吴璇琴

（广西桂林市平乐县青龙乡政府企业管理站，广西 平乐 542408）

浅谈低压系统对水溶液全循环法尿素生产的影响

吴璇琴

（广西桂林市平乐县青龙乡政府企业管理站，广西 平乐 542408）

在水溶液全循环法尿素生产过程中，调节好合成塔组分和稳定好中压吸收塔操作对提高尿素产量和降低消耗至关重要。文章通过分析水溶液全循环法尿素生产工艺中低压系统对整个尿素生产系统的影响因素，为系统调优和稳定生产提供一定的经验。

水溶液全循环；尿素；低压；调优

尿素低压系统包括低压分解、低压吸收和解析回收三个部分。

1 低压吸收

来自二分塔、解析回流冷凝器气体以及来自解析回流泵的甲铵液一起进入二循一冷预冷器，经二循一冷吸收后，气相进入二循二冷预冷器被来自二表泵的蒸发冷凝液吸收，液相经二甲泵加压后送一段蒸发热利用段做吸收液。二冷气相经P22减压后去尾气吸收塔，液相的稀氨水经过氨水泵加压后去惰性气体洗涤器。

1.1 低压吸收压力

低压压力P22是低压吸收的主要工艺指标，在该压力下既要完成二段分解的任务，又要在一、二冷中根据系统水平衡的要求，在一定加水量的前提下，能吸收完二段分解的 NH3和 CO2。因此低压吸收操作压力要高于二甲液组分的平衡压力，在此操作压力下既使二甲液组分稳定，又完成二段分解的分解率指标。

影响低压吸收操作压力的因素很多，比如生产负荷大小、一甲液组份的变化、解析压力大小等。吸收负荷过重，未吸收下来的NH3和 CO2量多，易直接造成P22超压。相反，负荷低则二段压力低。此时，容易造成二甲泵、氨水泵不打量，对中压吸收和合成塔的水平衡不利。后经过改造，利用系统富于的仪表空气直接补充到低压系统，保障了二甲泵、氨水泵的正常运行。另外，解析气直接并入低压系统，对低压压力影响显著。根据长期积累的操作经验，解析一旦超标，低压必然超压，引起低压放空量大增，尾吸塔下液管冒“冷汗”，导致消耗上升。

1.2 一、二冷浓度

二甲液和稀氨水的浓度直接影响到一吸塔的操作稳定和水平衡，对整个尿素系统的影响极为显著。二甲液浓度高低直接影响到中压吸收的效果和一甲液的浓度，控制不当就有可能造成中压超压、一吸塔上窜。当高负荷生产时，通过调节把一甲液CO2尽量控制在16%，既能确保一甲液和预精馏气在闪蒸预浓缩器壳程充分混合吸收，又可避免一甲液过浓在管道阻力大的地方结晶堵塞引起中压超压，同时有利于整个系统产生的氨水的消化吸收。一甲液浓度太低则会增加合成塔的水碳比，造成合成塔转化率下降，中、低压分解吸收负荷加重，引起恶性循环。

二冷中的稀氨水用于一吸塔上部精洗段。一旦稀氨水中CO2超标，则直接影响一吸塔精洗段的吸收效果，使过量的CO2不能完全吸收下来。CO2进入到氨冷器与液氨形成甲铵结晶附着于氨冷器列管上，大大降低氨冷效果，从而造成中压放空量增大，引起整个系统操作混乱和消耗的大增。

因此，控制一、二冷浓度是操作一吸塔的关键。

2 低压分解

低压分解设备包括二分加热器和二段分解塔。二分塔是连接中压系统和蒸发系统的一台重要设备，其操作的好坏直接影响中压吸收塔T9温度的稳定和蒸发一、二段液位、温度及真空度的变化。二分塔工艺参数波动，一方面影响一段蒸发的温度和真空度，使尿液在一段蒸发加热器下部换热变化较大，二甲液和预精馏气热利用后温度忽高忽低，引起中压吸收塔T9温度波动，致使中压系统不稳；另一方面，二分塔分解出的气量变化大，会使二循一冷跟着波动，使返回一吸塔的二甲液量和浓度发生变化，影响一吸塔的CO2吸收。它对蒸发系统的影响为：二分塔温度和液位的高低会直接影响蒸发系统的负荷大小，使蒸发温度和真空度产生较大的波动，从而影响尿素产品质量。原尿素系统经过改造，生产能力已经提高至1100t/d，为适应高负荷生产，把更换下来的F=172m2原一分加热器用做新的二分加热器。同时，把二段分解塔下部分离段由Φ900加大为Φ1200，并适当加高上部蒸馏段和增加填料高度。

