尿素生產過程中的粉塵成因及降低措施

高 君，袁 彪

（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尿素裝置采用荷蘭和豐流化床造粒工藝，生產負荷1 860 t/d，2015年投產以來，尿素造粒系統粉塵量一直偏高，體現在粉塵回收系統中洗滌器密度儀的測量均值一直在1.140 kg/L以上，大于設計值1.135 kg/L（由于粉塵量沒有專門的測量儀表，只能通過造粒機洗滌器密度儀來間接測定）。粉塵增加，對生產系統和環境都有很大危害。解決大顆粒尿素造粒系統粉塵量高的問題，對保障造粒系統正常運行，降低裝置能耗有實際意義。

1 流化床造粒過程和原理

質量分數96.5%的尿素溶液在壓力大約為700 kPa、溫度132 ℃下，由泵送到造粒裝置。為生成大顆粒尿素，并防止結塊，在泵進口的尿素溶液中加入由脲醛（UF）反應器生成的脲醛溶液，脲醛溶液溫度85 ～95 ℃，壓力0.6 kPa，通過溢流進入泵入口，然后送至大顆粒裝置。脲醛反應器中甲醛在與尿素溶液混合前先加入少量液氨調節酸堿度，pH控制為7.0 ～8.5。加入脲醛反應器的甲醛質量流量為964 kg/h，質量分數為36.5%～37.4%。造粒系統固體循環回路及除塵流程如圖1所示。

圖1 造粒系統固體循環回路及除塵流程

在流化床工藝中，顆粒尿素的生產是通過把液體尿素噴灑到流化狀態下的晶種上完成的。該工藝的基本特點是：液體尿素為濃縮的溶液，而不是融熔尿素；噴灑通過很多噴嘴在流化床中完成；通過累積方式使顆粒尿素長大。在造粒機整個造粒區域內停留期間，每個粒子上都重復噴灑尿素溶液，粒子的長大是逐漸和均勻的，造粒機內熱平衡通過尿素溶液中的水分蒸發來維持。

造粒機的顆粒尿素進入流化床冷卻器，冷卻到70 ℃以下。通過振動給料器從流化床冷卻器中抽出，由產品皮帶機輸送到安全篩。在篩網上大塊和粒徑超過10 mm（對于大顆粒產品為13 mm）的大顆粒被送到循環槽。在安全篩的出口，尿素顆粒通過斗提機送到兩臺平行操作的振動篩。符合產品粒徑要求的顆粒，通過產品皮帶去包裝工序；細小顆粒送回造粒機；偏大顆粒送到兩臺平行操作的輥軸式破碎機，經破碎后與細小顆粒混合，循環回造粒機。

2 粉塵的成因及回收處理

2.1 粉塵的成因

（1）成粒過程，尿素顆粒生成過程中，部分水分蒸發過程攜帶小液滴或微塵；（2）傳輸過程，尿素顆粒在傳輸過程中碰撞摩擦產生；（3）尿素本身性質，尿素產品溫度過高，本身易吸潮，尿素顆粒飽和水分壓高于空氣中的水分壓，將有細微水分向空氣中逸出，也會產生一些粉塵。

2.2 粉塵的洗滌回收處理

從造粒機以及流化床冷卻器排出來的空氣中含有一些粉塵，需洗滌達標后排放。同時，造粒系統設計了除塵回路，通過風機來收集粉塵，主要是收集斗提機頂部、輥式破碎機、振動篩、到倉庫傳送帶等部位粉塵，風機流量可以通過手動閥調節。帶粉塵的空氣被送到冷卻器洗滌器進行洗滌。

來自冷卻器洗滌器貯槽的稀尿素溶液被噴到靠近造粒機出口的帶有粉塵的空氣流中，以防止空氣風道堵塞。為了增加洗滌效果和防止霧沫帶出，在洗滌器內部安裝了二層最終除霧器。除霧器由少量的工藝水不斷沖洗。干凈的空氣通過風機抽到煙囪排放到大氣中，空氣流量通過入口的控制閥來控制。收集到造粒機洗滌器的洗滌水，一部分循環作為洗滌液回到洗滌器噴頭，而流到循環槽的量通過液位測量儀來調節。洗滌水循環量受泵的影響，貯槽中的溶液濃度由密度測量儀控制，通過控制從冷卻器洗滌器來的稀尿素溶液的量來調節，標準顆粒生產中洗滌器內尿素溶液質量分數大約為45%，而大顆粒生產中大約為32%。

