低负荷下影响尿素产品质量的因素和控制措施

张德炳

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

低负荷下影响尿素产品质量的因素和控制措施

张德炳

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

阐述尿素装置低负荷运行，影响尿素产品质量的主要因素以及控制措施。

尿素生产；低负荷；要因；产品质量控制

中海石油化学股份有限公司化肥二部尿素装置由中国成达化学工程公司设计完成。主装置工艺采用斯塔米卡邦改进型二氧化碳汽提法，造粒工艺采用海德鲁大颗粒技术。生产能力为年产80万t的大颗粒尿素装置。斯塔米卡邦改进型二氧化碳汽提法工艺由高压系统、低压系统和尿液的蒸发与造粒系统三部分组成。

尿素产品质量的控制是尿素生成中重要的一环，其优级品率直接影响企业的口碑和品牌竞争力。我们厂的尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦改进型二氧化碳汽提法生成工艺，从原始开车至今经过多次优化调整，产品质量有了明显的提高。但是由于造粒系统清洗筛网和应对组分波动时大幅减负荷时产品优级品率无法保证（缩二脲、水含量偏高），针对系统的有关工艺指标，结合分析化验中心所做的分析数据对装置进行了具体的考量，找出了影响产品质量的主要因素，并提出了具体的解决方案。

1 缩二脲含量高要因的分析

缩二脲生成的反应机理：在尿素生产过程中，缩二脲既在水溶液中（如尿素合成反应过程，未反应物的分解过程）生成，也在最后蒸发阶段的无水熔融物中生成。缩二脲作为尿素生产过程中的副产物，伴随着尿素的整个生产过程。其总的反应式为：

由上面的反应可以看出，在缩合反应中放出氨，所以当增加尿素溶液中的氨量，可以抑制上面的反应，减少缩合物缩二脲的生产。相反，凡是减少尿素溶液或熔融物中氨含量，在高温下提高尿液浓度或延长停留时间都有利于缩二脲的生成。

表1 不同负荷下缩二脲的在各系统的实测值

由表1可以看出，前系统负荷在85%以上时，缩二脲的含量基本上都能控制在厂控指标≤0.87wt%以下。一旦负荷低于70%时或者拉301FB（尿素溶液贮槽B室），缩二脲含量都会高达1%以上，达不到我司优级品的标准，控制起来比较困难。由表1分析得知，前系统中虽然反应温度控制较高，但是同时由于它们的游离氨含量较高，数据显示它们产生的缩二脲含量并不高。反而在相对温度不高的蒸发造粒系统中，缩二脲却是前系统的1.5～2倍，那是因为蒸发造粒系统中尿液浓度较高，游离氨含量少才会导致缩二脲含量高于前系统。由上述数据分析可以得知影响缩二脲生成的主要因素有温度、氨分压、停留时间。

1.1 温度

温度对尿素溶液中的缩二脲生成率的影响，从图1可以看出，在其他参数不变时，缩二脲的生成率是随着温度增加而增加的，因此在实际生产中，蒸发温度尽可能地低，保持比熔点温度高3～5℃即可。

而当温度保持不变时，缩二脲的生成率则随尿素浓度呈几何倍数增加。由图1我们得知，温度对缩二脲的生成率的影响要比浓度的影响大得多。

图1 温度、尿素浓度与缩二脲生成率的关系

1.2 氨分压

由尿素缩合反应生成缩二脲的反应式：

2CO（NH2）2=NH2CONHCONH2+NH3#-Q得知，增加尿素溶液中的游离氨的含量，可以减少和抑制尿素缩二脲的生成；相反，当尿素溶液或尿素熔融物中氨分压降低时，缩二脲的生成率则迅速增加。图2是一定温度下缩二脲的生成率与NH3分压的关系。

图2 一定温度下缩二脲生成率与氨分压的关系

由图2得知，尿素溶液中氨分压越低，缩二脲生成率越高；相反，溶液中氨分压越高，缩二脲生成率则越低。

1.3 停留时间

图3 是温度和停留时间与缩二脲增长率的关系。从图3可以看出，一定温度下，随着尿液停留时间越长，缩二脲生成率越高；而在—定停留时间下，温度越高，缩二脲生成率也越高。

图3 温度和停留时间与缩二脲增长率的关系

停留时间跟装置的负荷息息相关。物料在设备的停留时间可以用以下式子表述：

t：表示为尿液在设备的停留时间；

V：表示设备的有效容积；

Q：表示为物料的体积流量。

由上式得知，设备的有效容积V一般是固定的，当装置的负荷降低时，反应物料的体积流量Q减小，停留时间t增大，产品的缩二脲将增加。为控制低负荷下缩二脲的含量，必须从包括停留时间在内的各个因素加以控制。

