低壓分解吸收系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)和異常情況處理

張永強，葛志軍

（安徽晉煤中能化工股份有限公司，安徽臨泉 236400）

我公司于1995年開始投建的一套60kt／a水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)裝置經(jīng)過三次技術(shù)改造，現(xiàn)生產(chǎn)能力達(dá)到260kt／a。下面介紹低壓分解吸收系統(tǒng)的操作控制。

1 分解吸收原理

1.1 循環(huán)分解任務(wù)

低壓分解過程是將汽提液中的甲銨分解成CO2與氨，然后將溶于液體中的CO2與氨分離出來。

1.2 循環(huán)分解的方法

采用減壓和加熱的方法。

1.3 循環(huán)原理

甲銨分解過程就是甲銨生成反應(yīng)的逆過程，可用下面的平衡式表示：

從反應(yīng)式可知，甲銨分解反應(yīng)為體積增大的吸熱過程，因此，在一定的壓力下，分解溫度越高，液相中殘留的CO2與NH3含量愈低，分解率就越高；當(dāng)溫度一定時，壓力降低，分離出來的CO2與NH3就越多，分解率就越高，但隨著壓力降低，進(jìn)入氣相中的水量也隨之增加，因此在保證一定分解率的前提下，盡量減少氣相中水含量，使返回高壓系統(tǒng)的水量減少。另一方面，在實際生產(chǎn)中，由于分解氣的冷凝吸收需要有一定的壓力，因而在分解過程中，不可能采用過低的壓力，PIC－302控制在0.17MPa。

1.4 低壓分解回收系統(tǒng)操作控制原則

在一定的工藝條件下，使低壓系統(tǒng)的甲銨分解率和總氨蒸出率都達(dá)到98%以上，同時將分解出來的氣相匯同解吸出口氣體，經(jīng)加水冷凝吸收后，分別在兩個吸收冷凝器內(nèi)以稀甲銨液和氨水的形式返回一吸塔。

甲銨分解率 分解成氣體的CO2與汽提塔出口液中未轉(zhuǎn)化成尿素的CO2量之比，稱為甲銨分解率，用η甲銨表示。汽提液中CO2量即為未轉(zhuǎn)化成尿素的CO2量，汽提液中與分解液中CO2量之差就是分解成氣體的CO2量，則：

總氨蒸出率 從液相中蒸出的氨量與汽提液中未轉(zhuǎn)化成尿素的氨量之比。

1.5 低壓分解工藝指標(biāo)選擇的依據(jù)

低壓分解工藝指標(biāo)的選擇與整個循環(huán)系統(tǒng)密切相關(guān)，在分解過程中，既要保證分解率，減少返回水量，又要防止副反應(yīng)增加。

1.5.1 溫度的選擇

溫度高，雖然有利于分解反應(yīng)進(jìn)行，但采用過高的溫度將使副反應(yīng)加劇。例如，水解反應(yīng)和生成縮二脲的反應(yīng)都隨著溫度升高而加劇。溫度過低時，會增加閃蒸槽的負(fù)荷，隨閃蒸帶出的氨增多，增加解吸系統(tǒng)負(fù)荷，而且閃蒸后溶液中含氨量增加，影響尿液泵操作。因此，低壓分解溫度一般控制在120～140℃之間較為合適。

1.5.2 壓力的選擇

壓力愈低，分解反應(yīng)進(jìn)行得愈徹底。但分解出來的氣體要進(jìn)入吸收部分，分解與吸收要在同一壓力等級下進(jìn)行，所以分解壓力主要取決于低壓吸收的壓力，從低壓吸收工藝指標(biāo)可知，其壓力選擇在0.2～0.25MPa，因此，低壓分解的壓力要比吸收壓力稍高一些，一般選擇為0.25～0.3MPa。

低壓系統(tǒng)的甲銨分解率和總氨蒸出率，其定義與中壓系統(tǒng)的完全一樣，只是其中（CO2／Ur）和（NH3／Ur）分別為出低壓分解系統(tǒng)尿液中的碳尿比和氨尿比（質(zhì)量比）。所謂低壓系統(tǒng)的甲銨分解率和總氨蒸出率，實際上是中壓加低壓的總分解率和總氨蒸出率，中壓分解量約為十分之九，低壓分解量約為十分之一，但低壓分解時單位質(zhì)量的氨和二氧化碳帶出的水量約為中壓帶出水量的3倍多。這也可以說明合成反應(yīng)液中未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳為什么要采用二段分解的原因，如果在中壓分解內(nèi)將絕大部分未反應(yīng)物分解，則分解溫度高得設(shè)備材料不能耐受腐蝕；如在低壓分解內(nèi)一次完成分解，盡管容易達(dá)到額定的分解率，但隨之帶出的水將大大超過允許的循環(huán)水量，使水溶液全循環(huán)工藝無從實現(xiàn)。

2 分解壓力的調(diào)節(jié)

低壓分解系統(tǒng)壓力的測量點是在二循二冷氣相出口管上，由PIC－302自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)，所以要考慮低壓分解氣體克服兩個冷凝吸收器的設(shè)備阻力。計算和實驗表明，一般低壓分解氣體經(jīng)過一個冷凝吸收器的阻力約為0.05MPa。

對于精餾流程，低壓系統(tǒng)壓力的高低，要視一段分解氣相水含量、系統(tǒng)循環(huán)水總量和低壓加水量而定。如果二循二冷的出口氣相壓力為0.17MPa，則二循一冷和二分塔氣相壓力分別為0.20MPa和0.25MPa。

