合成氨技术
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0 前 言
热钾碱脱碳工艺中溶液是关键，脱碳效率不仅与溶液的成分有关，而且还与溶液中机械杂质含量及溶液中各物质的稳定状态有关。实际生产过程中，由于溶液中的V5＋常常被还原为低价钒，导致溶液中V5＋浓度急剧下降，而一旦溶液中的n（V5＋）／n（V4＋）≤1，会造成系统的腐蚀。腐蚀后系统中的铁离子浓度急剧上升，形成钒铁共沉淀，导致管道和设备堵塞，使系统无法正常运行；还会出现溶液发泡，再生塔、碱洗塔拦液、带液，机泵打量不好等现象；同时溶液中的腐蚀杂质增多也会造成塔内填料、冷换设备结垢等。为了确保脱碳系统长周期满负荷运行，在调整好脱碳溶液组分的前提下，必须对相关的技术指标（如总铁、钒比、二乙醇胺等）进行严格控制，也就是对溶液进行强质过滤、氧化。现将我公司热钾碱脱碳溶液过滤、氧化部分近期的改造情况总结如下。
1 改造前的情况
原溶液过滤、氧化流程见图1。再生塔部分溶液（约5 m3/h）依靠位差进入水冷器，冷却后的溶液经过滤泵加压后进入过滤器顶部，过滤后的溶液返回再生塔。从再生塔底部通入一定量的工艺空气以氧化溶液。
过滤器在运行中存在以下问题：由于溶液中杂质颗粒非常小，过滤效果差，过滤器出入口杂质含量变化不是很明显；清洗滤布时需要将过滤器大封头拆卸，工作强度大。该装置持续运行一段时间后，由于原料路线改变使得工艺条件发生了根本变化，停用了脱硫系统，气体带入溶液中的杂质减少了，故停用了机械过滤装置，改为静态沉淀，即每周将系统中10m3左右的溶液压入贮槽，静置1周后再打入系统。由于溶液中杂质颗粒小，沉淀效果差，加之脱碳系统只有2个贮槽可供溶液沉淀，无法定期进行清理，沉淀时间也有限，故沉淀后溶液中的机械杂质含量仍然较高。
再生塔加工艺空气氧化钒后，虽然系统腐蚀得到了缓解，但又出现了新的问题：再生二氧化碳气纯度下降，由原来的98％以上降为96.5％左右；再生气中氧含量增加，溶液脱氢能力增大，再生二氧化碳气中氢气、氮气等含量增加，造成尿素系统惰性气放空量增大，安全风险成倍增加；二乙醇胺快速降解［NH（CH2CH2OH）2＋O2＝4HCHO＋NH3］，使脱碳原材料消耗增加。
2 改造情况
2.1 改造方案
为彻底解决溶液系统的问题，经多方技术调研和技术论证，决定选用溶液微孔过滤、塔外低温氧化流程。
微孔过滤器由浙江温州东瓯微孔过滤有限公司提供，其关键元件微孔管是一种特殊塑料管，以超高分子量的聚乙烯塑料作为主要材料，再配以多种添加剂，经活化、改性、复合等特殊工艺制成。微孔管管径为38mm，管壁上均匀布满了超细微孔（孔径0.3～1.0 μm）。脱碳液进入过滤器后，依靠压力差迫使滤液流向微孔管。粒径小于微孔的物质穿越管壁后汇集到过滤液出口流出，粒径大于微孔的杂质被阻挡在管外，由渣料出口定期排出，从而实现溶液的过滤分离。微孔管工作一段时间后，管外壁上附着许多滤渣，导致阻力增大，过滤效率降低，此时可从反向冲洗口通入冲洗物（工艺空气或软水）反向冲洗，去除附着物，使微孔管得到再生。
该流程为旁路过滤方式，脱碳液处理量只占系统溶液量的3％左右，连续循环即可满足生产要求。微孔过滤也属机械过滤，不改变溶液原有成分，过滤管再生操作简单、快捷，过滤渣料可及时排出，能保证系统的连续稳定运行。
在高温下通入空气氧化会造成二乙醇胺降解。采用塔外低温氧化，在氧化槽内溶液温度由 110℃降为50℃后再通入空气氧化，溶液氧化效果好，二乙醇胺不易降解，氧化后的释放气直接放空，不带入生产系统。
2.2 实施情况
公司先对A套二次溶液增设塔外低温氧化、微孔过滤系统。改造后溶液过滤、氧化流程如图2。
二次再生塔出口部分溶液（二次溶液总循环量的2％～3％）经溶液冷却器冷却、溶液过滤泵加压后进入微孔过滤器。过滤后的溶液一部分直接送往碱泵入口管；另一部分至氧化槽。氧化槽内液面维持在一定高度，工艺空气直接通入氧化槽内的空气分布器进行溶液氧化，氧化释放气经氧化槽顶部放空，氧化好的溶液经氧化泵送往碱泵入口。
微孔过滤器 PGK-60C型，P型微孔管，微孔过滤面积50m2，操作压力0.2MPa，操作温度＜110℃，过滤量10 m3/h，过滤器直径 1200 mm，过滤器高度4100mm。
低温氧化槽 φ2200mm×12mm，高度 6000mm，空气分布器由φ38mm管制作，直径1200mm，管上钻φ3mm的孔，孔间距为35mm。
溶液冷却器 入口溶液温度105～110℃，出口溶液温度≤50℃，压力≤0.25MPa，换热面积12m2。
3 改造后的运行效果
（1）微孔管过滤器操作温度虽小于110℃，入过滤器溶液温度降为50℃后，过滤泵、过滤器运行周期延长，过滤效果更佳。
（2）塔外低温氧化、过滤系统投运后，二次溶液颜色恢复正常，钒及二乙醇胺的消耗明显减少，溶液中总铁含量降低，二次再生气纯度大幅提高。
改造前后部分参数对比见表1。
4 结 语
半年多的运行情况表明，脱碳溶液采用塔外低温氧化、微孔过滤流程能保证脱碳系统长周期满负荷生产，且脱碳材料消耗大大降低。1套低温氧化、过滤装置投资约15万元，仅减少脱碳材料消耗一项，2a内就可收回投资成本；并且装置投运后带来的隐形效益亦非常可观。我公司决定对A套一次溶液及B套溶液系统也增设塔外低温氧化、过滤装置，以彻底解决脱碳溶液系统存在的隐患。笔者认为：塔外低温氧化、微孔过滤装置值得在合成氨净化技术改造中推广。
