二氧化碳汽提工艺在尿素生产中的应用

二氧化碳汽提工艺在尿素生产中的应用

皇甫继业

山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平048400

摘要：在之前的尿素生产期间，二氧化碳汽提法就得到了普遍的应用。根据之前的经验，通过加热蒸汽量的科学调节以及汽提塔液位的科学布置，进而让尿素生产具有操作容易、节省原料损耗的特征，受到尿素生产厂家的普遍认可。基于此，对传统的二氧化碳汽提法的实际操作进行概述，并引入二氧化碳汽提法的新工艺方法，比较分析新旧工艺在尿素生产过程中的优缺点。

关键词：尿素生产；二氧化碳汽提法；新工艺

引言

采取二氧化碳汽提法实施尿素生产过程中，以二氧化碳和氨作为主要的原料，同时在温度较高和压力较大的条件下实施化学反应且释放出热量。因此采取二氧化碳汽提法生产尿素期间，需要最大程度上按照有关的生产工艺控制温度、压力，只有这样才可以让其产品的生产质量得到有效的保障，并显著提高我国的尿素生产水平。

1二氧化碳汽提法生产尿素的基本原理

1.1汽提过程

二氧化碳进入到汽提塔之前，合成塔中的合成液会沿着塔底液体分布器与各管成液膜状向下流动，与刚刚进入的二氧化碳进行逆流接触，在壳侧蒸汽加热下分解提浓，二氧化碳从塔顶出塔，进入高压甲铵冷凝器中，降低氨分压，促进甲铵分解，提浓尿液。在这个过程之中需要注意以下几方面。管侧温度与壳侧蒸汽压力是二氧化碳汽提的主要指标，温度是促使尿素溶液当中游离氨以及甲铵的蒸出和分解的重要条件。气液分布则是汽提塔中气体和液体比例变化的重要指标，其比例内容由液体分布器来决定，气液比例越高，汽提效率越高。停留时间与塔底液位要严格控制，溶液在汽提塔内停留时间应尽量减少，因为停留时间增长，会使副反应增加，影响产品质量与产量；塔底液位过高，不仅使停留时间过长，满液时，会造成气液分布不均，低压超压；塔底液位过低，又会造成高压二氧化碳气窜入低压。

1.2操作方法和合理化控制

在操作过程中，为了提高生产效率，一般需要注重加热蒸汽量、汽提塔液位和气液分布均匀这三个方面。其中加热蒸汽量需要进行合理调节。蒸汽压力的增加会使输入热量得到提高，会降低汽提液当中的含氨数量，从而提升反应效率。但在实际的测算过程中，测算人员发现，当蒸汽压力超过20kg/㎡时会对汽提塔造成不可逆的腐蚀效果，甚至会影响到安全生产，因此蒸汽压力的调节速度需要放缓，通过蒸汽温度的降低避免氨气和甲胺温度过高造成的巨大腐蚀性。但是蒸汽温度过低又会使低压系统变得更加难以操作，因此蒸汽压力和温度应该需要根据实际情况进行合理调节；汽提塔液位在一定范围内的升高或者降低虽然不会对液温温度和汽提效率造成直接影响，但是通常情况下为了保证汽提效率降低缩二脲的产生，会将液位设置偏低一些；汽提塔的气液分布不均一般是由于分布孔出现了阻塞和腐蚀，这种情况下汽提管中的气体和液体会产生相互作用，无法保障稳定运行。因此在使用过程中应当尽量避免因分布孔的腐蚀和阻塞给气液分布带来影响。

2分析生产过程中容易出现的设备问题

2.1氨泵和甲铵泵

氨泵经过一定周期的运行后经常会发生压力波动的情况，研究其因素，发现更多是因为泵内压力过高，导致密封部位发生泄漏；氨泵、甲铵泵柱塞填料易带入高压系统，造成汽提塔分布器下液小孔堵塞，影响气液分布，降低气体效率。

