低負(fù)荷下影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量的因素和控制措施

張德炳

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

低負(fù)荷下影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量的因素和控制措施

張德炳

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

闡述尿素裝置低負(fù)荷運(yùn)行，影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素以及控制措施。

尿素生產(chǎn)；低負(fù)荷；要因；產(chǎn)品質(zhì)量控制

中海石油化學(xué)股份有限公司化肥二部尿素裝置由中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司設(shè)計(jì)完成。主裝置工藝采用斯塔米卡邦改進(jìn)型二氧化碳汽提法，造粒工藝采用海德魯大顆粒技術(shù)。生產(chǎn)能力為年產(chǎn)80萬(wàn)t的大顆粒尿素裝置。斯塔米卡邦改進(jìn)型二氧化碳汽提法工藝由高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)和尿液的蒸發(fā)與造粒系統(tǒng)三部分組成。

尿素產(chǎn)品質(zhì)量的控制是尿素生成中重要的一環(huán)，其優(yōu)級(jí)品率直接影響企業(yè)的口碑和品牌競(jìng)爭(zhēng)力。我們廠的尿素裝置采用荷蘭斯塔米卡邦改進(jìn)型二氧化碳汽提法生成工藝，從原始開車至今經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化調(diào)整，產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯的提高。但是由于造粒系統(tǒng)清洗篩網(wǎng)和應(yīng)對(duì)組分波動(dòng)時(shí)大幅減負(fù)荷時(shí)產(chǎn)品優(yōu)級(jí)品率無(wú)法保證（縮二脲、水含量偏高），針對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)工藝指標(biāo)，結(jié)合分析化驗(yàn)中心所做的分析數(shù)據(jù)對(duì)裝置進(jìn)行了具體的考量，找出了影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，并提出了具體的解決方案。

1 縮二脲含量高要因的分析

縮二脲生成的反應(yīng)機(jī)理：在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，縮二脲既在水溶液中（如尿素合成反應(yīng)過(guò)程，未反應(yīng)物的分解過(guò)程）生成，也在最后蒸發(fā)階段的無(wú)水熔融物中生成。縮二脲作為尿素生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，伴隨著尿素的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。其總的反應(yīng)式為：

由上面的反應(yīng)可以看出，在縮合反應(yīng)中放出氨，所以當(dāng)增加尿素溶液中的氨量，可以抑制上面的反應(yīng)，減少縮合物縮二脲的生產(chǎn)。相反，凡是減少尿素溶液或熔融物中氨含量，在高溫下提高尿液濃度或延長(zhǎng)停留時(shí)間都有利于縮二脲的生成。

表1 不同負(fù)荷下縮二脲的在各系統(tǒng)的實(shí)測(cè)值

由表1可以看出，前系統(tǒng)負(fù)荷在85%以上時(shí)，縮二脲的含量基本上都能控制在廠控指標(biāo)≤0.87wt%以下。一旦負(fù)荷低于70%時(shí)或者拉301FB（尿素溶液貯槽B室），縮二脲含量都會(huì)高達(dá)1%以上，達(dá)不到我司優(yōu)級(jí)品的標(biāo)準(zhǔn)，控制起來(lái)比較困難。由表1分析得知，前系統(tǒng)中雖然反應(yīng)溫度控制較高，但是同時(shí)由于它們的游離氨含量較高，數(shù)據(jù)顯示它們產(chǎn)生的縮二脲含量并不高。反而在相對(duì)溫度不高的蒸發(fā)造粒系統(tǒng)中，縮二脲卻是前系統(tǒng)的1.5～2倍，那是因?yàn)檎舭l(fā)造粒系統(tǒng)中尿液濃度較高，游離氨含量少才會(huì)導(dǎo)致縮二脲含量高于前系統(tǒng)。由上述數(shù)據(jù)分析可以得知影響縮二脲生成的主要因素有溫度、氨分壓、停留時(shí)間。

1.1 溫度

溫度對(duì)尿素溶液中的縮二脲生成率的影響，從圖1可以看出，在其他參數(shù)不變時(shí)，縮二脲的生成率是隨著溫度增加而增加的，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，蒸發(fā)溫度盡可能地低，保持比熔點(diǎn)溫度高3～5℃即可。

而當(dāng)溫度保持不變時(shí)，縮二脲的生成率則隨尿素濃度呈幾何倍數(shù)增加。由圖1我們得知，溫度對(duì)縮二脲的生成率的影響要比濃度的影響大得多。

