CO2汽提法合成塔的操作

CO2汽提法合成塔的操作

陈宜洲

安徽晋煤中能化工有限公司

摘要：在利用CO2汽提法生产尿素的过程中，合成塔是一种重要的尿素生产装置。在化学合成尿素的过程中，在合成塔内主要完成甲铵脱水的步骤。基于此，本文就CO2汽提法，探讨了合成塔中的具体操作，仅供参考。

关键词：汽提法；合成塔；二氧化碳；操作

一、氧碳比的控制

氨碳比指入塔反应物料中氨与二氧化碳的摩尔比。

该值按理论分析为2.89，实际操作控制在2.9-3.2。

氨碳比是否适宜直接影响CO2转化率，导致整个系统波动，在生产中，可以通过二个方面去判断该值是否适宜。一方面通过取样分析：合成塔气相出口氨碳比在3.0-3.5范围内；合成塔出液氨碳比在2.89-3.2范围内。另一方面则根据工况中温度、压力变化来判断。

控制其他条件不变，当NH3/CO2正常时，合成系统各项工艺指标能控制在正常范围内；合成塔出气、出液温度183-185摄氏度；合成系统压力13.6-14.4mpa；高调水温差10摄氏度左右；合成塔出气温差约40摄氏度左右，高压甲铵冷凝器出液温度169摄氏度。当NH3/CO2失调时，这些指标将发生变化较明显，需及时调整加NH3或减NH3，尽快使工况恢复正常。另外，开车投料时和正常生产进料时，NH3/CO2也有所不同：开车投料，NH3/CO2控制在3.0左右，每1000m3CO2对应NH3为3.5m3；合成塔出料后，汽提塔和高压洗涤器逐渐转入正常工作，此时必须降低NH3/CO2，控制在2.05，每1000m3CO2对应NH3为2.4m3，就可以满足高压甲铵冷凝器进料要求了。

二、水碳比的控制

水碳比指入塔物料中水与二氧化碳的摩尔比。工艺设计该值为0.4左右。H2O/CO2和NH3/CO2一样，它对CO2转化率影响很大，在操作上是一个重要的指标。

正常生产时，进入高压甲铵冷凝器、合成塔的水，来自4个方面：一是合成尿素生成的反应中，每生成60公斤尿素同时产生18公斤水，约占全部带入水的60%，这一部分水量在操作时无法控制；二是由汽提塔出口气带入的水，约占全部水量的10%，在操作时也无法控制；三是由循环系统返回的甲铵液带入的水，约占全部水量的30%。在操作时要避免甲铵液过稀；四是各处漏入高压系统的水，这一部分水在操作时要严防漏入。在正常生产时，为了防止备用设备和管线产生结晶堵塞，往往需要通入温度较高的蒸汽冷凝液。而这些设备和管线是与正在运行的设备和管线连接在一起的。当连接阀门泄漏时，很容易漏入高压系统，使合成塔内水碳比增加，所以操作时要检查各连接阀门是否关闭，是否严密。

当高压系统液体中水碳比增加时CO2转化率下降。其中H2O/CO2

升高0.1，CO2转化率下降0.6-0.8%，汽提塔出液温度上升2摄氏度，另外，H2O/CO2升高，将导致高压圈其他温度上升，系统压力压力略有下降；汽提塔消耗蒸汽流量增加，汽提效率下降。另一方面：H20/CO2增加，CO2转化率下降，进入循环系统溶液中的氨和CO2含量增加。为了回收这部分氨和CO2，需要增加吸收水量，这样，返回高压系统甲铵液中夹带水随着增加，又进一步影响CO2转化率，造成恶性循环，在操作上要避免这种情况发生。有时，当系统发生不正常情况时，可以暂时限定甲铵泵转速，限制过多的水进入合成塔，其目的就是要维持高压系统的工艺指标仍处在良好的状态下。因而在正常操作时，甲铵泵转速应与尿素合成塔生产负荷相对应。在正常生产时，为了控制好高压系统的H20/CO2，还要做好调节工作：①严格控制合成塔和汽提塔的操作条件，以得到较高的CO2转化率和汽提效率，以保证汽提液中的NH3和CO2量在工艺指标范围之内，以保证甲铵液带入高压系统的水量适宜。②低压甲铵液的浓度保持在高限，甲铵液含水量不高于35%。③严格控制解吸出气温度，减少解吸气带水，提高回流液浓度。

