淺談低壓系統(tǒng)對水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)的影響

吳璇琴

（廣西桂林市平樂縣青龍鄉(xiāng)政府企業(yè)管理站，廣西 平樂 542408）

淺談低壓系統(tǒng)對水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)的影響

吳璇琴

（廣西桂林市平樂縣青龍鄉(xiāng)政府企業(yè)管理站，廣西 平樂 542408）

在水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)好合成塔組分和穩(wěn)定好中壓吸收塔操作對提高尿素產(chǎn)量和降低消耗至關(guān)重要。文章通過分析水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)工藝中低壓系統(tǒng)對整個尿素生產(chǎn)系統(tǒng)的影響因素，為系統(tǒng)調(diào)優(yōu)和穩(wěn)定生產(chǎn)提供一定的經(jīng)驗。

水溶液全循環(huán)；尿素；低壓；調(diào)優(yōu)

尿素低壓系統(tǒng)包括低壓分解、低壓吸收和解析回收三個部分。

1 低壓吸收

來自二分塔、解析回流冷凝器氣體以及來自解析回流泵的甲銨液一起進入二循一冷預(yù)冷器，經(jīng)二循一冷吸收后，氣相進入二循二冷預(yù)冷器被來自二表泵的蒸發(fā)冷凝液吸收，液相經(jīng)二甲泵加壓后送一段蒸發(fā)熱利用段做吸收液。二冷氣相經(jīng)P22減壓后去尾氣吸收塔，液相的稀氨水經(jīng)過氨水泵加壓后去惰性氣體洗滌器。

1.1 低壓吸收壓力

低壓壓力P22是低壓吸收的主要工藝指標(biāo)，在該壓力下既要完成二段分解的任務(wù)，又要在一、二冷中根據(jù)系統(tǒng)水平衡的要求，在一定加水量的前提下，能吸收完二段分解的 NH3和 CO2。因此低壓吸收操作壓力要高于二甲液組分的平衡壓力，在此操作壓力下既使二甲液組分穩(wěn)定，又完成二段分解的分解率指標(biāo)。

影響低壓吸收操作壓力的因素很多，比如生產(chǎn)負荷大小、一甲液組份的變化、解析壓力大小等。吸收負荷過重，未吸收下來的NH3和 CO2量多，易直接造成P22超壓。相反，負荷低則二段壓力低。此時，容易造成二甲泵、氨水泵不打量，對中壓吸收和合成塔的水平衡不利。后經(jīng)過改造，利用系統(tǒng)富于的儀表空氣直接補充到低壓系統(tǒng)，保障了二甲泵、氨水泵的正常運行。另外，解析氣直接并入低壓系統(tǒng)，對低壓壓力影響顯著。根據(jù)長期積累的操作經(jīng)驗，解析一旦超標(biāo)，低壓必然超壓，引起低壓放空量大增，尾吸塔下液管冒“冷汗”，導(dǎo)致消耗上升。

1.2 一、二冷濃度

二甲液和稀氨水的濃度直接影響到一吸塔的操作穩(wěn)定和水平衡，對整個尿素系統(tǒng)的影響極為顯著。二甲液濃度高低直接影響到中壓吸收的效果和一甲液的濃度，控制不當(dāng)就有可能造成中壓超壓、一吸塔上竄。當(dāng)高負荷生產(chǎn)時，通過調(diào)節(jié)把一甲液CO2盡量控制在16%，既能確保一甲液和預(yù)精餾氣在閃蒸預(yù)濃縮器殼程充分混合吸收，又可避免一甲液過濃在管道阻力大的地方結(jié)晶堵塞引起中壓超壓，同時有利于整個系統(tǒng)產(chǎn)生的氨水的消化吸收。一甲液濃度太低則會增加合成塔的水碳比，造成合成塔轉(zhuǎn)化率下降，中、低壓分解吸收負荷加重，引起惡性循環(huán)。

