CO2汽提法尿素裝置低負(fù)荷條件下產(chǎn)出優(yōu)等品的控制措施

孫云龍,徐 亮

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司主要裝置包括煤氣化、合成氨、大顆粒尿素生產(chǎn)以及公用工程等。其中尿素裝置采用荷蘭Stamicarbon公司的CO2汽提法，利用池式反應(yīng)器的新工藝，日產(chǎn)尿素1 860 t。2015年5月9日投產(chǎn)，產(chǎn)品投放市場后反應(yīng)良好。

自投產(chǎn)以來，因氣化爐燒嘴壓差波動導(dǎo)致的停爐、氣化正常倒?fàn)t檢修、煤質(zhì)等系統(tǒng)問題，尿素裝置多次降負(fù)荷至55%～60%操作。尤其是2018年4月至今，尿素合成低負(fù)荷下，尿素成品中縮二脲(Bi)超標(biāo)，影響產(chǎn)品優(yōu)等品率，公司收益受損。針對低負(fù)荷運(yùn)行，筆者總結(jié)操作要點(diǎn)，降負(fù)荷后4 h左右調(diào)出優(yōu)等品[1]。

1 非優(yōu)等品尿素產(chǎn)生原因分析

非優(yōu)等品尿素產(chǎn)生的主要原因包括：Bi含量超標(biāo)、水含量超標(biāo)、甲醛含量超標(biāo)、產(chǎn)品粒度不合格。筆者分析的是低負(fù)荷(55%)下產(chǎn)出非優(yōu)等品原因，所以不涉及到水含量超標(biāo)、甲醛含量超標(biāo)、產(chǎn)品粒度不合格因素。

通過分析Bi含量超標(biāo)的原因并采取相應(yīng)的措施，最終達(dá)到低負(fù)荷下產(chǎn)出優(yōu)等品的目的[2]。

2 影響B(tài)i生成的因素及調(diào)整思路

Bi是生產(chǎn)尿素過程中不可避免的副產(chǎn)物。由于各工段的工藝、參數(shù)各不相同，產(chǎn)生Bi的比重也不同[3]，本套裝置的物料平衡表數(shù)據(jù)(見表1)顯示，Bi在各工段產(chǎn)生的比例。

表1 物料平衡表數(shù)據(jù) %

尿素裝置中Bi的生成因素包括低的游離氨環(huán)境、高溫、停留時間。通過表1可以得出:本裝置的Bi主要產(chǎn)生于汽提塔、一段蒸發(fā)和二段蒸發(fā)環(huán)節(jié)。

汽提塔出液溫度為172 ℃左右，由于在50%左右負(fù)荷下汽提塔負(fù)荷較低，降低殼側(cè)蒸汽壓力減少熱量，可減少Bi生成。同時，高壓圈保持高氨碳比操作，可抑制Bi的生成。汽提塔液位盡量低控操作，在減少部分停留時間的同時保持足夠的冷凝空間，防止熱量通過氣相傳遞至液相，造成汽提塔底部加劇生成Bi。但液位也不宜太低，防止局部串氣引起低壓回收系統(tǒng)波動。

對于蒸發(fā)系統(tǒng)，由于96%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的尿液已經(jīng)足以用于造粒，所以一段蒸發(fā)的溫度可以適當(dāng)降低，同時通過二段蒸發(fā)的控制以達(dá)到濃度要求。要達(dá)到濃度要求，二段蒸發(fā)的帶水分析質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須達(dá)到3.5%左右，同時必須要保持負(fù)壓在-80 kPa(表壓)，二段蒸發(fā)溫度要高于結(jié)晶溫度127.5 ℃，以避免尿液進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，同時還能降低Bi的生成[4]。蒸發(fā)的過程是瞬間的，而為了進(jìn)一步降低Bi的生成，可適當(dāng)減少一段蒸發(fā)的負(fù)壓(注意氣相水含量分析)，進(jìn)而增加一段、二段蒸發(fā)之間的壓差，減少停留時間。

