李晓昆　郭祖鹏　汤强　陆仕汉　李思彬　宋风雪

摘 要：尿素解吸—水解系统残液排放氨含量超标，不仅增加了产品消耗， 提高了成本，而且造成环境污染。利用通用化工过程模拟系统对尿素解吸—水解系统进行模拟分析，得出了优化工艺方案，应用于生产实践残液氨含量达标。

关 键 词：尿素解吸水解系统；残液氨含量；工艺方案

中图分类号：TQ 441 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）09-2162-03

Abstract： The ammonia content in raffinate of urea desorption-hydrolysis system exceeds the standard， which not only increases the consumption of the product， but also increases the cost， and causes environmental pollution. In this paper， the steady-state process simulation system was used to simulate and analyze desorption tower and hydrolysis tower， optimized technology scheme was got and applied in the production.

Key words： Urea desorption-hydrolysis system；The ammonia content in raffinate；Technology scheme

在我国多数尿素装置产生的工艺冷凝液和其他含氨、氮废水是在解吸—水解系统处理后直接排放。由于残液中氨含量较高，不仅增加了产品消耗，提高了成本，而且造成环境污染[1-3]。青海盐湖集团化工公司年产33万t汽提尿素装置自化工投料， 产出了合格尿素产品，解吸—水解系统就是本工程“三废”处理配套的重要设施之一，与主体工程同时投运。随着我国日益严格的安全及环境保护要求，化工生产的理念正在发生着深刻变革。流程模拟技术不仅是确保极大地提高生产效率和底线盈利能力的保证，而且也是优化化工操作和技改方案，满足环保指标的有效工具。在生产过程利用通用化工过程模拟系统对解吸—水解系统进行模拟分析，得出了优化工艺方案，应用于生产实践残液氨含量显著降低， 废水处理效果明显。

1 工艺流程和通用化工过程模拟系统概况

1.1 工艺流程

来自尿素装置含氨、二氧化碳和尿素的工艺废水（3#物流），经换热后进入第一解吸塔T-2a，温度为112 ℃，压力为0.7 mPa（A），初步解吸出大部分游离氨和二氧化碳，与来自水解塔T-1气相（10#物流），及第二解吸塔T-2b上升蒸汽，在塔内汇合后从塔顶采出（2#物流），因富含氨和二氧化碳冷凝后回流冷凝器液位槽返尿素装置。含尿素液相（5#物流）经水解塔给料泵P-1、水解塔换热器H-1加热，进入水解塔（8#物流）发生尿素水解反应：

平均温度为205 ℃，并且满足水解反应停留时间，其所需热量由中压蒸汽2.5 mPa（A），温度为225℃（7#物流）提供。完成水解反应后，其产生的氨和二氧化碳部分由塔顶采出外，其余溶于液相部分（9#物流）经水解塔换热器降温后送入第二解吸塔，温度为146 ℃，压力为1.82 mPa（A）（11#物流），进一步深度解吸，其所需热量由低压蒸汽0.4 mpa（A），温度为146 ℃（1#物流）提供。最终，出第二解吸塔底部液相（4#物流）中NH3须达到环保指标要求，经换热降温至50 ℃左右，送出界区（图1）。

1.2 通用化工过程模拟系统

在化学工程中电子计算机和各种化工过程模拟系统的广泛推广与应用，计算机辅助手段凸显了可靠性强、计算速度快以及集成度高等众多优势，传统的化学工程专业也已成为集实验研究和理论研究的基础上，新增计算研究方向的一门综合性学科。沿革至今，通用化工过程模拟系统一般包含庞大的物性数据库及其估算系统、完备的热力学、单元操作和反应过程模块，以及功能强大的数学计算方法库等，使其既可进行单个设备计算，也可进行整个化工生产流程计算[4，5]。通用化工过程模拟系统在当今的科研领域和工程界均得到了广泛的应用，推动了科技的进步和生产效益的提高。

本工艺过程选用严格计算多级汽-液平衡分离模块[6]对解吸塔、水解塔进行模拟计算；选用加热器模块对水解塔换热器进行模拟计算；选用适合于较高温度及压力下极性或非极性轻组气液混合物的分离体系热力学方程作为物性计算方法，从热力学和动力学两个方面进行计算分析。基于现场工艺流程，首先是对流程中的主要设备水解塔、解吸塔（解吸塔分为两个模块分别进行模拟计算）进行了单塔模拟，其结果与设计值、现场值比较基本一致后，再将它们连接进行序贯模块法计算，最终实现了对解吸—水解系统的模拟计算。

2 模拟结果及工艺方案分析

利用通用化工过程模拟系统对尿素解吸—水解系统进行模拟计算，主要模拟结果如下表1所示。

由表1可见，模拟计算结果在较好的与设计值吻合基础上，因为对水解过程的深刻理解，模拟水解塔计算过程中，我们考虑到实际水解过程中存在的中间产物缩二脲并对其产生量进行了计算，同时模拟结果还弥补了工艺设计对环保要求表达不明确的缺陷，如：4#残液物流氨含量超出环保指标，这与现场的生产实际是一致的，为我进一步降低残液氨含量使之达标，优化工艺方案创造了条件。本着经济和实际可操作的原则，选择进料液温度、低压蒸汽压力（温度）、第一解吸塔塔板数、第二解吸塔填料层高度等工艺指标对残液出口氨含量的影响进行分析。

2.1 进料液温度对残液出口氨含量的影响分析

进料液进入第一解吸之前，操作温度需达到108～115 ℃，这个温度的变化可较方便地通过调节换热器的加热物流指标的达到。利用通用化工过程模拟系统在其他工艺指标保持设计值的条件下，对残液的氨浓度随进料液进塔温度变化进行敏感度分析计算，结果如下图2所示。