摘要：尿素生产下CO2汽提工艺的应用是非常关键的一个环节，为了缓解汽提工艺中存在的问题对系统工艺进行优化，提高尿素生产水平具有重要意义。文章通过对CO2汽提工艺流程进行详细分析，结合实际情况探讨CO2汽提工艺的优化措施，以提高尿素生产的整体水平及降低消耗节能环保。
关键词：尿素生产；生产优化；汽提工艺；环保；节能降耗
引言
CO2汽提法生产尿素是当前非常流行的一种生产方式，工艺已是非常成熟，工艺的优化方法有很多，针对本企业生产尿素的有化方法也是与其他企业有个别不同之处。当然生产尿素也涉及到环保上的问题以及节能降耗等问题。
1CO2汽提法工艺流程
第一，液氨升压。液氨升压是把从球罐过来的液氨进行升压,把液氨压力从2.3MPa提升到16.0～17.5MPa,然后通过高压液氨泵把它输送到高压喷射器,以作喷射物料。第二，CO2气体压缩与净化。自低温甲醇清洗后的CO2原料气通过CO2压缩机组进行气体压缩后使其压力升到14.4MPa左右,然后对CO2进行净化,包括在脱硫塔以干法脱硫除去CO2气中H2S杂质以及在脱氢塔催化脱氢除去CO2气中的H2杂质,然后将CO2输送到汽提塔。第三，合成和汽提。本工序是CO2汽提法关键环节。液体甲铵和少量还没冷凝的氨气和二氧化碳气体从高压冷凝器底部出来被送入到合成塔底部,物料从合成塔底上升到塔顶并生成反应液(其温度为180～185℃),反应液从塔顶流入到汽提塔顶部,液体分配器将反应液均匀地分布到每根汽提管中,并沿着汽提管壁呈液膜状流下,流下的过程与来自汽提塔底部的二氧化碳气体接触,反应液中剩余的NH3和还没转化的NH2COONH4被蒸发并分解后从汽提塔顶排出,尿液及小部分NH2COONH4从塔底排出。从汽提塔顶排出的气体、来自高压洗涤器的甲铵液、液氨经混合后进入到高压冷凝器顶部,生成的甲铵和NH3、CO2进入到合成塔底部。第四，循环。从汽提塔底部出来的汽提液在精馏塔中将还没有分解的NH2COONH4进行加热分解,再通过闪蒸槽把游离氨、CO2蒸出,然后再把尿液(温度90～95℃)输送到尿液槽。第五，蒸发。经过一段蒸发、二段蒸发,把尿液槽过来的尿液水分进行蒸发使尿液水分含量小于1.0%,再输送到造粒工序。第六，解吸和水解。将蒸发冷凝器冷凝液中残留的尿素在水解塔中水解成NH3和CO2,它们再跟剩余的NH3、CO2一起在解吸塔中进行解吸和回收,使NH3和尿素含量下降到小于10×10-6,再送到其他工段。
2尿素生产中CO2汽提工艺的优化措施
2.1更换汽提分布器,提高汽提效率
从根本上说,二氧化碳汽提法工艺主要在于通过二氧化碳气体汽提高压合成系统反应液,并将高压合成系统中没有反应完成的钾铵液体分解至合成系统中进行重新反应,以此有效降低后续工序所产生的负荷。因此,具有不理想的汽提效果,导致低压负荷的不断增加,进一步加大了放空损失量,提升原料氨消耗量。对二氧化碳汽提效率产生影响的因素比较多,实践研究发现,汽提塔分布器的孔径大小不均匀会导致汽提管有着不均匀的液体分布,而且液膜的厚度也有所不同,由此就在很大程度上降低了二氧化碳汽提效率。以往很多工厂的汽提塔液体分布器都有着很长的使用周期,在检修过程中仅仅更换部分零件,因此分布器混合应用的阻力并非正态分布,且具有较大的离散度,导致汽提塔液体呈现不均匀分布,降低汽提工作效率,增加低压吸收压力,大多超过允许压力。而整改更换后,设备分布器小孔的阻力能够集中分布,且具有较小的离散度,液体均匀分布,在很大程度上提升了汽提效率。
2.2粉尘回收装置
