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降低500t/d氨汽提尿素生产工艺氨耗浅析胡安旭1胡松2严勇3（1，3贵州赤天化股份有限责任公司，贵州赤水564707；2.贵州赤天化集团有限责任公司，贵州贵阳550001）摘要从高压圈投料的氨碳比、水碳比、反应温度、压力等工艺条件的优化控制出发，采取相应措施，减少氨在中、低压系统的放空损失，促进氨的回收再利用，从而达到降低氨耗的目的。关键词氨碳比水碳比优化控制回收降低氨耗中图分类号1前言赤天化股份公司新尿素装置，是1996年7月建成投产的意大利斯那姆公司（snam）氨汽提工艺，作为90年代初国际先进生产技术的尿素工艺，在能耗上较二氧化碳汽提工艺有较大优势。但在投产初期，氨耗较高，达到了598kg/t尿素，与原设计的吨尿素氨耗570kg/t尿素有较大差距。对此，技术人员通过多年的摸索总结，不断进行技改技措，使氨耗逐年降低，目前达到了573kg/t尿素。面对天然气涨价，氨耗越低对控制生产成本越有利，因此，本文主要围绕如何进行优化控制以实现节能环保进行阐述。2影响氨耗高的原因分析及对策措施2.1高压系统对氨耗的影响及优化对策高压系统运行的好坏直接影响到后续系统的工艺状况，而稳定好合成塔内的氨碳比、水碳比、反应压力和温度，以及提高汽提塔的汽提效率，则是控制好高压系统的关键所在。2.1.1NH3/CO2过高，适度降低氨碳比按照斯那姆工艺设计，合成塔NH3/CO2为3.5～3.8，由尿素合成反应式可知：2NH3+CO2≒NH2CONH2+H2O-28.47kJ/mol此反应为可逆反应，根据反应平衡移动原理，增加原料NH3的浓度，平衡向生成尿素的方向移动，有利于提高合成转化率。但是，未反应的大量余氨进入后系统，会增加中、低压系统的分解回收负荷，从而导致其压力上涨，放空损失加大，氨耗增加，同时不利于环保。对此，技术人员吸收同类厂家的宝贵经验，并不断探索总结，将系统入塔物料的NH3/CO2适当降低，控制在3.3～3.5，减少了过量氨的循环，高压系统未反应的物料得以降低。据资料介绍[1]，当氨碳比降低到3.4左右时，每生产1t尿素可以减少氨循环量0.05t，这样就减轻了中、低压系统的分离回收负荷，使氨的放空损失得到明显降低。实际操作中，合理的NH3/CO2是采用什么依据作为判断尺度的？如果降得太低，则影响合成转化率。技术人员通过多年的实践经验，找准了氨碳比的迅速判断方法，由合成塔底部的温度来判断氨碳比的变化：当合成塔氨过量时，其底部温度呈下降趋势，高压系统压力上升；当CO2过量时，其底部温度呈上升趋势，系统压力将下降。但当CO2严重过量时，塔底温度呈先上升后下降的趋势，系统压力上涨很快，严重威胁设备运行安全，另外，合成塔顶底温差变小，中、低压系统易超压；如果NH3严重过量，合成塔底温将一直下降，高、中、低压系统都会超压，汽提塔、中低压分解温度下降，氨耗、蒸汽耗都将增加。2.1.2H2O/CO2过高，适度降低水碳比高压系统存在的水有两种来源：一部分是甲铵生成尿素脱出的水，另一部分是由中、低压系统吸收用的外加洗涤水以甲铵液形式返回高压系统的水。根据氨和二氧化碳合成尿素的反应式可知，水作为生成物，增加水量，反应则向逆反应方向进行，不利于生成尿素，从而降低合成转化率。根据尿素生产的经验公式知[1]，在其他条件不变的情况下，入塔物料中水碳比每增加0.1，合成塔内的转化率就降低1.5%～2.0%。因此，尿素合成反应中，保持较低的水碳比有利于提高合成转化率。斯那姆工艺设计中，高压系统H2O/CO2为0.67，而实际生产中，水碳比经常高达0.9以上。通过分析，水碳比高主要是中、低压系统返回的外加洗涤水多，造成恶性循环所致。