摘要：本文主要围绕二氧化碳汽提法工艺展开研究，详细的分析了二氧化碳汽提法尿素装置解吸水解系统工艺优化与设计，并介绍了30万吨每天二氧化碳汽提法尿素装置解吸水解系统的技术发展过程：针对运行中出现的问题和新技术的工业化应用业绩，对新建装置解吸水解系统进行了优化设计，总结了装置生产运行效果。
关键词：CO2 汽提法 尿素装置 解吸水解 工艺优化
一、吸水解系统技术改造情况调查
随着国内30万吨每天CO，汽提法尿素装置相继建成投产，有些工程设计公司根据业主意见，对解吸水解系统设备规格和设计参数做了调整，主要变化在解吸塔内件结构形式上，有以下几种形式。
1.1解吸塔塔板采用规整填料
进入20世纪90年代，填料塔技术得到长足进步，新型高效规整填料由于其比表面积大、阻力小、传质效率高、处理能力大的优点，在氮肥行业得到大面积推广和应用。21世纪初，新建或改扩建尿素装置解吸塔内件大多选用规整填料，包括部分大型化肥装置的解吸塔也由板式塔改为规整填料。刘化集团公司现有的2套水溶液全循环法尿素装置所配套的解吸水解系统，解吸塔内件均采用规整填料。运行中解吸过程对氨水浓度变化特别敏感，解吸塔压力不易控制，在消化本系统氨水时解吸废水NH3含量为20×10-6～30×10-6。同时，部分大型化肥装置尿素解吸塔由原设计筛板塔改为规整填料后效果反而不如原设计。目前国内运行效果比较理想的有四川某化肥厂，在解吸系统氨水槽浓度NH3质量分数5％-6％的条件下，废液NH，含量5X10-6～7×10-6，但由于合成尿素原料夹带油和催化剂粉末等杂质，规整填料汽液流通通道经常堵塞。针对上述情况，国内近几年投运的解吸塔塔高不变，但塔径由200mm扩径至400mm，解吸废液NH，含量一般在20×10-6-30×10-6、尿素质量分数≤10×10-6，外排的解吸废液仍未达到设计指标，部分企业又将解吸塔塔径由400mm扩至600mm，实际运行效果仍未达到NH，质量分数≤10×10-6的设计要求。
1.2解吸塔塔板采用微分浮阀技术
微分浮阀塔板是国内2l世纪初开发的高效塔板，是基于常规浮阀塔板开发的新型产品，与原F1型浮阀塔板相比，塔板上浮阀的排列具有导向作用，微分浮阀在顶部开设微孔，塔板设计了鼓泡促进器，浮阀只能上下开启，不能转动。微分浮阀塔板具有如下特点。（1）在精馏过程中增强了气液相的接触，提高传质效率。（2）塔板上液体的滞留区减少，塔板效率提高，塔板的操作弹性增加5％一10％。（3）特殊的导线结构可减少长期使用后浮阀易脱落的现象发生。2003年四川泸天化集团48万吨每天二氧化碳汽提法尿素装置扩产改造中解吸塔内件采用微分浮阀塔盘，解吸塔的处理能力由42立方米每小时增加到55立方米每小时。改造后，进入解吸塔的废液中氨含量4.0％左右，外排净化水中的NH，和尿素质量分数约为2×10-6～3×10-6，系统运行平稳。从现场了解的情况是氨水槽工艺冷凝液基本无油，解吸后的废水送入合成氨装置快锅和大颗粒尿素作为系统补水。30万吨每天CO，汽提法尿素装置已在四川、青海某化肥厂得到应用，其中四川某化肥厂已投人生产，经运行考核达到设计指标。
1.3解吸塔采用梯形立体传质塔板
梯形立体传质塔板是由河北工业大学化学工程研究所开发的一种新型塔板。该塔板采用矩形开孔，矩形开孔上方设置带筛孔的梯形喷射罩，罩的侧面为带筛孔的喷射板，两端为梯形的端板，上部为分离板，在喷射板与分离板之间设气液通道。喷射板与塔板间有一定的底隙，作为液体进入罩体的通道。CTST为气液并流喷射型塔板，其工作过程如下。第一，气体自板孔进入喷射罩中，在塔板板孔处形成缩流，在板孑L附近形成低压区；第二，液体受罩体内外压差和板面液面高度静压强的作用从罩底隙进入罩内；第三，在塔板上，液体经过拉膜提升、破碎、喷射、互喷、分离等步骤，在塔板至罩顶的立体空间中与气体完成质量与热量传递；第四，在传质空间范围内，气体为连续相，液体为分散相。由于利用喷射原理，回落到塔板板面上液体为清液层。梯形立体传质塔板的主要性能表现为处理能力大、塔板效率高、板压降低、能耗低、操作弹性大、抗堵性能强。CTST塔板已应用在渭南化肥厂52万吨每天尿素装置解吸系统的技术改造。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆渭南化肥厂尿素装置系日本东洋三井TEC尿素工艺，解吸塔规格尺寸为300mm×9mm，H=31730mm，采用筛孔塔板，50层，设计处理能力为45立方米每小时，实际运行负荷38立方米每小时。