二氧化碳气提法尿素生产工艺控制_王耀刚.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 4 期 56 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 4 月 二氧化碳气提法尿素生产工艺控制 二氧化碳气提法尿素生产工艺控制 王耀刚（中煤集团山西有限公司，山西 太原 030000）摘 要：摘 要：从二氧化碳气提法尿素生产工艺原理分析入手，对工艺控制技术要点和常见问题及提升措施进行了重点研究。关键词：关键词：二氧化碳；气提法；尿素生产；工艺控制；研究 引 言 引 言 在尿素生产的过程中，选择使用二氧化碳气提法，主要是将二氧化碳和液氨作为生产原料，在高温高压的情况下，通过发生化学反应的方式，生产得到尿素。在该反应的过程中，对于液氨、二氧化碳等有着较高的要求。因此，在具体生产时，需要严格遵循相关的生产工艺，才能更好保障尿素质量。1 二氧化碳气提法尿素生产工艺原理 1 二氧化碳气提法尿素生产工艺原理 二氧化碳气提法尿素生产工艺流程简图如图 1、图 2 所示：图 1 二氧化碳气提法尿素生产工艺流程 图 1 二氧化碳气提法尿素生产工艺流程 图 2 二氧化碳气提法尿素生产工艺流程 图 2 二氧化碳气提法尿素生产工艺流程 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.055 王耀刚：二氧化碳气提法尿素生产工艺控制 57 根据工艺流程图可知：二氧化碳气提法尿素生产工艺主要包括：原料（液氨、二氧化碳）的加压，尿素的合成，低压循环回收，蒸发造粒等系统。合成塔、汽提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器这四个设备组成高压圈，是二氧化碳气提法的核心部分，这四台设备的操作要统一考虑，以达到尿素的最大产率和热量的最大回收。从高压甲铵冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的冷凝的液氨和二氧化碳，分别利用两条管线送入合成塔底，合成塔内设有筛板，形成类似几个串联的反应器，塔板的作用是防止物料返混。尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，经过溢流管从塔下出口排出，经过液位控制阀进入气提塔上部，再经过塔内液体分布器均匀地分布到每根气提管中，液体沿管壁成液膜下降，由塔下导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相遇，管间以蒸汽加热，合成反应液中过剩氨及转化的甲铵将被蒸出和分解，从塔顶排出，尿液及少量未分解的甲铵从塔底排出。从气提塔顶排出的高温气体与新鲜液氨及高压洗涤器来的甲铵液，在高压喷射器的作用下，一起进入高压甲铵冷凝器顶部。合成塔顶部排出的气体进入高压洗涤器，在这里气体中的氨和二氧化碳被低压吸收段的甲铵液吸收，然后再经过高压甲铵冷凝器返回合成塔。从汽提塔出来的反应混合物，经过减压膨胀，精馏、闪蒸进入蒸发系统，气相混合物进入低压循环回收系统；尿液在蒸发系统中通过两段升膜式蒸发提浓后，通过造粒系统进行高塔造粒得到颗粒状成品尿素。2 二氧化碳气提法尿素生产工艺控制技术要点 2 二氧化碳气提法尿素生产工艺控制技术要点 首先，科学调节加热蒸汽量。通过提升加热蒸汽压力的方式，提升热量的输入量，能够达到减少汽提液中的甲铵含量，提高汽提效率。但是从具体的实际生产来看，随着蒸汽压力的提升，特别是过高的温度，汽提塔整体面临的腐蚀危险在不断提升。