大顆粒多肽尿素裝置的設計與運行情況分析

陳武東, 吳桂波, 李 飛

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

據統計，我國氮肥的利用率僅在25%～35%，與發達國家相比低20%～30%［1～2］。因此，如何提高化肥利用率、避免氮肥流失污染環境、實現傳統氮肥行業可持續發展等，已成為我國迫切需要解決的問題。多肽尿素作為一種新型肥料，由于添加了聚天冬氨酸（PASP），其對土壤中的陽離子具有極強的螯合、分散、吸附等作用，極大地提高了肥料利用率，增加了農作物產量［3］。

海洋石油富島有限公司（以下簡稱公司）化肥一期52 萬t/a 大顆粒尿素裝置，采用意大利斯納姆氨汽提尿素生產工藝，配以挪威海德魯流化床造粒技術，是國內第一套大顆粒尿素生產裝置。公司為增加尿素產品的多樣性，同時也為適應市場需求變化，對尿素造粒系統進行改造，增加一套多肽尿素生產系統。

1 多肽尿素生產工藝流程和主要設備

1.1 工藝流程

多肽尿素的生產是在尿素裝置的基礎上，增加多肽液系統，在尿素造粒前將多肽液加入濃縮后尿液中進行造粒。其中多肽液為一種水溶性多肽物質，外觀呈琥珀色透明液體。本裝置設計采用2臺多肽液注入泵將進料計量罐（容積20 m3）內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進行造粒，多肽尿素粒子經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料計量罐，這樣除起到攪拌的作用外，還能通過調節回流截止閥調節注入泵的各項指標，使其達到額定值。進料計量罐內設有蒸汽盤管，多肽液添加前需要通入蒸汽將多肽液加熱到70～80 ℃，以補償多肽液由于輸送管道散熱而引起的溫度降低，進料計量罐設有就地和遠程的溫度計，可實時監控多肽液溫度。多肽液注入系統時，要保證多肽液系統壓力高于蒸發系統壓力，防止尿液倒回多肽液系統而堵塞管線。

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 主要設備

多肽尿素生產裝置增加的主要設備見表1。

表1 主要增加設備

2 生產運行

2.1 產品產量、質量

公司大顆粒多肽尿素生產采取以銷定產的方式，多肽液儲存量可以滿足3～4 d的生產要求，多肽尿素設計生產能力為5 000～6 000 t/批。裝置自改造投用以來，先后生產4批，累計生產多肽尿素12 856.64 t。多肽尿素各項指標均達到企業優等品標準的要求，具體分析結果如表2所示。

表2 大顆粒多肽尿素成品分析結果%

2.2 裝置運行特點

大顆粒多肽尿素的生產工藝簡單，不涉及專利的問題，只需對普通尿素裝置進行簡單技改即可生產，投資費用低，建設周期短，既節能又環保。同時多肽尿素生產工藝與普通尿素生產工藝比較，不新增廢水、廢氣、廢渣排放。如遇到特殊情況可以隨時將多肽液系統移除，即可單獨生產普通尿素。因生產工藝流程簡單，所以對操作人員來說，無須重新學習培訓。

裝置批量生產時，多肽尿素產品中的關鍵組分金屬蛋白酶的含量穩定，則產品批次質量穩定優良。2016 年7 月13 日至7 月15 日連續生產過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果

3 生產中存在的問題

3.1 對散庫造成顏色污染

大顆粒多肽尿素進入成品包裝后，如果是單獨堆放，將對散庫造成顏色污染。

針對此情況，化肥一期在大顆粒多肽尿素生產中采取直接包裝的形式，即大顆粒多肽尿素不進散庫堆放，而直接包裝銷售。此形式徹底解決了大顆粒多肽尿素的顏色污染問題。

3.2 過渡產品較多

在大顆粒多肽尿素生產中，由于在多肽液中添加了顏料檸檬黃，使得其會隨著尿素顆粒、粉塵的回收而進入系統內部循環。大顆粒多肽尿素生產后，將產生一定量過渡產品。此過渡產品既不能按合格大顆粒尿素銷售，也不能按多肽尿素銷售，只能作為復合肥生產原料，增加復合肥袋裝尿素相應的費用投入。

