浅析尿素深度水解工艺方法研究

浅析尿素深度水解工艺方法研究

李冬

410328199812280010

【摘 要】随着工业技术的日益发展和人类对环境保护的重视程度不断提高，化工企业的需求已经难以被传统的水解设备满足。本文根据公司的实际情况，对尿素用水解设备的类型进行了分析，探讨了影响水解反应的几个综合因素，并提出了自己的观点。

【关键词】关键词:工业技术，环境保护，尿素水解设备

在尿素生产过程中，采用 CO2 汽提工艺或水溶液全循环工艺，每生产一吨尿素都会产生 300kg 水，其中含有 4~5%的NH3和1~3%的尿素。为了将其中的NH3 和尿素有效回收，达到排放标准，上世纪大都采用了解吸的方法，使排放液中的NH3降至0.07% (700ppm) 以内，但解吸工艺无法将其中的尿素含量回收。

随着环保要求的日益严格和各种标准规范的出台，地方环保力度不断加大，尿素系统解吸废液深度水解进入了达标排放的实质性阶段。随着工业技术的不断进步和人类对环境重视程度的不断提高，解吸废液深度水解工艺开始出现。然而，由于该工艺的经济效益不十分明显，起初，一些厂家采用该工艺仅仅是为了满足环保要求甚至有的厂家虽然上了水解工艺，但并不开启，即使开启，也是为了应对检查。他们采用各种手段，使排放达到NH3<5ppm和 ur<5ppm 的标准。

1、水解的原理

1.1反应原理：

水解是尿素合成的逆反应过程，可以表示为:CO(NH2)2+H20-2NH3+CO2。在这个反应中，以下条件会影响水解的反应:在尿素水溶液浓度较低且温度足够高的情况下，水解能够将尿素的含量降低到非常低的水平。[5]。

在工业上，水解反应器有立式和卧式两种类型。通常情况下，可以将几个串联的全混反应器视为一组，即将其看作是几个等容积、等温度的小室，每个小室都是完全混合的。

1.2水解反应的影响因素：

1 DCO(NH2)2只有在H20 存在的条件下才能发生水解反应。

2为了使 CO(NH2)2 完全水解，需要不断移除生成物中的NH3和CO2，以使系统始终朝着水解的方向进行。

3这指的是进入水解器之前的物料组成。进料中尿素的含量高低决定了水解量。尽管进料中NH3和CO2的含量降低，但即使进料中尿素的含量高出几倍，最终废液中尿素的含量仍然可以进一步降低。

2、尿素水解技术类型浅析

2.1卧式水解塔(器)，占地面积相对较小，容积也较小，因此其物料停留时间较短。为了保证反应的进行，它的设计蒸汽压力较高 (3.8Mpa) ，也就是说反应温度较高。然而，一般的尿素厂在尿素界区没有3.8Mpa的蒸汽，只能使用 1.275Mpa的蒸汽来进行水解(即使提高蒸A汽管网的蒸汽压力，也只能到1.8Mpa)。这样一来，由于温度无法达到设计要求或者停留时间不足，废液最终无法达到设计要求[6]。

2.2立式水解塔，具有占地面积小、容积大的特点，从而使物料的停留时间更长。因此，该水解塔采用2.45Mpa(A) 的蒸汽。一般情况下，这种工艺与 CO2 汽提工艺相配套。

然而，往往由于2.45Mpa蒸汽(A) 达不到指标，或者停留时间不足等因素，无法达到设计要求。

3、水解后的解吸废液不能达标的原因探讨

水解反应的主要条件：反应温度、停留时间、初始浓度等。

3.1停留时间短：

尿素装置的生产能力在设计上通常都有一定的弹性，例如，400t/d 的装置有时候能够开到600t/d，这就相对造成了解吸器的超负荷运行。

此外，一些尿素厂还会接收来自合成氨的氨水进入解吸系统，进一步增加了解吸器的负荷。这大大降低了水解系统中物料的停留时间，导致水解后的废液无法达到达标要求。

3.2反应温度低：

水解器设计时通常要求蒸汽压力为3.8Mpa(A)或2.45Mpa (A) ，然而一般中、小尿素装置并没有这种压力等级的蒸汽。因此，只能使用1.275Mpa (A)的管网蒸汽来代替(通常会将管网的蒸汽压力提高至1.8Mpa)。但这样最终会导致反应温度无法达到要求，使得废液不能达标。

3.3初始浓度的影响：

在一般的生产过程中，人们往往只关注进入水解器的尿素含量 (通常以进入解吸系统的物料中尿素含量为参考) ，而忽略了进入水解器的 NH3和CO2的含量。实际上，进入水解系统的物料中 NH3 和 CO2的组成部分，也就是从解吸一塔出来的物料中NH3和CO2的组成部分，与解吸一塔的解吸效果有直接关系。