反之，若蒸汽温度过低时，甲铵的分解率在不断地减少，可以明显减少汽提法腐蚀危险性，但是会导致汽提液中的甲铵含量上升，低压系统正常操作的难度也在增加。所以，在对蒸汽压力进行调节时，操作人员需要将速度放缓，在调控压力时，需要进行严格控制，从而减少系统出现波动的频次，提高气提效率，尿素生产的效率也会随之提升。其次，科学调节汽提塔液位。在具体生产的过程中，汽提塔的液位在一定范围内波动，汽提效率、出液温度虽然不会受到较大影响。但是为了最大限度地降低尿素在水解时产生的损耗，特别是减少缩二脲的生成。操作人员在具体操作时，在保证安全的前提下，汽提塔液位应当最大限度地控制在较低的水平上。第三，全面提升汽提塔中气液分布的均匀性。汽提塔在正常工作情况下，若其中分布孔出现了腐蚀或者阻塞的问题，就会导致汽提管中液体流量出现较大的变化，均匀性明显降低。在出现了上述问题后，汽提管中的液体流量、气体流量等会发生相互作用，若汽提管中的流量增加，主要是由于液膜的增加，气体在通过时，可以选择的路径必然减少，通过的阻力也会上升，气体可以有效通过的量也必然减少。若汽提管中的液体流量较小，则必然导致液膜出现变薄的问题。所以，气体通过的途径随之提升，阻力也会随之降低，这部分汽提管中的气体通过量必然提升，这就导致出液中氨含量升高，汽提效率必然下降。此外，也会导致甲铵在分解过程中吸收的热量下降，导致出液的温度超标，对尿素的生产效率会产生较大的影响。所以，在具体生产的过程中，操作人员应当保证汽提塔中液体分布的均匀性，这对于提升系统运行的稳定性非常关键。3 二氧化碳气提法尿素生产工艺控制中常见的问题及提升措施 3 二氧化碳气提法尿素生产工艺控制中常见的问题及提升措施 3.1 腐蚀问题及提升措施 若温度较高、压力较大，尿素腐蚀性一般较强，对二氧化碳气提法尿素生产产生了较大影响。在温度较高的情况下，设备受到甲铵的腐蚀主要是由于电化学腐蚀或者水解产生的有力碳酸。从二氧化碳气提法生产尿素来看，在高压高温情况下，高压设备长期处于甲铵溶液、尿素的影响下，容易产生腐蚀。因此，企业在具体生产过程中，需要对产生腐蚀的原因进行深入分析，找准症结所在，并采取针对性措施给予防范，这是二氧化碳气提法尿素生产的重要内容。从实际生产来看，对尿素生产设备有较强腐蚀作用的介质主要有如下几类：首先是甲铵，甲铵水溶液对很多金属均有着较强腐蚀性，同时随着甲铵浓度的提升，对金属产生的腐蚀作用也在随之提升。其次是氨，在氨存在的情况下，会导致氰酸铵、氰酸的产量下降，这就不能对酸性溶液进行中和，导致液体PH 数值相对较低。在二氧化碳气提法生产尿素的过程中，氨碳比一般控制在 3 左右，因此，对设备产生较强腐蚀作用，特别是在低负荷生产情况下，氨对低压分解系统也会产生较强的腐蚀作用。第三是水，由于水中有溶解氧、氯离子存在，所以，虽然部分高压设备管材选择使用的是不锈钢材质，氯离子和水中溶解的氧仍旧可以产生较强的腐蚀作用。第四是硫，当前选择使用二氧化碳气提法生产尿素时，煤仍旧是较为重要的原料，所以在具体生产的过程中，其中包含的硫化物相对较多。若前工段脱硫环节不能将硫化物控制在规定范围内，硫化氢就会在不锈钢表明的氧化膜产生了较大的破坏，进一步导致腐蚀的问题。为了防止上述问题的发生，技术人员可采取如下措施：首先，对氨碳比等各项工艺指标进行严格控制，在进入生产系统之前，二氧化碳中包含的氧体积分数需要控制在科学的范围中。同时，对汽提塔、合成塔中出液的温度严格控制。同时还需对汽提塔中的出液情况进行定期分析和研究，在出现了问题之后，及时查处原因，并采取针对性的处理措施。其次是控制好脱盐水的电导率和氧含量。第三，控制好原料硫含量。