李曉昆　郭祖鵬　湯強(qiáng)　陸仕漢　李思彬　宋風(fēng)雪

摘 要：尿素解吸—水解系統(tǒng)殘液排放氨含量超標(biāo)，不僅增加了產(chǎn)品消耗， 提高了成本，而且造成環(huán)境污染。利用通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)對(duì)尿素解吸—水解系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，得出了優(yōu)化工藝方案，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐殘液氨含量達(dá)標(biāo)。

關(guān) 鍵 詞：尿素解吸水解系統(tǒng)；殘液氨含量；工藝方案

中圖分類號(hào)：TQ 441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）09-2162-03

Abstract： The ammonia content in raffinate of urea desorption-hydrolysis system exceeds the standard， which not only increases the consumption of the product， but also increases the cost， and causes environmental pollution. In this paper， the steady-state process simulation system was used to simulate and analyze desorption tower and hydrolysis tower， optimized technology scheme was got and applied in the production.

Key words： Urea desorption-hydrolysis system；The ammonia content in raffinate；Technology scheme

在我國(guó)多數(shù)尿素裝置產(chǎn)生的工藝?yán)淠汉推渌薄⒌獜U水是在解吸—水解系統(tǒng)處理后直接排放。由于殘液中氨含量較高，不僅增加了產(chǎn)品消耗，提高了成本，而且造成環(huán)境污染[1-3]。青海鹽湖集團(tuán)化工公司年產(chǎn)33萬(wàn)t汽提尿素裝置自化工投料， 產(chǎn)出了合格尿素產(chǎn)品，解吸—水解系統(tǒng)就是本工程“三廢”處理配套的重要設(shè)施之一，與主體工程同時(shí)投運(yùn)。隨著我國(guó)日益嚴(yán)格的安全及環(huán)境保護(hù)要求，化工生產(chǎn)的理念正在發(fā)生著深刻變革。流程模擬技術(shù)不僅是確保極大地提高生產(chǎn)效率和底線盈利能力的保證，而且也是優(yōu)化化工操作和技改方案，滿足環(huán)保指標(biāo)的有效工具。在生產(chǎn)過(guò)程利用通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)對(duì)解吸—水解系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，得出了優(yōu)化工藝方案，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐殘液氨含量顯著降低， 廢水處理效果明顯。

1 工藝流程和通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)概況

1.1 工藝流程

來(lái)自尿素裝置含氨、二氧化碳和尿素的工藝廢水（3#物流），經(jīng)換熱后進(jìn)入第一解吸塔T-2a，溫度為112 ℃，壓力為0.7 mPa（A），初步解吸出大部分游離氨和二氧化碳，與來(lái)自水解塔T-1氣相（10#物流），及第二解吸塔T-2b上升蒸汽，在塔內(nèi)匯合后從塔頂采出（2#物流），因富含氨和二氧化碳冷凝后回流冷凝器液位槽返尿素裝置。含尿素液相（5#物流）經(jīng)水解塔給料泵P-1、水解塔換熱器H-1加熱，進(jìn)入水解塔（8#物流）發(fā)生尿素水解反應(yīng)：

平均溫度為205 ℃，并且滿足水解反應(yīng)停留時(shí)間，其所需熱量由中壓蒸汽2.5 mPa（A），溫度為225℃（7#物流）提供。完成水解反應(yīng)后，其產(chǎn)生的氨和二氧化碳部分由塔頂采出外，其余溶于液相部分（9#物流）經(jīng)水解塔換熱器降溫后送入第二解吸塔，溫度為146 ℃，壓力為1.82 mPa（A）（11#物流），進(jìn)一步深度解吸，其所需熱量由低壓蒸汽0.4 mpa（A），溫度為146 ℃（1#物流）提供。最終，出第二解吸塔底部液相（4#物流）中NH3須達(dá)到環(huán)保指標(biāo)要求，經(jīng)換熱降溫至50 ℃左右，送出界區(qū)（圖1）。

