大顆粒多肽尿素裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行情況分析

陳武東, 吳桂波, 李 飛

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)氮肥的利用率僅在25%～35%，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比低20%～30%［1～2］。因此，如何提高化肥利用率、避免氮肥流失污染環(huán)境、實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)氮肥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展等，已成為我國(guó)迫切需要解決的問(wèn)題。多肽尿素作為一種新型肥料，由于添加了聚天冬氨酸（PASP），其對(duì)土壤中的陽(yáng)離子具有極強(qiáng)的螯合、分散、吸附等作用，極大地提高了肥料利用率，增加了農(nóng)作物產(chǎn)量［3］。

海洋石油富島有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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)，是國(guó)內(nèi)第一套大顆粒尿素生產(chǎn)裝置。公司為增加尿素產(chǎn)品的多樣性，同時(shí)也為適應(yīng)市場(chǎng)需求變化，對(duì)尿素造粒系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加一套多肽尿素生產(chǎn)系統(tǒng)。

1 多肽尿素生產(chǎn)工藝流程和主要設(shè)備

1.1 工藝流程

多肽尿素的生產(chǎn)是在尿素裝置的基礎(chǔ)上，增加多肽液系統(tǒng)，在尿素造粒前將多肽液加入濃縮后尿液中進(jìn)行造粒。其中多肽液為一種水溶性多肽物質(zhì)，外觀呈琥珀色透明液體。本裝置設(shè)計(jì)采用2臺(tái)多肽液注入泵將進(jìn)料計(jì)量罐（容積20 m3）內(nèi)的多肽液送至尿素造粒給料泵入口管線，與尿液混合后送至造粒系統(tǒng)進(jìn)行造粒，多肽尿素粒子經(jīng)輸送帶送至成品包裝工序。注入泵出口配置有管線將部分多肽液回流至進(jìn)料計(jì)量罐，這樣除起到攪拌的作用外，還能通過(guò)調(diào)節(jié)回流截止閥調(diào)節(jié)注入泵的各項(xiàng)指標(biāo)，使其達(dá)到額定值。進(jìn)料計(jì)量罐內(nèi)設(shè)有蒸汽盤(pán)管，多肽液添加前需要通入蒸汽將多肽液加熱到70～80 ℃，以補(bǔ)償多肽液由于輸送管道散熱而引起的溫度降低，進(jìn)料計(jì)量罐設(shè)有就地和遠(yuǎn)程的溫度計(jì)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控多肽液溫度。多肽液注入系統(tǒng)時(shí)，要保證多肽液系統(tǒng)壓力高于蒸發(fā)系統(tǒng)壓力，防止尿液倒回多肽液系統(tǒng)而堵塞管線。

多肽尿素裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 多肽尿素裝置工藝流程

1.2 主要設(shè)備

多肽尿素生產(chǎn)裝置增加的主要設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 主要增加設(shè)備

2 生產(chǎn)運(yùn)行

2.1 產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量

公司大顆粒多肽尿素生產(chǎn)采取以銷(xiāo)定產(chǎn)的方式，多肽液儲(chǔ)存量可以滿足3～4 d的生產(chǎn)要求，多肽尿素設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5 000～6 000 t/批。裝置自改造投用以來(lái)，先后生產(chǎn)4批，累計(jì)生產(chǎn)多肽尿素12 856.64 t。多肽尿素各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到企業(yè)優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)的要求，具體分析結(jié)果如表2所示。

表2 大顆粒多肽尿素成品分析結(jié)果%

2.2 裝置運(yùn)行特點(diǎn)

大顆粒多肽尿素的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，不涉及專(zhuān)利的問(wèn)題，只需對(duì)普通尿素裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單技改即可生產(chǎn)，投資費(fèi)用低，建設(shè)周期短，既節(jié)能又環(huán)保。同時(shí)多肽尿素生產(chǎn)工藝與普通尿素生產(chǎn)工藝比較，不新增廢水、廢氣、廢渣排放。如遇到特殊情況可以隨時(shí)將多肽液系統(tǒng)移除，即可單獨(dú)生產(chǎn)普通尿素。因生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，所以對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)，無(wú)須重新學(xué)習(xí)培訓(xùn)。

裝置批量生產(chǎn)時(shí)，多肽尿素產(chǎn)品中的關(guān)鍵組分金屬蛋白酶的含量穩(wěn)定，則產(chǎn)品批次質(zhì)量穩(wěn)定優(yōu)良。2016 年7 月13 日至7 月15 日連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中金屬蛋白酶含量如圖2所示。

圖2 多肽尿素中金屬蛋白酶分析結(jié)果

3 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

3.1 對(duì)散庫(kù)造成顏色污染

大顆粒多肽尿素進(jìn)入成品包裝后，如果是單獨(dú)堆放，將對(duì)散庫(kù)造成顏色污染。

針對(duì)此情況，化肥一期在大顆粒多肽尿素生產(chǎn)中采取直接包裝的形式，即大顆粒多肽尿素不進(jìn)散庫(kù)堆放，而直接包裝銷(xiāo)售。此形式徹底解決了大顆粒多肽尿素的顏色污染問(wèn)題。

3.2 過(guò)渡產(chǎn)品較多

在大顆粒多肽尿素生產(chǎn)中，由于在多肽液中添加了顏料檸檬黃，使得其會(huì)隨著尿素顆粒、粉塵的回收而進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。大顆粒多肽尿素生產(chǎn)后，將產(chǎn)生一定量過(guò)渡產(chǎn)品。此過(guò)渡產(chǎn)品既不能按合格大顆粒尿素銷(xiāo)售，也不能按多肽尿素銷(xiāo)售，只能作為復(fù)合肥生產(chǎn)原料，增加復(fù)合肥袋裝尿素相應(yīng)的費(fèi)用投入。