冷卻器洗滌器是一個某種程度上的慣性孔式濕式洗滌器，帶有離心式的噴灑網和最終除霧器。最終除霧器是用少量工藝水間歇性噴灑。冷卻器洗滌器貯槽接受所有必要的工藝水以使整個造粒系統接近水平衡，通過控制閥來控制貯槽液位。稀尿素溶液尿素質量分數大約6%，通過泵循環到洗滌器。

3 影響造粒系統產生粉塵的主要因素分析

對標國內同類型的尿素裝置，其洗滌器密度儀的測量值都可以控制在1.135 kg/L 以下，同時查詢歷史數據，最低值可達到1.132 kg/L［1］。通過改進措施，可以實現目標。針對尿素造粒系統粉塵量高的問題，通過查詢制造執行系統（MES），調取2020年1—12月數據，如圖2所示。

圖2 優化操作前造粒洗滌系統密度儀測量值變化趨勢

尿素生產過程產生粉塵的因素很多，不僅要控制單個的工藝參數，設備完好也是造粒系統粉塵控制的一個重要方面。最終產品和循環量的穩定，以及造粒機出料顆粒粒度的控制，可通過工藝過程中晶種的平衡來獲得。造粒機中的晶種決定于幾個不同的方面，例如篩網的尺寸、破碎機的間隙、尿素溶液的組分和流量等。通過對2020 年造粒系統運行數據對比，從造粒機、冷卻器、振動篩、破碎機、除塵風機5個方面對造粒系統粉塵含量高的原因進行了分析，排除比較明顯的不是造成粉塵高的因素，最終得出9條關鍵因素：造粒機噴頭壓力控制高，霧化不好，或者擊穿床層；造粒機床層料位控制低，使霧化尿素溶液被吸入粉塵洗滌器；床層溫度高于110 ℃，顆粒粉化嚴重；流化風量大，將小顆粒吸入洗滌器；破碎機間隙小，產生過多粉塵進入造粒機，后被抽入洗滌器；脲醛溶液溫度低，顆粒強度不夠；脲醛溶液pH 值低，達不到應有的效果，顆粒易碎；除塵管道堵塞，除塵效果不好；造粒運輸動設備封閉不好，存在泄漏，造成粉塵多。

針對以上因素，在實際生產過程中進行以下應對操作調整：嚴格控制噴頭壓力在0.35 ～0.45 MPa；造粒機料位控制在55%～65%；床層溫度控制在108 ℃左右；匹配負荷，穩定流化風量，嚴格控制造粒機負壓在-0.5 ～-0.2 kPa；根據洗滌液密度和破碎粒度調整破碎機間隙，嚴格執行每周五清理破碎機輥子結疤，日常巡檢監測破碎粒度變化，保證粒度在1.7 ～2.1 mm；控制脲醛系統反應溫度為89 ～90 ℃，每15 d沖洗脲醛裝置尿素溶液管道1次，保證暢通，日常脲醛溶液罐及尿素溶液管道伴熱正常，保證甲醛溫度在40 ℃左右；保證甲醛中加入的NH3量，將甲醛罐內pH控制在6.5 ～6.9，嚴格控制甲醛加入量與系統負荷相匹配，保證成品甲醛含量和顆粒強度；定期敲擊和沖洗除塵管道，沖洗除塵風機進出口管道及葉輪；對造粒系統固體回路動設備進行改造，加強運輸設備封閉性，減少顆粒和粉塵外漏。

對策實施之后，于2021年6月至7月對尿素洗滌系統密度儀測量值進行分析，結果如圖3所示。

圖3 實施優化措施后造粒洗滌系統密度儀測量值變化趨勢

對策實施后，尿素生產系統運行穩定，破碎機上下輥無粉塵黏結，粒度均勻且在控制范圍內，造粒系統粉塵得到大幅度降低，洗滌器密度儀測量值保持在1.133 kg/L左右，造粒工況良好。

4 優化效果和經濟效益

尿素造粒系統操作優化后，產生粉塵量明顯減少，洗滌系統密度降低并保持穩定，造粒地槽返回蒸發的尿素溶液量從原來的9 m3/h 降低至7 m3/h，每天可節約蒸汽1 t，加上降低了蒸發和解吸負荷，全年理論節約蒸汽360 t，蒸汽單價按109.84元/t計算，全年可節約3.95萬元，降低了設備輸送的能耗，保證了產品質量，延長了造粒運行周期；同時減少員工吸入粉塵量，保證員工身體健康；減少設備腐蝕，避免周邊空氣污染和水源污染。