增值尿素轉產時過渡品多的原因分析及改進措施

侯立業

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154110）

0 引言

與傳統大顆粒尿素相比，增值尿素具有肥效期長，養分豐富、利用率高，可促進作物體內生長素的形成和有效改善農產品品質等特點。為滿足市場需求，提高大顆粒尿素產品附加值，2019 年10月，中海石油華鶴煤化有限公司（以下簡稱華鶴公司）通過產品結構調整推進轉型升級，在尿素生產部增加1套添加裝置，將添加劑加入系統，對常規尿素產品進行改性增值。所產的增值尿素產品有聚氨鋅尿素、腐植酸尿素、魚蛋白尿素、穩定性尿素、殼寡糖尿素等。但是受工藝流程和工藝特點制約，在轉換生產不同種類的增值尿素時，會產生一定量的過渡品（不合格產品），過渡品多會影響企業創收。

1 利用尿素裝置生產增值尿素的技術及存在的問題

利用尿素生產裝置生產增值尿素時，需要將不同種類的藥劑按照一定濃度、流量等加入蒸發系統中，經過蒸發后將一定濃度的混合尿液（尿液和藥劑）一并送入流化床造粒機中造粒，最終產出相應的增值尿素產品。利用原設計工藝流程生產增值尿素，會帶來諸多不利影響，例如：設備的腐蝕速率加快，成品顆粒中鎳含量偏高［1］；蒸發造粒系統工藝參數不易控制，特別是洗滌系統密度、壓差偏高，易導致造粒機“死床”，間接地增加了造粒機的清洗頻次；解吸、水解系統失調，集中表現在外送工藝冷凝液電導率偏高，造成污水處理等工段的能耗高，甚至會造成環保事故發生，同時加熱蒸汽消耗量大，解吸壓力和水解壓力過高；生產增值尿素期間遇到裝置整體減負荷或者停產增值尿素時產品質量難以把控，如藥劑中添加多種色素添加劑會產生大量的過渡品，造成一定的經濟損失。

針對上述問題，華鶴公司重新設計1套小蒸發系統，有效避免了動靜設備的腐蝕，有利于蒸發、造粒系統的各項工藝指標控制，水解系統能正常運行，在不影響原流程生產的前提下，提高了生產增值尿素時的操作彈性。小蒸發系統生產增值尿素工藝流程見圖1。

圖1 小蒸發系統生產增值尿素工藝流程

但是自小蒸發系統投用以來，每種產品之間需要較長的轉換時間，造成過渡品量多；同時在利用小蒸發系統生產增值尿素時，由正常尿素產品轉產增值尿素時和生產增值尿素結束后也會產生過渡品，且開始和結束的時候過渡品的量會相對更高，直接影響到企業的經濟效益。表1 為華鶴公司近2年增值尿素過渡品對經濟效益影響的統計。

表1 過渡品對經濟效益的影響核算

華鶴公司根據小蒸發系統的生產工藝特點，對小蒸發系統的工藝指標（小蒸發一、二段壓差值，造粒機料位，洗滌系統液位）進行優化，挖掘出過渡品多的原因以及解決措施，旨在最大限度地降低過渡品量，降低企業生產成本。

2 過渡品多的原因分析

受生產工藝和環境影響，2 種增值尿素產品切換時，不可避免會產生一定量的過渡品，該目標值不可能完全消除掉，只能通過生產工藝各方面的調整與優化，使其降低。目前華鶴公司將過渡品量控制在100 t 以下，產生過渡品時間控制在1.25 h 以下。通過人、機、料、法、環五方面進行分析，查找關鍵問題，找出導致過渡品量大的癥結，將其解決，隨后進行推廣。

2.1 小蒸發系統一、二段間壓差小

對2020年9月至10月生產增值尿素期間，小蒸發系統一、二段壓差以及過渡品量進行了統計。規程要求應將小蒸發系統一、二段壓差控制在15 kPa，實際生產中，受設備及負荷影響，將該值控制在10 kPa。小蒸發系統一、二段間壓差較小時，尿液在小蒸發系統中的停留時間會變長，因尿液由一段進入二段的流動速率變小，單位時間內流通的尿液質量減少，這樣就會使得2種增值尿素的藥劑置換所花費的時間變長，過渡品量就變多。

2.2 加藥泵出口流量不足

在生產增值尿素時，需要先將不同種類的藥劑按照一定的配比在加藥罐中進行溶解或者提溫，然后通過加藥泵將不同種類的藥劑送入小蒸發系統中，但是當切換兩種藥劑時，加藥泵經常會發生流量不足甚至斷料的情況。增值尿素所添加的藥劑理化性質不同，其溶解度和黏度都不盡相同。華鶴公司生產的增值尿素種類主要有穩定性尿素、魚蛋白尿素、聚天門冬氨酸尿素、聚銨鋅（禾谷素）尿素、鋅腐酸增效尿素、殼寡糖尿素等，色素添加劑有果綠、檸檬黃、堅固艷藍、85%亮藍。上述增值尿素中，殼寡糖和鋅腐酸藥劑溶解較為困難且溶解后的溶液黏度很大，并且在加藥罐的底部濃度和黏度越來越大，嚴重影響了加藥泵的出口流量。同時藥劑的不溶物等會沉淀到罐體的底部，造成加藥泵入口濾網堵塞，加藥泵因入口流量低而發生汽化，出口流量低。在處理加藥泵入口堵塞問題時，會浪費一定的時間，加藥罐中的藥劑置換速度變慢，時間延長，進而在這段時間里所生產的增值尿素過渡品量就變大。

