摘要:尿素工艺冷凝液在回收过程中由于电导率高、与生水混合,易形成胶状物,导致生水过滤器频繁反洗,浮动床压差增加等故障。为查明形成胶状物的原因,解决回收过程中的问题,采取工业小试的办法,确定了合理回收流程,并运用在工业实践中,对同类型大化肥企业尿素工艺冷凝液回收具有借鉴意义。
关键词:尿素工艺冷凝液 胶状物 回收 流程
中石化九江分公司化肥厂是一套采用谢尔(Shell)渣油气化制氨、斯那姆(Snam)氨汽提生产尿素的大型化肥企业。其尿素工艺冷凝液经过尿素装置附设的处理设施,送往水处理装置二级除盐系统除盐后,直接作为高压锅炉给水使用。但自投产以来,经处理后的由于电导率高,以及在回收过程中形成胶状物等原因,不能正常回收利用。既浪费了水资源,又污染了环境。国内同类型化肥企业也未较好利用,有的直接排放,有的高质低用作为低压锅炉给水。
1. 问题的提出
为回收尿素工艺冷凝液,该厂曾经过3次更改回收流程,但均未取得较好效果。2000年6月份将工艺冷凝液与生水混合经过生水和一级除盐系统(浮动床)处理后进入混床。回收前生水周期制水量可以达到3×104t以上,回收后批量只能达到5000t,生水频繁反洗,回收失败。
2000年8月工艺冷凝液进入一级除盐系统前,首先进入活性碳过滤,除去大部分有机物及尿素后进入生水。回收后生水仍然存在频繁反洗的现象,其间向生水投加杀菌剂处理也解决不了问题,第二次回收失败。
2001年3月份在活性碳内装填部分树脂,工艺冷凝液经过活性炭过滤后直接进入浮动床,回收不到半月时间,在浮动床阳床底部发现淡黄色的胶状物,从而引起阳床压差增大,并且对树脂产生了污染,被迫停止回收。
2.原因分析
胶状物形成的因素有两个,一个是尿素工艺冷凝液PH值在5.5左右,对设备管道腐蚀性强,尿素工艺冷凝液中Fe3 含量高,含量达34.4mg/l(具体水质见表1)。另一个因素可能是生水中的腐殖酸引起的,因腐殖酸呈胶体性质,而工艺冷凝液与生水混合后,Fe2 、Fe3 与生水中OH-容易生成Fe(OH)2、Fe(OH)3,该胶体颗粒具有较强的吸附性, 腐殖酸就很容易吸附其上形成胶状物。该胶状物与树脂混在一起,增加生水与浮动床运行压差。
表1:尿素工艺冷凝液水质表
Fe3 (mg/l) | NH3-N (mg/l) | 电导(us/cm) | PH | CO2(mg/l) | SO42-(mg/l) | CL-(mg/l) |
34.4 | 28.98 | 80-180 | 5-6 | 26.38 | 3.5 | 6.3 |
3.合理流程确定
既然尿素工艺冷凝液与生水混合形成胶状物,可以按照两种思路进行工业小试,一种与透平冷凝液混合,一种是避开与生水混合,用浮动床单独处理工艺冷凝液。
3.1 尿素工艺冷凝液进入透平冷凝液系统试验
1—除铁; 2—前置阳床; 3—混合床
图1:与透平冷凝液混合处理工业试验流程
按照图1流程进行回收试验,混床运行至72h电导超标(混床出水电导≤0.2μs/cm),回收工艺冷凝液3600t,混合床运行批量为1.3×104t。在回收过程中,前置阳床很快被穿透,电导迅速上升至23 μs/cm。回收期间混床电导率变化趋势见图2。
从图2可看出,在0~40h内,混合床电导率稳定在0.06μs/cm,在40~48h内电导率急剧上升,通过对混床反洗分层混脂后,又能维持运行15h。通过反洗可将混床中阴树脂吸附的CO2暂时洗脱,但随着运行时间的延长,CO2累计作用使得反洗失去作用,加之前置阳床易击穿,电导率去除率低,从而加重了混合床运行负担,混床周期制水量下降幅度较大,再生频率增加,酸碱消耗剧增,回收几乎没有效益。
图2:回收期间混床电导率变化趋势
3.2尿素工艺冷凝液单独进入浮动床系统试验
将尿素工艺冷凝液按图3流程单独引入浮动床(该床采用双层双室浮动床,原设计只处理生水)进行工业试验。从回收的情况来看,浮动床出口电导可降至1.5μs/cm以下(脱碳风机开停影响不大),对后续混床没有产生影响。电导率变化趋势见图8。
1—除铁;2—阳浮动床;3— 阴浮动床;4—混合床
图3:浮动床回收工艺冷凝液流程图
图4:浮动床回收工艺冷凝液电导率变化趋势
从图4可看出,阴床出口电导率稳定在1.6μs/cm,并且呈下降趋势,电导率去除率达98%以上,经过阳床和阴床处理后,出水优于一级脱盐水水质,对混床批量没有影响。
4.工业应用及效益估算
4.1工业应用效果
根据工业小试的试验结果,2003年9月对回收工艺冷凝液流程进行改造,增加除铁(φ=1200mm,H=1000mm)、阳浮动床(φ=1600mm,H=4000mm)、阳浮动床(φ=1600mm,H=4000mm)。浮动床采用单层单室,阳树脂型号选用D001×7,阴树脂型号选用201×7,装填量分别为4m3。2003年10月投入运行,浮动床出口电导率变化趋势见图5,浮动床运行周期为40~48h,运行批量为2200t~2600 t。
图5:浮动床电导率变化趋势图
从图5可以看出:工艺冷凝液电导率在100~180μs/cm波动,阴床出口电导率≤10μs/cm,符合一级脱盐水标准。
4.2效益
一年按300天计算,则共回收冷凝液量Q =55×300×24=396000T,每吨按1.5元计算,则可节约水费59.4万元。
一年需再生次数为300×24/40=180次(浮动床运行批量2200T,即回收40小时再生1次),计算每次需消耗600kg的30%盐酸, 400kg的30%NaOH.每年需消耗酸108t, 每年需消耗48T.每吨盐酸按780元计,每吨碱按600元计,则每年消耗酸碱费用为108×780 48×600=11.2万元。
每年回收尿素工艺冷凝液净效益为59.4-11.2=48.2万元.
5、结语
(1) 尿素工艺冷凝液和生水混合进入一级脱盐水系统会生成絮状物。
(2) 尿素工艺冷凝液直接进入二级脱盐系统导致混床出水电导提前超标,制水批量急剧下降。
(3) 尿素工艺冷凝液经除铁处理后经阳浮、阴浮再经混床处理后完全可以达到回收要求,并产生一定的经济效益。