浅析尿素深度水解工艺方法研究
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【摘 要】随着工业技术的不断进步和人类对环境的重视程度不断提高，目前一般水解設备已经达不到化工企业的要求，根据公司实际情况对尿素用水解设备的类型分析了影响水解反应的几个综合因素，并提出自己的观点。
【关键词】浸没；溢流堰；水解；解吸
在尿素生产过程中，不论CO2汽提工艺还是水溶液全循环工艺中，其中每生产一吨尿素，必然要产生300kg的水，但这部分水是含有4～5%的NH3、和1～3%的尿素，为了将其中的NH3和ur有效回收，达到排放标准[1，2]。上世纪大都采用了解吸的方法，将排放液中的NH3降到0.07%（700ppm）以内，但解吸工艺无法将其中的尿素含量回收。
环保严查，各种标准规范出台，地方环保力度不断加大，尿素系统解吸废液深度水解进入到达标排放的实质性的阶段。随着工业技术的不断进步和人类对环境的重视程度不断提高，解吸废液深度水解工艺开始出现[3，4]；但是因为此工艺经济效益不十分明显，起初，上此工艺仅仅是为了环保的要求，有的厂家上水解工艺但不开水解，即使是开了，也是为了应对检查，采用了各种手段，可达到NH3≤5ppm、ur≤5ppm的排放标准。
1、水解的原理
1.1反应原理：
众所周知，水解是尿素合成的逆反应：即CO（NH2）2+H2O→2NH3+CO2，在此反应里影响水解的反应条件如下：
低浓度的尿素水溶液在足够高的温度条件下，通过水解能够把尿素含量降低到很低的水平[5]。
在工业上水解反应器有立式和卧式两种类型，一般可以按几个串联的全混反应器处理，就是把它看成几个等容积等温度的小室，每个小室为完全混合。
1.2水解反应的影响因素：
①首先是CO（NH2）2必须是在H2O存在的条件下，才能产生水解反应。
②其次是要想让CO（NH2）2水解的完全则应不断地将生成物中的NH3和CO2移走，使系统始终向水解方向进行。
③就是进入水解器前的物料组份；
进料中尿素的含量高低，决定的是水解量，但进料中NH3和CO2的含量降低，而进料中尿素的含量即使高几倍的话；最终废液中尿素含量还将可以进步降低。
2、尿素水解技术类型浅析
笔者根据经验及目前掌握的资料可以分为：立式水解塔、卧式水解塔（器）两大类型：
2.1卧式水解塔（器），占地面积不很大，容积较小，故其停留时间较短，为此它的设计蒸汽压力较高（3.8Mpa），也就是说其反应温度较高。
但是一般的尿素厂，尿素界区没有3.8Mpa蒸汽，只能用1.275Mpa（A）的蒸汽开水解（提高蒸汽管网的蒸汽压力也仅能到1.8Mpa），其结果是因温度达不到设计要求或者停留时间不足使废液最终无法达到设计要求[6]。
2.2立式水解塔：占地面积小、溶积大，停留时间长，因此其采用2.45Mpa（A）的蒸汽；一般此工艺是CO2汽提工艺配套的；往往是因为2.45Mpa蒸汽（A）达不到指标、或停留时间不足等因素无法达到设计要求。
3、水解后的解吸废液不能达标的原因探讨
水解反应的主要条件：反应温度、停留时间、初始浓度等。
3.1停留时间短：
尿素装置的生产能力设计上都有一定的弹性，400t/d有的能开到600t/d，相对造成解吸超负荷运行。有的尿素厂，又接收合成氨的氨水进入解吸系统更增加了解吸的负荷，从而大大地降低了水解系统的物料停留时间，导致水解后废液不能达标。
3.2反应温度低：
水解器设计的蒸汽压力3.8Mpa（A），或2.45Mpa蒸汽（A），但是一般中、
小尿素装置没有此压力等级的蒸汽，只是用1.275Mpa（A）的管网蒸汽代用（一般提高管网的蒸汽压力致1.8Mpa），但最终反应温度达不到要求，使废液不能达标。
3.3初始浓度的影响：
一般生产中，人们仅注意到入水解器的尿素含量（一般以入解吸系统物料中的尿素含量为参考），但是往往忽略了入水解器的NH3和CO2的含量，而入水解系统物料的NH3和CO2的组份，也就是从解吸一塔出来的物料中NH3和CO2的组份，此组份与解吸一塔的解吸效果有直接关系。而一塔的解吸效果是经常被人们忽视，操作中为了控制出解吸塔的气相温度而加大了回流液的用量，从而影响了解吸一塔的出液组份，因此说水解开的不好与解吸一塔水解的效果又有很大关系。