2.3 洗滌器液位及造粒機料位高

根據小蒸發系統的工藝流程，小蒸發系統的進料來自大顆粒洗滌系統，在大顆粒洗滌系統中，造粒機中的粉塵含有一定量的藥劑組分，大量的粉塵進入洗滌器中，通過加水進行洗滌吸收，含有一定濃度的藥劑尿液混合液進入大顆粒地槽中，通過地槽泵進入小蒸發系統中。如果在生產增值尿素前，洗滌系統的液位控制得過高就會增加上一種藥劑的置換過渡時間，也即增加了過渡品量。同理，造粒機的料位在切換增值尿素產品之前控制得高，會增加顆粒尿素的置換時間，即過渡品量就越多，造粒機料位下降20%左右，會減少過渡品約30 t。洗滌器液位、造粒機料位對過渡品量的影響見表2。

表2 洗滌器液位、造粒機料位對過渡品量的影響

3 解決措施

3.1 增加小蒸發系統一、二段壓差

為達到提高小蒸發系統一、二段壓差，縮短藥劑停留時間，減少過渡品的目的，必須遵循蒸發工藝原理，將小蒸發系統一段真空度逐漸降低，同時提高小蒸發系統二段真空度，每次調整保證壓差提升在5 kPa左右。當壓差提高到20 kPa時過渡品量明顯下降；但當壓差大于25 kPa時，發現過渡品反而增多，其原因是小蒸發系統二段液位過高，尿液可能漫至氣相管中，造成停留時間延長。同時兩段蒸發的溫度也要做相應的調整，避免液相進入結晶區，其調整的依據為尿液濃度-溫度-壓力三相圖。需要說明的是此舉不但縮短了藥劑的停留時間而且在一定程度上減少了產品縮二脲含量。停留時間越長，尿液中的縮二脲含量越高，即縮二脲含量與尿液停留時間呈正相關關系［2］。表3統計分析了改變小蒸發系統一、二段壓差后增值尿素中縮二脲含量。

表3 小蒸發系統一、二段壓差對產品縮二脲含量的影響

3.2 轉產前降低洗滌器液位及造粒機料位

在增值尿素轉產前0.5 h，生產操作中將大顆粒洗滌器液位和大顆粒地槽液位進行拉低操作，即洗滌器液位降至40%左右，地槽液位降至35%。在液位降低前，首先要對洗滌器除沫網沖洗干凈保證除沫網正常工作，其次，一定要確保洗滌泵和地槽泵運行良好，不發生泵的汽化。在增值尿素轉產前1.0 h 左右，主控與現場操作人員配合開大造粒機出料閘板閥以及出料振頻器頻率，將造粒機進行放料處理，正常情況下，出料量為122 t/h，經過調整后為135 t/h，主控根據皮帶的負載能力逐漸降低造粒機料位，最終造粒機料位由60%左右降低到45%左右。通過提前將造粒機料位降低，有效縮短了產品過渡時間。

3.3 確保藥劑的溶解

一定要根據不同種類的添加藥劑進行有針對性的攪拌溶解，對于不易溶解的和含不溶物多的藥劑要加大蒸汽的加入量，同時提高加藥罐的攪拌速率和攪拌時間，生產操作上要密切關注加藥泵的電流變化和流量計的變化，及時倒泵處理，同時盡快清洗更換加藥泵入口濾網。

4 改進效果

通過改造，切換產品前小蒸發系統一、二段壓差提高至約20 kPa，造粒單元洗滌器液位控制在約37%，大顆粒地槽液位控制在約35%，造粒機料位控制在約45%，縮短了增值尿素產品過渡時間，其過渡品量顯著下降（見表4）。增值尿素價格按2021 年上半年同期市場均價約2 780 元/t，過渡品銷售價格約2 320 元/t，按每批次生產7 種增值尿素、年度生產2批次計算，本次改進的經濟效益約為：（163.6-95.6）t ×（2 780-2 320）元/t×7×2=43.79萬元。

表4 改進后過渡品量數據

5 結束語

通過調整和優化小蒸發系統一、二段壓差，造粒機料位，洗滌器液位等工藝參數，以及加藥系統的合理操作，使得增值尿素轉產時過渡品量有一定的下降（低于100 t）。但是增值尿素過渡品是客觀存在的，只能將該值降低而不能完全消除，工藝生產上還具有一定的下降空間，同時需要在技術等方面進行不斷的探索和改進。