尿素生產中二氧化碳汽提工藝的應用

王富德 毛曉升 安軍（青海鹽湖工業股份有限公司，青海格爾木816000）

尿素生產中二氧化碳汽提工藝的應用

王富德 毛曉升 安軍（青海鹽湖工業股份有限公司，青海格爾木816000）

在以往的尿素生產過程中，二氧化碳汽提法是較為廣泛的應用。以往經驗中，通過加熱蒸汽量的合理調節以及汽提塔液位的合理設置，從而使尿素在生產當中具備操作簡單、節約原料消耗的特點，受到尿素生產廠家的普遍青睞。本文對傳統的二氧化碳汽提法的具體操作進行簡要概述，并引入二氧化碳汽提法的新工藝手段，對比分析新舊工藝在尿素生產當中的優劣。

尿素生產；二氧化碳汽提法；新工藝

二氧化碳汽提法作為尿素生產的主要原理為：原料的選用為二氧化碳和氨，將原料放置在高溫高壓的環境當中，通過這兩種氣體自身的化學反應釋放出熱量，從而生成尿素。在以往的二氧化碳汽提法工藝當中，對于溫度的控制以及蒸汽壓力的要求相對比較嚴格，而正是因為嚴格的要求，才能夠在保證安全生產的同時,提高尿素的生產質量。

1 二氧化碳汽提法生產尿素的基本原理

1.1 汽提過程

二氧化碳進入到汽提塔之前，合成塔中的合成液會沿著塔底液體分布器與各管成液膜狀流，并進入到低壓分解塔中，與剛剛進入的二氧化碳進行逆流接觸，并經歷分解，二氧化碳從塔頂出塔，進入高壓甲銨冷凝器中，降低氨分壓，促進甲銨分解，生成尿素。

在這個過程之中需要注意以下幾方面。壓力是二氧化碳汽提提高的主要方式；溫度是尿素溶液當中游離氨以及甲銨的蒸出和分解中所吸收的重要條件；氣液分布則是汽提塔中氣體和液體比例變化的重要指標。其比例內容由液體分布器來決定，氣液比例越高，汽提效率越高。

1.2 操作方法和合理化控制

在操作過程中，為了提高生產效率，一般需要注重加熱蒸汽量、汽提塔液位和氣液分布均勻這三個方面。其中加熱蒸汽量需要進行合理調節。蒸汽壓力的增加會使輸入熱量得到提高，會降低汽提液當中的含氨數量，從而提升反應效率。但在實際的測算過程中，測算人員發現，當蒸汽壓力超過20kg/㎡時會對汽提塔造成不可逆的腐蝕效果，甚至會影響到安全生產，因此蒸汽壓力的調節速度需要放緩，通過蒸汽溫度的降低避免氨氣和甲胺溫度過高造成的巨大腐蝕性。但是蒸汽溫度過低又會使低壓系統變得更加難以操作，因此蒸汽壓力和溫度應該需要根據實際情況進行合理調節；汽提塔液位在一定范圍內的升高或者降低雖然不會對液溫溫度和汽提效率造成直接影響，但是通常情況下為了保證汽提效率降低縮二脲的產生，會將液位設置偏低一些；汽提塔的氣液分布不均一般是由于分布孔出現了阻塞和腐蝕，這種情況下汽提管中的氣體和液體會產生相互作用，無法保障穩定運行。因此在使用過程中應當盡量避免因分布孔的腐蝕和阻塞給氣液分布帶來影響。

2 以某尿素生產企業為例，探究生產過程中易出現的設備問題

本文對某大型尿素生產企業的生產過程進行觀察和研究，發現在二氧化碳汽提的過程當中，影響生產效率的主要因素是設備問題。本文經過總結歸納對該企業設備存在的諸多問題進行了概述。

2.1 氨泵，甲銨泵

氨泵在運行一段時間之后經常會出現壓力不穩定的現象，探其原因，主要是由于泵內壓力過高，造成了密封處泄露；甲銨泵在運送甲銨液進入高壓圈時極其不穩定，壓力波動巨大，原因為前置泵的揚程不符合要求。

2.2 高壓噴射器

在工作初期，高壓噴射器氨噴入口的流量過低，而該處的溫度卻出現下降趨勢同時壓力不斷增高。這表明高壓噴射器的彈性不能滿足要求，同時抽吸能力不足。

基于上述問題和原因，該公司進行了設備的維護和更換，其中氨泵加裝了密封水站，提高了密封性；甲銨泵重新設計葉輪，并選用了A字輪，提高了揚程；高壓噴射器則選擇更換噴針。借助上述措施的實施，該公司尿素產量轉好[1]。

3 二氧化碳汽提法的工藝探討

3.1 純蒸汽升溫鈍化

在新工藝當中，需要在傳統裝置合成塔的大降液管位置加裝一個蒸汽升溫管，該升溫管的壓強需要保證為0.88MPa，蒸汽不再直接流入到合成塔內部，而是需要優先經過升溫管使其中一部分蒸汽向上進入到高壓洗滌口，另一部分下降到高壓甲銨冷凝器，完成升溫鈍化，之后進入到合成塔中。

3.2 低壓開車

與一般的高壓開車經歷四個小時穩定出料的方式不同，低壓開車在降低了壓力的同時，又將出料時間壓縮到了三個小時以內，除了開車時間短能夠有效降低能耗外，同時還可以延長機械的使用壽命。在低壓開車的過程中，一般由兩臺二氧化碳壓縮機共同工作完成，從而在投料和出料時能夠保證放空閥的放空，從而節省了大量的電力能源，并且降低了噪音和生產廢氣對環境的影響。

3.3 高壓調溫水控制

為了使合成塔當中所形成的尾氣能夠得到高效大規模的回收，在汽提過程當中本文所選取的新工藝為借助低溫控制實現的高壓調溫水系統控制方法。在應用過程中，利用脫氫系統自帶的優秀脫氫能力將二氧化碳當中所含的大部分氫氣有效脫出，由此可以使高調水溫度得到降低，一般相較于傳統工藝溫度降低規模可達到50℃以上，極大地減輕了進行水加溫的能源消耗，節約了生產設備的投資。

3.4 選用回流冷凝水降低冷凝發生的概率

在尿素生產的過程當中，甲銨的含量在回流冷凝液當中非常高，此時結晶溫度標準達到了42℃。為了避免在生產過程中出現冷凝情況，可以選用引回水的方式使水溫保持在35℃之上，防止低溫結晶。因此在一般選用的冷卻水管當中，會選擇使用半封閉循環水的方式來實現溫度控制，既保證了小排水量的掌握，又能夠避免冷水造成過大的影響[2]。

4 結語

綜上所述，二氧化碳汽提法為尿素生產方法當中較為廣泛和有效的一種，其所具有的諸多優點是其他方式所無法取代的。但是在實際使用過程中，往往會由于機械設備存在的故障導致尿素生產的效率過低。因此本文探究出汽提法中的新工藝可以應用于傳統的二氧化碳汽提生產過程中，尤其是低壓開車的應用，可以很大程度上節約時間和能源，提高生產效率。

[1] 張成勝,臧傳國,何樹文.大型國產化二氧化碳汽提法尿素裝置運行總結[J].化肥工業,2016,(06):39-41.

[2] 崔寧.研究分析二氧化碳汽提法生產尿素新工藝[J].化學工程與裝備,2017,(04):37-39.