氨汽提尿素工艺中控制缩二脲含量的措施

2015-05-25黄庆祥陈丽强

化工设计通讯 2015年2期

关键词：汽提塔液位尿液

黄庆祥，陈丽强，卢喆

（中海石油天野化工有限责任公司，内蒙古呼和浩特市 010070）

氨汽提尿素工艺中控制缩二脲含量的措施

黄庆祥，陈丽强，卢喆

（中海石油天野化工有限责任公司，内蒙古呼和浩特市 010070）

分析尿素产品中缩二脲高的原因，并采取措施对尿素低负荷生产时缩二脲的产生进行了控制，提高尿素成品的优级品率。

缩二脲；控制；措施

1 概述

中海石油天野化工有限责任公司尿素装置采用斯那姆氨汽提工艺。该装置于1996年12月17日投产，自投产以来，尿素装置运行稳定，但近几年来，冬季受天然气供量的影响，尿素装置负荷一般控制在11000～12000 nm3／h，气温特别低的情况下生产负荷低至8000～9000 m3（栋）／h。低负荷生产对尿素产品质量影响非常明显，缩二脲含量时有超出优级品的控制标准，造成尿素的优等品率控制难度波动大，因此分析低负荷缩二脲含量高的原因、对采取相应措施对提高尿素的优等品率有非常重要的意义。

2 缩二脲含量增加的原因分析

2.1 缩二脲生成的反应式

缩二脲生成反应式是一个可逆的吸热反应，从可逆反应平衡理论可知：缩二脲的生成速度随着尿液浓度的增加而增加；缩二脲的生成率随着氨分压的增大而逐渐减少；提高温度有利用生成缩二脲；在其他条件不变的情况下，反应时间延长有利于缩二脲的生成。

2.2 天野公司SNAM氨汽提工艺满负荷各工序缩二脲的实测情况

表1分析出缩二脲主要产生在高压工序和蒸发工序，所以生产时调整系统合成塔物料配比和蒸发系统优化控制是降低缩二脲的关键。

表1 缩二脲主要产生的工序

2.3 生产时缩二脲超标原因

尿素中缩二脲含量是尿素产品质量控制中的重要指标。缩二脲是由尿素缩合生成，而且伴随尿素生产全过程。对于氨汽提法装置而言，尿素中缩二脲受多种因素的影响。工艺过程各阶段生产的缩二脲主要受下列因素影响：

停留时间的影响、温度控制的影响、氨分压的影响、蒸发速率影、系统负荷、蒸汽波动的影响、人员操作技能低的影响。

2.3.1 停留时间的影响

由于尿液中缩二脲的生成量与停留时间成正比，生产中尿液在尿素合成塔、汽提塔、中低压分解器贮槽、蒸发一、二段分离器贮槽等缩二脲主要生成设备停留时间长，将导致了尿液中缩二脲增加。特别是低负荷生产时，尿液中缩二脲的含量将大幅增加。

2.3.2 温度控制的影响

尿液中缩二脲的生成反应是吸热反应，控制温度越高越利于缩二脲的生成。因此温度对缩二脲的控制极为敏感。生产中汽提塔出液温度、中低压分解器温度和蒸发一段和二段温度控制偏高，易造成缩二脲增加。特别是低负荷生产时，由于合成塔出液物料少，极易造成汽提塔分布管液体分布不均匀，汽提塔部分汽提管存在偏流形成干烧，造成汽提管局部超温，从而造成缩二脲生成量的增加。

2.3.3 氨分压的影响

缩二脲生成反应式：

从上述反应式可看出，氨是反应的生成物之一，过量的氨可以起到抑制尿素缩合作用，减少缩二脲的生产量。因此增加氨组份有利减少缩二脲的生成，在高压系统适当提高合成塔氨碳比有利于降低缩二脲的生成。对于蒸发系统来讲，由于氨分压低，造成缩二脲在蒸发系统大量生成，只有通过优化系统来减少缩二脲的生成量。

2.3.4 蒸发速率影响

尿液中缩二脲的生成速度是随着蒸发速度的增加而增加。在蒸发系统中，蒸发器出口尿液浓度一定的情况下，蒸发器入口浓度越低，蒸发速度越高，缩二脲生成率就越高。在低负荷生产时，由于系统物料减少，若蒸发系统真空按正常生产时指标控制，由于氨分压低，极易导致游离氨浓度大幅降低，同正常生产负荷比较蒸发速度将成倍增加，尿液中缩二脲生成量将大幅增加。