二冷中的稀氨水用于一吸塔上部精洗段。一旦稀氨水中CO2超標(biāo)，則直接影響一吸塔精洗段的吸收效果，使過量的CO2不能完全吸收下來。CO2進入到氨冷器與液氨形成甲銨結(jié)晶附著于氨冷器列管上，大大降低氨冷效果，從而造成中壓放空量增大，引起整個系統(tǒng)操作混亂和消耗的大增。

因此，控制一、二冷濃度是操作一吸塔的關(guān)鍵。

2 低壓分解

低壓分解設(shè)備包括二分加熱器和二段分解塔。二分塔是連接中壓系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)的一臺重要設(shè)備，其操作的好壞直接影響中壓吸收塔T9溫度的穩(wěn)定和蒸發(fā)一、二段液位、溫度及真空度的變化。二分塔工藝參數(shù)波動，一方面影響一段蒸發(fā)的溫度和真空度，使尿液在一段蒸發(fā)加熱器下部換熱變化較大，二甲液和預(yù)精餾氣熱利用后溫度忽高忽低，引起中壓吸收塔T9溫度波動，致使中壓系統(tǒng)不穩(wěn)；另一方面，二分塔分解出的氣量變化大，會使二循一冷跟著波動，使返回一吸塔的二甲液量和濃度發(fā)生變化，影響一吸塔的CO2吸收。它對蒸發(fā)系統(tǒng)的影響為：二分塔溫度和液位的高低會直接影響蒸發(fā)系統(tǒng)的負荷大小，使蒸發(fā)溫度和真空度產(chǎn)生較大的波動，從而影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量。原尿素系統(tǒng)經(jīng)過改造，生產(chǎn)能力已經(jīng)提高至1100t/d，為適應(yīng)高負荷生產(chǎn)，把更換下來的F=172m2原一分加熱器用做新的二分加熱器。同時，把二段分解塔下部分離段由Φ900加大為Φ1200，并適當(dāng)加高上部蒸餾段和增加填料高度。

2.1 工藝流程介紹

低壓分解指經(jīng)過中壓分解后的尿液經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓至0.3MPa左右進入二分塔上部蒸餾段與上升的二分氣進行傳熱、傳質(zhì)后經(jīng)過二段分解加熱器加熱，由切線進入二分塔下部分離段進行氣液分離，氣相去低壓吸收，液相去真空蒸發(fā)系統(tǒng)。

2.2 二段分解溫度

根據(jù)生產(chǎn)負荷高低，二段分解溫度控制在125～155℃。二分塔溫度控制原則上采用使尿素溶液中殘余的氨和二氧化碳盡可能地完全蒸出，同時又保證氣相帶水盡可能地少，避免縮二脲的生成。二分溫度太低，甲銨液分解不完全，過多的游離氨帶到蒸發(fā)系統(tǒng)，造成蒸發(fā)負荷加重。反之，二分溫度控制過高，二分氣相中的水蒸氣分壓上升，進入一冷的水量增加，從而影響整個系統(tǒng)的水平衡，二分后尿液濃度提高，則其熔點溫度自然上升，帶來其它副作用，如二分系統(tǒng)中縮二脲含量增加、汽耗量上升。隨著二段分解溫度提高，甲銨液分解率提高，一冷吸收量增大、液位上漲、二甲液中 CO2上升。如若一冷液位控制不好，將會滿液到二冷造成二冷CO2濃度超標(biāo)，進而影響到一吸塔精洗段的精洗效果，嚴(yán)重的會導(dǎo)致一吸塔上竄，威脅整個尿素系統(tǒng)的正常運行。

2.3 二分塔壓力

工藝流程上，二分塔氣相直接進入二循一冷預(yù)冷，因此，二分塔壓力只能通過P22間接調(diào)節(jié)。前面已介紹到，為滿足低壓吸收，P22控制在0.20MPa左右。加上在一冷、二冷中產(chǎn)生的阻力降，二分塔壓力實際為0.28MPa左右。因此，為保證二段分解率達到指標(biāo)，同時又不至于分解氣帶水過多，一旦生產(chǎn)負荷確定之后，P22不能隨意設(shè)定。

