水溶液全循环法尿素

水溶液全循环法在尿素生产中，未反应物的分离与回收的方法很多，其中水溶液全循环法是很重要的一种方法。

水溶液全循环法采用两段减压加热分离与回收，即中压分解与回收和低压分解与回收，其中中压分解与回收的量约占未反应物总量的85％～90％，因此，中压分解与吸收的好坏将影响全系统的回收效率及经济技术指标。

在中压分解与回收系统中，中压吸收塔是系统的关键设备，中压分解气中的二氧化碳全部由该设备吸收返回合成塔，因此该设备操作的好坏，直接影响尿素消耗和整个系统的稳定运行。

下面就中压吸收塔的操作加以讨论，以达到优化操作的目的。

1 操作压力的控制氨与二氧化碳的吸收过程，不仅是一个气体溶解在液体中物理吸收过程，而且还伴有体积减小的化学反应，2NH3＋CO2—→NH2COONH4＋Q，因此，增加压力，不仅对物理吸收有利，还有利于甲铵生成反应的平衡；另外经中压吸收塔吸收后的气体送氨冷凝器冷凝，此时中压吸收塔的操作压力除了应满足吸收液平衡蒸汽压外，还应大于氨冷凝器中使氨冷凝的最低压力，后者主要取决于氨冷凝器中冷却水的温度，因为气氨约在40℃下冷凝，对应的饱和蒸汽压为1.585 MPa，加上惰性气体的存在，气氨冷凝条件要求中压吸收压力为1.7～1.8 MPa；由于中压吸收与中压分解组成了中压循环回收系统，所以在中压吸收压力选择上必须考虑中压分解条件，而压力大并不利于甲铵的分解，故在满足吸收和氨冷凝所必须的压力前提下，应选择较低的压力。

综合以上的因素，中压吸收操作压力选择在1.6～1.8 MPa左右。

2 操作温度的控制因为NH3与CO2在吸收塔中的溶解和生成甲铵的反应都放出热量，所以操作温度低对吸收有利，因系统操作压力已固定，溶液中的水碳比受系统水平衡条件的限制而不能任意改变，所以溶液中的温度就决定中压吸收系统的状态，而溶液中的温度又决定了溶液中的氨碳比，氨碳比高温度低，气液平衡时气相中二氧化碳含量低，吸收情况好。

如果中压吸收塔溶液温度维持100℃时，精洗中部温度将达到70℃左右，塔顶气相出口二氧化碳将会增高很多，中压吸收塔鼓泡段温度正常情况下一般控制在90～95℃左右。

鼓泡段的温度控制可分直接与间接两种：直接控制就是通过调节回流氨量与塔底加热器来控制；间接控制是通过调整合成塔即中压分解塔一段蒸发系统的操作指标来进行调节。

正常情况下通过改变回流氨量就能很好地调节，不正常时将这两种调节手段灵活采用，才能稳定操作。

3 水碳比的控制中压吸收塔溶液中的水碳比影响了合成塔进料中的水碳比，因此吸收溶液中的水碳比降低，对提高合成塔CO2的转化率有利，当吸收溶液中水碳比增加时，有两种控制方法。

（1）当进合成塔原料中氨与CO2量不变时，如果吸收液中的水碳比增大，则进合成塔的物料中的水碳比增大，使二氧化碳转化率下降，未反应物的回收量增多，如果还要保持原来的吸收溶液中的浓度，就需要增加吸收剂的水量，则系统的循环水量增加，返回合成塔的甲铵溶液量也增加，使物料在合成塔内停留时间缩短，转化率下降，当转化率下降到某一数值后，系统开始形成恶性循环，此时只有减少未反应物的回收量，将多余的中压吸收液排至系统外以调整系统达到新的平衡。

（2）由于吸收液中水碳比上升，引起合成塔二氧化碳转化率下降。

未反应物增加，如果不增加吸收剂水量，在可能的情况下提高中压吸收液浓度，降低甲铵液的水碳比，也可以使合成塔转化率又重新上升，使系统达到新的平衡，改变中压吸收溶液的水碳比时，要考虑合成塔进料的水碳比，甲铵溶液中水碳比下降，甲铵熔点升高，不饱和度降低，溶液中易析出甲铵结晶，同时气相中二氨化碳含量升高，吸收情况不好，所以中压回收溶液既要考虑合成塔的二氨化碳转化率，又要考虑中压吸收塔二氨化碳的吸收效率。

