尿素裝置高壓系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程工藝優(yōu)化探討

王曉光

摘 要：青海云天化國(guó)際化肥有限公司有兩套年產(chǎn)30萬(wàn)噸的尿素裝置，兩期裝置分別于2010年及2011年投產(chǎn)，裝置生產(chǎn)初期因工藝、設(shè)備等各種原因裝置工藝波動(dòng)頻繁，設(shè)備工藝事故頻發(fā)，裝置各類消耗持續(xù)偏高，且遠(yuǎn)高于同行業(yè)水平。經(jīng)過(guò)不懈努力，目前裝置氨耗下降至0.573t/t，其他各類消耗也有了大幅度的降低?，F(xiàn)就尿素裝置高壓系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整方面做出如下總結(jié)。

關(guān)鍵詞：氨碳比;水碳比;轉(zhuǎn)化率

1 高壓系統(tǒng)工藝及主要控制參數(shù)

尿素合成反應(yīng)分為兩步進(jìn)行：第一步氨基甲酸銨的生成;第二反應(yīng)是氨基甲酸銨脫水生成尿素。由于氨基甲酸銨生成的熱效應(yīng)大于氨基甲酸銨脫水的熱效應(yīng)，因此尿素合成的總反應(yīng)是一個(gè)體積縮小、可逆的放熱反應(yīng)。在特定溫度、壓力條件下氨基甲酸銨生成速率會(huì)逐漸增加，氨基甲酸銨脫水生成尿素的反應(yīng)主要在液相中進(jìn)行，速率很慢，不易達(dá)到化學(xué)平衡，因此氨基甲酸銨的脫水反應(yīng)為總反應(yīng)的控制步驟。第一步反應(yīng)的反應(yīng)程度是需要控制的，約有70%的CO2和80%的NH3生成甲銨，反應(yīng)程度通過(guò)調(diào)整高壓甲銨冷凝器殼側(cè)的蒸汽壓力所控制。因此，為保證第二階段反應(yīng)熱，必須控制第一步反應(yīng)的程度。此外高壓系統(tǒng)的氨碳比N/C與水碳比H/C直接關(guān)系著原料配比及反應(yīng)物濃度的關(guān)系，因此對(duì)于高壓系統(tǒng)控制同樣重要。

2 高壓系統(tǒng)主要參數(shù)控制

2.1 0.5MPa蒸汽壓力

控制低壓汽包壓力，也就是通過(guò)控制尿素合成第一步反應(yīng)氨基甲酸銨生成產(chǎn)生熱量移走的多少來(lái)控制第一步反應(yīng)速率。通常情況下，在負(fù)荷一定的情況下習(xí)慣性的將低壓汽包壓力提高，目的是讓更多的氨與二氧化碳進(jìn)入合成塔進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生足夠的熱量來(lái)促進(jìn)尿素合成第二步反應(yīng)氨基甲酸銨脫水，進(jìn)而提高合成塔熱負(fù)荷。但是低壓汽包壓力控制過(guò)高，高壓甲銨冷凝器內(nèi)大量氨、二氧化碳進(jìn)入合成塔后未徹底反應(yīng)，氨基甲酸銨脫水吸收的熱量不能夠完全移走氨基甲酸銨的反應(yīng)熱，會(huì)造成合成塔內(nèi)熱負(fù)荷過(guò)高，勢(shì)必造成合成塔壓力偏高，氣相放空量增大，而合成塔出液中未反應(yīng)物增多，在經(jīng)過(guò)汽提塔汽提后再次回到高甲冷進(jìn)行反應(yīng)，造成合成塔轉(zhuǎn)化率大幅度降低。因此，在控制低壓汽包壓力時(shí)，參照不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的汽包壓力進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也應(yīng)該參照合成系統(tǒng)各點(diǎn)溫度進(jìn)行調(diào)整，控制TI-2216、TI-2217在168.5-170℃之間，控制合成塔出液溫度在183℃以上。