1.2 通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)

在化學(xué)工程中電子計(jì)算機(jī)和各種化工過(guò)程模擬系統(tǒng)的廣泛推廣與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助手段凸顯了可靠性強(qiáng)、計(jì)算速度快以及集成度高等眾多優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的化學(xué)工程專業(yè)也已成為集實(shí)驗(yàn)研究和理論研究的基礎(chǔ)上，新增計(jì)算研究方向的一門(mén)綜合性學(xué)科。沿革至今，通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)一般包含龐大的物性數(shù)據(jù)庫(kù)及其估算系統(tǒng)、完備的熱力學(xué)、單元操作和反應(yīng)過(guò)程模塊，以及功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算方法庫(kù)等，使其既可進(jìn)行單個(gè)設(shè)備計(jì)算，也可進(jìn)行整個(gè)化工生產(chǎn)流程計(jì)算[4，5]。通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)在當(dāng)今的科研領(lǐng)域和工程界均得到了廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了科技的進(jìn)步和生產(chǎn)效益的提高。

本工藝過(guò)程選用嚴(yán)格計(jì)算多級(jí)汽-液平衡分離模塊[6]對(duì)解吸塔、水解塔進(jìn)行模擬計(jì)算；選用加熱器模塊對(duì)水解塔換熱器進(jìn)行模擬計(jì)算；選用適合于較高溫度及壓力下極性或非極性輕組氣液混合物的分離體系熱力學(xué)方程作為物性計(jì)算方法，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算分析?；诂F(xiàn)場(chǎng)工藝流程，首先是對(duì)流程中的主要設(shè)備水解塔、解吸塔（解吸塔分為兩個(gè)模塊分別進(jìn)行模擬計(jì)算）進(jìn)行了單塔模擬，其結(jié)果與設(shè)計(jì)值、現(xiàn)場(chǎng)值比較基本一致后，再將它們連接進(jìn)行序貫?zāi)K法計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)解吸—水解系統(tǒng)的模擬計(jì)算。

2 模擬結(jié)果及工藝方案分析

利用通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)對(duì)尿素解吸—水解系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算，主要模擬結(jié)果如下表1所示。

由表1可見(jiàn)，模擬計(jì)算結(jié)果在較好的與設(shè)計(jì)值吻合基礎(chǔ)上，因?yàn)閷?duì)水解過(guò)程的深刻理解，模擬水解塔計(jì)算過(guò)程中，我們考慮到實(shí)際水解過(guò)程中存在的中間產(chǎn)物縮二脲并對(duì)其產(chǎn)生量進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)模擬結(jié)果還彌補(bǔ)了工藝設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)保要求表達(dá)不明確的缺陷，如：4#殘液物流氨含量超出環(huán)保指標(biāo)，這與現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際是一致的，為我進(jìn)一步降低殘液氨含量使之達(dá)標(biāo)，優(yōu)化工藝方案創(chuàng)造了條件。本著經(jīng)濟(jì)和實(shí)際可操作的原則，選擇進(jìn)料液溫度、低壓蒸汽壓力（溫度）、第一解吸塔塔板數(shù)、第二解吸塔填料層高度等工藝指標(biāo)對(duì)殘液出口氨含量的影響進(jìn)行分析。

2.1 進(jìn)料液溫度對(duì)殘液出口氨含量的影響分析

進(jìn)料液進(jìn)入第一解吸之前，操作溫度需達(dá)到108～115 ℃，這個(gè)溫度的變化可較方便地通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器的加熱物流指標(biāo)的達(dá)到。利用通用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)在其他工藝指標(biāo)保持設(shè)計(jì)值的條件下，對(duì)殘液的氨濃度隨進(jìn)料液進(jìn)塔溫度變化進(jìn)行敏感度分析計(jì)算，結(jié)果如下圖2所示。