低压分解回收工序就是将高压工段产生的甲铵分解并回收，以达到提浓尿液的目的。具体的生产流程为：CO2和液氨进入合成塔R101反应后，生产尿素和甲铵，未转化成尿素的甲铵在汽提塔E101通过加热，部分分解成氨和二氧化碳，没有分解完的甲铵进入中压分解器E102通过减压闪蒸、加热分解成氨和二氧化碳并从塔顶逸出，然后与来自P103的碳铵液混合进入E104/E106，在此二氧化碳几乎被全部吸收，氨则在中压吸收塔C101中进行精馏，之后进入氨冷凝器E109进行冷凝液后收集到氨储槽V105中。未被完全回收的氨气则进入中压惰性气体洗涤塔C103/E111进行最后的冷凝洗涤，剩下少量的氨通过尾气放空。
2.中压尾气放空对装置的影响
2.1能耗
自开工生产以来，中压惰性气体洗涤塔C-103的排放尾气的氨含量一直居高不下，其顶部的惰气放空流量及氨含量维持在1200Kg/h及12%。远高于设计值829Kg/h及2%。以2014年4月为例，当月装置满负荷平稳运行，分析化验显示当月平均总放空量为1094kg/h。其中氨含量高达12.43%（Wt），即当月平均有136Kg/h的氨被放空[1]。改造前C-103的放空化验数据统计见表2。高含氨尾气的排放，增加了产品氨耗，提高了生产成本，在当前激烈的市场竞争中是尤为不利的。
2.2环保
随着“史上最严”环保法的实施。环境保护已经成为国家的大政方针，“既要金山银山，更要绿水青山”的环保观念已经深入人心。如果任由这种高含氨的废气排放，会对环境产生了极大的污染。不仅附近居民不会答应，政府的相关部门也不会答应。如果能将尾气中的游离氨回收利用，不仅可以节约成本降低氨耗，更重要的是减少环境污染，不仅能取得一定的经济效益，还能树立良好的企业形象，从而实现双赢。
3.中压尾气放空的控制
3.1工艺操作
高压系统的运行好坏，将直接影响到中低压系统的回收负荷及尾气放空的氨含量的高低。在斯纳姆公司提供高压系统的操作条件的基础上进行优化，以达到最佳的工艺条件，来减少中低压系统的回收負荷及尾气的放空量，降低尿素氨耗。
尿素的生成反应不但存在着化学平衡， 还存在着物理平衡。合成压力不是一个独立变量， 它随温度、组分等因素的变化而变化。生产中要求操作压力高于该组分下的平衡压力， 生成的甲铵才不致分解为
NH3和CO2而向生成尿素的方向进行。高压系统的操作压力一般以合成塔顶物料沸点的平衡压力为基础， 高于此平衡压力约2.0-3.0，在实际生产操作中， 将操作压力调整到 15.6-16.0尿素转化率得到提高， 蒸汽消耗及中、低压系统回收负荷明显降低。
3.1.2降低合成塔操作的
斯纳姆公司的操作条件氨碳比为 3.6，尿素转化率为65%。 提高反应物氨的浓度，可以提高转化率，但是氨碳比每增加 0.1， 则生产1吨尿素可增加 氨循环量0.051吨， 满负荷时每小时可增加过剩氨循环量 3.72 吨。因此， 在不影响高压设备防腐蚀要求的情况下， 将系统氨碳比稍降低， 减少过剩氨循环量。
3.1.3控制合适的H2O/CO2
由反应式知， 水是尿素生成反应的产物。水的存在使反应向逆方向进行， 降低了转化率， 而水的存在又是不可避免的。另外未反应氨和二氧化碳需用水吸收， 并以水溶液形式返回合成系统继续参加反应。尿素转化率随H2O/CO2的增加 而下降。研究表明， H2O/CO2每增加 0.1， 转化率下降1%-1.5% ， 高压系统H2O/CO2超过一定范围后将直接影响到中、低压系统放空量。将H2O/CO2控制 在0.5-0.6是较为合适的区间。
3.2设备改造
3.2.1塔盘改造
中压放空尾气氨含量高与中压尾气洗涤塔的洗涤效果有很大的关系。满负荷运行时，原设计的塔盘板孔动能因子为2.0Pa0.5，远低于浮阀类塔盘板孔动能因子为5.0Pa0.5的漏液点[3]，导致塔盘效率急剧下降，造成洗涤塔排放尾气流量及氨含量远远超出指标。所以，要使惰性气体洗涤塔在设计生产负荷的条件下平稳运行，使排放气中的氨含量达到2%的设计值，就需要对塔盘进行改造。只用微孔塔盘代替原导向浮阀塔盘即可满足改造要求。塔的运行特点是气液两相且负荷较小，微孔塔盘的微孔可均匀分布于塔盘截面，最大限度的提高分离效率。微孔塔盘的操作弹性大，可满足塔在70%～140%负荷范围内正常运行。利用利用微孔塔盘技术改造施工方便，现场施工简单到只是拆、装塔盘。
3.2.2液位计改造
由于影响中压尾气洗涤塔C-103运行工况的因素较多，要想提高C-103的洗涤效果，就需要提高洗涤塔的液位，保证中间冷却器全部满液，提高冷却效果。由于液位计的使用寿命一般为5年，C-103的液位计接近使用寿命，且原液位计计量量程又较小，导致长期处于满液状态，且液位波动大，失去参考作用，所以必须更换该设备液位计，换用量程更大更准确的液位计，满足测量要求。最终提高尾气氨含量的洗涤吸收效果，达到降低尾气中氨含量的效果。
4.1控制措施
工作点是否在爆炸区域内主要有2个因素：一是爆炸区域的大小范围;二是工作点所处的位置。单就爆炸区域而言，氨气、甲烷的相对组分增加，氢气的相对组分减少都对爆炸区域的缩小而言有利;单就工作点而言，氨气、氢气、惰气、甲烷组分增多，氧气组分减少都有利于工作点远离爆炸区域。具体可采取如下的控制措施。
4.1.1尾气中加入蒸汽。
放空尾气中加蒸汽，可改变可燃成分的组分，减轻了爆炸的可能性，我厂就是采用在上部加入防爆中压蒸汽的方法，来减轻其爆炸的可能性。
4.1.2降低防腐空气的氧含量。
由于氧气能使设备表面生产致密的氧化膜，减缓设备的腐蚀。我厂装置在二氧化碳入口和汽提塔加入的空气中均有氧气。而氧气是助燃气体，其含量对尾气爆炸性能影响很大。故加氧量应尽量保持低限操作。
5.结论
通过塔盘改造和液位计改造，以及优化的工艺操作，C-103的惰气放空量已经从最初的1200Kg/h降至770Kg/h左右，不论是与改造前相比，还是与斯纳姆的工艺设计值829Kg/h相比，放空量都明显减少。
参考文献：
[1]李圣君.降低中、低压系统尾气放空氨损失的措施[J].大氮肥.2001（5）;37-39
[2]氨汽提尿素装置C-103塔盘更换方案.[Z]
[3]中国石油塔里木油田石化分公司.日产2046吨尿素装置资料汇编第2册.新疆：2012，3-10，185-198