針對此情況，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分即可。這樣雖然多肽尿素的產品顏色會淡一些，但可大幅度減少過渡產品量。

3.3 存在設備腐蝕風險

3.3.1 多肽液中氯離子在尿素系統的循環過程

在購買的原料多肽液指標中，明確標明氯離子質量濃度≤250 mg/L，經多次分析，多肽液中氯離子質量濃度在100～120 mg/L。

多肽液在造粒給料泵前加入系統，絕大部分的氯離子隨著成品顆粒外送（氯離子出口1）。其中在造粒系統運行過程中，有小部分氯離子會隨著造粒系統產生的粉塵循環至尿素前系統，這部分氯離子，其中一部分會通過系統的工藝冷凝液外送至公用工程（氯離子出口2），脫除氯離子后將冷凝液回收利用，另一部分則會循環至尿素3臺高壓設備中（氯離子循環3），這期間可能會對3臺高壓設備造成腐蝕。因此，當大顆粒多肽尿素生產結束后，殘留物氯離子會逐步被成品尿素帶走，但極少數的氯離子會在系統中循環、富集（見圖3）。

圖3 氯離子在尿素系統的循環過程

3.3.2 氯離子對系統的危害性

氯離子對奧氏體不銹鋼鈍態起到直接的破壞作用，導致點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕，這種腐蝕在早期很難被發現，但是一旦檢測發現晶間腐蝕或應力腐蝕，就會對設備造成嚴重的、不可逆的破壞。化肥一期尿素裝置3臺高壓靜設備汽提塔、高壓甲銨冷凝器、合成塔分別在2014 年和2016 年進行更新。根據氯離子腐蝕機制，在120～300 ℃的運行溫度下，其對這3 臺高壓設備的材質腐蝕是致命的。《工業金屬管道工程施工質量驗收規范》（GB 50184—2011）［4］中壓力試驗和水沖洗部分均明確水中氯離子質量濃度不得超過25 mg/L。當氯離子質量濃度達到25 mg/L 以上時，其對尿素3 臺高壓設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

在尿素生產的各相關工序中取具有代表性的樣品委托第三方進行氯離子分析，以評估氯離子對尿素關鍵設備的影響程度，結果如表3所示。

分析結果顯示，在生產運行過程中多肽液中含有的氯離子主要集中在產品顆粒中，而在尿素合成塔、汽提塔等關鍵設備中的質量濃度均小于0.50mg/L，不會對高壓設備造成腐蝕。此數據是化肥一期短時間生產的結果，如長期生產大顆粒多肽尿素，是否會對系統造成腐蝕，還需要進一步驗證。如果大顆粒多肽尿素長期生產，氯離子會在高壓設備中富集。針對此情況推薦小批量、短期生產多肽尿素，同時需嚴格控制多肽液原料中氯離子含量，不合格品禁止使用。多肽尿素生產結束后，殘留的氯離子循環回高壓系統的則會很少，同時隨著時間的推移，殘留的氯離子也會逐步被成品尿素帶走，其對設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量濃度 mg/L

4 經濟效益

由于大顆粒多肽尿素肥效高，增加了尿素的附加值，屬尿素增值產品，其銷售價格比普通尿素產品高100 元/t。大顆粒多肽尿素在生產過程中增加的成本約36.31元/t（包括原料、人工、損耗、包裝等）。因此，生產多肽尿素可增加銷售利潤約63.69元/t。相比生產普通大顆粒尿素，其經濟效益明顯，同時市場需求旺盛，具有良好的推廣價值。

5 結束語

目前，傳統氮肥生產企業產能過剩且面臨著生產成本高、節能減排任務重、環保要求苛刻、產品質量持續提升的壓力，所以盡快實現產品結構調整，提高企業核心競爭力，才是傳統氮肥企業未來發展的方向。而增值尿素是傳統氮肥企業未來發展的一個重要方向，也提高了企業的可持續發展能力，同時隨著對多肽尿素生產時帶來的不利因素的深刻認識，以及產品的不斷升級優化，存在的問題也將逐步被消除。