車用尿素裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行分析

陳武東

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度也越來越高。在此大背景下，柴油車尾氣排放氮氧化物（NOx）和固體顆粒（PM）對(duì)人類健康及大氣環(huán)境的危害已引起了高度關(guān)注［1］。其中，柴油車尾氣中氮氧化物（NOx）排放達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵是選擇性催化還原（SCR）技術(shù)，而SCR技術(shù)的必要添加劑為車用尿素溶液。

海洋石油富島有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）化肥一期52萬(wàn)t/a大顆粒尿素裝置，采用意大利斯納姆氨汽提尿素生產(chǎn)工藝，配以挪威海德魯流化床造粒技術(shù)。公司為適應(yīng)市場(chǎng)需求變化，增加尿素產(chǎn)品的多樣性，對(duì)化肥一期大顆粒尿素裝置進(jìn)行技術(shù)改造，用于生產(chǎn)車用尿素。

1 車用尿素生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)

1.1 工藝流程

在尿素生產(chǎn)過程中，尿素裝置低壓系統(tǒng)出口102℃的w（CO（NH2）2）85%的尿素溶液與45℃的脫鹽水在稀釋混合器混合（兩個(gè)物料管線上都設(shè)有流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥，以便操作人員精確控制車用尿素溶液的濃度），然后進(jìn)入車用尿素配制槽，待車用尿素配制槽達(dá)到一定液位后，啟動(dòng)車用尿素配制槽泵，將車用尿素送至冷卻器降溫至38℃左右，同時(shí)監(jiān)控密度儀的密度顯示，并穩(wěn)定控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。分析合格的車用尿素溶液部分經(jīng)泵外送至車用尿素成品貯槽，部分繼續(xù)循環(huán)用于配制車用尿素溶液，并維持車用尿素配制槽液位穩(wěn)定。車用尿素溶液經(jīng)泵外送過程中，會(huì)經(jīng)過一個(gè)精密過濾器，過濾車用尿素溶液中的不溶雜質(zhì)。

車用尿素成品貯槽設(shè)置有成品貯槽泵，可將車用尿素溶液送至灌裝系統(tǒng)或者通過裝車系統(tǒng)銷售。

當(dāng)車用尿素溶液指標(biāo)不合格時(shí)，可以利用廢液回收管線，通過配制槽泵或者成品貯槽泵將車用尿素溶液回收。車用尿素生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 車用尿素生產(chǎn)工藝流程

1.2 主要設(shè)備

車用尿素裝置主要設(shè)備見表1。

表1 主要設(shè)備

2 車用尿素生產(chǎn)運(yùn)行

2.1 車用尿素生產(chǎn)運(yùn)行情況

公司車用尿素設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5萬(wàn)t/a，其成品貯槽貯存量可以滿足2～3 d生產(chǎn)要求。裝置自改造投用以來，車用尿素成品的各項(xiàng)指標(biāo)如表2所示，滿足車用尿素溶液標(biāo)準(zhǔn)GB 29518—2013要求［2］。

表2 車用尿素成品分析結(jié)果

2.2 生產(chǎn)時(shí)車用尿素溶液濃度控制

車用尿素采用w（尿素）85%的尿素溶液及脫鹽水調(diào)配而成，理論計(jì)算，當(dāng)車用尿素溶液w（尿素）為32.5%時(shí)，加入尿素溶液和脫鹽水的質(zhì)量比為1.00∶1.62，但實(shí)際生產(chǎn)過程中，影響因素較多，此配比僅供參考。

針對(duì)此類情況，采用以下方式解決。

（1）需根據(jù)生產(chǎn)時(shí)的工況調(diào)整比例，尿素裝置正常情況下，尿素溶液w（尿素）在83%～86%，配制的車用尿素溶液w（尿素）在31.8%～33.2%，因此生產(chǎn)中尿素溶液和脫鹽水的實(shí)際質(zhì)量比為1.00∶（1.50～1.70）。

（2）化肥一期車用尿素設(shè)計(jì)產(chǎn)能5萬(wàn)t/a，理論上，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)尿素溶液用量約為2 650 kg/h，脫鹽水用量約為4 294 kg/h，實(shí)際生產(chǎn)過程中須考慮到流量計(jì)偏差、管線內(nèi)殘留沖洗水、配制槽底部可能存液等因素的影響，操作人員需及時(shí)調(diào)整，保證產(chǎn)品指標(biāo)合格。

