低負荷下影響尿素產品質量的因素和控制措施

張德炳

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

低負荷下影響尿素產品質量的因素和控制措施

張德炳

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

闡述尿素裝置低負荷運行，影響尿素產品質量的主要因素以及控制措施。

尿素生產；低負荷；要因；產品質量控制

中海石油化學股份有限公司化肥二部尿素裝置由中國成達化學工程公司設計完成。主裝置工藝采用斯塔米卡邦改進型二氧化碳汽提法，造粒工藝采用海德魯大顆粒技術。生產能力為年產80萬t的大顆粒尿素裝置。斯塔米卡邦改進型二氧化碳汽提法工藝由高壓系統、低壓系統和尿液的蒸發與造粒系統三部分組成。

尿素產品質量的控制是尿素生成中重要的一環，其優級品率直接影響企業的口碑和品牌競爭力。我們廠的尿素裝置采用荷蘭斯塔米卡邦改進型二氧化碳汽提法生成工藝，從原始開車至今經過多次優化調整，產品質量有了明顯的提高。但是由于造粒系統清洗篩網和應對組分波動時大幅減負荷時產品優級品率無法保證（縮二脲、水含量偏高），針對系統的有關工藝指標，結合分析化驗中心所做的分析數據對裝置進行了具體的考量，找出了影響產品質量的主要因素，并提出了具體的解決方案。

1 縮二脲含量高要因的分析

縮二脲生成的反應機理：在尿素生產過程中，縮二脲既在水溶液中（如尿素合成反應過程，未反應物的分解過程）生成，也在最后蒸發階段的無水熔融物中生成?？s二脲作為尿素生產過程中的副產物，伴隨著尿素的整個生產過程。其總的反應式為：

由上面的反應可以看出，在縮合反應中放出氨，所以當增加尿素溶液中的氨量，可以抑制上面的反應，減少縮合物縮二脲的生產。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停留時間都有利于縮二脲的生成。

表1 不同負荷下縮二脲的在各系統的實測值

由表1可以看出，前系統負荷在85%以上時，縮二脲的含量基本上都能控制在廠控指標≤0.87wt%以下。一旦負荷低于70%時或者拉301FB（尿素溶液貯槽B室），縮二脲含量都會高達1%以上，達不到我司優級品的標準，控制起來比較困難。由表1分析得知，前系統中雖然反應溫度控制較高，但是同時由于它們的游離氨含量較高，數據顯示它們產生的縮二脲含量并不高。反而在相對溫度不高的蒸發造粒系統中，縮二脲卻是前系統的1.5～2倍，那是因為蒸發造粒系統中尿液濃度較高，游離氨含量少才會導致縮二脲含量高于前系統。由上述數據分析可以得知影響縮二脲生成的主要因素有溫度、氨分壓、停留時間。

1.1 溫度

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

而當溫度保持不變時，縮二脲的生成率則隨尿素濃度呈幾何倍數增加。由圖1我們得知，溫度對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系

1.2 氨分壓

由尿素縮合反應生成縮二脲的反應式：

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，當尿素溶液或尿素熔融物中氨分壓降低時，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分壓的關系。

圖2 一定溫度下縮二脲生成率與氨分壓的關系

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 停留時間

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

圖3 溫度和停留時間與縮二脲增長率的關系

停留時間跟裝置的負荷息息相關。物料在設備的停留時間可以用以下式子表述：

t：表示為尿液在設備的停留時間；

V：表示設備的有效容積；

Q：表示為物料的體積流量。

由上式得知，設備的有效容積V一般是固定的，當裝置的負荷降低時，反應物料的體積流量Q減小，停留時間t增大，產品的縮二脲將增加。為控制低負荷下縮二脲的含量，必須從包括停留時間在內的各個因素加以控制。

蒸發速度對停留時間的影響：縮二脲生成率是隨著蒸發速度的增加而增加的。在規定蒸發器出口尿液濃度情況下，進蒸發器的尿液濃度越低，則其蒸發速度越高，縮二脲生成率就越高。對預蒸發分離器來說，其入口尿液濃度高一些為好。

2 水含量高要因分析

2.1 預、一段蒸發過程中的溫度低

主要因素：

（1）預、一段蒸發蒸汽壓力低、蒸汽量不足。

（2）預、一段蒸發負荷和蒸汽配比不成比例，尿液濃度低。

（3）外部沖洗水進入系統。

（4）蒸汽中惰氣含量超標，導致換熱面積降低，溫度降低。

（5）疏水器堵塞，導致不能進行很好的熱交換。

2.2 真空度偏低

主要因素：

（1）前系統組分差，進入蒸發系統的游離氨增多。

（2）循環水溫度控制過高。

（3）尿素濃度太低。

（4）系統存在泄露，或者PIC3100閥門開啟。

（5）蒸發的氣相管線、喉管存在堵塞結晶等。

3 縮二脲控制措施的制定

3.1 溫度的控制措施

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

（2）優化汽提塔殼側加熱蒸汽壓力PIC3203使之與生產負荷相匹配，在低壓吸收系統不超壓的前提下適當降低殼側壓力，以及建立適當的蒸汽冷凝液的液位；

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

3.2 氨分壓

（1）控制系統氨分壓

提高高壓系統的氨碳比AI3026在3.18左右，低負荷下氨碳比可以適當提高一點，嚴格控制預蒸發壓力在指標內（不能過高也不能過低），過低的壓力不僅存在結晶的危險，降低了進入一段蒸發的氨分壓，提高了進入一段蒸發的尿液濃度，反而會增加縮二脲生成速率。

（2）嚴控N/C、H/C

生產過程中要嚴密監控系統水碳比（水/碳＜1.85），同時也要控制好后系統返回到前系統的水量和甲銨液的濃度?？刂坪酶邏合到y、低壓系統的氨碳比，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，同時還有利于二氧化碳轉化率的提高。

3.3 停留時間

（1）減少合成塔汽提塔停留時間

在液位穩定的前提下，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間，達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、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器。升膜式蒸發器蒸發過程中生成的蒸發蒸汽帶動尿素溶液混合物快速通過加熱列管，縮短加熱段停留時間。

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

4 水分控制措施制定

4.1 控制好高壓系統H/C

（1）控制307J/JA返回高壓系統的水量。

（2）控制307C/314D的濃度。

（3）穩定高壓系統負荷，避免大幅波動。

4.2 控制造粒返回301F的量

（1）清洗篩網時盡量安排緊湊，減少沖洗水量，恢復時可以先讓管道干了之后再切回正常位置。

（2）清洗篩網或者低負荷下控制DIC3716的開度。

4.3 蒸發工況的控制

（1）在保證縮二脲合格的前提下適當提高蒸發溫度。

（2）控制沖洗蒸發、喉管水量和時間。

5 結束語

尿素裝置低負荷下產品質量是可以控制的，但需要用心去控制每一個細小的環節。只有提升自身操作水平，結合理論與分析數據，探索其生成的規律，了解其特性，在生產過程中不斷地優化生產工藝，積極發現問題的要因，就能在生產中最大限度保證產品的優級品率。產品質量決定企業的經濟效益和口碑，所以控制產品質量尤為重要。

[1] 袁一，王文善.尿素[M].北京：化學工業出版社，1997.

[2] 李海.尿素生產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，湖北陽新人，助理工程師，尿素高級工，主要從事尿素主控操作工作。