尿素顆粒不均影響因素探討及解決對策

曲云龍

（中國石油大慶石化分公司化肥廠，黑龍江 大慶 163714）

引 言

尿素是重要的化肥產(chǎn)品，直接影響到國家糧食安全。目前我國尿素市場產(chǎn)能過剩、需求總體走勢平淡，市場競爭日趨激烈。在國家政策引導(dǎo)下，“十三五”期間，采用大型化、自主化先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化原料及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)能環(huán)保水平，是尿素企業(yè)化解尿素產(chǎn)能過剩、提高競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵[1,2]。

中國石油大慶石化分公司化肥廠尿素裝置于1973年建成投產(chǎn)，采用荷蘭斯太米卡邦公司的二氧化碳汽提工藝，設(shè)計生產(chǎn)能力為48萬噸/年。根據(jù)市場供需平衡的需要，2005年完成裝置擴(kuò)能改造，生產(chǎn)能力提至76萬噸/年，成為東三省的主要尿素供應(yīng)商，穩(wěn)定支持了中國石油尿素業(yè)務(wù)市場。裝置擴(kuò)能改造后，尿素產(chǎn)品出現(xiàn)了粒度不均，粉塵含量大等問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。本文針對上述問題開展了關(guān)鍵生產(chǎn)工藝條件及設(shè)備運行技術(shù)分析，并提出優(yōu)化生產(chǎn)方案，通過工業(yè)實施，有效解決了工業(yè)生產(chǎn)問題，使產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，提高了裝置生產(chǎn)效益，穩(wěn)定了中國石油尿素市場規(guī)模。

1 影響產(chǎn)品質(zhì)量因素分析

1.1 尿素出塔溫度偏高

尿素造粒塔是尿素生產(chǎn)過程的核心設(shè)備。尿液從造粒噴頭噴出，與塔底自下而上的冷空氣接觸，形成長短不等的液柱短節(jié)。由于尿液存在表面張力，液柱短節(jié)最終形成球形尿素顆粒。該過程中，由于尿素液柱短節(jié)斷裂存在一定的隨機(jī)性，會產(chǎn)生少量細(xì)小顆粒及粉塵[3]。

本次裝置擴(kuò)能改造中造粒塔較舊，由于裝置處理量增大，改造后造粒塔運行負(fù)荷增加了42%，處于超負(fù)荷運行狀態(tài)，塔高和進(jìn)風(fēng)量不能滿足降溫需要。特別是夏季高溫天氣，進(jìn)入塔內(nèi)的冷卻空氣溫度高，濕度大，導(dǎo)致溫差小，傳熱推動力小，在入塔進(jìn)風(fēng)量不變情況下，冷空氣帶走熱量減少，經(jīng)過塔頂下落的尿素顆粒冷卻效果差，顆粒溫度高、強(qiáng)度低，下落過程中易破碎，從而形成大小不均的顆?；蚍勰?。

1.2 造粒噴頭問題分析

（1）噴頭轉(zhuǎn)速與負(fù)荷不對應(yīng)

正常生產(chǎn)時，系統(tǒng)負(fù)荷越高，噴頭轉(zhuǎn)速越快，而轉(zhuǎn)速高低直接影響尿素粉塵含量。裝置擴(kuò)能后，噴頭轉(zhuǎn)速大幅提高，噴頭噴灑離心力也隨著升高，導(dǎo)致尿素顆粒出現(xiàn)空心，強(qiáng)度低易破碎，進(jìn)而出現(xiàn)大量碎粒和細(xì)粉。

（2）噴頭噴孔老化

裝置噴頭投入使用已達(dá)9年，長時間運轉(zhuǎn)使造粒噴孔產(chǎn)生磨損，噴孔周圍形成較多的毛刺，使經(jīng)過噴頭后的尿素溶液噴灑不均勻，產(chǎn)生的細(xì)粒過多，導(dǎo)致粉塵量增加。

1.3 刮料機(jī)刮板問題分析

刮料機(jī)底部刮板呈平面狀，刮板與底部尿素接觸面積大，當(dāng)生產(chǎn)異常蒸發(fā)循環(huán)或陰雨天氣時，造粒塔底部經(jīng)常會有尿素出現(xiàn)板結(jié)硬化，刮料機(jī)運行過程中會增大刮板與底部尿素之間摩擦力，造成強(qiáng)度低的尿素顆粒碾碎數(shù)量增多。

1.4 蒸發(fā)真空問題分析

尿素裝置中，蒸發(fā)系統(tǒng)的作用是通過加熱使尿素溶液中的水汽化而排出，尿液進(jìn)入蒸發(fā)加熱器后，溫度升高，再進(jìn)入蒸發(fā)分離器內(nèi)，壓力降低，尿液中的NH3、CO2因溫度升高和壓力降低而發(fā)生閃蒸分離，從而得到高濃度的尿液溶液[4，5]。為減少縮二脲的生成，本裝置采用二段真空、低溫蒸發(fā)工藝來分離尿液中的水分。當(dāng)尿液中NH3、CO2含量高時，閃蒸出的NH3、CO2量也將增大，而當(dāng)分離出來的氣態(tài)NH3、CO2量超過了蒸汽噴射器的抽吸能力時，蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度就會降低[6]。真空度低時，尿液中游離氨含量偏高，造粒后，游離氨在尿素液滴冷卻和結(jié)晶過程中不斷蒸發(fā)，易在顆粒中形成裂隙和氣孔，使尿素顆粒出現(xiàn)空心和開口狀，強(qiáng)度降低，粉塵量增加。