因此，适度降低入塔物料的氨碳比，使得后系统循环返回的氨减少，则作为吸收用途的外加洗涤水就会得到有效控制，返回高压系统的水量也会得到同步下降，从而也能降低入塔物料的水碳比。2.1.3影响合成转化率的其他因素及对策斯那姆氨汽提工艺，合成转化率设计值为65%，但在实际运行中，转化率仅为57%左右，远远达不到设计要求。通过分析，影响合成转化率的主要因素除了上述的NH3/CO2、H2O/CO2外，还有合成压力、温度、惰气含量和停留时间。斯那姆氨汽提工艺，合成系统压力设计值为14.57MPa，实际生产中压力控制值低于设计值，通常控制在14.0MPa～14.4MPa之间为佳，如果压力控制过低，则不利于提高合成转化率；压力控制过高，虽可提高转化率，但氨泵、甲铵泵要多耗功能，也给安全生产带来严重威胁，同时也不利于汽提塔内甲铵的分解，从而降低汽提效率，加重后系统的分解负荷。合成塔底温的变化趋势是控制好高压系统氨碳比的关键依据，根据多年的生产经验，通常控制在175℃～177℃之间为宜。至于CO2纯度，每天按时联系分析，及时减少惰气含量，避免高压尾气中氨随惰气放空造成损失。而反应停留时间，跟合成塔结构有关，为此，技术人员对合成塔塔盘进行了改造，从原设计的10块增加到12块，其中上半部分的6块设计成高效塔盘，增大了气液接触面积，从而大大提高了合成转化率。2.2中、低压系统对氨耗的影响及优化对策中、低压系统是尿液气液分离、不断提浓的两个工段。衡量中、低压系统工作的好坏，有四方面的要求：①要使尿液中的甲铵得到充分的分解，NH3和CO2得到充分的分离，尿液浓度尽可能提高；②分解过程中要尽量减少副反应和尿素水解反应的发生；③分离出来的NH3和CO2应得到充分回收，中、低压放空尾气中NH3含量尽可能低；④回收的甲铵液浓度尽量高，在保证不结晶的前提下返回高压系统的水量尽可能少。这些要求相互排斥、相互制约，因此要综合考虑以寻求优化控制对策。2.2.1提高中压洗涤器的液位，增加吸收效果中压洗涤器的作用是吸收氨回收塔来的余氨，吸收液是经冷凝器冷却成30℃左右的冷凝液，大大增加了吸收效果，使排到大气中的尾气氨浓度达到了5%左右。然而，吸收后的氨水浓度希望越高越好，以减少返回高压系统的水量，从而降低H2O/CO2。因此，技术人员在历年大修中对中压洗涤器的液位变送范围进行了改造，将原来在底部的液位变送取消，改在中上部位置，尽可能提高液位。同时也将氨回收塔来的气相倒“U”型管升高，防止液位提高后发生倒液，见图1。这样氨水完全浸没在洗涤器的冷却段，使原来的降膜吸收变成浸没吸收，提高了吸收效果，使氨水泵输送的氨水浓度增加，从而减少了返回高压系统的水量，同时也减少了顶部的放空损失，降低了氨耗，见表1。表1中压洗涤器液位传送改造前后氨吸收数据对比表氨水泵进口氨水浓度（wt%）放空尾气氨浓度（v%）最高最低平均最高最低平均改造前59.510.125.284.80.055.4改造后64.825.246.724.70.183.52.2.2改变低压外加水的洗涤方式2.2.2.1低压系统外加洗涤水改造低压回收系统是影响氨耗的关键因素。开车初期，低压系统压力都比较高，低压放空阀主副线开得都较大，而且放空尾气中氨含量在90%（v%）以上。为了降低氨的放空损失和维持好低压系统压力，被迫开大外加洗涤水来吸收尾气中的氨。而外加洗涤水增加，导致返回高压系统的水量增加，就会降低合成转化率，未反应的物料又进入中、低压系统，造成恶性循环。因此，技术人员通过分析讨论后，作了如下改造，以减少低压系统尾气放空氨损失。(1)增大中压甲铵泵到低压冷凝器的甲铵液循环量，从而增大对低压分解气的吸收效果，提高氨浓度。(2)将低压洗涤器的外加洗涤水引到低压冷凝器的进口，用加水调节阀控制流量，如图2。外加洗涤水是经过冷凝器冷却过的30℃左右的冷凝液，由于水温降低吸收效果增加，从而大大降低了低压尾气放空阀的开度，减少了放空氨损失，也就降低了氨耗，同时保护了环境。