2.2高压喷射器

在初期工作时，高压喷射器氨喷入口的流量非常小，而这个部位的温度却发生下降趋势，与此同时压力越来越高。这说明高压喷射器的弹性不符合标准，同时缺乏一定的抽吸能力。

根据以上问题和原因，需要在一定时间内保护和更换设备，其中氨泵增加安装了密封水站，让其密封性得到了显著的提高；氨泵甲氨泵柱塞填料维护时，发现泄漏减少紧压填料次数，紧压一次再漏时，对填料及时进行更换，并周期性对出口滤网进行检查清理，避免填料破碎和碎块带入高压；高压喷射器则选择对喷针进行更换。通过以上手段的应用，发现可以提高尿素的产量，获取了较好的效果。

3二氧化碳汽提法的工艺分析

3.1纯蒸汽升温钝化

在全新的工艺中，此装置在合成塔大降液管部位放置一根0.88MPa的蒸汽升温管线，蒸汽通过此降液管溢流口进入到合成塔中，其中一些蒸汽顺着向上的方向流入到高压洗涤器中，另外一些蒸汽则朝着向下的方向进入到汽提塔中，然后再进入到高压洗涤器和合成塔中实施钝化。在汽提塔底部进气管同样放置一根0.88MPa的蒸汽升温管线，蒸汽通过汽提塔气相管进入到高甲冷→合成塔→高压洗涤器中进行钝化。通常为减少钝化时间，两根管可同时加入蒸汽，进行升温钝化。

3.2高压调温水控制

为了让合成塔中形成的尾气可以得到高效率、大范围的回收，在汽提期间所选择使用的新工艺是通过低温控制，并达到高压调温系统控制的手段。在应用期间，利用脱氢系统自带的较好的脱氢水平，从而更好地脱出二氧化碳中所包括的大多数氢气，由此能够更好地降低高调水温度，基本上较传统工艺温度减少超过50℃，很好地控制了水加温的能源消耗，节省了生产设备的投资。

3.3低压开车

与一般的高压开车经历四个小时稳定出料的方式不同，低压开车在降低了压力的同时，又将出料时间压缩到了三个小时以内，除了开车时间短能够有效降低能耗外，同时还可以延长机械的使用寿命。在低压开车的过程中，一般由两台二氧化碳压缩机共同工作完成，从而在投料和出料时能够保证放空阀的放空，从而节省了大量的电力能源，并且降低了噪音和生产废气对环境的影响。

3.4操作弹性及稳定性

二氧化碳汽提法由于流程较短，所以开车时间大大缩短，且工艺稳定，能长周期运行，但系统负荷不能低于60%；氨汽提法和水溶液全循环法因流程较长，设备较多，因而开车时间较长，虽然开车较为平稳，且可以在低负荷下运行（40%），但因回路较多，工艺操作不太稳定，容易导致停车。

4工艺特点

（1）汽提与合成等压，对NH3和二氧化碳有较高的回收率，反应压力较低（约14.0MPa），动力消耗低，且有利于热量回收。（2）低压系统负荷较低，无中压分解回收工序，缩短了工艺流程，不仅开车时间短，而且工艺稳定，便于操作和管理。（3）高压圈中的物料可依靠重力循环，有效降低了能耗；合成塔、汽提塔、高压甲铵冷凝器等设备均安装在框架内，大大减少了装置的占地面积。（4）生产过程产生的工艺冷凝液经解吸水解后送往其他工段，不仅回收了冷凝液中的氨，而且减轻了环保压力。（5）生产能力的可选择性较多，可选择年产30~120万t的单套生产装置。

结语

二氧化碳汽提法在转化率、汽提效率、综合能耗、工艺安全性等方面均较水溶液全循环法和氨汽提法有较大的优势，主要设备不依赖进口，前期投资低，且后期工艺运行稳定，便于操作和管理。该工艺从设计到制作，从建设到运行，已积累了丰富的经验，具有很强的竞争力，具有较大的推广价值。

参考文献

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