然而，解吸一塔的解吸效果经常被人们忽视。在操作中，为了控制出解吸塔的气相温度，往往会加大回流液的用量，从而影响了解吸一塔的出液组成。因此，可以说水解开的效果与解吸一塔的水解效果有很大关系。

3.4生成物NH3和CO2不能不断被解吸

无论是立式还是卧式水解器，在水解反应中，能否有效地将水解生成的 NH3和CO2从水溶液中解吸出来，也就是移走生成物，是水解反应能否有效进行的关键。

如果反应器是溶液全浸没式的，那么对于解吸是不利的。目前，一些应用的水解反应器实际上都是浸没式的。

4、水解工艺的分析探讨

目前，一般的水解塔(水解器) 在正常操作控制时，塔内是充满液体的，每层塔板都处于被浸没的状态。这样，在水解反应的过程中，生成的NH3和CO2会溶解在水溶液中。当这些气体达到饱和以后，水解反应也就达到了平衡状态。

如果能在达到平衡之前将溶液中的NH3和 CO2 分离 (解吸) 出来，那么水解反应可能会进一步进行下去。

4.1设想

根据相关资料介绍，这种水解塔的结构内部有塔板，塔板上有溢流堰和弓形降液管。溢流堰的高度小于板间距，因此在两层塔板之间会存在一个气相空间。在蒸汽汽提的作用下，这个气相空间可以将水溶液中的部分NH3和CO2解吸出来，从而使水解反应能够更深入地进行。水解反应的停留时间是通过每层板上的盛液量来决定的。

4.2分析

设想中的溢流堰式水解器，由于塔板间存在气相层，将水解器分成了若干个有实际意义的小室。当n=16时，按照上述条件计算，V02的值明显低于 V01。这意味着溢流堰式水解的效果将比浸没式水解的效果要好得多。

5、解吸水解对系统的影响

在水溶液和CO2汽提法生产工艺中，经常出现入尿塔H20/CO2超过设计条件的现象。无论怎样计算和比较，都认为这种情况不符合实际。就此，提出一些个人观点。

5.1解吸水解气相带水的影响

由于系统接收来自合成氨系统的氨水，以及某些装置和大颗粒工段返回系统的水量的影响，解吸器处于超设计负荷运行状态，解吸气相中的带水量远高于设计条件。如果不让这部分多余的水进入合成塔，那么吸收系统中的组分将会大大增加(有的一甲液中 CO2高达38%) ，这给操作带来了很大的难度。当水量增加到一甲液无法承受的时候，必须让水进入合成塔，否则系统将失控。因此，进入塔内的H20/C02必然要高于一般值。

一般情况下，开水解时与不开水解时，入塔的 H20/C02至少会增加 0.03。如果解吸器接收了大量外来氨水，同时水解效果不好，气相带水过大(压力控制不合理)，这几方面的影响会导致入塔的H20/CO2高于设计值。例如，在水溶液工艺中可能会高于0.75，而在 CO2 汽提工艺中可能会高于0.35。

5.2外来氨水处理工艺探讨

合成氨系统的氨水一般都是送入尿素系统经解吸后回收，此氨水浓度不等，有的高达NH315%左右，那么这高浓度NH3.H2O是否可能直接送入尿素吸收系统而将表冷器下液的低浓氨水去解吸系统。

5.3解吸、水解操作控制探讨

解吸系统压力，一般都认为只要压力越低，则解吸效果就会越好，但都忽略了气相带水量增加的问题。

解吸系统的蒸汽用量不能过量，过量蒸汽一定会造成气相带水量增加。解吸一塔出液温度不宜过低，它是一塔出液组分的标志。

水解系统压力，要保持在其溶液饱和温度状态下的对应压力，否则水解气相带水量将剧增。

6、结语

在保证水解用蒸汽品质的条件下，合理地改进水解塔的结构，加强解吸一塔的操作控制，同在确保水解用蒸汽品质的前提下，通过合理改进水解塔的结构、加强解吸一塔的操作控制、科学调整外来氨水的回收利用工艺，并进一步明确解吸和水解的操作原则，解吸和水解过程应该能够实现实质性的达标排放。

参考文献：

[1]胡欢欢.尿素深度水解改造运行效果分析[J].化工管理，2017，（4）.

[2]胡欢欢.尿素深度水解改造运行效果分析[J].化工管理，2017，（4）：155.

[3]哈尔滨市宏天锐达科技有限公司.一种尿素深度水解环保方法：中国，CN201510766928.5[P].2017-05-24.

[4]马明新，周翔，龚普勤，等.尿素深度水解系统工艺优化[J].小氮肥，2015，（11）：15-16.

[5]尚俊法.尿素深度水解装置换热器改造小结[J].氮肥技术，2015，36（5）：24-25，38.

[6]张晓静.尿素深度水解装置节能技术改造[J].小氮肥，2014，（12）：25-25，26.