2 改進(jìn)對策

2.1 添加甲醛

夏季高溫時，尿素出塔溫度達(dá)到60℃。裝置采用向尿素中添加甲醛的方法，降低尿素出塔溫度。經(jīng)優(yōu)化，控制甲醛含量在0.15%～0.20%。添加甲醛前后尿素粒子對比見表1。

表1 甲醛添加前后數(shù)據(jù)對比表Table 1 The data before and after the addition of formaldehyde

由表1可見，添加甲醛后，尿素粒子強(qiáng)度上漲0.8N，篩分在0.85mm以下的粒子含量明顯降低，粉塵含量明顯減少。

2.2 增加通風(fēng)量

百葉窗的開度決定進(jìn)塔空氣量的多少，也影響尿素含水量，通風(fēng)量過小會使尿素在下降過程中冷卻不完全，結(jié)晶不足，出塔溫度過高。原造粒塔底部百葉窗通風(fēng)量有限，即使處于全開狀態(tài)，在夏季高溫天氣，也難以有效降溫。為了增加通風(fēng)量，對造粒塔大門進(jìn)行改造，將原來的封閉式改為格柵式，造粒塔有效通風(fēng)面積增加約為6m2，進(jìn)風(fēng)量相應(yīng)增加，如表2所示為造粒塔大門改造前后測試數(shù)據(jù)表，改造后，出造粒塔尿素顆粒溫度下降約為0.9℃，離子強(qiáng)度提高了0.1N。

表2 造粒塔大門改造前后測試數(shù)據(jù)表Table 2 The testing data before and after the modification of prilling tower’s gate

表3 冬季噴頭設(shè)計參數(shù)及粒度對比表Table 3 The design parameter of sprayer for winter and comparison of particle size

2.3合理選用噴頭

根據(jù)本裝置夏季生產(chǎn)負(fù)荷高，冬季生產(chǎn)負(fù)荷低等特點，設(shè)計并更換了可對應(yīng)季節(jié)使用類型的噴頭。

噴頭使用過程中，根據(jù)噴頭的性能曲線，在調(diào)整負(fù)荷時，相應(yīng)調(diào)整適宜的轉(zhuǎn)速，從而確定各種負(fù)荷下噴頭的最佳轉(zhuǎn)速。裝置冬季噴頭使用效果見表3。由表可3見，通過使用冬季噴頭后，顆粒直徑在2.0～2.8mm之間的粒子比例明顯增多，顆粒的總體平均粒徑有所升高，粒子平均強(qiáng)度也有所提高，粉塵量明顯降低。

2.4 刮料機(jī)刮板改進(jìn)

經(jīng)過對幾家大型化肥廠家的調(diào)研及技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)刮料機(jī)底部采用鋸齒狀刮板可有效改善刮料效果。因此，將本裝置刮料板由平板形改為鋸齒形，改進(jìn)前后照片如圖1所示。

圖1改進(jìn)前后刮板對比照片（A改進(jìn)前；B改進(jìn)后）Fig．1 The scraper plate before and after the modification（A．before;B．a(chǎn)fter）

表4 刮料機(jī)改造前后尿素粉塵量Table 4 The dust amount of urea before and after the modification of scraper

刮料機(jī)改為鋸齒狀后，不僅能降低刮料機(jī)底部與尿素顆粒的接觸面積，同時也能將板結(jié)的地面刮疏松，刮板與地面之間的摩擦力大大降低，有效地降低了粉塵量。改造前后粉塵量如表4所示。

2.5 蒸發(fā)系統(tǒng)優(yōu)化

蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力降低，蒸發(fā)溫度也隨之降低，雖然有利于減少副產(chǎn)品縮二脲的生成，但容易造成尿液中游離氨含量偏高，影響尿素顆粒強(qiáng)度。因此，實際操作中必須嚴(yán)格控制蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度、溫度等工藝指標(biāo)。

本裝置在保證蒸發(fā)溫度137.5℃及夾套加熱蒸汽壓力穩(wěn)定前提下，對蒸發(fā)系統(tǒng)二段蒸發(fā)真空度進(jìn)行了操作優(yōu)化測試，測試結(jié)果見表5。

表5 蒸發(fā)系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)Table 5 The testing data of evaporation system

由表5可知，當(dāng)蒸發(fā)溫度為137.5℃時，真空度0.0065MPa最為適宜。在該操作條件下，尿素產(chǎn)品各項指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，特別是粒度及強(qiáng)度均較好。

3結(jié) 論

通過采取裝置刮料板、百葉窗及噴頭等技術(shù)改造、添加甲醛以及優(yōu)化蒸發(fā)真空度等系列措施，解決了裝置尿素產(chǎn)品顆粒不均及細(xì)粉含量大等問題，同時提高了產(chǎn)品整體質(zhì)量，有效地維護(hù)了企業(yè)在東北尿素市場的地位。

［1］ 賈亮．我國尿素行業(yè)政策環(huán)境分析［J］．煤化工，2016,44（4）:64～69．

［2］ 陳麗．全球肥料供需趨勢與展望［J］．中國農(nóng)村科技，2016（2）:47～49．

［3］ 李紅明，王獻(xiàn)．尿素造粒塔粉塵回收裝置改造總結(jié)［J］．小氮肥，2016,44（8）:24～26．

［4］ 譚建彬，聶維淼．尿素生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)與控制［J］．合成氨與尿素，2016,42（3）:2,8．

［5］ 李德光．淺析氨汽提法尿素裝置主要溫度指標(biāo)控制范圍的確定依據(jù)［J］．中氮肥，2016（4）:37～40．

［6］ 王付生．蒸發(fā)系統(tǒng)真空度低的原因分析及處理［J］．中氮肥，2016（4）:34～36,40．