三、合成塔温度的控制

合成塔出液温度，出气温度，正常操作值是183-185摄氏度。如果压力在13.6-14.4mpa，只要H20/CO2正常，合成塔温度决不会超过185摄氏度。合成塔四点塔壁温度受保温状况和气候影响较大，经常会偏离实际情况，但对于判断合成塔内的温度分布仍有参考价值，正常情况下，合成塔壁四点温度是自下而上逐渐升高，由于塔壁和塔内存在温差，这四点温度一般在160摄氏度左右。另外，在升温钝化时，这四点温度是控制合成塔升温速率的重要依据。

正常操作时，是通过调节蒸汽包的副产蒸汽压力来调节合成塔各温度。当蒸汽压力增加时，高压甲铵冷凝器管内外温差减少，甲铵冷凝量随着减少，甲铵生成反应在尿素合成塔内加剧，放出大量反应热，使塔内反应物料温度上升，合成塔各温度也随之上升；反之，合成塔各点温度偏高时，可以用降低蒸汽压力的方法进行调节。此外，蒸汽包的液位的高低，将改变高压甲铵冷凝器列管外冷凝液移走热量的换热面积，影响管内甲铵冷凝量，从而导致合成塔各点温度的变化。

四、合成塔液位的控制

正常指标范围50%-90%。合成塔的液位高或低对生产没有什么影响，重要的是液位不能太低，导致抽空而使汽提塔断料。当液位抽空时，高压蒸汽压力和流量将大幅度波动，如果发生CO2气体走短路，后果会更加严重。合成塔液位由0至100%有2.8米的量程，0液位以下至溢流口还有1米的距离，因而有很大的缓冲体积，操作中只要精心操作完全可以避免抽空。

合成塔出液调节阀开度的稳定与否对整个工艺系统和蒸汽系统的稳定起决定性的作用。正常生产时应避免频繁地调节合成塔出液调节阀，调节时要缓慢进行，开或关一次阀门后，要观察液位的变化，不能急燥，切勿猛开猛关。一般情况下，调节系统NH3/CO2时要注意的变化；液位下降时，不宜减氨；液位上升时，待液位下降后再加氨。这样可以避免合成塔出液调节阀频率调节。

五、合成塔压力的控制

整个高压系统包括4台高压设备在内，内部都是连通的。设备之间又没有阀门可供调节，所以只要有一个测压点。就可知道合成系统的压力。正常指标范围为13.6-14.4mpa。

在实际操作时，NH3/CO2升高或降低，压力均要上升。NH3/CO2降低时的压力上升更为迅速。这是因为高压系统操作是在最低平衡压力条件下进行的。因而，高压系统的压力并不能随意调节。当尿素合成塔内物料的台NH3/CO2、H2O/CO2和温度一定时，就有相应的压力值。NH3/CO2偏离时，平衡压力随着升高，出现这种情况，就要相应调节NH3/CO2。除NH3/CO2外，影响高压系统压力的因素有：物料的H2O/CO2，蒸汽包压力和液位，原料气中的惰气含量，高压洗涤器的工作状况，合成塔压力调节阀的阀位开度，高压喷射泵的工作状况，高压甲铵泵打量好坏或跳车，高压液氨泵跳车，CO2气体窜气走短路，以及系统负荷的高与低等。发现合成塔压力上升时应尽快查明原因及时处理。

六、结束语

综上所述，针对CO2汽提法，在尿素合成塔内，通过一定的控制操作，能在提高CO2转化率的同时，进一步提高尿素生产能力，并明显降低蒸汽消耗量，具有很好的社会经济效益。

参考文献：

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[2]陈刚，张辽新，崔海生.关于改进型CO_2汽提法尿素装置尿素合成塔的腐蚀与控制[J].化肥设计，2010，48（01）：42-45.