尿素装置一般采用圆柱形的混凝土造粒塔,这种装置是利用造粒喷头喷洒尿素熔融物料,再将得到的物质通过自然的通风降温就可以得到尿素产品。造粒塔的日常维护和工作量都比较少,相对操作简单。粉尘的主要成分是尿素,有很高的回收利用价值,随着我国环保措施的大力推进,经过对大多数尿素生产企业考察,都在造粒塔顶部安装了相关的回收粉尘的设备,不仅可以有效节约能源,尿素还可以重复利用。气体流程:在造粒塔内,上升的还有尿素的一些粉尘会经过气口增压装置增压到雾化吸收区,经过一系列的雾化吸收后再进入到高效吸收区。在这里经过两次的雾化吸收后进入喷射错流气雾收集吸收捕水器。而这些已经去除了雾状尿素液滴后的气体再进入三级分离空间,然后再和塔顶的冷空气混合,在进行一定程度上的冷凝后,所排出的气体就可以符合相关的规范标准。把尿素解析、水解或者是蒸汽冷凝的工艺废液直接通入喷射错流雾化的收集器,进行进一步的错流雾化喷射,然后再与错流雾化喷射吸收和清洗液体一起送入到高效吸收及液体收集再分布的装置中,经过一系列沉降到循环槽,出循环槽的循环液再经过过滤装备进入循环吸收泵。最后再经过循环吸收泵的进入顶部清洗、中部错流雾化吸收喷头、底部雾化喷射吸收装置进行循环吸收。
2.3氨水槽浓度
氨水槽浓度过高的分析:第一，平均汽提效率为77.4%低于设计值83.2%,致使精馏塔出液温度偏低,NH3损失较高,循环系统操作负荷增加;第二，循环系统工况波动,尾气吸收负荷升高,NH3+CO2+尿素浓度随之升高;第三，甲铵分解效率降低,蒸发系统中尿素中游离的NH3和CO2浓度升高。因此,尿素生产过程中,需要保持各个工段的操作稳定,各控制参数波动在限制范围内,并确保各装置、组件的无故障运行。
2.4原料纯度的控制
在CO2汽提法的原料纯度控制方面,要求其中的液氨纯度不小于99.5%,这点一般都能满足;主要是控制好原料二氧化碳气纯度,因为为了避免合成塔内部等高压设备的腐蚀,一般会在原料二氧化碳气中混入少量防腐空气,然而如果混入的防腐空气过量,就会降低二氧化碳气的纯度,进而降低了系统CO2的转化率。对于这个问题,可以在二氧化碳压缩机三段出口处增加脱硫与脱氢等装置提高原料CO2气的纯度,并且控制混入空气前CO2纯度不小于98.5%、混入空气后CO2纯度≥95%、含氧量在0.70%～0.90%为宜。当然前系统所供二氧化碳的纯度也是至关重要的。
2.6放空筒的改造
根据蓝天保卫战方案，对放空筒进行技术改造并通过设计院设计。为了节约成本分两步实施：初步实施只加喷淋不加换热器。在大检修期间，完成了在25米处增加以氨水为吸收液的喷淋设施及30米处增加以蒸汽冷凝液为吸收液喷淋设施，并把连接换热器头已甩好。经过大检修后开车调试，有一定效果但吸收效果并未达到预期。
实施第二步，增加两台板式换热器：
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板式换热器投用后经过72小时标定后，氨水槽的浓度由5.63%增加到6.06%，提高了0.43%，很大程度上降低了消耗，也起到了环保作用。
结语
总之，CO2转化率直接影响着尿素装置的生产成本和产品质量，关系到企业的效益乃至生存与发展。但在化工生产中，没有一项指标是独立存在的，必须根据装置的实际情况，不断摸索最佳工艺操作指标，提高工艺控制水平，切实提高尿素合成系统CO2的转化效果，提高产量降低消耗，也为保卫蓝天贡献一份力量。
参考文献
[1]李红明,位朋.CO2汽提尿素技术发展研究[J].现代化工,2018,38(10):200-203.
[2]王超.尿素生产中CO2汽提工艺的优化[J].化工设计通讯,2019,45(6):2-3.
[3]王鹏,曹水.CO2汽提法尿素工艺中的节能措施[J].小氮肥,2015,43(10):1-2.