3.4生成物NH3和CO2不能不断被解吸
立式或卧式水解器在水解反应中，能否有效地将水解生成的NH3和CO2从水溶液中解吸出来——即移走生产物是水解反应能否有效地进行下去的关键。如果反应器是溶液全浸没式的，则不利于解吸。目前有些应用的水解反应器实际上都是浸没式的。
4、水解工艺的分析探讨
目前一般水解塔（水解器），在正常操作控制时塔内是充满液体的，每层塔板是被浸没状态的，这样在水解反应的过程中，生成的NH3和CO2是溶解在水溶液中的，当达到饱和以后，水解反应也就达到平衡状态了；那么如果能在达到平衡前将溶液中的NH3和CO2分离（解吸）出来的话，水解反应则可能会进一步进行下去。
4.1设想
有关资料介绍一种水解塔结构；内部是塔板，但板上有溢流堰和弓形降液管；溢流堰小于板的间距，这样在两层塔板间就存在一个气相空间，在蒸汽汽提的作用下可以将水溶液中的NH3和CO2解吸出一部分，这便使水解反应能深入一步，它的停留时间是靠每层板上的盛液量来决定的。
4.2分析
溢流堰式（设想）水解器，因塔板间存在气相层，那么便将水解器分成了若干有实际意义的小室，即n>1设n=16时按上式条件计算：V02的值要明显低于V01.也就是说溢流堰式水解效果将比浸没式水解效果要好的多。 5、解吸水解对系统的影响
在水溶液和CO2汽提法生产工艺中，常有入尿塔H2O/CO2超过设计条件的现象，不论怎样计算和比较都认为不含乎实际，笔者就此谈一些个人观点。
5.1解吸水解气相带水的影响
由于系统接收合成氨系统的氨水，某些装置及大颗粒工段返回系统的水量的影响，解吸是超设计负荷运行的，解吸气相带水量远高于设计的条件，这部份多余水量如不让它进入合成塔，那么吸收系统的组分就会大大增加（有的一甲液CO2高达38%），这给操作带来了很大的难度，当水量增加到一甲液无法承受的时候，水量必要进入合成塔否则系统将失控，因此入塔的H2O/CO2必然要高于一般值。
一般开水解时与不开水解时入塔H2O/CO2至少增加0.03，那么如果解吸接收大量外来氨水，水解又开的不好，气相带水过大（压力控制不合理），几方面的影响，入塔H2O/CO2就会高于设计值，例如：水溶液可能会高于0.75、CO2汽提工艺可能会高于0.35。
5.2外来氨水处理工艺探讨
合成氨系统的氨水一般都是送入尿素系统经解吸后回收，此氨水浓度不等，有的高达NH315%左右，那么这高浓度NH3.H2O是否可能直接送入尿素吸收系统而将表冷器下液的低浓氨水去解吸系统。
5.3解吸、水解操作控制探讨
解吸系统压力，一般都认为只要压力越低，则解吸效果就会越好，但都忽略了气相带水量增加的问题。
解吸系统的蒸汽用量不能过量，过量蒸汽一定会造成气相带水量增加。解吸一塔出液温度不宜过低，它是一塔出液组分的标志。
水解系统压力，要保持在其溶液饱和温度状态下的对应压力，否则水解气相带水量将剧增。
6、结语
在保证水解用蒸汽品质的条件下，合理地改进水解塔的结构，加强解吸一塔的操作控制，同时对外来氨水的回收利用工艺科学地调整，并对解吸、水解的操作原则进一步明确，那么解吸、水解应该都能够进入实质性的达标排放阶段。
参考文献：
[1]胡欢欢.尿素深度水解改造运行效果分析[J].化工管理，2017，（4）.
[2]胡欢欢.尿素深度水解改造运行效果分析[J].化工管理，2017，（4）：155.
[3]哈尔滨市宏天锐达科技有限公司.一种尿素深度水解环保方法：中国，CN201510766928.5[P].2017-05-24.
[4]馬明新，周翔，龚普勤，等.尿素深度水解系统工艺优化[J].小氮肥，2015，（11）：15-16.
[5]尚俊法.尿素深度水解装置换热器改造小结[J].氮肥技术，2015，36（5）：24-25，38.
[6]张晓静.尿素深度水解装置节能技术改造[J].小氮肥，2014，（12）：25-25，26.
（作者单位：山东华鲁恒升化工股份有限公司）
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