尿素裝置蒸發(fā)循環(huán)產(chǎn)品的質(zhì)量控制及改進措施

任華鋒，姚鵬程

(中海石油化學股份有限公司 海南東方 572600)

縮二脲是尿素生產(chǎn)過程中的主要副產(chǎn)物。中海石油化學股份有限公司二期800 kt/a尿素裝置采用二氧化碳汽提工藝，造粒系統(tǒng)采用Hydro流化床造粒技術(shù)。在正常生產(chǎn)中，尿素產(chǎn)品能夠達到國標優(yōu)級品的指標，但在尿液蒸發(fā)循環(huán)后再造粒的過程中存在一些問題，主要表現(xiàn)為尿素產(chǎn)品中縮二脲含量偏高。為此，通過對尿素裝置不斷進行技術(shù)改造、提高工藝操作水平、積極尋求質(zhì)量改進措施，從根本上減少蒸發(fā)循環(huán)返回尿液再造粒產(chǎn)生的不合格尿素的量，使尿素產(chǎn)品優(yōu)級品率得到較大提高，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 蒸發(fā)造粒工藝流程

如圖1所示：來自閃蒸槽的尿液經(jīng)過預(yù)蒸發(fā)后，尿素質(zhì)量分數(shù)提高至74%以上，然后輸送至尿液儲槽，再經(jīng)尿素溶液泵送至一段蒸發(fā)器被濃縮至質(zhì)量分數(shù)96%；出一段蒸發(fā)分離器的熔融尿液由熔融尿液泵送入流化床造粒系統(tǒng)，經(jīng)噴嘴噴出并被霧化空氣霧化成極細小的液滴后進入造粒機內(nèi)，均勻噴灑至床層中，連續(xù)不斷地在尿素晶種顆粒表面累積、冷卻、結(jié)晶和干燥，尿液冷卻釋放出的熱量和結(jié)晶熱由流化空氣帶走；長大至一定粒徑的尿素顆粒從造粒機床層排出進入流化床冷卻器中被空氣冷卻至包裝溫度或貯存溫度，最終經(jīng)篩分得到粒徑為Ф 2.00～4.75 mm的成品顆粒尿素。

2 原因分析

流化床造粒技術(shù)與傳統(tǒng)的塔式造粒原理不同，需要定期進行清洗。當造粒機進行清洗或蒸發(fā)造粒系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，尿液處理量由正常工況的140 t/h減至80 t/h，其余的尿液只能通過尿液循環(huán)閥HV3523返回尿液儲槽A室，而尿液儲槽A室很快會滿液并溢流至尿液儲槽B室，造成尿液長時間積聚，延長了尿液的停留時間。

一段蒸發(fā)分離器液位LT3043A由HV3523控制，較難穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)高液位情況。在正常生產(chǎn)中，一段蒸發(fā)分離器百葉窗頂部存在縮二脲積存現(xiàn)象，若操作不當，嚴重時一段分離器滿液至頂部，會攜帶積存的縮二脲進入尿液中。

清洗造粒機需耗時數(shù)小時，尿液儲槽A室和B室內(nèi)的尿液濃度和溫度大幅提高，其中A室溫度可達110 ℃，尿素縮合反應(yīng)加劇，最終導致重新造粒的尿素產(chǎn)品縮二脲含量超過控制指標。由于造粒裝置運行周期不理想，一般運行20 d左右就需進行清洗，直接影響了尿素產(chǎn)品的優(yōu)級品率，同時給散庫存放、分析檢驗、產(chǎn)品銷售等帶來負擔。

綜上所述，尿液經(jīng)蒸發(fā)循環(huán)后再造粒出現(xiàn)不合格尿素產(chǎn)品的主要原因：①尿液儲槽在設(shè)計上沒有考慮將蒸發(fā)循環(huán)返回的尿液與正常生產(chǎn)的尿液分別存放，在清洗造粒機或造粒裝置出現(xiàn)故障時，尿液在蒸發(fā)循環(huán)過程中被反復加熱提濃，導致縮合反應(yīng)加劇，縮二脲含量上升；②原始操作規(guī)程沒有蒸發(fā)循環(huán)控制指標，蒸發(fā)循環(huán)時各指標控制存在偏差；③一段蒸發(fā)分離器頂部存在縮二脲積存，在一段蒸發(fā)分離器滿液時，積存的縮二脲可能進入尿液中；④造粒機清洗頻繁且清洗耗時較長，使得尿液停留時間延長，縮二脲生成量大幅增加。

經(jīng)統(tǒng)計(表1)，蒸發(fā)循環(huán)后產(chǎn)生的不合格尿素在400 t左右。

表1 蒸發(fā)循環(huán)尿液造粒產(chǎn)品質(zhì)量與待檢尿素總量

3 改造措施

3.1 設(shè)備改造措施

針對引起尿素產(chǎn)品質(zhì)量不合格的原因，對尿液循環(huán)時的尿液儲槽進料方式進行了改造,即在尿液循環(huán)管線上增設(shè)1條副線并安裝切斷閥，蒸發(fā)循環(huán)返回的尿液直接進入尿液儲槽的B室。改造前后的尿液儲槽如圖2所示。

圖2 尿液儲槽改造前后示意

改造后，蒸發(fā)循環(huán)時全開新增管線上的切斷閥并關(guān)閉返回尿液儲槽A室的切斷閥，使蒸發(fā)循環(huán)返回的尿液進入尿液儲槽B室，確保正常生產(chǎn)的尿液與循環(huán)返回的尿液分別存放，縮短了尿液反復加熱提濃的時間；尿液儲槽A室最高溫度在100.1 ℃，比改造前降低了約10 ℃，相應(yīng)尿液中尿素質(zhì)量分數(shù)也下降至81.6%，有利于減少縮二脲的生成量；造粒機投料正常后，根據(jù)尿素產(chǎn)品質(zhì)量情況再稍開尿液儲槽B室的下液閥，將蒸發(fā)循環(huán)返回的尿液以小流量并入正常尿液中。

