汽提塔器常见问题的处理修订稿

汽提塔器常见问题的处

理

WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-

CO2汽提法尿素装置中汽提塔常见问题的处理

安徽中能葛志军

尿素工艺有水溶液全循环法、CO2汽提法、氨汽提法，从综合能耗和工艺合理性来比较，CO2汽提法工艺是最合理的工艺，这三套尿素工艺中都设置有汽提塔，水溶液全循环法中的汽提塔是中压分解汽提塔，氨汽提法工艺中的汽提塔是高压分解汽提塔，这两种工艺都是利用自身分解气作为汽提气，分解效率低，一般仅为50-70%左右，而CO2汽提法工艺中的汽提塔，是利用CO2气作为汽提气，有效降低气相中氨分压，分解效果佳，一般为75-85%，所以它的工艺流程短，操作简单，能耗优势大。CO2汽提法工艺中汽提塔是整个工艺的核心设备，它的配置和运行指标是整个系统能耗的关键因素，并在运行过程中汽提塔的正常维护和常见问题的处理成了决定系统能耗的重要因素。

1、汽提塔结构和工作原理

一、汽提塔的结构

CO2汽提塔实质是一台立式固定管板降膜式列管换热器，由高压和低部分组成。汽提塔高压部分由管箱短节球形封头、人孔盖、液体分布器、汽提管、升气管、管板等部分组成。低压部分由低压壳体、膨胀节、防爆板等组成，见图1。

从CO2汽提塔结构图可以看出，气提塔的结构总体上分为三个部分，上部是供出尿塔合成液与汽提气进行气液分离，其中的主要部件就是液体分布器，在每一根汽提管上部管口均对应一个液体分布器，该分布器结构其实非常简单，就是一根约600 mm长的管子，管子下部（靠近汽提管端）每间隔120°有

一个约Φ的小孔，这样设计的目的是为了保证每根汽提管均有合成液进入，避免“干管”而引起汽提管超温，从而造成汽提管腐蚀加剧而损坏；中部就是汽提管了（一般为Φ31×6879×3）；下部供汽提液与CO2气进行气液分离，其中的主要部件就是CO2气体分布器，该分布器结构也非常简单，主要起到均匀分布CO2气的作用。

二、气提塔的气提原理

合成反应液从管口N1进入气提塔上管箱内，经上管箱内的液体分布器将液体均匀分布到每根气提管内。由于液体分布器的作用，液体在管内形成一层液膜向下流。CO2气体由塔底管口N3进入塔内，经气体分布器均匀分布到每根气提管内，与液体逆流接触且产生气提作用。气提作用所需要的热量由高压汽包来的高压饱和蒸汽供给，该蒸汽从接管N5引入气提塔壳侧，蒸汽冷凝液由管N6排回到高压汽包。合成反应液经气提后所得到的CO2和NH3与CO2原料气从管口N4一起返回到高压冷凝器内，气提液则由管N2进入低压循环系统。

汽提是以一种气体通过反应混合物，从而降低另一种或几种气体的分压，使离解压力降低的过程。所谓二氧化碳气提就是用CO2气体通过反应物，从而降低气相中; 氨的分压，促使甲铵分解。甲铵分解的反应方程式：

NH2COONH4 (液) ＝ 2NH3 (气) + CO2 (气) －Q 这是一个可逆吸热体积增大的反应，只要能提供热量、降低压力或降低气相中NH3和CO2某一组分的分压，都可以使反应向着甲铵分解的方向进行，以达到分解甲铵的目的。采用液态甲铵的生成或分解来说明：2NH3(液)+CO2(液) = NH2COONH4(液) 溶液中氨和二氧化碳与气相中的氨和二氧化碳处于平衡，假设它们分别符合拉乌尔与亨利定律，则有： PNH3 = P0NH3〔NH3〕(液) PCO2=HCO2〔CO2〕(液) PNH3 --- 溶液中氨的平衡分压

PCO2 --- 溶液中二氧化碳的平衡分压

P0NH3 ---- 纯氨的饱和蒸汽压

HCO2 ---- 二氧化碳的亨利系数

〔NH3〕(液) -- 液相中氨分子分率，

〔CO2〕(液) -- 液相中二氧化碳分子分率

由上述各式可知：当用二氧化碳为气提剂时，气相中的氨分压趋近于零，则液相中氨的平衡分压大于实际气流中的氨分压，故液相中的氨不断汽化逸出，液相中〔NH3〕(液)降低，反应向着甲铵分解成氨和二氧化碳的方向进行。这就促使了液相中甲铵的分解。在甲铵分解的同时，液相中〔CO2〕(液)增加，与此相平衡的二氧化碳分压大于实际气相中的二氧化碳分压，促使液相中二氧化碳汽化逸出。因此液相中甲铵不断分解，液相中氨和二氧化碳不断汽化逸出，从而实现气提过程。从理论上讲，在任何压力和温度范围内，用气提的方法都可以把溶液中未反应的甲铵完全分解。但在工业上，由于要求过程在一定的速度下进行，因此必须保持足够高的温度。

气提塔实际上是一个多管降膜式湿壁塔。合成塔来的反应液，通过合成塔出料调节阀HV201利用液位差进入气提塔上花板，每根气提管上部有一液体分布器，当液体流过分布器小孔后呈膜状向下沿管内壁流动。随着阀开度的改变，分布器上液层高度也改变。负荷高，液层高，流过小孔流量大，反之即小。当液体下流后与下部来的二氧化碳气体相遇，首先是游离氨被逐出，再向下是甲铵分解即以两个氨分子一个二氧化碳分子这样的比例分解出来。由于管外有压力为左右的饱和蒸气供给热量，使分解反应能够不断进行。气提过程之所以能实现是由于与反应液呈平衡的溶液表面上氨蒸汽压力始终大于气相中氨分压。这样氨一直可以被分解出来，而二氧化碳则是由于化学平衡关系，当减低气相氨的浓度后，反应向左进行。在加热和汽提的联合作用下，使尿素、氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳，并随气体介质一起经过液体分布器上部的升气

管进入高压甲铵冷凝器。由底部出来的尿素溶液经调节伐LV203减压后送入低压循环系统进一步减压分解其中的氨基甲酸铵。

2、汽提塔的重要指标

CO2入塔压力：；

CO2入塔温度：95-120℃

汽提塔出液温度：165-172℃

汽提塔出气温度：184-188℃

汽提塔进液温度：183-185℃

入塔最佳合成NH3/CO2比为

汽提效率为：78-85%

3、常见问题及排除方法

3．1 汽提塔满液现象及处理方法

汽提塔液位与合成塔液位一样，是高压系统重要工艺指标之一，维持在正常液面在正常控制范围内对稳定高压系统和循环系统的操作有很大的作用。通常操作人员是合成出液伐和汽提塔出液共同进行控制的。一旦操作不慎，会引起汽提塔液位升高。当液位指示达到100%，但各种现象已表明，真实液位已超过100%，这各情况往往是汽提塔液位失灵造成的。此时操作人员应积极采取措施，防止事故的扩大。此种液位计的失灵的现象在实际生产中是容易发生的。因为汽提塔液位计的重要部件---铯源在使用一段时间后容易引起衰减，且另一部件---探头也会因各种原因造成失灵。

满液现象：