CO2汽提法尿素装置水碳比操作优化
张宜芳，马学成，晋 伟
（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆 乌鲁木齐830011）
［摘 要］通过对CO2汽提法尿素装置生产过程中水碳比对系统影响的分析，阐述装置水平衡的重要意义，并结合兖矿新疆煤化工尿素装置的生产实际，提出控制合理的水碳比、优化工艺操作的相关措施。
［关键词］ CO2汽提法尿素装置；水碳比；优化；控制
［中图分类号］TQ 441.41 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2015）06-0047-02
兖矿新疆煤化工有限公司新上的CO2汽提法尿素装置2012年10月22日试车成功，2013年3月转入正常运行。据材料的耐热腐蚀程度和汽提工艺的要求，合成系统温度控制在183～185 ℃，出料氨碳比为2.89，出料的最小平衡压力为12.5 MPa，加上惰性气体的分压，操作压力控制在13.16～14.2 MPa，水碳比控制在0.37～0.45。至2013年9月，6个月的运行过程中，系统操作温度、出料氨碳比、操作压力基本稳定。由于水碳比控制对系统的稳定运行和节能降耗都有着重要的意义，因此将水碳比控制在合适范围内尤为重要。现对我公司CO2汽提法尿素装置水碳比优化控制作一总结，与大家交流、分享。
1 尿素合成反应原理
尿素合成反应中，水是生成物，系统水碳比增加，即增加了生成物的浓度，会使合成反应化学平衡向逆反应方向移动，导致CO2转化率下降，进入低压系统的未反应物增加，低压回收系统负荷增大，系统回收量增加，进一步导致系统形成恶性循环。研究表明，物料中水碳比每增加0.1％，CO2转化率将降低1％左右。因此，水碳比优化控制尤为重要。
2 尿素装置水的来源
（1）据尿素合成反应的化学方程式可知，尿素生成副产的这部分水是不可避免的。
（2）汽提出的水量。据汽提塔壳侧蒸汽压力指标，CO2转化率的高低对汽提出的水量没有太大的影响。
（3）系统停车时工艺处理的存水，以及外接氨水的含水。
（4）系统回收的水量。即经高压甲铵泵返回合成系统的水量，其来源如下：① 解吸水解系统加热蒸汽直接进入介质中，其气相允许带有小于49％的水量，进入回流冷凝器冷凝后，作为吸收液的一部分进入低压甲铵冷凝器；② 解吸水解系统中，吸收液吸收精馏气后带入甲铵液中的水；③ 直接作为吸收液进入低压甲铵冷凝器的解吸液，即氨水槽的氨水。
3 水碳比高对尿素合成系统的影响
（1）易使系统进入恶性循环。水碳比增加，CO2转化率下降，物料中未反应的游离氨和CO2增加，进入汽提塔后必然增加汽提塔的负荷，增加蒸汽耗量；同时，由于水的存在，溶液沸点上升，大量的氨溶于水，汽提效率下降，使汽提塔没有分解回收的未反应物进入低压循环系统，使低压系统负荷增加，导致低压甲铵冷凝器液位上升，返回高压系统的回收液增加，使高压系统的水碳比进一步升高，由此形成恶性循环。
（2）增加系统蒸汽耗量。CO2转化率下降，合成塔出口液体含水量增加，出口尿液浓度降低，为了控制好各系统尿液的出液温度，势必会增加CO2汽提塔、循环加热器、一二段蒸发加热器的蒸汽耗量，使装置整体能耗增加。
（3）导致解吸水解系统负荷增加。CO2转化率下降，氨水槽氨水中NH3和CO2含量增加；同时，CO2转化率下降使得合成系统尿液浓度降低，导致蒸发系统蒸出的水和游离NH3、CO2较多，氨水产量比正常情况下大大增加，从而增加解吸水解系统的负荷。
4 运行初期水碳比变化及对系统的影响
更多内容请见《中氮肥》2015年第6期