2.1 工艺流程介绍

低压分解指经过中压分解后的尿液经调节阀减压至0.3MPa左右进入二分塔上部蒸馏段与上升的二分气进行传热、传质后经过二段分解加热器加热，由切线进入二分塔下部分离段进行气液分离，气相去低压吸收，液相去真空蒸发系统。

2.2 二段分解温度

根据生产负荷高低，二段分解温度控制在125～155℃。二分塔温度控制原则上采用使尿素溶液中残余的氨和二氧化碳尽可能地完全蒸出，同时又保证气相带水尽可能地少，避免缩二脲的生成。二分温度太低，甲铵液分解不完全，过多的游离氨带到蒸发系统，造成蒸发负荷加重。反之，二分温度控制过高，二分气相中的水蒸气分压上升，进入一冷的水量增加，从而影响整个系统的水平衡，二分后尿液浓度提高，则其熔点温度自然上升，带来其它副作用，如二分系统中缩二脲含量增加、汽耗量上升。随着二段分解温度提高，甲铵液分解率提高，一冷吸收量增大、液位上涨、二甲液中 CO2上升。如若一冷液位控制不好，将会满液到二冷造成二冷CO2浓度超标，进而影响到一吸塔精洗段的精洗效果，严重的会导致一吸塔上窜，威胁整个尿素系统的正常运行。

2.3 二分塔压力

工艺流程上，二分塔气相直接进入二循一冷预冷，因此，二分塔压力只能通过P22间接调节。前面已介绍到，为满足低压吸收，P22控制在0.20MPa左右。加上在一冷、二冷中产生的阻力降，二分塔压力实际为0.28MPa左右。因此，为保证二段分解率达到指标，同时又不至于分解气带水过多，一旦生产负荷确定之后，P22不能随意设定。

2.4 二分塔液位

工艺要求二分塔尽量控制低液位，缩短尿液停留时间，减少尿素水解、缩合等副反应的发生。当系统负荷大时，二分塔液位上升，使调节阀开度一般在80%～100%，有时需开副线维持。在系统有波动时, 二分塔液位不稳，易发生串气、积液等事故，影响了二段吸收和蒸发系统的稳定。

二分塔的加热器、分离器二者是分开的，液位计设置在分离器上，分离器的尿液来自加热器，气液分离后，气相进入精馏段，液相进入蒸发工序。分离器内存有一定液位，以防止气体窜入蒸发工序。但液位波动的因素主要受制于精馏段出液至二分加热器管路中的溶液。此外，一段分解对二分塔液位波动也有影响。当一段分解不好时，二分液中氨含量增大，气氨挥发出来在管路中形成气阻使管路中的流速下降，进入加热器的尿液减少，进入分离器的尿液量也就减少。另一方面，一段分解不好会使进入二分塔的液相体积增大，溶液的位能克服气阻，流至加热器的量增加，液位上涨。相反，一段温度过高，甲铵分解量过多，流入二分塔的尿液量减少，导致二分塔液位的下降。

二分塔液位太低时会窜气至蒸发工序，造成蒸发真空度骤降，蒸发温度超标；液位波动时去蒸发工序的量不稳定，蒸发极难操作，尿液只能进尿液槽缓冲，由尿液系抽至蒸发工序。当二分塔波位高时，二分塔气相带液严重，带至一冷，二甲液中尿液含量上升，也会波及一段吸收培的工艺稳定性。当然在新装置中二分塔结构不同，分离器的容量大，对前后工序的影响少些，只是液位过高时，缩二脲含量增加。

因此，二分塔液位控制以视镜上看不到液位、不窜气为准。

3 解析回收

在低压系统中，解析部分对整个尿素系统的平稳运行和水平衡的影响尤其显著。解析气相中除了NH3和CO2外，还有水。2009年，尿素分厂新增的2#解析和深度水解系统投用，使得解析和水解消化吸收氨水的能力大大增加，两套解析装置同时运行，每小时可处理氨水 35～40m³/h。因此，如何控制好解析气相的带水量直接影响到系统的水平衡。影响解析气相含水量的主要因素是解析压力和解析气相温度。

