小议尿素装置低压系统的压力控制

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摘要目前建峰化肥有限公司尿素装置低压系统压力较高，氨放空量大，对系统NH3耗造成较大影响。本文从高压合成的CO2转化率降低，汽提塔E01工况的变化等进行分析，确定出造成低压压力高的原因，并提出相应对策，降低低压系统压力，减少氨放空。

关键词低压压力放空控制

建峰化肥有限公司尿素装置采用意大利斯那姆氨汽提工艺，整个生产流程分为高、中、低压、蒸发和造粒系统。在系统运行过程中，低压系统压力控制一直较为困难。按照设计低压压力PI403为0.45Mpaabs，但实际都在0.62Mpaabs左右。低压系统压力高，造成低压放空中氨含量一般都在90％以上，而为了维持系统消耗就被迫加大低压系统的外加洗涤水以降低放空中的NH3含量，外加水增加，系统水碳比增加，高压转化率就进一步下降，从而造成系统恶性循环。因此，在实际操作中，控制低压系统压力，减少放空量显得尤为必要。

低压系统流程简图见图1。来自中压的物料进入低压分离器V03，在此除去释放出的闪蒸气体，溶液则进入下部低压分解器E03，利用低压饱和蒸汽（0.35MPa，147℃）加热分解残余甲铵。V03顶部分离出的气体与来自解吸塔一同首先进入氨预热器E07，在此气体被部分吸收和冷凝，然后进入低压冷凝器E08，用冷却水除去残余吸收热和冷凝热，含有残余惰性气体的液相送往碳铵液收集器V06。

图1低压系统流程图

1高压原因分析及对策

1.1高压系统N/C高

按照斯那姆工艺设计，合成塔NH3/CO2=3.5，H2O/CO2=0.67，转化率65％。实际运行中，转化率从未达到设计指标，尤其是在超负荷状态，转化率大大低于设计值。统计数据见表1。由于合成塔R01的容积一定，负荷高，物料在合成塔的停留时间缩短，转化率就降低。氨碳比高，转化率低就造成大量未反应氨及二氧化碳需要在后续工段分离、回收，从而导致后续工段压力上涨，放空损失加大。从表1可以看出，实际的CO2转化率在氨碳比较高的情况下比设计值低了很多，

表1R01出液组分（wt%）设计与实测对比

项目NH3CO2UrCO2转化率（%）H2O/CO2NH3/CO2

设计值32.3613.3333.75650.673.5

实测值（负荷在28000nm3/h）

2006.8.2036.1217.9928.89540.523.46

2006.8.2134.5517.5429.04550.643.4

2006.8.2233.6618.1729.96550.563.26

2006.8.2333.5617.4630.66560.563.3

因此就有远远大于设计量的未反应物料需要回收。因此根据现有装置的具体情况适当降低高压合成塔入塔物料的氨碳比是有必要的。根据尿素的经验公式可知，氨碳比降低0.1，则转化率降低1％左右，水碳比提高0.1，转化率降低1.5～2％，在目前将系统氨碳比由3.3～3.4降到3.2左右运行，降低氨碳比转化率下降，但同时由于循环的气氨减少，系统外加水降低，水碳比得以同步下降，由0.62下降到0.55。在综合作用下高压转化率基本保持在55％左右，高压未反应的物料得以降低。

1.2高压E01分解效果差

按原有设计值，汽提塔的出液温度控制在207℃，由于负荷、CO2转化率等因素影响，汽提塔的出液温度TI210一直不能达到设计指标，汽提效率也达不到设计值。统计数据见表2。汽提塔底部出液温度低，则后续分解的量就大，因此，

表2E01出液组分（wt%）设计与实测对比

项目NH3CO2UrNH3汽提率（%）

设计值23.865.8544.9444.6

实测值（负荷在28000nm3/h）

2006.8.2027.058.0941.5348

2006.8.2126.847.5940.7944.7

2006.8.2226.447.6541.5643.4

2006.8.2326.537.5640.8640.7

在设备安全角度内只有尽量提高汽提塔分解温度，才能减轻后续分解回收负荷。E01底部温度低一方面于E01运行状态不好有关，另一方面与高压合成塔来物料大有关。当物料量一定的条件下，只有采取办法尽可能保证E01处于良好工况。当E01加热温度提不起来时，调整措施就是通过让列管重新受料建立良好液膜来实现。操作方法就是逐渐降低E01壳侧蒸汽压力，关小E01液位控制阀，让工艺介质逐渐充满整个列管，然后逐渐开大液位控制阀，壳侧蒸汽逐渐提高压力，最后将E01的工作状况调整过来，进而将E01底部温度提高。通过这种办法，一般能将E01控制温度提高2℃左右，同时壳侧蒸汽压力得到下降，及提高了汽提率，也保护了设备。在2005年E01由于列管减薄，达到外方设计掉头的条件，在2005年大修中对E01进行掉头。在汽提塔掉头后，底部出液温度通常都在202～204℃，比掉头前有所降低，但温度的降低幅度对后段系统的操作未造成太大影响。唯体现在汽提塔的操作弹性减小，后段系统受到因出液温度变化带来的波动几率增加。

