4.1 Дистилляция 1 ступени

Плав мочевины из колонны синтеза дросселируется до давления 16-18 атмосфер и подается на верхнюю тарелку колонны дистилляции 1 ступени. При дросселировании происходит охлаждения плава вследствие расхода тепла на выделение свободного аммиака из плава и частичного разложения карбамата. Чтобы увеличить степень его разложения и выделить большее количество аммиака из жидкой фазы в газообразную, в колонну дистилляции подводят дополнительное тепло в виде глухого пара. Последний поступает в выносной теплообменник, в котором циркулирует раствор мочевины.

Давление в колонне дистилляции должно быть постоянным и находиться в пределах 16-18 атмосфер. Температура в верхней части колонны не выше 115-110°С, в нижней части - не выше 120°С.

Жидкая фаза из колонны дистилляции 1 ступени дросселируется до давления 1,5 атмосфер и направляется в колонну дистилляции 2 ступени. Состав жидкой фазы, выходящей из колонны, указан в таблице 8.

Таблица 8 - Состав жидкой фазы, выходящей из колонны

Содержание аммиака в жидкой фазе, вытекающей из колонны, не должно превышать 20-23%: присутствие аммиака NH3 в этой фазе указывает на недостаточное разложение карбамата аммония и недостаточное выделение свободного аммиака в газовую фазу. Степень диссоциации карбамата аммония в колонне дистилляции 1 ступени без подогрева должна составлять не менее 15%. При недостаточном разложении карбамата возрастет нагрузка на колонну дистилляции 2 ступени и на отделение разделения газа. В случае использования газов дистилляции 2 ступени в производстве нитрата аммония NH4NO3 количество вырабатываемой аммиачной селитры, приходящееся на 1 тонну мочевины, увеличивается.

Газообразная фаза, выходящая из колонны дистилляции 1 ступени, поступает в колонну фракционирования для очистки аммиака (88%) от примесей диоксида углерода CO2 (5%), инертных газов (3%) и паров воды (4%). Следует отметить, что в зависимости от степени разложения карбамата аммония в колонне дистилляции 1 ступени состав газа, поступающего в колонну фракционирования, может меняться; при этом содержание водяных паров не должно превышать 4%.

В колонне фракционирования происходит абсорбция двуокиси углерода аммиаком (поступающим снизу) с образованием раствора аммонийных солей (35-40% NH3, 11-15% CO2 и 49-50% H2O). Поскольку образовавшиеся соли нерастворимы в аммиаке, для их растворения в верхнюю часть колонны подают 60%-ную аммиачную воду (расход обычной воды составляет примерно 100-150 кг на 1 т мочевины). Полученный раствор аммонийных солей направляется в отделение разделения газов дистилляции или в колонну дистилляции 2 ступени; здесь в результате нагревания раствора аммонийные соли снова разлагаются на аммиак NH3 и диоксид углерода CO2.

Очищенный от двуокиси углерода аммиак (с небольшой примесью инертных газов) при температуре 50-60°С выходит из колонны фракционирования и поступает в конденсатор. Давление в конденсаторе должно соответствовать давлению в колонне дистилляции (16-18 атмосфер), определяет давление в колонне фракционирования (16-18 атмосфер) и в свою очередь зависит от содержания инертных примесей в исходной CO2 и от температуры охлаждающей воды. Если вода имеет низкую температуру, давление в системе дистилляции 1 ступени может быть уменьшено до 16 атмосфер. Благодаря снижению давления удается достигнуть той же степени отгона аммиака в колонне дистилляции, но при более умеренной температуре.

В нижней части колонны фракционирования температура поддерживается на уровне 100°С и определяется температурой верхней части колонны дистилляции и количеством аммиака, подаваемого на орошение. Температура в верхней части колонны фракционирования должна быть не выше 55°С и не ниже температуры конденсации аммиака, содержащего не более 1% H2O, колонна фракционирования сверху орошается предварительно охлажденной до 40°С аммиачной водой концентрацией не ниже 60%. Температура воды на входе в конденсатор в зависимости от времени года может колебаться, но не должна превышать 28°С. Температура отходящей воды должна быть не выше 35°С, давление воды - не ниже 3 атмосфер.

Из конденсатора жидкий аммиак через буфер и холодильник поступает в плунжерный насос и под давлением 200 атмосфер снова подается в колонну синтеза. Возвращается в цикл синтеза на 1 т мочевины примерно 800 кг аммиака.

Инертные газы, содержащие около 50% аммиака NH3, направляются из конденсатора в абсорционную установку для получения 24-27%-ной аммиачной воды, которая далее насыщается жидким аммиаком в смесителе до концентрации 60% и поступает на орошение колонны фракционирования.