而低压洗涤器的洗涤则根据需要投用加水调节阀的副线切止阀来控制，在生产负荷不高时基本很少投用。氨水泵图1中压洗涤器液位传送改造示意图放空放空阀冷凝器加水阀循环水循环水冷却段中压洗涤器现位置原位置氨回收塔液位计液位计“”表示原液位传送管线“”表示改造后液位传送管线（3）将低压放空尾气引到稀氨水贮槽进行洗涤吸收，贮槽内的氨水浓度大约为4%，而低压放空尾气中氨含量较高，于是考虑新增一条管线到贮槽，使低压放空尾气通过贮槽的稀氨水再次吸收，剩余尾气再通过贮槽顶部的放空管放空，这样氨就可以得到最大限度的回收，从而达到降低氨耗的目的，见图2。2.2.2.2通过改变解吸塔顶部温度来控制解吸系统进入低压系统的水量解吸操作有三点依据：一是尽可能使解吸塔出液中的氨尽量少；二是解吸出气中的水分尽可能少；三是满足前两条件的前提下尽可能少用蒸汽。解吸出气为NH3、CO2、H2O蒸汽的混合气体，根据混合气体分压定律和亨利定律可知，解吸塔顶部温度越高，混合气体中含水量就越大。因此，在操作中适当降低解吸塔出气温度，可间接避免进入低压系统的水量过多。而低压碳铵液贮槽来的回流碳铵液经低压甲铵泵送到解吸塔顶部，用调节阀调节流量来控制解吸塔出气温度在125℃左右，可减少解吸出气带入低压系统的水量。2.3改变全系统液相排放方式经过逐年大修，新尿素生产界区所有液相排放全部改为密闭排放，排放液全部汇集到废液贮槽，液满后则启动废液泵打到稀氨水贮槽，继而送往解吸塔去解吸回收，既回收利用了氨，又注重了环保。3结束语生产技术人员经过多年对尿素工艺的摸索探讨，不断分析总结已经出现过的问题，挖掘问题根源，并借鉴吸收同类厂家的生产经验，从操作上作了优化控制，从工艺上作了技术改进，不断攻克生产瓶颈，充分挖掘装置的生产能力，使氨耗逐年降低，越来越接近设计值570kg/t尿素，达到了预期效果。当前国家倡导节能减排、安全环保生产，对于提高尿素装置产能，还是有潜能可挖的。低压洗涤器低压冷凝器新增管线冷凝器加水阀稀氨水贮槽新增管线放空放空阀低压冷凝器低压甲铵泵甲铵液贮槽图2低压系统外加洗涤水改造示意图参考文献[1]袁一.《尿素》.北京:化学工业出版社，1997.4.（93），（94）.作者简介[1]胡安旭，男，2005年毕业于贵州大学，助理工程师，贵州赤天化股份公司尿素车间工作，现从事尿素生产工艺日常维护管理工作。[2]胡松，男，1980年出生，贵州兴义人，助理工程师，现为赤天化集团技术中心技术员，联系电话:13984885619。[3]严勇，男，2005年毕业于贵州大学，助理工程师，贵州赤天化股份公司合成车间工作，现从事合成氨生产工艺日常维护管理工作。Analyseforreducingtheammonia’sconsumptionof500t/dureatechnologyHuAnXu，HuSong，Yanyong（GuiZhouChitianhuaGroupCo.，LTD.，Chishui，GuiZhou，564707)Adstract:FromtheNH3/CO2，H2O/CO2，temperature，pressureofhigh-handedreactionsystem,weoptimizetheconditionsoftechnology,andadopteffectivemeasuretoreducethelossofammoniainthemiddle-lowpressuresystem.ontheotherhand,weretrieveandusetheammoniaforreducingtheammonia’sconsumption.Keywords:NH3/CO2H2O/CO2optimizeretrievereducingtheammonia’sconsumption