尿素深度水解系統優化運行總結

劉致壯

摘? ?要：尿素裝置深度水解系統主要是將尿素生產過程中產生的含氨、二氧化碳、尿素廢水進行深度水解，將廢水中的氨、二氧化碳、尿素分解后提濃進行回收，最終將滿足排放標準的工藝冷凝液送至界外用戶。針對尿素裝置解吸水解系統能耗高、操作難度大、解吸回流冷凝器溫度高等問題，通過工藝調整、技術改造的方式進行優化，最終達到降低能耗、系統穩定運行的目的。

關鍵詞：解吸;水解;工藝冷凝液;壓力;溫度

尿素由氨、二氧化碳在合成系統內反應生成，離開合成系統質量分數約53%的尿素溶液進入循環系統、蒸發系統提濃，最終將質量分數為99.7%的熔融尿液送至造粒塔進行造粒。在尿素提濃過程中，氨、二氧化碳、尿素伴隨水蒸氣進入到氨水槽，氨水槽中的稀氨水最終通過深度水解系統進行處理，回收其中的氨、二氧化碳、尿素，將其作為尿素生產原料返回高壓系統繼續參加反應，處理后的工藝冷凝液（水解凈水）送至界外用戶。要求通過解吸水解系統處理后的工藝冷凝液中氨質量濃度≤3 mg/L、尿素質量濃度≤3 mg/L。

我們可將深度水解系統分為解吸、水解、吸收3個部分。解吸即通過解吸塔將稀氨水中的氨、二氧化碳與水通過汽提的方式進行分離，提高氨、二氧化碳的質量分數，同時向外界提供合格的工藝冷凝液;水解即在高溫高壓條件下使尿素與水發生反應，生成氨和二氧化碳;吸收即將解吸、水解后含氨、二氧化碳和水蒸氣的尾氣進行冷凝吸收，然后返回前系統作為生產原材料。

1? ? 工藝流程簡述

尿素氨水槽中廢液組分（質量分數）：NH3：7.5%，CO2：5.9%，尿素：1.6%，水：85%。稀氨水由解吸塔給料泵輸送，經解吸塔換熱器加熱至約109.4 ℃，流量為79.3 m3/h進入第一解吸塔第3塊塔板上向下流動進行解吸。解吸塔為單溢流篩板塔，上部有15塊塔板為精餾段，起氣體精餾作用;下部有24塊塔板為提餾段，中間由一塊升氣板將分成上下塔，料液中的大部分NH3和CO2被下塔來的蒸汽汽提出去。

進入解吸塔上塔的料液經過解吸塔精餾段后聚集在中間升氣板上，由水解給料泵加壓到2.79 MPa送至水解塔頂部。在水解塔底部通入2.3 MPa，363 ℃的過熱蒸汽加熱塔內介質，控制水解塔出料溫度為195～210 ℃，尿素在水解塔中幾乎全部水解成NH3和CO2，從水解塔底部離開的溶液進入第二解吸塔的上部。從水解塔頂部離開的氣體進入第一解吸塔的第5塊塔板上進行再次吸收。

解吸塔的汽提蒸汽來自第二解吸塔底部注入的0.5 MPa的飽和蒸汽，飽和蒸汽在第二解吸塔內將來自水解塔的溶液進行汽提，含高質量分數氨、二氧化碳的汽提氣通過解吸塔中部升氣板進入第一解吸塔，作為第一解吸塔的汽提氣。出自第二解吸塔底部的合格工藝冷凝液，首先經解吸塔換熱器冷卻到92 ℃，再經水解凈水冷卻器冷卻到45 ℃后，最終經水解凈水泵加壓到0.65 MPa送至循環水或殼牌裝置使用。在水解系統開停車期間凈水不達標（水解凈水中電導率大于100 μS/cm），通過回流管線轉至氨水槽;當水解凈水電導率達到100 μS/cm以下時可切換至界外用戶。

離開解吸塔頂部含水量約40%的氣體進入回流冷凝器殼側冷凝，冷凝熱用冷卻循環水系統移走，冷凝后進入到回流液位槽中。回流液位槽中的碳銨液經回流泵分為兩部分送出，一部分送至低壓甲銨冷凝器（約17.6 m3/h），另一部分作為回流液送到解吸塔的頂部，用以控制塔頂產品組分。回流液位槽頂部設有調節閥控制惰性氣體進入常壓吸收塔。

2? ? 解吸水解系統存在的問題

2.1? 解吸塔蒸汽消耗高

解吸塔蒸汽消耗設計滿負荷為17.6 t/h，但在優化調整前滿負荷運行期間，蒸汽消耗約為21.0 t/h，較大的蒸汽消耗導致解吸水解負荷加重。回流冷凝器外送至低壓循環系統的甲銨液量大約為21.0 m3/h，原設計僅為17.6 m3/h。