第四，加强设备保温防护及定期检修工作 58 王耀刚：二氧化碳气提法尿素生产工艺控制 3.2 泄露问题及提升措施 选择使用二氧化碳气提法进行尿素生产时，通常情况下，使用到高压设备四台。在操作过程中，在系统出现较大波动的情况下，容易出现温度、压力升高较快或者压力下降较快的问题，长此以往，容易导致高压设备封头的位置出现泄露问题。由于部分介质腐蚀作用较大，对工艺参数的调整不及时，也容易导致出现泄露问题。操作人员日常操作时，由于阀门开关用力过猛，也容易导致阀门出现泄露的问题。为了防止上述问题的发生，需要对系统进行定期检修，特别是在开、停车过程中要严格控制升温、升压速率，同时对各个高压设备封头及法兰进行针对性的热紧操作，在开关阀门时，严禁用力过猛。3.3 成品质量问题及提升措施 在二氧化碳气提法尿素生产时，影响成品质量的两个重要指标一个是水份，一个是缩二脲。若尿素成品水份较高，容易出现结块现象，影响质量等级，尿素中水份含量较高很多情况下与熔融液中包含的水分较多有直接关系，也与入塔过程中，大气湿度较大、空气温度较高等有着密切关系。若尿素成品缩二脲含量较高，加热温度较高，停留时间较长由直接关系。在具体生产的过程中，为了严防出现水份、缩二脲过高的问题。操作人员首先需要降低尿液在管线、设备中的停留时间，严格控制蒸发系统的真空度、温度、液位各项工艺参数，同时，还需要对氨碳比进行科学调节，通过造粒塔风门的调节降低环境因素对成品质量的影响。4 结束语 4 结束语 综上分析，选择使用二氧化碳气提法生产尿素的工艺控制要求较高，从当前国内使用情况来看，在很多方面取得了较好的应用效果。但是从当前该项工艺来看，在很多方面还有着较大的不足之处。因此，选择使用二氧化碳气提法生产尿素时，需要全面精准把控工艺控制要点，结合生产实际，分析其中容易出现问题的薄弱环节，切实采取针对性的控制措施给予优化和提升。参考文献 参考文献 1 张鹏伟.CO2汽提法尿素的工艺技术及提高CO2转化率的措施J.化工设计通讯,2020,46(02):5+8.2 赵旭升.二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗分析J.云南化工,2020,47(11):143-145.3 吴亚朝.探讨应用CO2汽提法生产尿素过程中水平衡的相关问题J.中国石油和化工标准与质量,2014,34(02):28.4 白山,张明昊.国产尿素级超级双相钢不锈钢在汽提塔分布器上的应用J.大氮肥,2021,44(03):190-193+204.（上接第 68 页）_（上接第 68 页）_ 5 结束语 5 结束语（1）在强碱三元复合驱的回注污水中，有比较高的 pH值，大于 10；悬浮物含量、含油量、表活剂、聚合物、矿化度都比较高，分别是 233mg/L、305mg/L、45mg/L、550mg/L、8200mg/L，注水指标不易达到。（2）预测结垢趋势的结果得知，按照 6:1 的比例来混配强碱三元复合驱污水和普通污水之后，尽管存在结垢趋势，可相比于 1:1 比例，没有大幅度增加 SI 值。在混配强碱三元复合驱污水和普通污水时，逐渐增大三元污水的比例，那么就增加了结垢量，增加了结垢趋势。（3）通过现场回注试验得知，在强碱三元复合驱污水回注之后，没有严重的结垢。充分利用其污水回注，可以对三元体系进行配制，也可以当作稀释聚合物来使用。参考文献 参考文献 1 何金钢.弱碱三元污水稀释弱碱三元复合驱体系的可行性J.油田化学,2020,37(03):20-23.2 郎冰利.三元复合驱含油污水处理技术研究进展J.中国石油和化工标准与质量,2022,42(02):31-34.