需特別注意的是，蒸發(fā)系統(tǒng)的溫度波動會導(dǎo)致Bi的大量生成，所以在低負(fù)荷運(yùn)行期間，需要盡量減小蒸發(fā)系統(tǒng)溫度波動。由于蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷的減少，不可避免地引起產(chǎn)品水含量的增加，所以要在造粒過程中減少成品顆粒中的水含量。

由于造粒工況中尿素基本上以固體形式存在，而固相中Bi的生成是微乎其微的，所以可以采取提高造粒機(jī)料位、提高造粒機(jī)床層溫度、加大流化風(fēng)量等操作來降低水含量，以便達(dá)到成品中Bi的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.9%的情況下，水分同樣達(dá)到國標(biāo)優(yōu)等品要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.5%)。

3 控制方法

3.1 高壓系統(tǒng)的調(diào)整

在高壓系統(tǒng)高氨碳比的操作基礎(chǔ)下，根據(jù)負(fù)荷調(diào)整高壓蒸汽飽和器壓力，控制汽提塔出液溫度在指標(biāo)范圍內(nèi)，以此減少Bi生成。

在低負(fù)荷下，操作時改變汽提塔出液溫度，取樣分析Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出溫度對Bi生成的影響，見圖1。

圖1 系統(tǒng)負(fù)荷在55%時,汽提塔溫度對Bi生成的影響

汽提塔出液中Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計值是0.22%，在55%負(fù)荷下，汽提塔出液溫度控制在166～167 ℃時可以保證產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)溫度超過168 ℃，Bi的生成會急劇增加。

3.2 蒸發(fā)系統(tǒng)溫度的調(diào)整

在55%負(fù)荷下，調(diào)整蒸發(fā)系統(tǒng)溫度，實(shí)際操作溫度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖2。

圖2 系統(tǒng)負(fù)荷在55%時，蒸發(fā)操作溫度與Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

由圖2可見：當(dāng)Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到穩(wěn)定值(0.89%)時，得到二段蒸發(fā)最佳操作溫度為128 ℃，對應(yīng)一段蒸發(fā)最佳操作溫度為126 ℃。在一段和二段蒸發(fā)最佳溫度下操作，保證蒸發(fā)的真空在指標(biāo)范圍內(nèi)，尿素成品Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定在0.82%～0.89%，滿足優(yōu)等品設(shè)計值質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.9%要求[1]。

根據(jù)Bi生成的因素和各工段Bi生成的比重制定控制措施，對全系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，具體措施如下:

(1) 根據(jù)汽提塔出液溫度，調(diào)整高壓汽包壓力為1.39 MPa(g)左右、低壓汽包壓力為0.5 MPa以上，保證池式反應(yīng)器溫度為183 ℃以上。

(2) 一段蒸發(fā)壓力控制在-60 kPa(g)、溫度為126 ℃，二段蒸發(fā)壓力為-80 kPa(g)、溫度為128 ℃。

(3) 蒸發(fā)二段液位禁止?jié)M液操作(蒸發(fā)視鏡有大量氣泡)。

(4) 氨碳比控制在3.05以上，避免大幅波動。

(5) 汽提塔液位控制在50%，精餾塔液位控制在25%。

(6) 低負(fù)荷時造粒機(jī)第二室溫度控制在106 ℃，第一室溫度控制在100 ℃。

通過以上方法，調(diào)整前后數(shù)據(jù)見圖3。數(shù)據(jù)顯示:尿素低負(fù)荷(55%)時，可以調(diào)整出優(yōu)等品。

圖3 系統(tǒng)優(yōu)化后Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對比

4 結(jié)語

通過上述操作，本裝置在低負(fù)荷時尿素成品中可控制Bi質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.9%，產(chǎn)品的優(yōu)等品率得到了保證，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了公司的經(jīng)濟(jì)效益。