2.2? 解吸系統壓力高

解吸塔回流冷凝器溫度控制較高同時解吸塔加入蒸汽量大，導致解吸塔壓力高，未進行優化調整前，解吸塔壓力為0.33 MPa左右，若系統出現波動時解吸塔超壓，壓力最高可達0.40 MPa，遠遠高于設計壓力0.28 MPa。

2.3? 解吸塔經常發生液泛

由于解吸水解系統一直處于高負荷運行，稍出現波動則會導致解吸塔發生液泛，從而造成水解凈水工藝冷凝液電導超標。

2.4? 解吸回流冷凝器冷卻水溫度高

解吸水解系統優化調整前的工況，導致回流冷凝器內碳銨液質量分數較高，回流冷凝器出現多次結晶，因此，將回流冷凝器溫度控制較高，以防結晶，調整前回流冷凝器冷卻水供水溫度在45～50 ℃，回水溫度在60～65 ℃。回流冷凝器列管有結垢現象，主要原因是循環水溫度過高。

2.5? 解吸水解系統運行負荷高

解吸水解系統設計滿負荷處理量為76 m3/h。實際運行過程中，系統滿負荷且工況穩定的情況下，解吸水解系統的處理量約83 m3/h，超出設計值7 m3/h左右。

3? ? 運行優化措施

針對以上存在的問題，從工藝參數調整、改變調整思路、技術改造等方面進行優化，最終解決了以上存在的問題，保證了裝置的穩定運行，具體調整方法如下。

3.1? 降低解吸回流冷凝器冷卻水溫度

解吸塔回流冷凝器冷卻水溫度設計上回水溫度分別為32.4 ℃、44.7 ℃。為了防止回流冷凝器結晶，將回流冷凝器冷卻水上水溫度控制為45～50 ℃，溫度提高后，回流冷凝器內冷凝效果下降，氨、二氧化碳不能充分冷凝吸收，導致解吸塔一直處于壓力較高的狀態（0.30～0.35 MPa）。通過不斷實驗，緩慢將回流冷凝器冷卻水溫度降低后，解吸塔壓力最終下降至0.26 MPa，而回流冷凝器未出現結晶的現象;液位槽內溫度由60 ℃降低至42 ℃，有效降低了高溫度下氨氣的閃蒸，減少放空量。

回流冷凝器的溫度下降，有效防止回流冷凝器列管的結垢，增加了回流冷凝器的冷凝效果，同時解吸塔壓力下降，氨和二氧化碳在解吸塔內的分解更加充分。

3.2? 關閉解吸塔頂部回流液

精餾塔頂部均設有回流液來控制解吸塔頂部氣相中的水質量濃度，從而使進入回流冷凝器中的水質量濃度降低來提高回流冷凝器中碳銨液的質量分數。斯塔米卡邦深度水解工藝，解吸塔回流僅需要在開車時投用，正常生產后不需要進行回流。

尿素裝置調整前回流液流量約2 m3/h，按照回流冷凝器中質量分數進行反算，回流流量等同于進料量7.9 m3/h，也就是解吸水解系統的負荷加重7.9 m3/h，這就是在裝置滿負荷運行時，解吸水解系統的處理量達到83 m3/h的主要原因。目前，滿負荷時，解吸水解系統運行負荷達到設計值76 m3/h。

3.3? 解吸塔加入工廠空氣

為了控制解吸塔的壓力和防止設備腐蝕，向解吸塔中加入工廠空氣，正常生產時控制8 m3/h。工廠空氣內大部分為不凝氣，進入解吸塔后解吸塔壓力升高，通過空氣量調整解吸塔的壓力穩定在0.28 MPa，以達到最佳的解吸、吸收效果。

通過空氣量的調整，控制回流冷凝器液位槽放空閥的開度由最初的80%以上開度降低至10%，有效減少了回流冷凝器液位槽的氨放空損失。

3.4? 回流冷凝器控制回路改造

解吸塔原壓力控制通過回流冷凝器冷卻水補水量進行控制，這種控制方式比較滯后，當解吸塔壓力波動時，調節閥不能及時跟蹤，導致解吸塔壓力波動大。通過技改措施，將解吸塔壓力控制回路改為由回流冷凝器液位槽頂部放空閥控制，技改后運行情況良好，能及時調節解吸塔的壓力。

將原回流冷凝器冷卻水回水手動控制回路，改為由冷卻水上水溫度和回水控制調節閥組成新的控制回路，冷卻水上水溫度改為自動控制，大大降低了操作人員的操作強度，使解吸水解系統運行更穩定。

4? ? 結語

通過技改及優化調整措施，解吸水解系統自動化控制程序得到一定程度的改進，操作人員的操作強度有效降低;對比解吸水解系統的運行工況可以看出，解吸塔蒸汽消耗明顯得到降低，由21 t/h降低至14 t/h，大幅降低裝置能耗;解吸塔操作壓力由0.35 MPa甚至頻繁超壓的狀態至調整后壓力為0.28 MPa且能穩定運行，調整后未出現超壓的現象;解吸回流冷凝器冷卻水溫度下降15 ℃，有效防止了回流冷凝器的結垢。

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