2.4 二分塔液位

工藝要求二分塔盡量控制低液位，縮短尿液停留時間，減少尿素水解、縮合等副反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)系統(tǒng)負荷大時，二分塔液位上升，使調(diào)節(jié)閥開度一般在80%～100%，有時需開副線維持。在系統(tǒng)有波動時, 二分塔液位不穩(wěn)，易發(fā)生串氣、積液等事故，影響了二段吸收和蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

二分塔的加熱器、分離器二者是分開的，液位計設(shè)置在分離器上，分離器的尿液來自加熱器，氣液分離后，氣相進入精餾段，液相進入蒸發(fā)工序。分離器內(nèi)存有一定液位，以防止氣體竄入蒸發(fā)工序。但液位波動的因素主要受制于精餾段出液至二分加熱器管路中的溶液。此外，一段分解對二分塔液位波動也有影響。當(dāng)一段分解不好時，二分液中氨含量增大，氣氨揮發(fā)出來在管路中形成氣阻使管路中的流速下降，進入加熱器的尿液減少，進入分離器的尿液量也就減少。另一方面，一段分解不好會使進入二分塔的液相體積增大，溶液的位能克服氣阻，流至加熱器的量增加，液位上漲。相反，一段溫度過高，甲銨分解量過多，流入二分塔的尿液量減少，導(dǎo)致二分塔液位的下降。

二分塔液位太低時會竄氣至蒸發(fā)工序，造成蒸發(fā)真空度驟降，蒸發(fā)溫度超標(biāo)；液位波動時去蒸發(fā)工序的量不穩(wěn)定，蒸發(fā)極難操作，尿液只能進尿液槽緩沖，由尿液系抽至蒸發(fā)工序。當(dāng)二分塔波位高時，二分塔氣相帶液嚴(yán)重，帶至一冷，二甲液中尿液含量上升，也會波及一段吸收培的工藝穩(wěn)定性。當(dāng)然在新裝置中二分塔結(jié)構(gòu)不同，分離器的容量大，對前后工序的影響少些，只是液位過高時，縮二脲含量增加。

因此，二分塔液位控制以視鏡上看不到液位、不竄氣為準(zhǔn)。

3 解析回收

在低壓系統(tǒng)中，解析部分對整個尿素系統(tǒng)的平穩(wěn)運行和水平衡的影響尤其顯著。解析氣相中除了NH3和CO2外，還有水。2009年，尿素分廠新增的2#解析和深度水解系統(tǒng)投用，使得解析和水解消化吸收氨水的能力大大增加，兩套解析裝置同時運行，每小時可處理氨水 35～40m3/h。因此，如何控制好解析氣相的帶水量直接影響到系統(tǒng)的水平衡。影響解析氣相含水量的主要因素是解析壓力和解析氣相溫度。

3.1 解析回收工藝流程

解析給料泵將碳銨液經(jīng)解析換熱器預(yù)熱后送到第一解析塔頂部，第二解析塔和水解塔來的氣體把碳銨液中的NH3和CO2氣提出來，液相經(jīng)過加壓和預(yù)熱后送入水解塔，把其中的尿素水解成NH3和CO2。出水解塔的液體與第一解析塔液換熱后進入第二解析塔，塔底來的蒸汽將水解液中的少量NH3和CO2氣提出來。解析出來的NH3和CO2經(jīng)過冷凝后進入回流分離器，液相經(jīng)回流泵送至二循一冷預(yù)冷做二分氣的吸收液。

3.2 解析壓力

在同一操作溫度下，解析壓力高，氣相帶水少，但不利于NH3和CO2從碳銨液中解析出來；解析壓力低，則會造成解析氣相中的水量增加，而且不利于解析氣通過壓差進入二循一冷。例如，解吸出口氣相溫度120℃時在0.4MPa（表壓），氣相含水34%，在0.3Mpa時為44%，冷凝后溫度112℃，含水降至31.5%。因此，統(tǒng)籌以上二者，解析壓力通過回流分離器氣相調(diào)節(jié)閥控制在0.35MPa左右。影響解析壓力的因素有：（1）碳銨液濃度；（2）解析蒸汽量大??；（3）水解塔氣相閥開度；（4）二段壓力。生產(chǎn)中最常見的異常狀況是解析塔超壓。此時，最直接、最快速的調(diào)節(jié)手段是關(guān)小解析蒸汽；其次，檢查回流泵是否打量或者回流管結(jié)晶堵塞；若有回流量且關(guān)小蒸汽仍不能降低壓力，則有可能是解析氣相管堵塞，可通過用蒸汽冷凝液沖洗的辦法把堵塞的管道沖通。另外，根據(jù)長期操作經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，碳銨液濃度太高，解析塔滿液以及水解氣相倒灌入解析塔等情況也會造成解析塔超壓。

