摘 要： 尿素生产是一个较为复杂的工艺过程，装置系统内各物料组分及其相平衡状态在生产过程中不断的发生着变化，装置各个工序间紧密联系并相互影响。其中尿素合成塔的生产工艺控制是尿素生产的核心所在，而且尿素合成塔转化率的高低直接影响到了整套尿素生产装置的经济运行。本文通过试验对比不同的二氧化碳气纯度对尿素合成转化率的影响，通过提高进尿素合成塔的二氧化碳气体的纯度，降低系统惰性气含量，提高物料在合成塔内的停留时间，从而提高塔内反应效率；
关键词：尿素生产；合成转化率；入塔气体纯度
河南心连心现有的水溶液全循环尿素工艺，此种工艺相比CO2汽提装置而言，尿素转化率偏低，从而导致装置整体消耗偏高；随着科学技术的不断发展，水溶液全循环尿素工艺已逐步被CO2汽提等先进工艺装置所代替；然而目前现有的水溶液全循环工艺如何通过优化工艺，提高尿素合成转化率，通过较低的投入达到提高转化率的目的，从而降低装置消耗，维持经济运行，成为亟待解决的问题。
1 提高CO2气纯度试验原理
氨和二氧化碳合成尿素，其总反应可以表示为：
2NH3+CO2≒（NH2）2CO+H2O+Q
提高反应气二氧化碳的纯度，能够促进反应向正方向进行。原料二氧化碳纯度取决于脱碳工艺，PC脱碳工艺二氧化碳纯度最高为98%，MDEA或NHD工艺中，二氧化碳纯度可达99%。当98%的二氧化碳气体中加入防腐空气后，二氧化碳含量应不低于95.7%（体积），此时的氧含量为0.4%。二氧化碳的纯度降低，则进合成塔的惰性气量增加，在同样操作压力下，惰性气分压高，就降低了NH3和CO2分压，因此XCO2下降。原料二氧化碳的纯度对转化率有明显影响。二氧化碳气体中的惰性气体的存在将降低气相中的氨分压，造成液相中氨浓度下降，使转化率降低。实验研究证明，在二氧化碳纯度为86%-100%的范围内，二氧化碳浓度每降低1%，尿素合成转化率将降低0.6%；
为兼顾尿素合成塔防腐需要，一般控制二氧化碳气体中氧含量为0.4%-0.6%，硫化氢≤10mg/m3；当硫化氢含量较低时，可控制氧含量在低限，保证二氧化碳气具有较高的纯度，提高二氧化碳转化率，同时减少二氧化碳压缩机的压缩功，降低电耗。结合生产实际情况，河南心连心化肥有限公司现有一套水溶液全循环尿素生产装置，其二氧化碳气体纯度不足95%（进塔气），纯度过低。如何提高二氧化碳气体纯度，从而提高尿素合成塔转化率，验证纯度与尿素合成转化率的影响关系，将成为本次试验的研究课题。
在心连心现有生产装置中，富裕一部分高纯度二氧化碳气体，纯度约98.5%，此次试验将通过合理调配生产系统资源，将该部分高纯度二氧化碳气体送至水溶液全循环水工艺18.30尿素装置中，提高提高进塔二氧化碳气体纯度，来提高尿素合成转化率。
2 提高入塔气体纯度的试验过程
试验当日白班水溶液全循环工艺18.30尿素装置满负荷生产，经现场流程优化改造并投运后进行试验工作。接生产系统调度通知具备使用高纯度二氧化塔气的条件，首先将尿素装置减量至80%生产负荷，开始向尿素装置引入高纯度二氧化碳气体，待高纯度气体引入正常后，将尿素装置负荷加至满负荷运行，对比高纯度二氧化碳气体引入前后的生产工艺及合成转化率，试验生产数据如下。
从上表数据可以看出：
1）引入高纯度二氧化碳气后，加氧前二氧化碳气纯度由96%提高至97.5%，因硫化氢无变化，氧含量仍按照0.5%控制，即加氧后的二氧化碳纯度由94.8%提高至96.2%，入塔二氧化碳气体纯度上升了1.4%。同步对比尿素合成转化率，由64.5%提高至66%，尿素合成转化率提高了1.5%；
2）随着尿素合成转化率的提高，出合成塔的未反应物也相应减少，循环回收系统的负荷降低，二段氨水及二冷出气都下降5%-10%；有利于装置消耗的下降。氨耗略有下降由0.5627t/tur下降到0.5621t/tur。
3）提高入塔二氧化碳气体纯度后，虽然入尿素合成塔的CO2流量降低了约350 m3/h，但装置产能与试验前一致，提高了二氧化碳压缩机的效率。反之，若保持同样的流量，装置产能将有所提高。理论上：纯度提高1%，则产量增加4.1吨/班。
4）理论上，纯度每提高1%可以节省蒸汽量约为34.4kg /吨尿素，但此次试验转化率提高后，汽耗并没有明显变化，分析原因如下：
（1）、试验期间，装置为降低碳铵液浓度，对表冷液进行了重新分配，其中一条措施是通过降低闪蒸真空度来减少闪表液量，闪蒸真空度降低后各段真空的都有明显下降，导致蒸发用蒸汽量增加，其中一二蒸蒸汽压力均上涨0.1MPa，影响汽耗约0.02t/tur；
（2）、21日进车间蒸汽温度由200℃上涨至210℃，温度上涨后蒸汽过热，影响换热效果，影响汽耗约0.02t/tur；
3 试验小结
通过此次试验得出入塔CO2气对尿素合成转化率的影响为:纯度每提高1%，尿素合成转化率约提高1%，实践数据比理论值稍偏高。通过改善入塔原料组份，提高原料二氧化碳气的纯度，能够有效且直接的提高尿素合成转化率。
论文作者:李娜
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/8/23
标签：尿素论文; 纯度论文; 二氧化论文; 气体论文; 装置论文; 水溶液论文; 工艺论文; 《工程管理前沿》2019年12期论文;