圖1 溫度、尿素濃度與縮二脲生成率的關(guān)系

1.2 氨分壓

由尿素縮合反應(yīng)生成縮二脲的反應(yīng)式：

2CO（NH2）2=NH2CONHCONH2+NH3#-Q得知，增加尿素溶液中的游離氨的含量，可以減少和抑制尿素縮二脲的生成；相反，當(dāng)尿素溶液或尿素熔融物中氨分壓降低時(shí)，縮二脲的生成率則迅速增加。圖2是一定溫度下縮二脲的生成率與NH3分壓的關(guān)系。

圖2 一定溫度下縮二脲生成率與氨分壓的關(guān)系

由圖2得知，尿素溶液中氨分壓越低，縮二脲生成率越高；相反，溶液中氨分壓越高，縮二脲生成率則越低。

1.3 停留時(shí)間

圖3 是溫度和停留時(shí)間與縮二脲增長(zhǎng)率的關(guān)系。從圖3可以看出，一定溫度下，隨著尿液停留時(shí)間越長(zhǎng)，縮二脲生成率越高；而在—定停留時(shí)間下，溫度越高，縮二脲生成率也越高。

圖3 溫度和停留時(shí)間與縮二脲增長(zhǎng)率的關(guān)系

停留時(shí)間跟裝置的負(fù)荷息息相關(guān)。物料在設(shè)備的停留時(shí)間可以用以下式子表述：

t：表示為尿液在設(shè)備的停留時(shí)間；

V：表示設(shè)備的有效容積；

Q：表示為物料的體積流量。

由上式得知，設(shè)備的有效容積V一般是固定的，當(dāng)裝置的負(fù)荷降低時(shí)，反應(yīng)物料的體積流量Q減小，停留時(shí)間t增大，產(chǎn)品的縮二脲將增加。為控制低負(fù)荷下縮二脲的含量，必須從包括停留時(shí)間在內(nèi)的各個(gè)因素加以控制。

蒸發(fā)速度對(duì)停留時(shí)間的影響：縮二脲生成率是隨著蒸發(fā)速度的增加而增加的。在規(guī)定蒸發(fā)器出口尿液濃度情況下，進(jìn)蒸發(fā)器的尿液濃度越低，則其蒸發(fā)速度越高，縮二脲生成率就越高。對(duì)預(yù)蒸發(fā)分離器來(lái)說(shuō)，其入口尿液濃度高一些為好。

2 水含量高要因分析

2.1 預(yù)、一段蒸發(fā)過(guò)程中的溫度低

主要因素：

（1）預(yù)、一段蒸發(fā)蒸汽壓力低、蒸汽量不足。

（2）預(yù)、一段蒸發(fā)負(fù)荷和蒸汽配比不成比例，尿液濃度低。

（3）外部沖洗水進(jìn)入系統(tǒng)。

（4）蒸汽中惰氣含量超標(biāo)，導(dǎo)致?lián)Q熱面積降低，溫度降低。

（5）疏水器堵塞，導(dǎo)致不能進(jìn)行很好的熱交換。

2.2 真空度偏低

主要因素：

（1）前系統(tǒng)組分差，進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)的游離氨增多。

（2）循環(huán)水溫度控制過(guò)高。

（3）尿素濃度太低。

（4）系統(tǒng)存在泄露，或者PIC3100閥門開啟。

（5）蒸發(fā)的氣相管線、喉管存在堵塞結(jié)晶等。

3 縮二脲控制措施的制定

3.1 溫度的控制措施

（1）蒸發(fā)熱源采用低壓飽和蒸汽，在保持一定溫度推動(dòng)力的條件下，采用低壓飽和蒸汽，列管內(nèi)壁表面溫度低一些，在與管內(nèi)壁相接觸的尿素液滴或者尿素熔融粒子過(guò)熱溫度也低一些，從而降低縮二脲的含量。在指標(biāo)下限操作，TIC3071為135℃。

（2）優(yōu)化汽提塔殼側(cè)加熱蒸汽壓力PIC3203使之與生產(chǎn)負(fù)荷相匹配，在低壓吸收系統(tǒng)不超壓的前提下適當(dāng)降低殼側(cè)壓力，以及建立適當(dāng)?shù)恼羝淠旱囊何唬?/p>

（3）控制一段蒸發(fā)溫度TIC3132在127～128℃，確保各溫度表的正常投用，誤差在1%以內(nèi)，如果遇到夏季或者高溫季節(jié)可適時(shí)停用夾套蒸汽，關(guān)閉熔融尿素泵309J/JA進(jìn)出口及伴管的夾套蒸汽。

