浅析氨汽提法尿素装置主要温度指标控制范围的确定依据
李德光
（中海石油化学股份有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］浅析氨汽提法尿素装置主要温度控制指标——合成塔底部温度、合成塔顶部温度、汽提塔底部温度、中压分解器温度、中压吸收塔温度、低压分解器温度、蒸发系统温度、解吸塔温度、水解温度的确定依据，寻找尿素装置操作中的盲区，以达到优化系统、节能降耗、减少腐蚀、保护设备的目的。
［关键词］ 氨汽提法尿素装置；高压系统；中压系统；低压系统；蒸发系统；水解解吸系统；温度指标
［中图分类号］TQ 441.41 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）04-0037-04
近年来，中海石油化学股份有限公司化肥一部氨汽提法尿素装置随着设备的老化，设备性能在慢慢下降，尤其是高压设备，如汽提塔和甲铵冷凝器的换热管频繁出现泄漏，严重影响装置的正常、安全运行。由于尿素合成反应是在高温高压下进行的，设备腐蚀程度加快引起设备泄漏及长期在超温状态下运行，对设备的损伤是致命的。因此，严格控制温度指标对尿素生产操作至关重要。
1 高压系统
1.1 合成塔预热升温
合成塔底部温度达160～165 ℃升温合格。高压升温时，原始开车前要预热升温至合成塔底部温度达160 ℃左右。之所以要预热升温，是因为合成塔投料后氨与CO2在液相中反应生成甲铵，此反应迅速发生，而且放出大量的热，合成塔内温度会急剧上升。塔内不锈钢衬里温度上升快，而碳钢筒体温度上升慢，造成内外温差大，又因不锈钢的膨胀系数是碳钢的1.5倍，由于膨胀系数不同会造成衬里或塔壁的结构遭到破坏，故从机械角度来考虑，合成塔原始开车前须预热升温。另外，在高温高压下甲铵的生成是迅速的，而甲铵脱水生成尿素的反应为控制步骤，尿素的生成必须在液相中进行，因此要求合成塔投料后液氨与气体CO2反应生成的甲铵是液态的，这就要求必须控制合成塔温度大于纯甲铵的熔点（154 ℃），使甲铵以液态形式存在，以利于甲铵脱水生成尿素。所以，高压系统合成塔底部必须预热升温至160 ℃左右。
1.2 合成塔底部温度
正常生产时，合成塔底部温度指标为173.5～174.5 ℃。系统开车投料时，当氨进入合成塔后，由于氨和水反应放出热量，合成塔底部温度从160 ℃左右开始上升；当溶液饱和后，合成塔底部温度停止上升并略有下降。当CO2进入合成塔后，合成塔底部温度又开始缓慢上升，合成塔的顶部温度也呈上升趋势。当合成塔出料时，合成塔底部温度升至174～175 ℃，合成塔顶部温度升至188～190 ℃。在系统开车投料后，合成塔底部温度逐渐升高直至达正常生产控制指标173.5～174.5 ℃，这样可以加快甲铵脱水生成尿素的速率，缩短物料在合成塔内的停留时间和合成塔出料的时间，提高系统CO2转化率，为高压系统尽快稳定做好准备。
1.3 合成塔顶部温度
合成塔顶部温度指标为188～190 ℃。尿素的合成反应是可逆反应，在确定工艺条件时应力求提高CO2转化率，以求物料每一次通过合成塔可以得到更多的产品，减少未反应物的循环量。当氨碳比和水碳比一定时，CO2转化率将只取决于温度，在通常的操作条件范围内，其随温度的升高而增大。由温度与CO2转化率的关系图知道，当合成塔顶出液温度在190～200 ℃时，CO2转化率将出现最高值；超过200 ℃后，随着温度的上升，甲铵离解平衡常数增大，占反应的主导作用，即甲铵的平衡浓度下降，此时部分甲铵会在液相中分解成游离的CO2和NH3，从而降低CO2转化率。
当然，反应温度的选择并非只追求高CO2转化率，过度提高温度也有其不利的一面：合成反应需要在液相中进行，为此物系的压力需保持不低于其饱和蒸汽压，而饱和蒸汽压随温度的升高而升高，这样在提高反应温度的同时必须提高压力，这既增加了CO2压缩机和氨泵的功耗，又提高了对这些机泵性能的要求；同时，合成塔反应物系中尿素—甲铵溶液对金属的腐蚀速率随温度的升高而增大，当溶液温度在165 ℃以下时，腐蚀速率随温度的变化不是很大，但温度由165 ℃升到200 ℃时，腐蚀速率会增加3～4倍，这是因为温度对金属表面钝化膜的影响很大，温度低，金属表面容易钝化，温度高，由于阳极和阴极电化过程强化，扩散速度增快，溶液的电阻下降，氧含量降低以及水的离解常数的增加而增加了溶液的酸性等，使金属钝化困难，腐蚀加剧。另外，如果采用较高的反应温度，则合成塔以及高压系统其他设备必须采用更昂贵的材料，如合成塔顶部温度如果超过190 ℃，不锈钢材料会产生严重腐蚀，且需采用特殊材料（如钛、锆等）制作合成塔的衬里。所以，正常生产中合成塔顶部温度宜控制在188～190 ℃。
1.4汽提塔底部温度
更多内容详见《中氮肥》2016年第4期