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预分离—预蒸馏工艺尿素装置中预蒸馏塔系统腐蚀问题解析

[日期:2016-04-11] 来源:《中氮肥》2016年第2期  作者: [字体: ]

预分离—预蒸馏工艺尿素装置中预蒸馏塔系统腐蚀问题解析

 

钱镜清

(原湘江氮肥厂,湖南 株洲412005

 

[摘  要]简介早期中型尿素厂、小尿素厂预蒸馏塔系统腐蚀情况的由来及消除过程,认为不存在所谓的原料气CO2中硫化物含量高而导致预蒸馏塔腐蚀的问题。从山西丰喜肥业(集团)临猗分公司、河南息县化肥厂等当时的小尿素厂将预蒸馏工艺装置改为预分离—预蒸馏工艺装置后预蒸馏塔腐蚀问题的解决过程入手,分析与探讨症结所在,阐明系统因种种原因出现气阻而二次空气未能加入一分加引发的缺氧是预蒸馏塔系统发生腐蚀的真正原因。

[关键词] 预分离—预蒸馏工艺;预分离器;预蒸馏塔;腐蚀问题;硫化物;气阻;限流孔板;二次空气

 [中图分类号] TQ 441.41  [文献标志码] B  [文章编号] 1004-9932201602-0037-05

 

1   

早期中型尿素厂由预蒸馏工艺改为预分离—预蒸馏工艺后,预蒸馏塔系统发生了较严重的腐蚀问题。当时的小尿素厂——山西丰喜肥业(集团)临猗分公司二尿装置和河南息县化肥厂,其尿素装置因预蒸馏塔前增设了预分离器,预蒸馏塔在运行过程中发生炸裂;河南一些尿素厂搞增产技改(扩能至200 kt/a),但实际生产中因合成氨系统生产能力未提升,尿素系统产量仍在400450 t/d,导致预蒸馏塔系统发生腐蚀,成品中镍含量超标。当时有人认为是因设置预分离器后尿素合成塔出液中的氧被分离掉了,导致预蒸馏塔发生腐蚀;也有人认为是原料气CO2中有机硫未去除(或除净)而引起的;还有个别厂认为是使用预分离器引起的,因不使用预分离器后,预蒸馏塔就不腐蚀了。

笔者当时就分析了发生腐蚀的原因及使预蒸馏塔不发生腐蚀的条件。近日看到一些文章就预蒸馏塔腐蚀问题重提原料气中有机硫的问题。对此,笔者再次对此腐蚀问题进行剖析,希望能形成共识。

1973年水溶液全循环尿素工艺第二版设计会审在南京召开,当时中尿年会上提出了预蒸馏塔的腐蚀问题。当时的石家庄化肥厂1966年按中尿第一版设计建成的中国第一套尿素装置,由南京化肥厂尿素中试装置工作的朱俊彪先生担任尿素车间主任,把原预分离工艺流程改为预蒸馏工艺流程,也即中国第一套采用预蒸馏工艺流程的尿素装置,由于文化大革命的影响,装置试车后即停产。当时的泸州天然气化工厂引进的280 kt/a尿素装置采用预分离工艺流程,也在1966年投产,但石家庄化肥厂装置开车投产在泸天化引进装置之前,中尿第一版设计完全参照引进装置工艺流程,而其工艺参数全由上海化工研究院提前在2 t/d装置上测试所得。石家庄化肥厂在文革后期正式开车,湖南湘江氮肥厂(系第二套中型尿素装置)于1970元旦试车投产。上世纪7080年代相继有36套中尿装置投产。在尿素年会上,石家庄化肥厂因一分加(一段分解加热器)列管结垢,一分加温度只能到150 ℃,所以其预蒸馏塔内没有发生腐蚀;而川化、湖南资江氮肥厂、广西河池氮肥厂3个厂均按第二版工艺设计建厂,均发生了腐蚀。因此,中型尿素厂以控制一分加在150 ℃预蒸馏塔在缺氧工况下不会发生腐蚀为经验值,最终经大家讨论后决定在一分加底部加入二次防腐空气,加入量为吨尿2.0 m3,从此就消除了预蒸馏塔的腐蚀问题。于是,小尿厂预蒸馏工艺装置上就采用了二次防腐空气的设计。

中尿装置预蒸馏塔除发生上述缺氧腐蚀外,从未发生过其他形式的腐蚀;小尿装置在增设预分离器之前也从未发生过预蒸馏塔腐蚀的现象。

中尿装置在中国从1966年开始发展,小尿装置从1986年开始发展,大都采用煤作为原料,没有发生过因原料气CO2中含有机硫而使预蒸馏塔腐蚀的状况,即使CO2中无机硫超标,也只在尿素合成塔中发生了腐蚀:尿素合成塔中防腐氧气(由原料气CO2带入)量不足时,会产出灰色尿素;有一定氧含量但仍欠缺时,会产出棕红色尿素。可见,原料气CO2中硫化物含量超标时,不可能出现尿素合成塔内无腐蚀而当硫化物抵达预蒸馏塔内后才发生腐蚀。

小尿装置在扩产过程中增设预分离器后,在预蒸馏塔内发生了腐蚀。有人分析认为是有机硫引起的,因水煤气变换后只脱除了无机硫(H2S)。在这里应该指出的是,其分析没有实际的依据,并缺乏对变换过程的认识。

在水煤气变换过程中,CO和水蒸气在变换催化剂的作用下转化成CO2H2,此工况下,约95%的有机硫(COSCS2)也转化为了H2S,所以工艺流程中就没有必要设置脱除有机硫的装置;只有在联醇工艺中,因为甲醇催化剂对工艺气中的总硫有不高于1.0×10-6的要求,所以专门设置了活性炭吸附剂或湿法工艺脱除有机硫。

如河南息县化肥厂,合成氨工序中有联醇装置,工艺气中总硫小于1.0×10-6,则尿素装置原料气CO2中总硫含量不会很高,尿素合成塔内不会产生红尿素,预蒸馏塔内也不可能有有机硫腐蚀的问题。河南息县化肥厂因预蒸馏塔腐蚀,使用1.5 a后炸裂,更换新塔后腐蚀继续存在,也表明不是有机硫腐蚀的问题,是在缺氧情况下发生的腐蚀。所谓有机硫腐蚀,在客观上是不存在的命题。

原料气CO2中所含的H2S,一般由干法脱硫塔脱除了,入尿素合成塔前H2S含量应小于10×10-6了;同时,在原料气CO2中加入防腐空气后,原料气CO2中氧含量在0.3%0.5%(体积分数,下同),可消除H2S对尿素合成塔的腐蚀。若H2S含量偏高,而又未提高CO2气中的氧含量,则尿素合成塔衬里的腐蚀的确会加重。正常生产情况下,尿素合成塔衬里腐蚀量小于0.2 mm/a,故工艺设计中说明H2S只能在尿素合成塔内发生腐蚀,绝不会等到进入预蒸馏塔内才发生腐蚀作用。

40多年的生产实践表明,原料气CO2中携带的硫化物是不可能在预蒸馏塔内产生腐蚀作用的。

2  小尿素厂用预分离器后发生的预蒸馏塔腐蚀

更多内容详见《中氮肥》2016年第2

 

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