3.2 氨分壓

（1）控制系統(tǒng)氨分壓

提高高壓系統(tǒng)的氨碳比AI3026在3.18左右，低負(fù)荷下氨碳比可以適當(dāng)提高一點(diǎn)，嚴(yán)格控制預(yù)蒸發(fā)壓力在指標(biāo)內(nèi)（不能過(guò)高也不能過(guò)低），過(guò)低的壓力不僅存在結(jié)晶的危險(xiǎn)，降低了進(jìn)入一段蒸發(fā)的氨分壓，提高了進(jìn)入一段蒸發(fā)的尿液濃度，反而會(huì)增加縮二脲生成速率。

（2）嚴(yán)控N/C、H/C

生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)密監(jiān)控系統(tǒng)水碳比（水/碳＜1.85），同時(shí)也要控制好后系統(tǒng)返回到前系統(tǒng)的水量和甲銨液的濃度。控制好高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)的氨碳比，操作中將氨跟二氧化碳的配比控制在1.99～2.01，這樣不但能減少縮二脲的生成，同時(shí)還有利于二氧化碳轉(zhuǎn)化率的提高。

3.3 停留時(shí)間

（1）減少合成塔汽提塔停留時(shí)間

在液位穩(wěn)定的前提下，將合成塔301D、汽提塔302C的液位控制低些。這樣可以減少物料的停留時(shí)間，達(dá)到降低縮二脲生成率的目的。汽提塔液位LV3043控制在75%以下，合成塔液位LI3052：40%～60%

（2）處理好低壓、蒸發(fā)、301F液位

低壓液位LIC3073：40%；LIC3075：40%；301F盡量控制在低液位20%。

（3）采用升膜快速立式列管蒸發(fā)器。升膜式蒸發(fā)器蒸發(fā)過(guò)程中生成的蒸發(fā)蒸汽帶動(dòng)尿素溶液混合物快速通過(guò)加熱列管，縮短加熱段停留時(shí)間。

（4）采用真空蒸發(fā)。真空蒸發(fā)可以降低操作溫度和尿素溶液在加熱段停留時(shí)間兩個(gè)目的。在較低壓力下可以相應(yīng)采用較低的操作溫度。真空下操作時(shí)，由于水蒸氣密度小，因此蒸發(fā)蒸汽在二段蒸發(fā)條件下，流過(guò)加熱列管的速度高達(dá)300m/ s以上，在列管內(nèi)停留時(shí)間小于百分之一秒。

4 水分控制措施制定

4.1 控制好高壓系統(tǒng)H/C

（1）控制307J/JA返回高壓系統(tǒng)的水量。

（2）控制307C/314D的濃度。

（3）穩(wěn)定高壓系統(tǒng)負(fù)荷，避免大幅波動(dòng)。

4.2 控制造粒返回301F的量

（1）清洗篩網(wǎng)時(shí)盡量安排緊湊，減少?zèng)_洗水量，恢復(fù)時(shí)可以先讓管道干了之后再切回正常位置。

（2）清洗篩網(wǎng)或者低負(fù)荷下控制DIC3716的開度。

4.3 蒸發(fā)工況的控制

（1）在保證縮二脲合格的前提下適當(dāng)提高蒸發(fā)溫度。

（2）控制沖洗蒸發(fā)、喉管水量和時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

尿素裝置低負(fù)荷下產(chǎn)品質(zhì)量是可以控制的，但需要用心去控制每一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)。只有提升自身操作水平，結(jié)合理論與分析數(shù)據(jù)，探索其生成的規(guī)律，了解其特性，在生產(chǎn)過(guò)程中不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝，積極發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的要因，就能在生產(chǎn)中最大限度保證產(chǎn)品的優(yōu)級(jí)品率。產(chǎn)品質(zhì)量決定企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和口碑，所以控制產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

[1] 袁一，王文善.尿素[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

[2] 李海.尿素生產(chǎn)中縮二脲的形成及降低其含量的措施[J].安徽化工，2010，（01）.

Factors Influencing Quality of Urea Plant Under Low Load and Control Measures

Zhang De-bing

This paper expounds the main factors affecting the urea product quality under the low load operation of urea plant and the control measures

Urea production Low load Main cause Product quality control

TQ441.41

A

1003-6490（2017）01-0125-02

2017-01-15

張德炳（1985—），男，湖北陽(yáng)新人，助理工程師，尿素高級(jí)工，主要從事尿素主控操作工作。