4 氨水、回流氨的控制中压吸收塔塔顶与塔底回流氨的分配比例一般是顶部占80％、底部占20％。

实际情况可随负荷变化而适当调整，在低负荷时，塔底回流氨可不加，顶部回流氨量应使中压吸收塔顶部进料中氨水浓度维持在90％～95％左右，顶部加氨过少，氨浓度过低，则出塔气体温度升高，出口气相中水蒸气与二氧化碳含量升高，加氨过多，氨浓度过高，溶解二氧化碳能力下降，易析出结晶，因此顶部回氨量，不可随意改变，在维持顶部适宜氨量的基础上，其余的回流氨应从底部回流，底部回流氨直接进鼓泡段，便于及时调节温度。

5 加水量的控制中压吸收塔鼓泡段为不饱和甲铵溶液，当溶液的温度与吸收压力固定后，其溶液状态就由溶液中的水碳比来决定，当温度压力及合成负荷一定时，甲铵溶液的组分可以由加入中压吸收塔的水量来调节，进入中压吸收塔的水量由三部分组成。

第一部分由中压分解器带入，它受分解压力、温度、以及合成塔物料组分的影响，这部分水在操作过程中是不能直接控制的，第二部分水是由低压吸收塔第一吸收冷凝器甲铵液带入的，它主要受甲铵液与冷凝吸收器加水量的影响，当低压分解中的甲铵分解率及总氨蒸出率一定时，为了保证与反应物彻底回收及尽可能的降低系统总水量，因此甲铵液带入的水量也基本固定；第三部分水是由低压吸收第二冷凝器的氨水经惰性气体洗涤器进入中压吸收塔顶部带入的，这部分水受到低压两个吸收冷凝器中氨的分配与第二吸收冷凝器加水量的影响。

它既要保证中压吸收塔内甲铵液的浓度，又要保证精洗段的洗涤效果，同时还要保证低压吸收氨的合理分配。

因此当系统负荷一定时，这三部分水量是互相对应的，以构成系统水平衡的条件。

一般情况下第一部分水量每吨尿素约为160 kg，第二部分水量每吨尿素约为80 kg，第三部分水量每吨尿素约为40～60 kg。

根据以上分析得出结论，水溶液全循环法生产尿素过程中，为了最大限度地回收氨和二氧化碳，应该合理控制中压吸收塔的操作温度、压力，控制吸收塔的水碳比及加水量，控制吸收塔回流氨的比例，从而使系统达到高产低耗、安全、长周期稳定运行的目的。

在尿素生产中，未反应物的分离与回收的方法很多，其中水溶液全循环法是很重要的一种方法。

水溶液全循环法采用两段减压加热分离与回收，即中压分解与回收和低压分解与回收，其中中压分解与回收的量约占未反应物总量的85％～90％，因此，中压分解与吸收的好坏将影响全系统的回收效率及经济技术指标。

在中压分解与回收系统中，中压吸收塔是系统的关键设备，中压分解气中的二氧化碳全部由该设备吸收返回合成塔，因此该设备操作的好坏，直接影响尿素消耗和整个系统的稳定运行。

下面就中压吸收塔的操作加以讨论，以达到优化操作的目的。

1 操作压力的控制氨与二氧化碳的吸收过程，不仅是一个气体溶解在液体中物理吸收过程，而且还伴有体积减小的化学反应，2NH3＋CO2—→NH2COONH4＋Q，因此，增加压力，不仅对物理吸收有利，还有利于甲铵生成反应的平衡；另外经中压吸收塔吸收后的气体送氨冷凝器冷凝，此时中压吸收塔的操作压力除了应满足吸收液平衡蒸汽压外，还应大于氨冷凝器中使氨冷凝的最低压力，后者主要取决于氨冷凝器中冷却水的温度，因为气氨约在40℃下冷凝，对应的饱和蒸汽压为1.585 MPa，加上惰性气体的存在，气氨冷凝条件要求中压吸收压力为1.7～1.8 MPa；由于中压吸收与中压分解组成了中压循环回收系统，所以在中压吸收压力选择上必须考虑中压分解条件，而压力大并不利于甲铵的分解，故在满足吸收和氨冷凝所必须的压力前提下，应选择较低的压力。