（3）除了有靜態(tài)混合器將尿素溶液和脫鹽水混合均勻，還設(shè)計(jì)在車用尿素溶液配制時(shí)通過車用尿素配制槽泵循環(huán)進(jìn)一步混合，循環(huán)時(shí)經(jīng)過密度儀，這樣操作人員根據(jù)密度儀顯示，可以更精確地控制車用尿素溶液的密度和濃度。因車用尿素溶液在不同溫度下對(duì)應(yīng)不同的密度，所以須根據(jù)配制時(shí)車用尿素溶液的溫度，來確定具體的密度指標(biāo)，化肥一期控制車用尿素溶液溫度為38℃，此溫度下對(duì)應(yīng)的密度為1 080～1 084 kg/m3。

（4）當(dāng)密度儀顯示在指標(biāo)范圍內(nèi)且穩(wěn)定后，需立即對(duì)配制槽內(nèi)車用尿素溶液濃度、密度、折光率等進(jìn)行分析，以確認(rèn)配制的溶液是否合格，同時(shí)校對(duì)密度儀指示是否準(zhǔn)確。

2.3 生產(chǎn)時(shí)沖洗水控制

整個(gè)車用尿素裝置如有沖洗水的加入，則會(huì)影響車用尿素溶液的最終產(chǎn)品質(zhì)量?；室黄谲囉媚蛩匮b置目前管線沖洗水、設(shè)備沖洗水、車用尿素配制槽泵和成品貯槽泵的密封沖洗水，都可以進(jìn)入車用尿素系統(tǒng)。

針對(duì)此類情況，采用以下方式解決。

（1）車用尿素裝置短期停車不需要沖洗，海南省東方市氣溫最低約為12℃，車用尿素溶液在此溫度下不會(huì)結(jié)晶堵塞，只有長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)，才使用水將管線和設(shè)備清洗干凈。同時(shí)在設(shè)備和管線的最低點(diǎn)都設(shè)有排放口，能將所有的沖洗水排放干凈，不影響下次生產(chǎn)。

（2）車用尿素配制槽泵和成品貯槽泵都是采用PLAN32+54（API682標(biāo)準(zhǔn)）的沖洗形式，其中PLAN32形式是注入式?jīng)_洗［3］，除了冷卻作用外，還防止泵體內(nèi)車用尿素溶液進(jìn)入密封腔室，但這樣會(huì)導(dǎo)致少量沖洗水進(jìn)入車用尿素系統(tǒng)影響產(chǎn)品濃度。目前采用的解決方式是在開泵前和停泵后短時(shí)間沖洗密封，同時(shí)操作人員需關(guān)閉泵的進(jìn)出口閥，沖洗后的水從泵體的低點(diǎn)導(dǎo)淋完全排放掉。

2.4 車用尿素溶液w（NH3）變化

車用尿素裝置如果長(zhǎng)時(shí)間停止生產(chǎn)，隨著時(shí)間的推移，成品貯槽內(nèi)的車用尿素溶液組分也會(huì)發(fā)生變化，其中變化最大的是w（NH3）。

w（NH3）與車用尿素的純度有關(guān)，w（NH3）升高說明部分車用尿素不純或已經(jīng)分解。因海南省天氣炎熱，車用尿素溶液存放時(shí)間越久，分解會(huì)越多，純度越低，w（NH3）就會(huì)越高，具體情況見圖2。

圖2 車用尿素溶液中w（NH 3）變化趨勢(shì)

從圖2中可以看出，車用尿素溶液存放超過1個(gè)月，w（NH3）就會(huì)快速上升，針對(duì)此類情況，化肥一期采用以銷定產(chǎn)的方式解決，不長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存。

2.5 不合格溶液回收

車用尿素裝置在精密過濾器出口管線上，設(shè)計(jì)了一根廢液回收管線，當(dāng)車用尿素指標(biāo)不合格時(shí)，可通過車用尿素配制槽泵或車用尿素成品貯槽泵將兩個(gè)罐的不合格溶液回收至大顆粒尿素系統(tǒng)重復(fù)利用，既節(jié)能又環(huán)保。

3 結(jié)束語(yǔ)

海洋石油富島有限公司化肥一期抓住化肥行業(yè)拓展的機(jī)遇，利用已有的大顆粒尿素裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單技改生產(chǎn)車用尿素，投資費(fèi)用低，建設(shè)周期短。同時(shí)車用尿素生產(chǎn)工藝與普通大顆粒尿素生產(chǎn)工藝比較，不新增廢水、廢氣、廢渣排放。因生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，所以對(duì)操作人員來說，無須重新學(xué)習(xí)培訓(xùn)。

生產(chǎn)車用尿素經(jīng)濟(jì)效益顯著，投資回報(bào)率較高，其作為公司產(chǎn)業(yè)鏈的延伸項(xiàng)目，達(dá)到了降本增效的目的，更重要的是推動(dòng)公司逐漸轉(zhuǎn)型，將成為公司轉(zhuǎn)型的方向之一。