2.3.5 系统负荷、蒸汽波动的影响

低负荷生产时，由于工况调整、低压蒸汽波动，极易引起各系统温度、液位、蒸发真空的波动，引起缩二脲控制不稳定，对缩二脲影响较大。

2.3.6 岗位人员操作技能低的影响

由于新员工对化工生产实际操作技能较弱，不能及时、有效地判断系统变化原因，系统整体协调控制力不强，指标控制执行不稳定，对缩二脲影响较大。

3 低负荷生产控制缩二脲的措施

3.1 缩短停留时间

3.1.1 汽提塔、中低压分解器贮槽、蒸发二段分离器贮槽等液位控制在低限范围内操作，保证不向后系统串气为准。通过低液位控制，缩短物料在各设备的停留时间，这样可控制各设备缩二脲生成量在低限范围内。

3.1.2 低负荷生产时，为保证蒸发系统过料稳定、减少二段蒸发液位槽的液位大幅波动，采取关小段间切断阀30%、对蒸发二段出液阀（LV1025）的阀位进行高低位限位操作。为防止低负荷发生液位假指示，每班进行2次校对现场和中控液位。

3.1.3 低负荷生产期间，必须加强造粒系统和转运皮带的正常运行，减少蒸发循环次数，缩短尿液在贮槽中的存放时间。熔融尿液贮槽液位超过5%时及时启泵切入系统，尿液储槽T－101并入量Q与负荷率F%、T－101中缩二脲含量X%之间数学关系：Q≤2.92 F%÷（1.17x－0.47），以控制生产过程中的尿液回收量。

3.2 降低各工段温度控制指标

3.2.1 依据缩二脲生成的反应式，系统氨碳比一定时，随着温度升高，系统缩二脲含量随之增加。低负荷生产时通过降低尿素合成塔温度、汽提塔出液温度、中低压分解器温度、蒸发一二段温度以及造粒管线的温度，能有效抑制尿液中的缩二脲生成量。各设备温度控制如下：合成塔底部温度控制162～164℃；汽提塔底部温度控制199～201℃；中压分解温度152～154℃；低压分解温度134～136℃；蒸发一段温度124～126℃；蒸发二段温度133～134℃；造粒管线温度134～135℃。

3.2.2 低负荷时，为防止汽提塔分布管液体分布不均匀，造成汽提管形成干烧、缩二脲增加，采取降低高压系统压差，增大系统循环量，高压压差控制由1.0～1.1 MPa改为0.8～0.9 MPa。

3.2.3 低负荷生产时，汽提塔顶部温度若超出指标186～187℃范围，及时进行汽提塔倒灌液重新建立液膜操作，确保缩二脲在指标范围内。

3.3 提高合成塔氨碳比

3.3.1 依据缩二脲生成的反应式，在温度一定情况下，缩二脲含量与氨碳比成反比例关系，所以适当增加高压系统氨碳比，可有效抑制缩二脲的生成。

3.3.2 从防腐、消耗和热平衡方面综合考虑，低负荷时氨碳比控制在3.9～4.2比较合适。

3.4 降低蒸发系统一段蒸发速度

由于进入一段蒸发器入口浓度在低负荷只有70%～75%（设计值85%），如果一段蒸发器出口尿液浓度仍控制在94%，导致游离氨浓度极小，一段蒸发的蒸发速度将成倍增加，造成缩二脲大量生成。

蒸发系统采取多种措施从改变温度、压力两方面进行了7个批次操作实验，试验数据如下表：

表2 蒸发系统缩二脲分析试验数据表

通过反复操作实验摸索和总结出低负荷生产时采取变换蒸发一段、二段的负荷量，也就是通过降低一段蒸发出口尿液浓度，增加蒸发二段负荷，从而降低了一段蒸发的蒸发速度，降低了缩二脲在蒸发系统的生产量。蒸发一段、二段的负荷量的变换调整，找到了解决低负荷生产缩二脲控制的方法，实现了蒸发系统缩二脲的有效控制。工艺指标做如下调整：一段蒸发真空指标由35－37 kPa改为55－60 kPa操作，同时温度指标控制在：蒸发一段温度124～126℃；蒸发二段温度133～134℃。

3.5 制定低压蒸汽波动预案

低负荷生产时，由于系统热平衡、转化率等影响，低压蒸汽管网易发生波动，引起各系统温度、蒸发真空的波动，引起缩二脲控制不稳定，经过摸索编写了《低压蒸汽波动操作预案》，预案执行有效控制了各系统温度、蒸发真空的波动，缩二脲控制平稳。

3.6 强化培训，提高各岗位人员操作技能

通过部门一对一师徒结对培训和强化培训，新员工的操作技能逐步提高，能及时、有效地判断系统变化原因，系统整体协调控制力得到提高，能严格按照工艺指标操作。