3.1 解析回收工艺流程

解析给料泵将碳铵液经解析换热器预热后送到第一解析塔顶部，第二解析塔和水解塔来的气体把碳铵液中的NH3和CO2气提出来，液相经过加压和预热后送入水解塔，把其中的尿素水解成NH3和CO2。出水解塔的液体与第一解析塔液换热后进入第二解析塔，塔底来的蒸汽将水解液中的少量NH3和CO2气提出来。解析出来的NH3和CO2经过冷凝后进入回流分离器，液相经回流泵送至二循一冷预冷做二分气的吸收液。

3.2 解析压力

在同一操作温度下，解析压力高，气相带水少，但不利于NH3和CO2从碳铵液中解析出来；解析压力低，则会造成解析气相中的水量增加，而且不利于解析气通过压差进入二循一冷。例如，解吸出口气相温度120℃时在0.4MPa（表压），气相含水34%，在0.3Mpa时为44%，冷凝后温度112℃，含水降至31.5%。因此，统筹以上二者，解析压力通过回流分离器气相调节阀控制在0.35MPa左右。影响解析压力的因素有：（1）碳铵液浓度；（2）解析蒸汽量大小；（3）水解塔气相阀开度；（4）二段压力。生产中最常见的异常状况是解析塔超压。此时，最直接、最快速的调节手段是关小解析蒸汽；其次，检查回流泵是否打量或者回流管结晶堵塞；若有回流量且关小蒸汽仍不能降低压力，则有可能是解析气相管堵塞，可通过用蒸汽冷凝液冲洗的办法把堵塞的管道冲通。另外，根据长期操作经验发现，碳铵液浓度太高，解析塔满液以及水解气相倒灌入解析塔等情况也会造成解析塔超压。

3.3 解析气相温度

解析气相温度的高低直接反应气相带水量的多少。相同操作压力下，气相温度高，水蒸汽的分压大，带到回流冷凝器的水量就多。解析气相带液，一方面造成二循一冷满至二循二冷，导致二循二冷二氧化碳浓度超标，造成一吸塔气相超温，不易操作；另一方面二甲液组分达不到指标，引起一甲液组分稀，造成入合成塔H2O/CO2偏高，合成塔转化率下降，一段循环负荷增加，导致一分加蒸汽耗上升，H2O/CO2偏高还可导致合成塔顶底温差减小、二分后尿液浓底降低等问题，不得利于系统稳产、高产及长周期运行。此外，解析气相温度升高直接加重回流冷凝器的负荷。回流冷凝器负荷过大造成回流液温度偏高，进而影响到回流泵打液量的好坏。反之，解析气相温度低，气相带水量少。虽然，气相带水量少有利于系统水平衡和提高合成塔的转化率，但是解析气相水含量过少会使得回流液过浓，容易导致解析气相管内的甲铵液结晶堵塞管道，引起解析超压、环保超标甚至系统停车。根据操作经验，解析气相温度控制在112℃～115℃较为合适。影响解析气相温度的因素主要有以下几点：（1）塔顶回流量的大小；（2）解析蒸汽的量；（3）水解气相带来的热量；（4）解析塔压力。正常情况下，解析气相温度偏高，首先可通过加大顶回流量来调节；其次，在确保解析废液达标的前提下，可关小解析蒸汽，控制水解气相阀开度；若是解析塔压力高，则通过调节回流冷凝分离器气相阀的开度降低压力或者一边补碳铵液到回流冷凝器，一边通过回流泵把浓的回流液排往氨水槽也可迅速解决解析塔超压的问题。

4 结语

综合分析低压操作系统可以清楚地看到，它一方面维持着合成塔的水平衡，影响着 CO2的转化率和尿素的产量；另一方面，肩负着节能降耗和保证产品质量的双重任务。在水溶液全循环法尿素生产中，在调整好合成塔组分和保证吸收塔稳定的前提下，要把低压系统的调节工作贯穿于生产过程的始终，只有这样，才能保证装置的高产、稳产和低耗。

Effect of low pressure system on the production of urea in the whole circulation method of aqueous solution

The regulation of the composition of the synthetic tower and the operation of the medium pressure absorption tower are very important for increasing production and reducing consumption during the process of urea production in the whole circulation method of aqueous solution. This paper studies the influence factors of the low pressure system on the whole urea production system during the process of urea production in the whole circulation method of aqueous solution, and provides some experience for system tuning and stable production.

aqueous solution total recycle; urea; low voltage; tuning

TQ44

A

1008-1151(2016)09-0045-03

2016-08-11

吴璇琴（1985－），女，广西桂林平乐人，供职于广西桂林市平乐县青龙乡政府企业管理站。