3.2 工藝優(yōu)化措施

在尿素生產(chǎn)過程中生成縮二脲是不可避免的，但由于生產(chǎn)過程中各階段操作規(guī)程、參數(shù)、工藝、停留時間的不同，縮二脲的生成量也不盡相同。在高壓系統(tǒng)，縮二脲的生成量主要受溫度和過剩氨含量的影響，其生成質(zhì)量分數(shù)一般在0.2%～0.3%；在低壓系統(tǒng)，由于氨分壓降低而溫度較高，縮二脲生成質(zhì)量分數(shù)在0.1%～0.2%；在蒸發(fā)造粒系統(tǒng)，縮二脲的生成主要受加熱溫度和停留時間的影響，縮二脲生成量最多，生成質(zhì)量分數(shù)在0.3%～0.6%。

針對蒸發(fā)循環(huán)時縮二脲生成量較大的情況，對工藝指標進行了優(yōu)化：①高壓合成系統(tǒng)氨碳比提高至3.18～3.20；②汽提塔下液溫度控制在≤169 ℃，同時應(yīng)防止汽提塔液位過高而導致停留時間延長；③低壓精餾塔加熱段溫度由137 ℃降至135 ℃；④對影響一段蒸發(fā)分離器出液的主要因素，如蒸發(fā)流量、殼側(cè)溫度、真空度等進行了調(diào)整并實時分析，確定蒸發(fā)循環(huán)時的最佳控制參數(shù)，即蒸發(fā)循環(huán)量在70～80 t/h，一段蒸發(fā)分離器真空度≤-50 kPa，一段蒸發(fā)分離器出液溫度≤108 ℃；⑤蒸發(fā)循環(huán)時，循環(huán)返回的尿液必須送至尿液儲槽B室。

按上述參數(shù)控制，在蒸發(fā)循環(huán)量為70 t/h時，一段蒸發(fā)分離器出液中尿素質(zhì)量分數(shù)<92%，縮二脲質(zhì)量分數(shù)為0.7%。

3.3 減少一段蒸發(fā)分離器縮二脲積存量

通過反復摸索，找到了在線沖洗一段蒸發(fā)分離器的參考依據(jù)，根據(jù)這些參數(shù)調(diào)節(jié)沖洗水量，既能保持系統(tǒng)穩(wěn)定，又能盡量減少縮二脲的積存。為此，對在線沖洗一段蒸發(fā)分離器制定了相應(yīng)的規(guī)定：①每隔4 h進行一次沖洗；②一段蒸發(fā)分離器頂部閥門全開后沖洗5 min，喉管沖洗5 min；③百葉窗沖洗5 min，如果在沖洗過程中一段蒸發(fā)分離器下液溫度降至127 ℃以下時停止沖洗；④每天10：00至12：00沖洗一段蒸發(fā)分離器氣相管線10 min，沖洗水閥開度50%；⑤在適當時機，如檢修時處理一段蒸發(fā)分離器積存的縮二脲。

上述措施實施后，在裝置正常運行情況下，一段蒸發(fā)分離器真空度控制在-75 kPa，閥門OP值一直保持在24%～45%，具有良好的穩(wěn)定性。

3.4 縮短單次造粒機清洗時間

由于粉塵累積等原因，流化床造粒機需定期進行清洗。據(jù)統(tǒng)計，對于800 kt/a的流化床造粒裝置，單次造粒機清洗時間在4 h左右。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，優(yōu)化清洗步驟，制定了針對性的措施：①提前進行造粒機清洗的準備工作，包括確認返料管線及沖洗水管線是否暢通、檢查相關(guān)設(shè)備、準備檢修時需更換的備品備件、組織及安排相關(guān)人員等；②優(yōu)化清洗方案，根據(jù)實際情況決定噴淋試驗和泄漏試驗的時間；③根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，決定是否進行除塵管道的清洗；④根據(jù)風量及現(xiàn)場濾網(wǎng)情況，判定是否清洗風機濾網(wǎng)；⑤根據(jù)實際情況決定是否清理及沖洗斗提機；⑥增大清洗后造粒機、各流化冷卻床烘床的風量并提高溫度，同時采用正壓烘床以使熱量向上傳遞，縮短動設(shè)備的干燥時間。

上述措施實施后，造粒機單次清洗時間縮短至3 h，由此縮短了蒸發(fā)尿液的循環(huán)時間，減少了循環(huán)尿液總量。

4 改造效果

尿液儲槽的尿液循環(huán)管線改造完成后，操作簡單、方便。通過工藝優(yōu)化措施的實施，可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分析情況，將尿液儲槽B室中蒸發(fā)循環(huán)返回的尿液以小流量并入正常尿液中，直接避免了不合格尿素產(chǎn)品的產(chǎn)生。改造后，蒸發(fā)循環(huán)返回尿液再次造粒的尿素產(chǎn)品質(zhì)量如表2所示。

表2 改造后蒸發(fā)循環(huán)返回尿液再次造粒的尿素產(chǎn)品質(zhì)量

5 結(jié)語

縮二脲超標主要發(fā)生在尿素裝置蒸發(fā)循環(huán)后，結(jié)合縮二脲生成的特點，通過采取合理的技改措施并優(yōu)化工藝控制指標，能較好地控制尿素產(chǎn)品中的縮二脲含量，保障產(chǎn)品優(yōu)級品率，避免因清洗造粒機而產(chǎn)生的大量待檢尿素，起到了一定的降本增效作用。