2004年改造前，解吸塔操作弹性小，塔盘易发生液泛现象，解吸气相带液严重。2004年3月采用CTST塔板对该塔进行了改造，在塔径及塔内固定件不变的条件下，用CTST塔盘替代原筛孔塔板，消除了解吸塔生产操作中的带液现象，并将处理能力扩至50吨每小时，塔底NH，质量分数≤10×10-6TEC尿素工艺解吸气相为低压分解塔提供热源，为保证尿液带水量，要求解析塔顶部温度在100摄氏度控制在137—138℃。2008年6月，对国产化第1套30万吨每天C02汽提法尿素装置低压吸收系统进行改造，氨水槽氨水浓度NH，降至8.0％，CO：降低到5％左右。同时，解吸塔塔盘在塔板数、塔盘板间距、支撑结构均不变的情况下，将筛板改为立体传质塔板（CTST）。经运行考核，解吸废液NH，质量分数≤5×10-6、尿素质量分数≤5×10-6，解吸系统改造相当成功。经与尿素车间技术人员交流，立体传质塔板（CTST）主要性能是通量大，板压降低，相应解吸塔塔底、塔顶压差小。利用其抗堵性能强的特点，消除了筛板塔筛孔由于氨水带油、催化剂粉末等造成流道堵塞现象，提高处理能力50％以上。采用该技术进行扩产改造可在原塔外壳、降液管及塔板支撑件均不变的条件下，仅更换塔板，可在保证效率的前提下，将处理能力提高50％以上。采用CTST塔板进行新塔设计，在同样生产能力及分离要求的条件下，可节省设备投资30％以上。据调查了解，四川天华、重庆建峰、沧州大化在塔径及塔内固定件不变的情况下，仅用CTST塔板替代原浮阀塔板扩产40％以上，解吸塔外排的净化水可直接回收到低压锅炉或高压锅炉的水处理系统。
二、解吸水解系统的工艺优化设计
2.1系统负荷的确定
对于尿素装置的工艺冷凝液处理单元，其作用不仅仅是回收其中的有效组分以降低尿素生产的消耗，而且直接影响到尿素厂的总外排废水氨氮是否达标。近年随着国家环保政策的相继出台，在工程设计中，所有运行泵的冲洗和填料密封冷却水、采样分析点的冲洗水、检修置换废水、装置开停车排放废水、初期雨水等全部收集于地下废水槽，通过解吸水解单元处理，正常工程设计应综合考虑装置正常工艺冷凝液量、废水收集量、开停车排放量。根据实际运行经验，工艺冷凝液处理单元应按正常工艺冷凝液量的140％的负荷进行设计，由此确定解吸水解系统设计条件如下。（1）正常处理量30立方米每小时，最大处理量为40立方米每小时。（2）进料情况：NH，质量分数≤7.9％、CO：质量分数≤5.5％，尿素质量分数≤1.5，其余为水。（3）工艺废水设计值：NH，质量分数≤10×10-6，尿素质量分数≤10×10-6；工艺废水设计期望值：NH，质量分数≤5×10-6，尿素质量分数≤5×10-6。
2.2水解塔内件
对于尿素水解过程，在保证水解温度和足够的停留时间的前提下，水解后的解吸液尿素一般是会达标的。根据解吸水解设计负荷，在塔高、塔径不变的前提下调整筛板开孔率和板间距，增加了4层塔板。
2.3回流冷凝器
回流冷凝液组分设计指标为NH，质量分数28.1％，CO：质量分数23.1％，尿素质量分数0.2％，H20质量分数48.6％，熔点为30℃，工艺控制指标在50℃以上。在氨水槽CO，浓度较高时，为保证系统正常运行，回流冷凝液实际温度应控制在60℃以上。工程设计是通过回流冷凝器循环冷却水回水调节阀控制解吸塔压力，通过回流冷凝器液位槽气相遥控阀控制系统尾气排放设计不尽合理，应在回流冷凝器液位槽气相设置调节阀控制解吸塔压力，回流冷凝液温度通过回流冷凝器循环冷却水回水进行控制，因此，可避免由于工艺参数的调整引起回流冷凝器结晶而发生局部堵塞的现象。
三、结束语
综合上文内容，解吸水解系统是尿素装置的重要组成部分，处理后的尿素废液是否达到设计要求，也是尿素工程项目是否成功的重要指标之一。因此，这就需要对国内同类型装置解吸水解系统的设计及运行情况进行了调研，并结合实际的尿素装置解吸水解系统的运行情况，在工程实施阶段进行了解吸水解系统的优化设计，从而提高生产效率。
参考文献
[1]葛志军.CO_2汽提法尿素装置技改总结[J].中氮肥，2015(03)
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[3]陈刚.CO_2汽提法尿素解吸水解系统改造总结[J].氮肥技术，2009(01)
论文作者:韩强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/22
标签：尿素论文; 装置论文; 系统论文; 分数论文; 提法论文; 质量论文; 工艺论文; 《防护工程》2017年第32期论文;