综合以上的因素，中压吸收操作压力选择在1.6～1.8 MPa左右。

2 操作温度的控制因为NH3与CO2在吸收塔中的溶解和生成甲铵的反应都放出热量，所以操作温度低对吸收有利，因系统操作压力已固定，溶液中的水碳比受系统水平衡条件的限制而不能任意改变，所以溶液中的温度就决定中压吸收系统的状态，而溶液中的温度又决定了溶液中的氨碳比，氨碳比高温度低，气液平衡时气相中二氧化碳含量低，吸收情况好。

如果中压吸收塔溶液温度维持100℃时，精洗中部温度将达到70℃左右，塔顶气相出口二氧化碳将会增高很多，中压吸收塔鼓泡段温度正常情况下一般控制在90～95℃左右。

鼓泡段的温度控制可分直接与间接两种：直接控制就是通过调节回流氨量与塔底加热器来控制；间接控制是通过调整合成塔即中压分解塔一段蒸发系统的操作指标来进行调节。

正常情况下通过改变回流氨量就能很好地调节，不正常时将这两种调节手段灵活采用，才能稳定操作。

3 水碳比的控制中压吸收塔溶液中的水碳比影响了合成塔进料中的水碳比，因此吸收溶液中的水碳比降低，对提高合成塔CO2的转化率有利，当吸收溶液中水碳比增加时，有两种控制方法。

（1）当进合成塔原料中氨与CO2量不变时，如果吸收液中的水碳比增大，则进合成塔的物料中的水碳比增大，使二氧化碳转化率下降，未反应物的回收量增多，如果还要保持原来的吸收溶液中的浓度，就需要增加吸收剂的水量，则系统的循环水量增加，返回合成塔的甲铵溶液量也增加，使物料在合成塔内停留时间缩短，转化率下降，当转化率下降到某一数值后，系统开始形成恶性循环，此时只有减少未反应物的回收量，将多余的中压吸收液排至系统外以调整系统达到新的平衡。

（2）由于吸收液中水碳比上升，引起合成塔二氧化碳转化率下降。

未反应物增加，如果不增加吸收剂水量，在可能的情况下提高中压吸收液浓度，降低甲铵液的水碳比，也可以使合成塔转化率又重新上升，使系统达到新的平衡，改变中压吸收溶液的水碳比时，要考虑合成塔进料的水碳比，甲铵溶液中水碳比下降，甲铵熔点升高，不饱和度降低，溶液中易析出甲铵结晶，同时气相中二氨化碳含量升高，吸收情况不好，所以中压回收溶液既要考虑合成塔的二氨化碳转化率，又要考虑中压吸收塔二氨化碳的吸收效率。

4 氨水、回流氨的控制中压吸收塔塔顶与塔底回流氨的分配比例一般是顶部占80％、底部占20％。

实际情况可随负荷变化而适当调整，在低负荷时，塔底回流氨可不加，顶部回流氨量应使中压吸收塔顶部进料中氨水浓度维持在90％～95％左右，顶部加氨过少，氨浓度过低，则出塔气体温度升高，出口气相中水蒸气与二氧化碳含量升高，加氨过多，氨浓度过高，溶解二氧化碳能力下降，易析出结晶，因此顶部回氨量，不可随意改变，在维持顶部适宜氨量的基础上，其余的回流氨应从底部回流，底部回流氨直接进鼓泡段，便于及时调节温度。

5 加水量的控制中压吸收塔鼓泡段为不饱和甲铵溶液，当溶液的温度与吸收压力固定后，其溶液状态就由溶液中的水碳比来决定，当温度压力及合成负荷一定时，甲铵溶液的组分可以由加入中压吸收塔的水量来调节，进入中压吸收塔的水量由三部分组成。

第一部分由中压分解器带入，它受分解压力、温度、以及合成塔物料组分的影响，这部分水在操作过程中是不能直接控制的，第二部分水是由低压吸收塔第一吸收冷凝器甲铵液带入的，它主要受甲铵液与冷凝吸收器加水量的影响，当低压分解中的甲铵分解率及总氨蒸出率一定时，为了保证与反应物彻底回收及尽可能的降低系统总水量，因此甲铵液带入的水量也基本固定；第三部分水是由低压吸收第二冷凝器的氨水经惰性气体洗涤器进入中压吸收塔顶部带入的，这部分水受到低压两个吸收冷凝器中氨的分配与第二吸收冷凝器加水量的影响。