針對(duì)此情況，盡可能減少多肽液中的檸檬黃添加量，只需使多肽尿素顏色與正常尿素有區(qū)分即可。這樣雖然多肽尿素的產(chǎn)品顏色會(huì)淡一些，但可大幅度減少過(guò)渡產(chǎn)品量。

3.3 存在設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

3.3.1 多肽液中氯離子在尿素系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程

在購(gòu)買(mǎi)的原料多肽液指標(biāo)中，明確標(biāo)明氯離子質(zhì)量濃度≤250 mg/L，經(jīng)多次分析，多肽液中氯離子質(zhì)量濃度在100～120 mg/L。

多肽液在造粒給料泵前加入系統(tǒng)，絕大部分的氯離子隨著成品顆粒外送（氯離子出口1）。其中在造粒系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，有小部分氯離子會(huì)隨著造粒系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵循環(huán)至尿素前系統(tǒng)，這部分氯離子，其中一部分會(huì)通過(guò)系統(tǒng)的工藝?yán)淠和馑椭凉霉こ蹋入x子出口2），脫除氯離子后將冷凝液回收利用，另一部分則會(huì)循環(huán)至尿素3臺(tái)高壓設(shè)備中（氯離子循環(huán)3），這期間可能會(huì)對(duì)3臺(tái)高壓設(shè)備造成腐蝕。因此，當(dāng)大顆粒多肽尿素生產(chǎn)結(jié)束后，殘留物氯離子會(huì)逐步被成品尿素帶走，但極少數(shù)的氯離子會(huì)在系統(tǒng)中循環(huán)、富集（見(jiàn)圖3）。

圖3 氯離子在尿素系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程

3.3.2 氯離子對(duì)系統(tǒng)的危害性

氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼鈍態(tài)起到直接的破壞作用，導(dǎo)致點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕，這種腐蝕在早期很難被發(fā)現(xiàn)，但是一旦檢測(cè)發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕，就會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的、不可逆的破壞。化肥一期尿素裝置3臺(tái)高壓靜設(shè)備汽提塔、高壓甲銨冷凝器、合成塔分別在2014 年和2016 年進(jìn)行更新。根據(jù)氯離子腐蝕機(jī)制，在120～300 ℃的運(yùn)行溫度下，其對(duì)這3 臺(tái)高壓設(shè)備的材質(zhì)腐蝕是致命的。《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50184—2011）［4］中壓力試驗(yàn)和水沖洗部分均明確水中氯離子質(zhì)量濃度不得超過(guò)25 mg/L。當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度達(dá)到25 mg/L 以上時(shí)，其對(duì)尿素3 臺(tái)高壓設(shè)備的破壞性是巨大的。

3.3.3 尿素裝置部分工段氯離子含量

在尿素生產(chǎn)的各相關(guān)工序中取具有代表性的樣品委托第三方進(jìn)行氯離子分析，以評(píng)估氯離子對(duì)尿素關(guān)鍵設(shè)備的影響程度，結(jié)果如表3所示。

分析結(jié)果顯示，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中多肽液中含有的氯離子主要集中在產(chǎn)品顆粒中，而在尿素合成塔、汽提塔等關(guān)鍵設(shè)備中的質(zhì)量濃度均小于0.50mg/L，不會(huì)對(duì)高壓設(shè)備造成腐蝕。此數(shù)據(jù)是化肥一期短時(shí)間生產(chǎn)的結(jié)果，如長(zhǎng)期生產(chǎn)大顆粒多肽尿素，是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成腐蝕，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。如果大顆粒多肽尿素長(zhǎng)期生產(chǎn)，氯離子會(huì)在高壓設(shè)備中富集。針對(duì)此情況推薦小批量、短期生產(chǎn)多肽尿素，同時(shí)需嚴(yán)格控制多肽液原料中氯離子含量，不合格品禁止使用。多肽尿素生產(chǎn)結(jié)束后，殘留的氯離子循環(huán)回高壓系統(tǒng)的則會(huì)很少，同時(shí)隨著時(shí)間的推移，殘留的氯離子也會(huì)逐步被成品尿素帶走，其對(duì)設(shè)備的影響將逐步弱化。

表3 尿素裝置部分工段取樣氯離子質(zhì)量濃度 mg/L

4 經(jīng)濟(jì)效益

由于大顆粒多肽尿素肥效高，增加了尿素的附加值，屬尿素增值產(chǎn)品，其銷(xiāo)售價(jià)格比普通尿素產(chǎn)品高100 元/t。大顆粒多肽尿素在生產(chǎn)過(guò)程中增加的成本約36.31元/t（包括原料、人工、損耗、包裝等）。因此，生產(chǎn)多肽尿素可增加銷(xiāo)售利潤(rùn)約63.69元/t。相比生產(chǎn)普通大顆粒尿素，其經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時(shí)市場(chǎng)需求旺盛，具有良好的推廣價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，傳統(tǒng)氮肥生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩且面臨著生產(chǎn)成本高、節(jié)能減排任務(wù)重、環(huán)保要求苛刻、產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升的壓力，所以盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，才是傳統(tǒng)氮肥企業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。而增值尿素是傳統(tǒng)氮肥企業(yè)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向，也提高了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，同時(shí)隨著對(duì)多肽尿素生產(chǎn)時(shí)帶來(lái)的不利因素的深刻認(rèn)識(shí)，以及產(chǎn)品的不斷升級(jí)優(yōu)化，存在的問(wèn)題也將逐步被消除。