3.3 解析氣相溫度

解析氣相溫度的高低直接反應(yīng)氣相帶水量的多少。相同操作壓力下，氣相溫度高，水蒸汽的分壓大，帶到回流冷凝器的水量就多。解析氣相帶液，一方面造成二循一冷滿至二循二冷，導(dǎo)致二循二冷二氧化碳濃度超標(biāo)，造成一吸塔氣相超溫，不易操作；另一方面二甲液組分達不到指標(biāo)，引起一甲液組分稀，造成入合成塔H2O/CO2偏高，合成塔轉(zhuǎn)化率下降，一段循環(huán)負荷增加，導(dǎo)致一分加蒸汽耗上升，H2O/CO2偏高還可導(dǎo)致合成塔頂?shù)诇夭顪p小、二分后尿液濃底降低等問題，不得利于系統(tǒng)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)及長周期運行。此外，解析氣相溫度升高直接加重回流冷凝器的負荷?；亓骼淠髫摵蛇^大造成回流液溫度偏高，進而影響到回流泵打液量的好壞。反之，解析氣相溫度低，氣相帶水量少。雖然，氣相帶水量少有利于系統(tǒng)水平衡和提高合成塔的轉(zhuǎn)化率，但是解析氣相水含量過少會使得回流液過濃，容易導(dǎo)致解析氣相管內(nèi)的甲銨液結(jié)晶堵塞管道，引起解析超壓、環(huán)保超標(biāo)甚至系統(tǒng)停車。根據(jù)操作經(jīng)驗，解析氣相溫度控制在112℃～115℃較為合適。影響解析氣相溫度的因素主要有以下幾點：（1）塔頂回流量的大??；（2）解析蒸汽的量；（3）水解氣相帶來的熱量；（4）解析塔壓力。正常情況下，解析氣相溫度偏高，首先可通過加大頂回流量來調(diào)節(jié)；其次，在確保解析廢液達標(biāo)的前提下，可關(guān)小解析蒸汽，控制水解氣相閥開度；若是解析塔壓力高，則通過調(diào)節(jié)回流冷凝分離器氣相閥的開度降低壓力或者一邊補碳銨液到回流冷凝器，一邊通過回流泵把濃的回流液排往氨水槽也可迅速解決解析塔超壓的問題。

4 結(jié)語

綜合分析低壓操作系統(tǒng)可以清楚地看到，它一方面維持著合成塔的水平衡，影響著 CO2的轉(zhuǎn)化率和尿素的產(chǎn)量；另一方面，肩負著節(jié)能降耗和保證產(chǎn)品質(zhì)量的雙重任務(wù)。在水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)中，在調(diào)整好合成塔組分和保證吸收塔穩(wěn)定的前提下，要把低壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)工作貫穿于生產(chǎn)過程的始終，只有這樣，才能保證裝置的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和低耗。

Effect of low pressure system on the production of urea in the whole circulation method of aqueous solution

The regulation of the composition of the synthetic tower and the operation of the medium pressure absorption tower are very important for increasing production and reducing consumption during the process of urea production in the whole circulation method of aqueous solution. This paper studies the influence factors of the low pressure system on the whole urea production system during the process of urea production in the whole circulation method of aqueous solution, and provides some experience for system tuning and stable production.

aqueous solution total recycle; urea; low voltage; tuning

TQ44

A

1008-1151(2016)09-0045-03

2016-08-11

吳璇琴（1985－），女，廣西桂林平樂人，供職于廣西桂林市平樂縣青龍鄉(xiāng)政府企業(yè)管理站。