2.2 氨碳比N/C

氨碳比是指高壓系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化成尿素及未轉(zhuǎn)化成尿素的游離的氨之和與轉(zhuǎn)化成尿素及未轉(zhuǎn)化成的尿素的二氧化碳之和的比值，氨碳比直接反應(yīng)著尿素合成原料的配比關(guān)系，決定整個(gè)反應(yīng)的平衡及轉(zhuǎn)化率。過(guò)剩的氨與水作用會(huì)使得反應(yīng)向生成尿素的方向進(jìn)行，同時(shí)抑制尿素縮合的副反應(yīng)進(jìn)行。過(guò)剩氨還可以減緩高溫反應(yīng)物對(duì)設(shè)備的腐蝕，通過(guò)過(guò)剩氨可以調(diào)節(jié)合成塔的內(nèi)物料的自熱平衡，維持最適宜的反應(yīng)溫度。一般認(rèn)為NH3/CO2每提高0.2，轉(zhuǎn)化率可以提高1-1.5%。但是NH3/C02的提高，使合成塔內(nèi)氨的轉(zhuǎn)化率降低，增加了未反應(yīng)物中氨的回收量，增加了生產(chǎn)過(guò)程的蒸汽消耗，也加大了回收設(shè)備的投資，同時(shí)也會(huì)破壞合成塔內(nèi)物料的自熱平衡。正常生產(chǎn)中氨碳比事宜控制在2.89-3.2之間。

2.3 水碳比H/C

水碳比是指高壓系統(tǒng)合成塔出液中的水量減去第二步反應(yīng)甲銨液脫出的水與轉(zhuǎn)化成尿素及未轉(zhuǎn)化成的尿素的二氧化碳之和的比值，水是整個(gè)尿素合成反應(yīng)的生成物，水含量及水碳比偏高勢(shì)必造成反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，不利于尿素合成反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)平衡與反應(yīng)產(chǎn)物濃度的關(guān)系，提高反應(yīng)產(chǎn)物濃度不利于提高轉(zhuǎn)化率，但是合成塔進(jìn)料H2O/CO2：是取決于回收的甲銨液中帶入的水量，和工藝流程的選擇有關(guān)。當(dāng)然，帶入的水量又取決于合成轉(zhuǎn)化率，所以，在可能的條件下，盡量降低H2O/CO2是有利的。

合成系統(tǒng)的水主要來(lái)自于甲銨泵以及系統(tǒng)產(chǎn)生的少量生成水，水碳比主要控制點(diǎn)為甲銨液濃度，甲銨液來(lái)源：回流液、循環(huán)冷凝吸收液以及精餾塔氣相的吸收量，操作期間嚴(yán)格控制低壓甲銨冷凝器補(bǔ)水閥FIC-2302、回流冷凝器補(bǔ)水閥FIC-2813開(kāi)度，兩只閥門在低甲冷液位槽、回流冷凝器液位槽液位穩(wěn)定的情況下，盡可能關(guān)小，以控制甲銨液及回流液濃度。在系統(tǒng)平衡的情況下，水碳比不會(huì)偏離太大。

2.4 高調(diào)水控制

正常生產(chǎn)過(guò)程中，高調(diào)水的目的是移走合成塔氣相中的氨、二氧化碳在高壓洗滌反應(yīng)生成氨基甲酸銨時(shí)產(chǎn)生的熱量，循環(huán)水雜質(zhì)較多時(shí)，裝置運(yùn)行期間要進(jìn)行高調(diào)水換熱器循環(huán)水管道過(guò)濾器清理，因管道過(guò)濾器濾網(wǎng)破損或循環(huán)水副線有開(kāi)度，大量雜質(zhì)直接通過(guò)循環(huán)水管進(jìn)入高調(diào)水換熱器，堵塞管板影響換熱效率，因此清理期間必須進(jìn)行反沖，反沖過(guò)程必須全部關(guān)閉循環(huán)水進(jìn)水主副線閥，全開(kāi)循環(huán)水回水閥，通過(guò)循環(huán)逆流程將雜質(zhì)從管道過(guò)濾器中沖出。正確的反沖可有效降低循環(huán)水管道過(guò)濾器清理周期，保證換熱效率。

3 結(jié)論

優(yōu)化高壓系統(tǒng)工藝控制，提高合成系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率，減少尾氣排放量，降低裝置消耗，必須嚴(yán)格控制合成系統(tǒng)的氨碳比、水碳比、低壓汽包壓力以及高調(diào)水溫度。此外，必須進(jìn)一步思考低壓系統(tǒng)的分解、冷凝情況，嚴(yán)格控制甲銨液、回流液濃度，做到整體的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬(wàn)勇.尿素裝置工藝診斷及優(yōu)化[J].貴州化工，2000（4）：23-26.