王晓光

摘 要：青海云天化国际化肥有限公司有两套年产30万吨的尿素装置，两期装置分别于2010年及2011年投产，装置生产初期因工艺、设备等各种原因装置工艺波动频繁，设备工艺事故频发，装置各类消耗持续偏高，且远高于同行业水平。经过不懈努力，目前装置氨耗下降至0.573t/t，其他各类消耗也有了大幅度的降低。现就尿素装置高压系统优化调整方面做出如下总结。

关键词：氨碳比;水碳比;转化率

1 高压系统工艺及主要控制参数

尿素合成反应分为两步进行：第一步氨基甲酸铵的生成;第二反应是氨基甲酸铵脱水生成尿素。由于氨基甲酸铵生成的热效应大于氨基甲酸铵脱水的热效应，因此尿素合成的总反应是一个体积缩小、可逆的放热反应。在特定温度、压力条件下氨基甲酸铵生成速率会逐渐增加，氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应主要在液相中进行，速率很慢，不易达到化学平衡，因此氨基甲酸铵的脱水反应为总反应的控制步骤。第一步反应的反应程度是需要控制的，约有70%的CO2和80%的NH3生成甲铵，反应程度通过调整高压甲铵冷凝器壳侧的蒸汽压力所控制。因此，为保证第二阶段反应热，必须控制第一步反应的程度。此外高压系统的氨碳比N/C与水碳比H/C直接关系着原料配比及反应物浓度的关系，因此对于高压系统控制同样重要。

2 高压系统主要参数控制

2.1 0.5MPa蒸汽压力

控制低压汽包压力，也就是通过控制尿素合成第一步反应氨基甲酸铵生成产生热量移走的多少来控制第一步反应速率。通常情况下，在负荷一定的情况下习惯性的将低压汽包压力提高，目的是让更多的氨与二氧化碳进入合成塔进行反应，其反应时产生足够的热量来促进尿素合成第二步反应氨基甲酸铵脫水，进而提高合成塔热负荷。但是低压汽包压力控制过高，高压甲铵冷凝器内大量氨、二氧化碳进入合成塔后未彻底反应，氨基甲酸铵脱水吸收的热量不能够完全移走氨基甲酸铵的反应热，会造成合成塔内热负荷过高，势必造成合成塔压力偏高，气相放空量增大，而合成塔出液中未反应物增多，在经过汽提塔汽提后再次回到高甲冷进行反应，造成合成塔转化率大幅度降低。因此，在控制低压汽包压力时，参照不同负荷下对应的汽包压力进行调整，同时也应该参照合成系统各点温度进行调整，控制TI-2216、TI-2217在168.5-170℃之间，控制合成塔出液温度在183℃以上。

2.2 氨碳比N/C

氨碳比是指高压系统中转化成尿素及未转化成尿素的游离的氨之和与转化成尿素及未转化成的尿素的二氧化碳之和的比值，氨碳比直接反应着尿素合成原料的配比关系，决定整个反应的平衡及转化率。过剩的氨与水作用会使得反应向生成尿素的方向进行，同时抑制尿素缩合的副反应进行。过剩氨还可以减缓高温反应物对设备的腐蚀，通过过剩氨可以调节合成塔的内物料的自热平衡，维持最适宜的反应温度。一般认为NH3/CO2每提高0.2，转化率可以提高1-1.5%。但是NH3/C02的提高，使合成塔内氨的转化率降低，增加了未反应物中氨的回收量，增加了生产过程的蒸汽消耗，也加大了回收设备的投资，同时也会破坏合成塔内物料的自热平衡。正常生产中氨碳比事宜控制在2.89-3.2之间。

2.3 水碳比H/C

水碳比是指高压系统合成塔出液中的水量减去第二步反应甲铵液脱出的水与转化成尿素及未转化成的尿素的二氧化碳之和的比值，水是整个尿素合成反应的生成物，水含量及水碳比偏高势必造成反应向逆反应方向进行，不利于尿素合成反应的进行。根据反应平衡与反应产物浓度的关系，提高反应产物浓度不利于提高转化率，但是合成塔进料H2O/CO2：是取决于回收的甲铵液中带入的水量，和工艺流程的选择有关。当然，带入的水量又取决于合成转化率，所以，在可能的条件下，尽量降低H2O/CO2是有利的。

合成系统的水主要来自于甲铵泵以及系统产生的少量生成水，水碳比主要控制点为甲铵液浓度，甲铵液来源：回流液、循环冷凝吸收液以及精馏塔气相的吸收量，操作期间严格控制低压甲铵冷凝器补水阀FIC-2302、回流冷凝器补水阀FIC-2813开度，两只阀门在低甲冷液位槽、回流冷凝器液位槽液位稳定的情况下，尽可能关小，以控制甲铵液及回流液浓度。在系统平衡的情况下，水碳比不会偏离太大。

2.4 高调水控制

正常生产过程中，高调水的目的是移走合成塔气相中的氨、二氧化碳在高压洗涤反应生成氨基甲酸铵时产生的热量，循环水杂质较多时，装置运行期间要进行高调水换热器循环水管道过滤器清理，因管道过滤器滤网破损或循环水副线有开度，大量杂质直接通过循环水管进入高调水换热器，堵塞管板影响换热效率，因此清理期间必须进行反冲，反冲过程必须全部关闭循环水进水主副线阀，全开循环水回水阀，通过循环逆流程将杂质从管道过滤器中冲出。正确的反冲可有效降低循环水管道过滤器清理周期，保证换热效率。

3 结论

优化高压系统工艺控制，提高合成系统转化率，减少尾气排放量，降低装置消耗，必须严格控制合成系统的氨碳比、水碳比、低压汽包压力以及高调水温度。此外，必须进一步思考低压系统的分解、冷凝情况，严格控制甲铵液、回流液浓度，做到整体的优化。

参考文献：

[1]万勇.尿素装置工艺诊断及优化[J].贵州化工，2000（4）：23-26.