尿素裝置蒸發循環產品的質量控制及改進措施

任華鋒，姚鵬程

(中海石油化學股份有限公司 海南東方 572600)

縮二脲是尿素生產過程中的主要副產物。中海石油化學股份有限公司二期800 kt/a尿素裝置采用二氧化碳汽提工藝，造粒系統采用Hydro流化床造粒技術。在正常生產中，尿素產品能夠達到國標優級品的指標，但在尿液蒸發循環后再造粒的過程中存在一些問題，主要表現為尿素產品中縮二脲含量偏高。為此，通過對尿素裝置不斷進行技術改造、提高工藝操作水平、積極尋求質量改進措施，從根本上減少蒸發循環返回尿液再造粒產生的不合格尿素的量，使尿素產品優級品率得到較大提高，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 蒸發造粒工藝流程

如圖1所示：來自閃蒸槽的尿液經過預蒸發后，尿素質量分數提高至74%以上，然后輸送至尿液儲槽，再經尿素溶液泵送至一段蒸發器被濃縮至質量分數96%；出一段蒸發分離器的熔融尿液由熔融尿液泵送入流化床造粒系統，經噴嘴噴出并被霧化空氣霧化成極細小的液滴后進入造粒機內，均勻噴灑至床層中，連續不斷地在尿素晶種顆粒表面累積、冷卻、結晶和干燥，尿液冷卻釋放出的熱量和結晶熱由流化空氣帶走；長大至一定粒徑的尿素顆粒從造粒機床層排出進入流化床冷卻器中被空氣冷卻至包裝溫度或貯存溫度，最終經篩分得到粒徑為Ф 2.00～4.75 mm的成品顆粒尿素。

2 原因分析

流化床造粒技術與傳統的塔式造粒原理不同，需要定期進行清洗。當造粒機進行清洗或蒸發造粒系統出現故障時，尿液處理量由正常工況的140 t/h減至80 t/h，其余的尿液只能通過尿液循環閥HV3523返回尿液儲槽A室，而尿液儲槽A室很快會滿液并溢流至尿液儲槽B室，造成尿液長時間積聚，延長了尿液的停留時間。

一段蒸發分離器液位LT3043A由HV3523控制，較難穩定，經常出現高液位情況。在正常生產中，一段蒸發分離器百葉窗頂部存在縮二脲積存現象，若操作不當，嚴重時一段分離器滿液至頂部，會攜帶積存的縮二脲進入尿液中。

清洗造粒機需耗時數小時，尿液儲槽A室和B室內的尿液濃度和溫度大幅提高，其中A室溫度可達110 ℃，尿素縮合反應加劇，最終導致重新造粒的尿素產品縮二脲含量超過控制指標。由于造粒裝置運行周期不理想，一般運行20 d左右就需進行清洗，直接影響了尿素產品的優級品率，同時給散庫存放、分析檢驗、產品銷售等帶來負擔。

綜上所述，尿液經蒸發循環后再造粒出現不合格尿素產品的主要原因：①尿液儲槽在設計上沒有考慮將蒸發循環返回的尿液與正常生產的尿液分別存放，在清洗造粒機或造粒裝置出現故障時，尿液在蒸發循環過程中被反復加熱提濃，導致縮合反應加劇，縮二脲含量上升；②原始操作規程沒有蒸發循環控制指標，蒸發循環時各指標控制存在偏差；③一段蒸發分離器頂部存在縮二脲積存，在一段蒸發分離器滿液時，積存的縮二脲可能進入尿液中；④造粒機清洗頻繁且清洗耗時較長，使得尿液停留時間延長，縮二脲生成量大幅增加。

經統計(表1)，蒸發循環后產生的不合格尿素在400 t左右。

表1 蒸發循環尿液造粒產品質量與待檢尿素總量

3 改造措施

3.1 設備改造措施

針對引起尿素產品質量不合格的原因，對尿液循環時的尿液儲槽進料方式進行了改造,即在尿液循環管線上增設1條副線并安裝切斷閥，蒸發循環返回的尿液直接進入尿液儲槽的B室。改造前后的尿液儲槽如圖2所示。

圖2 尿液儲槽改造前后示意

改造后，蒸發循環時全開新增管線上的切斷閥并關閉返回尿液儲槽A室的切斷閥，使蒸發循環返回的尿液進入尿液儲槽B室，確保正常生產的尿液與循環返回的尿液分別存放，縮短了尿液反復加熱提濃的時間；尿液儲槽A室最高溫度在100.1 ℃，比改造前降低了約10 ℃，相應尿液中尿素質量分數也下降至81.6%，有利于減少縮二脲的生成量；造粒機投料正常后，根據尿素產品質量情況再稍開尿液儲槽B室的下液閥，將蒸發循環返回的尿液以小流量并入正常尿液中。

