淺析尿素深度水解工藝方法研究

2019-10-20 11:38:30陳偉劉婷婷范中榜白世龍

科學導報·科學工程與電力 2019年3期

陳偉劉婷婷范中榜白世龍

【摘要】隨著工業技術的不斷進步和人類對環境的重視程度不斷提高，目前一般水解設備已經達不到化工企業的要求，根據公司實際情況對尿素用水解設備的類型分析了影響水解反應的幾個綜合因素，并提出自己的觀點。

【關鍵詞】浸沒；溢流堰；水解；解吸

在尿素生產過程中，不論CO2汽提工藝還是水溶液全循環工藝中，其中每生產一噸尿素，必然要產生300kg的水，但這部分水是含有4～5%的NH3、和1～3%的尿素，為了將其中的NH3和ur有效回收，達到排放標準[1，2]。上世紀大都采用了解吸的方法，將排放液中的NH3降到0.07%（700ppm）以內，但解吸工藝無法將其中的尿素含量回收。

環保嚴查，各種標準規范出臺，地方環保力度不斷加大，尿素系統解吸廢液深度水解進入到達標排放的實質性的階段。隨著工業技術的不斷進步和人類對環境的重視程度不斷提高，解吸廢液深度水解工藝開始出現[3，4]；但是因為此工藝經濟效益不十分明顯，起初，上此工藝僅僅是為了環保的要求，有的廠家上水解工藝但不開水解，即使是開了，也是為了應對檢查，采用了各種手段，可達到NH3≤5ppm、ur≤5ppm的排放標準。

1、水解的原理

1.1反應原理：

眾所周知，水解是尿素合成的逆反應：即CO（NH2）2+H2O→2NH3+CO2，在此反應里影響水解的反應條件如下：

低濃度的尿素水溶液在足夠高的溫度條件下，通過水解能夠把尿素含量降低到很低的水平[5]。

在工業上水解反應器有立式和臥式兩種類型，一般可以按幾個串聯的全混反應器處理，就是把它看成幾個等容積等溫度的小室，每個小室為完全混合。

1.2水解反應的影響因素：

①首先是CO（NH2）2必須是在H2O存在的條件下，才能產生水解反應。

②其次是要想讓CO（NH2）2水解的完全則應不斷地將生成物中的NH3和CO2移走，使系統始終向水解方向進行。

③就是進入水解器前的物料組份；

進料中尿素的含量高低，決定的是水解量，但進料中NH3和CO2的含量降低，而進料中尿素的含量即使高幾倍的話；最終廢液中尿素含量還將可以進步降低。

2、尿素水解技術類型淺析

筆者根據經驗及目前掌握的資料可以分為：立式水解塔、臥式水解塔（器）兩大類型：

2.1臥式水解塔（器），占地面積不很大，容積較小，故其停留時間較短，為此它的設計蒸汽壓力較高（3.8Mpa），也就是說其反應溫度較高。

但是一般的尿素廠，尿素界區沒有3.8Mpa蒸汽，只能用1.275Mpa（A）的蒸汽開水解（提高蒸汽管網的蒸汽壓力也僅能到1.8Mpa），其結果是因溫度達不到設計要求或者停留時間不足使廢液最終無法達到設計要求[6]。

2.2立式水解塔：占地面積小、溶積大，停留時間長，因此其采用2.45Mpa（A）的蒸汽；一般此工藝是CO2汽提工藝配套的；往往是因為2.45Mpa蒸汽（A）達不到指標、或停留時間不足等因素無法達到設計要求。

3、水解后的解吸廢液不能達標的原因探討

水解反應的主要條件：反應溫度、停留時間、初始濃度等。

3.1停留時間短：

尿素裝置的生產能力設計上都有一定的彈性，400t/d有的能開到600t/d，相對造成解吸超負荷運行。有的尿素廠，又接收合成氨的氨水進入解吸系統更增加了解吸的負荷，從而大大地降低了水解系統的物料停留時間，導致水解后廢液不能達標。

