尿素工艺废液处理工艺比较

冯晓刚

山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平048400

摘要：尿素生产时产生的一些废液会对环境造成污染，因此需要采取一些工艺方式来处理。对一些工艺进行了比较，从它们的工艺流程和操作方法进行研究，并分析了它们的特点。对于现如今的尿素生产装置，已经采取了最新的技术，并取得了良好的效果，主要对废液工艺处理做出了分析。

关键词：尿素；工艺废液；水解解析；水解汽提

引言

在尿素生产过程中，无论是采用氨汽提工艺、CO2汽提工艺还是传统的水溶液全循环工艺，每生产1t尿素产生约300kg的工艺废液，其中含有4%～5%（质量分数，下同）的NH3和1%～3%的尿素。为了有效回收NH3和尿素并达到排放标准要求，水溶液全循环尿素装置最初采用水解解吸工艺处理工艺废液，但工艺废液中的尿素无法得到有效分解，处理后的废水不能直接回收使用，还需作进一步用水解汽提工艺处理工艺废液，接下来本文将作具体阐述。

1工艺流程

1.1解吸水解工艺流程

氨水槽中的溶液含有NH3、CO2及尿素，溶液通过解吸塔给料泵送出，其中一部分送至低压甲铵冷凝器作吸收剂，其余经解吸塔换热器预热后入第一解吸塔上部。溶液从上至下流径床层时，溶液中的大部分NH3和CO2被水解塔和第二解吸塔来的气体汽提出来。出水解塔底部的溶液经预热器换热后进入第二解吸塔上部继续CO2，所需热量由从水解塔底部加入的高压蒸汽提供。在第二解吸塔内溶液从上至下流径床层时，溶液中的NH3及CO2被从塔下部加入的低压蒸汽全部汽提出来。出第二解吸塔底部的液体含有微量的NH3及尿素。通过解吸塔换热器、工艺冷凝液冷却器冷却至约50℃，再由工艺冷凝液泵送至化水站处理后作为锅炉给水。出第一解吸塔的气体到回流冷凝器进行冷凝，冷凝后的气液混合物进入回流冷凝器液位槽中分离。溶液经回流泵送出，一部分返回第一解吸塔顶部作为回流液，其余则送至低压甲铵冷凝器。出回流冷凝器液位槽的气体至常压吸收塔进一步回收氨。

1.2水解汽提工艺

在水解汽提工艺流程中，水解塔内设有一定数量的筛板塔盘，板上设有溢流堰和弓形降液管，溢流堰高度较高，所有塔盘载液量决定物料停留时间；在2层塔板间存在气相空间，在蒸汽汽提的作用下可使水溶液中的NH3和CO2得到部分解吸，并使水解反应能深入进行。采用高效塔盘内件，使解吸塔与水解塔合二为一，解吸与水解操作压力均为1．2MPa，物料停留时间在1．5～2．0h。

2尿素水解制氨工艺废液的产生及成分

尿素水解器是个密闭容器，尿素溶液进入水解器后产物为氨气、二氧化碳和水蒸气等气体，从尿素水解器上部输出到脱硝装置。尿素溶液带的少量缩二脲等杂质不能随产品气排出，随着尿素水解器的长期运行，尿素溶液中的杂质浓度会越来越高，因此水解需要根据运行情况定期从底部排液，将沉积的杂质一同排出。通常为每周排放两次。尿素水解器排出的废液主要成份为30%尿素（CO（NH2）2），约5%缩二脲（C2H5N3O2），微量的Cr+6，其余为水。

3尿素水解制氨废液处理方案及分析比较

根据火力发电厂废水零排放要求，文中对尿素水解废液采用三种方法进行处理，分别为：1.废液炉内分解；2.废液蒸发、干燥处理；3.废液蒸发、离心处理。具体方案如下。

3.1废液炉内分解

将尿素水解废液收集在废液箱内，废液箱高液位时或定期通过废水泵将废液输送至安装在锅炉炉膛上（炉膛温度850~950℃区域）的喷枪内，然后喷入炉内在高温烟气的作用下分解成氨气和水，氨气与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水。

3.2废液蒸发、干燥处理

将尿素水解废液收集在蒸发器内收集，蒸发器高液位时或定期将启动废液蒸发、干燥系统，先将废液在蒸发器内浓缩后，浓缩液排至干燥机中进行干燥，蒸发器及干燥机产生的水蒸汽排至氨气吸收槽收集。主要设备包括蒸发器、电加热干燥机、废液泵。