3.2 工藝優化措施

在尿素生產過程中生成縮二脲是不可避免的，但由于生產過程中各階段操作規程、參數、工藝、停留時間的不同，縮二脲的生成量也不盡相同。在高壓系統，縮二脲的生成量主要受溫度和過剩氨含量的影響，其生成質量分數一般在0.2%～0.3%；在低壓系統，由于氨分壓降低而溫度較高，縮二脲生成質量分數在0.1%～0.2%；在蒸發造粒系統，縮二脲的生成主要受加熱溫度和停留時間的影響，縮二脲生成量最多，生成質量分數在0.3%～0.6%。

針對蒸發循環時縮二脲生成量較大的情況，對工藝指標進行了優化：①高壓合成系統氨碳比提高至3.18～3.20；②汽提塔下液溫度控制在≤169 ℃，同時應防止汽提塔液位過高而導致停留時間延長；③低壓精餾塔加熱段溫度由137 ℃降至135 ℃；④對影響一段蒸發分離器出液的主要因素，如蒸發流量、殼側溫度、真空度等進行了調整并實時分析，確定蒸發循環時的最佳控制參數，即蒸發循環量在70～80 t/h，一段蒸發分離器真空度≤-50 kPa，一段蒸發分離器出液溫度≤108 ℃；⑤蒸發循環時，循環返回的尿液必須送至尿液儲槽B室。

按上述參數控制，在蒸發循環量為70 t/h時，一段蒸發分離器出液中尿素質量分數<92%，縮二脲質量分數為0.7%。

3.3 減少一段蒸發分離器縮二脲積存量

通過反復摸索，找到了在線沖洗一段蒸發分離器的參考依據，根據這些參數調節沖洗水量，既能保持系統穩定，又能盡量減少縮二脲的積存。為此，對在線沖洗一段蒸發分離器制定了相應的規定：①每隔4 h進行一次沖洗；②一段蒸發分離器頂部閥門全開后沖洗5 min，喉管沖洗5 min；③百葉窗沖洗5 min，如果在沖洗過程中一段蒸發分離器下液溫度降至127 ℃以下時停止沖洗；④每天10：00至12：00沖洗一段蒸發分離器氣相管線10 min，沖洗水閥開度50%；⑤在適當時機，如檢修時處理一段蒸發分離器積存的縮二脲。

上述措施實施后，在裝置正常運行情況下，一段蒸發分離器真空度控制在-75 kPa，閥門OP值一直保持在24%～45%，具有良好的穩定性。

3.4 縮短單次造粒機清洗時間

由于粉塵累積等原因，流化床造粒機需定期進行清洗。據統計，對于800 kt/a的流化床造粒裝置，單次造粒機清洗時間在4 h左右。根據現場實際情況，優化清洗步驟，制定了針對性的措施：①提前進行造粒機清洗的準備工作，包括確認返料管線及沖洗水管線是否暢通、檢查相關設備、準備檢修時需更換的備品備件、組織及安排相關人員等；②優化清洗方案，根據實際情況決定噴淋試驗和泄漏試驗的時間；③根據現場檢查情況，決定是否進行除塵管道的清洗；④根據風量及現場濾網情況，判定是否清洗風機濾網；⑤根據實際情況決定是否清理及沖洗斗提機；⑥增大清洗后造粒機、各流化冷卻床烘床的風量并提高溫度，同時采用正壓烘床以使熱量向上傳遞，縮短動設備的干燥時間。

上述措施實施后，造粒機單次清洗時間縮短至3 h，由此縮短了蒸發尿液的循環時間，減少了循環尿液總量。

4 改造效果

尿液儲槽的尿液循環管線改造完成后，操作簡單、方便。通過工藝優化措施的實施，可根據產品質量分析情況，將尿液儲槽B室中蒸發循環返回的尿液以小流量并入正常尿液中，直接避免了不合格尿素產品的產生。改造后，蒸發循環返回尿液再次造粒的尿素產品質量如表2所示。

表2 改造后蒸發循環返回尿液再次造粒的尿素產品質量

5 結語

縮二脲超標主要發生在尿素裝置蒸發循環后，結合縮二脲生成的特點，通過采取合理的技改措施并優化工藝控制指標，能較好地控制尿素產品中的縮二脲含量，保障產品優級品率，避免因清洗造粒機而產生的大量待檢尿素，起到了一定的降本增效作用。