3.2反應溫度低：

水解器設計的蒸汽壓力3.8Mpa（A），或2.45Mpa蒸汽（A），但是一般中、

小尿素裝置沒有此壓力等級的蒸汽，只是用1.275Mpa（A）的管網蒸汽代用（一般提高管網的蒸汽壓力致1.8Mpa），但最終反應溫度達不到要求，使廢液不能達標。

3.3初始濃度的影響：

一般生產中，人們僅注意到入水解器的尿素含量（一般以入解吸系統物料中的尿素含量為參考），但是往往忽略了入水解器的NH3和CO2的含量，而入水解系統物料的NH3和CO2的組份，也就是從解吸一塔出來的物料中NH3和CO2的組份，此組份與解吸一塔的解吸效果有直接關系。而一塔的解吸效果是經常被人們忽視，操作中為了控制出解吸塔的氣相溫度而加大了回流液的用量，從而影響了解吸一塔的出液組份，因此說水解開的不好與解吸一塔水解的效果又有很大關系。

3.4生成物NH3和CO2不能不斷被解吸

立式或臥式水解器在水解反應中，能否有效地將水解生成的NH3和CO2從水溶液中解吸出來——即移走生產物是水解反應能否有效地進行下去的關鍵。如果反應器是溶液全浸沒式的，則不利于解吸。目前有些應用的水解反應器實際上都是浸沒式的。

4、水解工藝的分析探討

目前一般水解塔（水解器），在正常操作控制時塔內是充滿液體的，每層塔板是被浸沒狀態的，這樣在水解反應的過程中，生成的NH3和CO2是溶解在水溶液中的，當達到飽和以后，水解反應也就達到平衡狀態了；那么如果能在達到平衡前將溶液中的NH3和CO2分離（解吸）出來的話，水解反應則可能會進一步進行下去。

4.1設想

有關資料介紹一種水解塔結構；內部是塔板，但板上有溢流堰和弓形降液管；溢流堰小于板的間距，這樣在兩層塔板間就存在一個氣相空間，在蒸汽汽提的作用下可以將水溶液中的NH3和CO2解吸出一部分，這便使水解反應能深入一步，它的停留時間是靠每層板上的盛液量來決定的。

4.2分析

溢流堰式（設想）水解器，因塔板間存在氣相層，那么便將水解器分成了若干有實際意義的小室，即n>1設n=16時按上式條件計算：V02的值要明顯低于V01.也就是說溢流堰式水解效果將比浸沒式水解效果要好的多。

5、解吸水解對系統的影響

在水溶液和CO2汽提法生產工藝中，常有入尿塔H2O/CO2超過設計條件的現象，不論怎樣計算和比較都認為不含乎實際，筆者就此談一些個人觀點。

5.1解吸水解氣相帶水的影響

由于系統接收合成氨系統的氨水，某些裝置及大顆粒工段返回系統的水量的影響，解吸是超設計負荷運行的，解吸氣相帶水量遠高于設計的條件，這部份多余水量如不讓它進入合成塔，那么吸收系統的組分就會大大增加（有的一甲液CO2高達38%），這給操作帶來了很大的難度，當水量增加到一甲液無法承受的時候，水量必要進入合成塔否則系統將失控，因此入塔的H2O/CO2必然要高于一般值。

一般開水解時與不開水解時入塔H2O/CO2至少增加0.03，那么如果解吸接收大量外來氨水，水解又開的不好，氣相帶水過大（壓力控制不合理），幾方面的影響，入塔H2O/CO2就會高于設計值，例如：水溶液可能會高于0.75、CO2汽提工藝可能會高于0.35。

5.2外來氨水處理工藝探討

合成氨系統的氨水一般都是送入尿素系統經解吸后回收，此氨水濃度不等，有的高達NH315%左右，那么這高濃度NH3.H2O是否可能直接送入尿素吸收系統而將表冷器下液的低濃氨水去解吸系統。

5.3解吸、水解操作控制探討

解吸系統壓力，一般都認為只要壓力越低，則解吸效果就會越好，但都忽略了氣相帶水量增加的問題。

解吸系統的蒸汽用量不能過量，過量蒸汽一定會造成氣相帶水量增加。解吸一塔出液溫度不宜過低，它是一塔出液組分的標志。

水解系統壓力，要保持在其溶液飽和溫度狀態下的對應壓力，否則水解氣相帶水量將劇增。

6、結語

在保證水解用蒸汽品質的條件下，合理地改進水解塔的結構，加強解吸一塔的操作控制，同時對外來氨水的回收利用工藝科學地調整，并對解吸、水解的操作原則進一步明確，那么解吸、水解應該都能夠進入實質性的達標排放階段。

參考文獻：

[1]胡歡歡.尿素深度水解改造運行效果分析[J].化工管理，2017，（4）.

[2]胡歡歡.尿素深度水解改造運行效果分析[J].化工管理，2017，（4）：155.