正常生產(chǎn)運行時，影響低壓分解壓力的主要因素有二段分解負(fù)荷，解吸的負(fù)荷，二循一、二冷的溫度、加水量（溶液濃度）與液位。

低壓分解壓力可根據(jù)其變化及時調(diào)節(jié)。一般夏季二循二冷的溫度偏高或加水量減少時，可適當(dāng)提高其壓力，冬季則反之。

原始開車中，出預(yù)蒸餾塔的尿液經(jīng)二分塔加熱提溫后，大量分解氣進(jìn)入二循一冷和二循二冷，由于原始開車中二氧化碳轉(zhuǎn)化率較低，加之中壓分解溫度有時不能達(dá)到指標(biāo)值，所以分解負(fù)荷大，低壓循環(huán)會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。必要時開大低壓壓力調(diào)節(jié)閥副線控制壓力，待正常后，可將低壓壓力調(diào)節(jié)閥PIC－302切入自控。

當(dāng)系統(tǒng)低負(fù)荷時，由于二循一冷、二冷能力過剩，會出現(xiàn)過度冷凝，推動力減弱，低壓段壓力往往達(dá)不到正常工藝指標(biāo)，低壓系統(tǒng)補壓會出現(xiàn)氣擊現(xiàn)象。使低壓系統(tǒng)超壓，最好不要用中壓吸收系統(tǒng)的尾氣補壓，因為此尾氣組分在爆炸范圍之內(nèi)，而且中壓也不穩(wěn)定，對系統(tǒng)安全生產(chǎn)也是一個隱患。

處理 提高二循一冷的溫度，當(dāng)壓力上升時，PIC－302保持一定的開度，稍排放一部分二甲液，同時加大二表液，使氣體流動起來，這樣也可以防止二循一冷結(jié)晶。

3 吸收溫度的調(diào)節(jié)

當(dāng)?shù)蛪悍纸鈿膺M(jìn)入二循一冷，管間激烈鼓泡吸收后，反應(yīng)熱使溶液溫度上升，低壓吸收溫度的調(diào)節(jié)主要通過調(diào)節(jié)冷卻水量來實現(xiàn)，一般控制在35～40℃。過高的溫度會影響氣體CO2在二循一冷內(nèi)的充分吸收，部分CO2進(jìn)入二循二冷，使一吸塔頂?shù)膰娏芤褐袔в刑嗟腃O2，對一吸塔操作不利。溫度過高還降低二循一冷溶液的NH3／CO2，增大二循二冷的氨吸收量。對預(yù)精餾流程來說，二循一冷溫度過低后，其主要矛盾還不在于稀甲銨溶液的結(jié)晶堵塞，而是由于稀甲銨液NH3／CO2高，入二循二冷的氨量少，低壓壓力調(diào)節(jié)流通氣量太小而發(fā)生液擊，所以有時還應(yīng)適當(dāng)提高二循一冷溫度，讓部分氣氨去二循二冷吸收，可使低壓系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定。一般來講，為了使氨得到充分回收，二循二冷溫度的維持原則應(yīng)略低于二循一冷。

處理 可適當(dāng)提高冷卻水溫，保持連續(xù)加液。

4 加水量的調(diào)節(jié)

二循一冷、二冷應(yīng)保持適宜而平穩(wěn)的加水量。如果向冷凝器加水過少，溶液增濃，吸收不好，壓力上升；反之，如果加水過多溶液變稀，系統(tǒng)壓力下降，并破壞全系統(tǒng)的水平衡。因此，生產(chǎn)中加水量的控制方法是，根據(jù)二循一冷甲銨液濃度調(diào)節(jié)二甲泵的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)二循一冷液位確定補水量，以維持液位恒定。

二循二冷控制加水量的方式與二循一冷的方式是一致的。根據(jù)氨水的濃度，考慮到一吸塔精餾段的上部溫度，調(diào)節(jié)氨水流量，然后補充適當(dāng)水量，以維持二循二冷液位的恒定。

開車時，因二段分解負(fù)荷重，分解氣大量進(jìn)入二循一冷、二冷，使兩個液位居高不下，這時必須將溶液排放一部分，不應(yīng)加快泵的轉(zhuǎn)速來拉低液位，以免過度增加循環(huán)水量。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)二循二冷中CO2含量高達(dá)5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上時，應(yīng)及時大量增加二循二冷的加水量，排放其中部分溶液，使一吸塔頂噴淋操作務(wù)必不要進(jìn)入分層區(qū)而析出結(jié)晶，同時要找出引起溶液中CO2含量升高的原因并及時調(diào)整操作。

5 其他方面

中壓分解效率因種種原因（① 裝置生產(chǎn)負(fù)荷高，蒸汽壓力低。② 循環(huán)加熱器殼側(cè)積存惰氣或冷凝液，使傳熱面積減少，降低了傳熱效果。③溶液對設(shè)備的腐蝕和溶液中的油污和雜質(zhì)，引起列管結(jié)垢，且隨時間延長不斷地加厚，使傳熱效率降低。④ 中壓分解塔的泡罩長時間運行被腐蝕掉等）降低時，進(jìn)低壓分解的液相中含CO2與NH3較多，需要熱量多。中壓分解液中的NH3含量升高1.0%，循環(huán)負(fù)荷增加10%～12%。此時應(yīng)加大循環(huán)水量，防止低壓系統(tǒng)超壓，必要時減量生產(chǎn)，待時機停車檢修。