3.3废液蒸发、离心分离处理

将尿素水解废液先收集在废液箱内，高液位时将废液打至蒸发器内加热浓缩，然后对浓缩液进行冷却，浓缩液经冷却后产生大量尿素结晶，然后排入离心机进行分离，尿素颗粒袋装固废处理，母液存放至废液箱。

3.4尿素废液处理方案比较分析

通过尿素废液处理工艺可以看出：当采用废液炉内分解方案，将废液喷入锅炉炉膛，可以利用锅炉燃烧能量，不需要其它能源，并可以将废液完全分解不产生固废。但是需要在锅炉炉膛设置尿素溶液喷枪，在运行时需要注意雾化空气系统，避免喷枪出现滴液现场，以免发生喷枪滴液引起的锅炉爆管。当采用废液蒸发、干燥处理方案，由于最终采用电干燥器，因此能耗较高。同时由于尿素溶液浓缩液及尿素颗粒具有一定的粘性，蒸发器、干燥机内部需要定期人工清理，运行维护工作量较大。废液处理后最终会产生尿素、缩二脲等混合物。当采用废液蒸发、离心分离处理方案，尿素浓缩后采用离心机出料，因此能耗相对较小。但是经过离心机后的尿素溶液还需要再次收集，因此系统较复杂，较液蒸发、干燥处理方案多了一个废水罐。同样蒸发器、离心机需要定期人工清理、运行维护工作量较大。废液处理后最终会产生尿素、缩二脲等混合物。

4流化床造粒技术

该技术主要是用来制备大颗粒的尿素。大颗粒尿素的优点是在生产过程中基本上不会对环境造成污染，在运输和使用中可以减少粉尘的损失，贮藏比较方便。工艺流程将质量分数为96%的尿素溶液注入到造粒机的喷头总管中，经过雾化之后喷洒在处于流化状态的晶种上。一些微小的液滴可以进行蒸发和固化，从而形成颗粒尿素。它的优点是，将空气雾化和流化床进行结合，提高了造粒的效率，生产能力较大，成品的质量好，颗粒大。它的操作简单，开停车的时间较短，灵活性好，适应性强。在尿素装置中，把二氧化碳汽提工艺和Hydro大颗粒流化床造粒技术进行结合，它们具有以下的工艺特点。①在脱氢装置中可以将二氧化碳中的氢气去除掉，降低系统运行的风险。②应用了甲氨冷凝机和高效塔板可以降低合成塔反应所需要的体积。③可以提高汽提效率，降低操作压力，降低低压循环系统的负荷。④降低尿素粉尘的排放，减少环境污染，提高环境质量。

5汽提工艺的特点

5.1操作弹性较高

选用耐腐蚀的双相钢作为高压设备，主要是针对尿素工艺，并且经过了工业的验证。在进行无氧气转化的条件下，其耐腐蚀性和机械强度仍然不会发生改变。它可以在低负荷下进行不断地运转，同时不会影响设备的寿命。即使装备发生了停产，它的封塔时间也不会受到限制。只要使用措施正确，保证装置的温度，那么在封塔时，就不用受时间的限制，可以提高用户的选择余地。

5.2无氧操作

因为在该装备中使用了Safurex的材料，那么在使用时就不需要对装置进行加氧钝化。因此在二氧化碳原料当中存入的氢气就不会和氧气进行混合，从而避免爆炸的危险，为尿素装置提供了安全保障。同时装置也会减少对脱氢装置的依赖，减少了脱氢催化剂的使用，可以降低装置中的惰性成分，提高合成转化率，降低能耗的消费。另外，在生产尿素时，还采用了挪威海德鲁流化床造粒技术。

结语

文中提出的三种尿素废液处理方案均能实现脱硝装置废水零排放的目标。企业在选择废液处理方案时，应根据企业的具体情况来确定。要考虑到企业运行管理水平，在选用能耗低、投资少的方案时，避免影响企业的正常生产运行，同时要考虑废液处理后产生的废固处理问题。

参考文献：

[1]沈斌.尿素制氨工艺在SCR烟气脱硝工程中的应用[J].中国特种设备安全，2009，26（1）：52-55.

[2]姚洪齐，徐晨.生产过程中的硫酸铵蒸发结晶以及中和结晶的主要对比分析[J].科技创新与应用，2016，（15）：22.

[3]韩东，彭涛，梁林等.基于蒸汽机械再压缩的硫酸铵蒸发结晶实验[J].化工进展，2009，（23）：138.

[4]汪家铭.尿素法SCR烟气脱硝技术及应用前景[J].合成技术及应用，2013，28（1）：26.