2中压分解温度提不起来

中压分解器E02设计操作温度在158～160℃，压力在1.8MPaabs,出液组分（％wt）：Ur62.08，NH36.39，CO21.37，H2O30.6。从相图可以看出，在压力一定时，提高分解温度，总NH3的蒸出率及甲铵分解率都增加，出液组分中NH3含量会降低，但当温度高于160℃时，上升曲线趋于平坦，温度再高，虽然可进一步提高甲铵分解率，但尿素的副反应将加快，同时腐蚀也加剧。，相图见图2、图3。

图2总氨蒸出率和甲铵分解率与分解温度的关系

图3液相的NH3/Ur和气相的含水量与分解温度的关系

实际中，中压温度一般只能控制在149～152℃，造成残余NH3较设计值偏高。中压温度低，一方面是高压来的负荷高，同时从V01过来的气相组分大，另一方面就是E02本身换热能力不足。在实际运行过程中，通过对氨管线进行扩孔，有效增大高压喷射器J01的抽吸能力，减少从V01过来的气相量，改善E02的换热效果。在2005年大修对E02进行检查，发现列管下部结垢单边达到5mm，经过对列管结垢进行彻底处理后，中压温度上涨到152～155℃。另外如果中压温度加热不起来还可以采用开大E02B加热蒸汽HV303来补充热源。

目前，中压温度一般能控制在152～155℃，虽较设计值低，但已经能满足中压系统分解回收要求，对后段系统的影响不是太大。

3低压系统的控制

作为氨和二氧化碳的最后工序分解回收工段，低压必须尽可能的分解未反应的甲铵，以降低真空系统负荷，保证一、二段真空度，保证产品质量。因此在低压系统工段内，控制压力的办法只能是增强冷凝、回收分离出来的气体的能力，降低。

3.1增强低压冷凝器效果

由流程图可知，低压分解出来的气相经E07、E08冷凝吸收后汇集于V06，由于氨和二氧化碳吸收反应是一个放热反应，因此降低温度就能够增加气体的溶解度。为了保证E08良好的冷却能力，对E08进行改造，在E08循环水出口增加反冲洗装置，定期消除列管循环水侧的结垢。

3.2改变低压外加水的方法

3.2.1通过改变解吸塔T02顶部温度来控制低压外加水

T02为水解解吸塔，顶部为含氨、二氧化碳、水的混合气体。根据混合气体分压定律和亨利定律可知，T02顶部温度越高，气体中含水量就越大。因此采用提高T02顶部温度，增加返回系统水量的办法来吸收过剩NH3，使低压放空减小，同时，通过顶部加入的回流碳铵液（FV701）来控制温度就可以方便调节低压外加入的水量，从而方便的调节低压压力。另外由于T02的水蒸气可以很好的和分解出来的氨气等接触吸收，因此该方法吸收效果好于外加蒸汽冷凝液。

3.2.2系统外加水改造。

对于低压压力控制，如果压力高系统加水通过在中压碳铵液溶液泵P03出口付线加入一定量的125℃的中压冲洗水，由于温度高不利于吸收，将加水改成30℃的来自E10的冷凝蒸汽液，由于水温降低吸收效果增加，因此收到较好效果。

3.3低压惰气的处理

3.3.1惰气洗涤

根据设计条件，低压系统有5.22m3/h的惰气需要放空，因此，低压系统压力再低，放空阀（FV403）都应有一定开度，以保证惰气排出，即使全关放空阀，过了一段时间，压力也会上升。为了减少惰气排放时的NH3量，通常是打开FV401，控制一定流量，洗涤一段时间后，视压力的变化情况，关小FV401，同时尽量关小放空阀，保持低压系统压力稳定。

3.3.2低压惰气回收的改造

系统运行监测数据表明，低压放空尾气中含有的氨达到90％以上，日浪费氨达到5～7t。现场探测低压惰气洗涤塔T04出气温度在夏季达到120℃，因此表明在T04吸收塔板上气液都处于一个较高的温度环境，查阅相图，在100℃下，氨水最大的饱和浓度在20％左右。因此降低T04的工作温度，就能提高氨气在T04的吸收量，从而降低低压压力，减少放空量。计划在T04上再增设一冷凝器和板式吸收塔，以提高吸收效果，降低低压系统压力。

4结束语

通过操作方法的改进，低压系统压力得到了有效控制，目前低压压力控制开度一直稳定在10～30％，低压氨含量也稳定在70％，最低时不到10％，收到较好效果。

参考文献尿素袁一