等压相图在溶液全循环法尿素工艺上的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com泵季．耘嘲阅，旁寝，兮雨研7一81992年第5期中氮肥·25·等压相图在溶液全循环法尿素工艺上的应用上海化工研究院洗华民砸懈

2、I提要】本文叙述丁溶液全循环法尿素工艺利用各工序的等压相图求取工艺参数的方法，并与实阡工况作T比较，进而从相平衡角度分析指出T传统法尿素工艺的不足和技改方向。一、前言始于五十年代末的溶液全循环法(以下简称传统法)尿素生产技术，是尿素生产工业化初期广为盛行的工艺：，它将未反应物经减压加热分离后，在回收工序以甲铵水溶液形式逐级循环返回尿素合

3、成，这是此工艺的特点。此工艺采用过剩氢操作以减少返回水对台成转化率的负效应，因而，早期的尿素工艺首先要解决的技术关键是过剩氨分离技术。过剩氨回收技术是构成传统法尿素工艺的基础，因为，大量的过剥氨存在于图l压力为1．77MPa(纯)条件下吸收液中将使全循环的进行遇到困难或破NH。-CO-HO-元等压相图坏，这可用等压相图分析如下(见图1)：兹有一传统法(台成NH。／CO=4．I，回甲铵液Ho／co=1．74)的条件来进行H：o／co=0．65，cO转化率=63％)j，尿素合成反应惟有加入水到达B点(温度尿素台

4、成液的组成为：Ur30．2％，60℃，NH扣9．2，CO20，H020．8)，CO2l2．93，NH338．47，H2O18．36方能勉强操作，但此时的台成Ho／co达(Wt)。若不进行过剩氨回收，其循环返到0．93，转化率下降为60。同时在该点操回的甲铵液组成为：NH。63．34，CO作还有结晶之虑及操作温度低之缺点(相应21．35，HO15．31，位于图l中A点，带来设备所需传热面积大之弊病)。若要完处于结晶区，也即该组成不能以溶液形式返全避免结晶，至少需操作在C点(温度65℃，回，因而不可能用H2O／

5、CO=0．65(即返NH。56．5，COI9，H024．5)，此收稿日期：1日91年1月；日维普资讯http://www.cqvip.com·26·中氮肥I992年第5期点换算成尿素合成H。O／CO为1．17，转化凝，均是遵循此一规律，进入这一区域操作率降为56，此时，全系统全循环运行必遭的。破坏。以上的相图分析观羽：在相同Ho／二、传缆法尿素工艺的等压相图CO：条件下，高氨溶液中由于大量NH的扣工艺参数存在，因而溶液具有沸点温度低和距离熔点近之特点。为了避免造成结晶，必须加入较明确了}_J备适宜NH。／c

6、oz循环回收液多量的水，形成高HO／CO的循环返回的重要性和解决了过剩氮回收技术之后，早液，从而使合成操怍因难，垒系统运行随之期的传统法痞液循环尿素工艺的工业化得以遭到破坏。实现本文月j玉相串联起来描述传统法从图1不难发现，在NH。-CO。一H。O尿素工艺。三元等压相图中有一符台于回收工序要求为1．合成最佳区域(即图中mnPQ区域)，该区具有水含量少、冷凝温度高、溶液温度距培点沮传统法尿素合成条件为：NH。／co=度大、平衡气相中CO含量低之特点，此区1．1，H2o／co=0．65，温度t=190℃，压即为

7、适宜操作区在中低压条件下均育一适力P=l9．7IMPa(表)。用于回收工序的适宜操作区存在随着尿素由文献r。j可作出H。O／COi=0．68的工艺的改进，先进的尿素工艺，如UTI：)合成平衡相图(图：)，该相图可供传统法尿的申压吸收和CO汽提法，ls：的高低压冷素工艺的合成工序使用。22．O2．530S．51．0‘．5帽●珊．，cot‘●尔比)图2Ho／co2=0．65尿素合成相图维普资讯http://www.cqvip.comI992年第5期申氮肥·27·由相律知：达化学平衡时，尿素合成的衰I合成实际工况

8、与平衡值对比自由度F=3，也就是，当确定NH。／co，压力．MPaCOz转化率．牟Ho／co：，t，三个参数Ⅱ}，其他一切参台威中}数皆为定值。用相图2可方便的得到：合成操作压平斯压窖际值；平肯值平衡区P千=l6．48MPa，平衡转化率X平：65．1％，气相NH／co。G：10，如图中A点所示。A点对应于尿索合成反应器出塔状态如图3所示。合成实际工况与相图对照列于表l。对照两者各值可以看出：传统法尿素的操作压力比平衡压犬得多，并非在平衡压操作}实际c0：转化率4．1低于相图查得值，说明传统法尿素合成工序并非

9、完善，还有潜力可挖。0．B52．一段分解传统法尿素一段分解系统的操作条件为P=1．77MPa(绝)。T=l60℃由转化率和合成进料HO／CO之值，可以一段分解的HO／Ur之值近似等于2。图4为P=1．77MPa，NHaCOi—Ur·圉3尿素合成反应器出塔工况2H：O的三元等压相图。用图4可找得在上述工艺条件下预分离器和一段分解塔的工艺操作参数，试解如下：合成塔出液位于图4中A点，当该溶液减压至L．77MPa时，是