探讨尿素工艺技术改造

探讨尿素工艺技术改造

黄双斌

陕西陕化煤化工集团有限公司 陕西 华州 714100

摘要：尿素是国家工业生产的重要原料。本文从尿素的生产工艺出发，对尿素生产的基本化学反应进行分析，结合尿素的生产流程探讨了影响尿素生产的几个因素，包括过剩氨、水分以及温度和压力的控制等。并根据这些影响因素探讨尿素生产工艺的改进方法，以期为广大化工工作者提供参考。

关键词：尿素；生产工艺；改进

1尿素合成的基本原理

目前工业上在合成塔内大规模应用氨气合成尿素的反应可以分为两个连续步骤：①2NH₃+CO₂=NH₄COONH₂+Q1。②氨基甲酸铵脱水生成尿素NH₄COONH₂=CO（NH₂）₂+H₂O-Q2。上述步骤均为可逆反应，首个反应为放热反应，所以该反应可以在常温状态下迅速、完全进行到底。而第二步反应为吸热反应，在常温状态下该反应难以进行。因此这一步反应就是尿素生产的主要控制环节。为了确保反应的速度，尿素生产原料---氨基甲酸铵必须保持液态状态，也就是说反应塔内温度要在200到255℃之上[1]。所以，尿素的生产环境是一个高温高压环境。

2尿素合成工艺分析

目前我国的主要尿素生产工艺为汽提法、ACES法、水溶液全循环法等，其中汽提法生产出了我国72％的尿素。汽提法尿素生产工艺又可以分为二氧化碳汽提法工艺和氨汽提法工艺。我国五环工程有限公司的改进型二氧化碳汽提法工艺具有高效合成、低能耗的优势，目前二氧化碳汽提法是我国生产尿素的主要手段，从20世纪70年代技术引进到现在，其产能约占全部总产能的60%。氨汽提法工艺是从20世纪80年代开始引进的，目前约占我国全部尿素产能的12%左右[2]。综上所述，本文中所述尿素生产工艺将以汽提法，尤其是二氧化碳汽提法工艺为主要代表。

3 尿素合成影响因素分析

3.1过剩氨

过剩氨指的是在实际情况下加入的氨较理想条件下加入的氨多出的量，一般用NH₃/ CO₂或百分比（％）表示。根据最简单的化学知识，提高反应器中的氨浓度能够将化学反应的平衡点向正反应推动，从而提高尿素产量。但是在实际生产过程中，过剩氨是一种有利有弊的举措：过剩氨会与水结合，降低反应塔中水浓度；随着过剩氨逐渐增加，二氧化碳的转化率也会随之提升，这样一来反应物的自然平衡就受到影响；由于尿素生成氨的反应总体上是吸热反应，因此过剩氨升高，为了保证反应的正常进行，氨气的预热温度也要提升。过剩氨过多也意味着反应塔的溶剂要增加，对未反应氨及原料的后续处理设备也要跟进，导致能耗、物耗升高[3]。

3.2.水份

从尿素生成原理的化学反应上来看，过量的水会导致化学反应的平衡点向负反应推动，影响尿素的生成率。同时，过量的水也会导致氨基甲酸铵水解，降低二氧化碳等反应原料的利用率。对于反应塔来说，水的存在会加速反应塔内壁的腐蚀。所以在水溶液的全循环中，应当尽量避免向合成塔内送水。

3.3温度和压力

温度越高尿素达最大产率的时间越短。即反应速度越快。合成塔的生产强度也就提高，但温度越高。尿素产率的提高逐渐减慢。同时反应温度的提高也必须使合成系统的平衡压力提高。腐蚀速度增加。为保证尿素在液相中生成和一定的反应速度。对设备制造和防腐问题。合成塔的操作温度控制在 185~190℃ C 为宜合成塔的操作压力。必须大于操作条件下的平衡压力。否则会使氨基甲酸铵离解，溶液中氨气化，转化率下降，但操作压力过高，会使动力消耗增加，设备制造强度加大。

4.尿素生产工艺的改进

4.1减少装置的开停车次数

尿素装置每开停车一次，都会造成大量的氨损失。尿素装置的停车受到多方面的影响，除外部因素外，尿素本身原因造成的停车次数也很多，如氨泵跳车、压缩机跳车、设备泄漏等。针对这些问题，我们可以对设备进行改造，例如：改造氨泵的润滑油泵连轴节，保证了油泵的长周期运行，杜绝了因油泵连轴节断造成的油压波动引起的氨泵跳车；在氨泵出口增加止逆阀，保证了氨泵的在线倒车；汽轮机负压系统采用的蒸汽由0.4MPa改为1.0MPa，保证了真空系统的稳定，减少了压缩机的停车次数；钝化空气重新配管，保证了空气的加入量，减少了设备的腐蚀等等[4]。在改造设备的同时还要加强工艺管理，定期对系统联锁进行校验，减少仪表联锁误动作造成的装置停车。

4.2优化尿素合成塔内的物料配比

尿素合成塔内物料配比，主要是NH₃/ CO₂和H₂O／CO₂，如果配比不合适，就会造成尿素高压系统超压、超温、进入中压系统的物料中含有大量氨、增加中压系统的符合，增加放空量，从而增加氨损失。为此，尿素高压系统应严格控制各项指标，适当降低NH₃/ CO₂，使其保持在3．2～3．4之间。

4.3降低中、低压系统的放空量

中、低压系统的放空气中含有一定量的氨，当放空量增加时，放空气中损耗的氨量也会增加。为此有以下几方面措施；①严格控制钝化空气加入量，保证氧含量在0.3％～0.4％之间，减少惰气放空量。②配合合成岗位，严格控制液氨温度，保证在5～15℃之间[5]。在热氨泵、罐区冷氨泵同时送氨时，用切断阀调节冷氨量来控制温度。由罐区冷氨泵单独送氨时，联系合成调节氨温度；单独由热氨泵送氨时，除提高中压系统压力和洗涤水量外，应进行技术改造，提高中压惰气洗涤塔的吸收能力，减少放空气中氨含量，

结束语

综上所述，尿素生产中存在大量的影响因素，其中主要的影响因素包括过剩氨、水分以及温度和压力的控制，通过控制这些因素能够大大降低氨损耗，提高尿素生成率。但是在实际生产过程中存在其他的多种问题影响尿素生产，比如尿素高压冲洗水阀内漏，设备法兰泄漏以及运转设备机封泄漏等等，这些小问题的存在是可以避免的。对于化工设备来说，频繁的开停车会大大影响设备的使用寿命。因此在实际工作过程中，工作人员一定要减少开停车次数，做好检修工作，从个人降低氨耗、提高尿素生成率。对企业来说，需要重视对生产设备的改造和质量维修，这样才能大幅度地降低物耗以及能耗。

参考文献

[1]赵涛子,孙喜庆.减少氨汽提法尿素生产工艺氨放空的优化措施[J].大氮肥,2021,44(02):88-91+95.

[2]赵旭升.二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗分析[J].云南化工,2020,47(11):143-145.

[3]李后海.CO_2汽提法尿素装置中存在问题及对策分析[J].石化技术,2020,27(08):72+85.

[4]张月涛.二氧化碳汽提工艺在尿素生产中的应用[J].化工设计通讯,2020,46(07):2-3.

[5]李娜. 提高水溶液全循环尿素合成转化率的研究[D].北京化工大学,2020.