蒸发速度对停留时间的影响：缩二脲生成率是随着蒸发速度的增加而增加的。在规定蒸发器出口尿液浓度情况下，进蒸发器的尿液浓度越低，则其蒸发速度越高，缩二脲生成率就越高。对预蒸发分离器来说，其入口尿液浓度高一些为好。

2 水含量高要因分析

2.1 预、一段蒸发过程中的温度低

主要因素：

（1）预、一段蒸发蒸汽压力低、蒸汽量不足。

（2）预、一段蒸发负荷和蒸汽配比不成比例，尿液浓度低。

（3）外部冲洗水进入系统。

（4）蒸汽中惰气含量超标，导致换热面积降低，温度降低。

（5）疏水器堵塞，导致不能进行很好的热交换。

2.2 真空度偏低

主要因素：

（1）前系统组分差，进入蒸发系统的游离氨增多。

（2）循环水温度控制过高。

（3）尿素浓度太低。

（4）系统存在泄露，或者PIC3100阀门开启。

（5）蒸发的气相管线、喉管存在堵塞结晶等。

3 缩二脲控制措施的制定

3.1 温度的控制措施

（1）蒸发热源采用低压饱和蒸汽，在保持一定温度推动力的条件下，采用低压饱和蒸汽，列管内壁表面温度低一些，在与管内壁相接触的尿素液滴或者尿素熔融粒子过热温度也低一些，从而降低缩二脲的含量。在指标下限操作，TIC3071为135℃。

（2）优化汽提塔壳侧加热蒸汽压力PIC3203使之与生产负荷相匹配，在低压吸收系统不超压的前提下适当降低壳侧压力，以及建立适当的蒸汽冷凝液的液位；

（3）控制一段蒸发温度TIC3132在127～128℃，确保各温度表的正常投用，误差在1%以内，如果遇到夏季或者高温季节可适时停用夹套蒸汽，关闭熔融尿素泵309J/JA进出口及伴管的夹套蒸汽。

3.2 氨分压

（1）控制系统氨分压

提高高压系统的氨碳比AI3026在3.18左右，低负荷下氨碳比可以适当提高一点，严格控制预蒸发压力在指标内（不能过高也不能过低），过低的压力不仅存在结晶的危险，降低了进入一段蒸发的氨分压，提高了进入一段蒸发的尿液浓度，反而会增加缩二脲生成速率。

（2）严控N/C、H/C

生产过程中要严密监控系统水碳比（水/碳＜1.85），同时也要控制好后系统返回到前系统的水量和甲铵液的浓度。控制好高压系统、低压系统的氨碳比，操作中将氨跟二氧化碳的配比控制在1.99～2.01，这样不但能减少缩二脲的生成，同时还有利于二氧化碳转化率的提高。

3.3 停留时间

（1）减少合成塔汽提塔停留时间

在液位稳定的前提下，将合成塔301D、汽提塔302C的液位控制低些。这样可以减少物料的停留时间，达到降低缩二脲生成率的目的。汽提塔液位LV3043控制在75%以下，合成塔液位LI3052：40%～60%

（2）处理好低压、蒸发、301F液位

低压液位LIC3073：40%；LIC3075：40%；301F尽量控制在低液位20%。

（3）采用升膜快速立式列管蒸发器。升膜式蒸发器蒸发过程中生成的蒸发蒸汽带动尿素溶液混合物快速通过加热列管，缩短加热段停留时间。

（4）采用真空蒸发。真空蒸发可以降低操作温度和尿素溶液在加热段停留时间两个目的。在较低压力下可以相应采用较低的操作温度。真空下操作时，由于水蒸气密度小，因此蒸发蒸汽在二段蒸发条件下，流过加热列管的速度高达300m/ s以上，在列管内停留时间小于百分之一秒。

4 水分控制措施制定

4.1 控制好高压系统H/C

（1）控制307J/JA返回高压系统的水量。

（2）控制307C/314D的浓度。

（3）稳定高压系统负荷，避免大幅波动。

4.2 控制造粒返回301F的量

（1）清洗筛网时尽量安排紧凑，减少冲洗水量，恢复时可以先让管道干了之后再切回正常位置。

（2）清洗筛网或者低负荷下控制DIC3716的开度。

4.3 蒸发工况的控制

（1）在保证缩二脲合格的前提下适当提高蒸发温度。

（2）控制冲洗蒸发、喉管水量和时间。

5 结束语

尿素装置低负荷下产品质量是可以控制的，但需要用心去控制每一个细小的环节。只有提升自身操作水平，结合理论与分析数据，探索其生成的规律，了解其特性，在生产过程中不断地优化生产工艺，积极发现问题的要因，就能在生产中最大限度保证产品的优级品率。产品质量决定企业的经济效益和口碑，所以控制产品质量尤为重要。

[1] 袁一，王文善.尿素[M].北京：化学工业出版社，1997.

[2] 李海.尿素生产中缩二脲的形成及降低其含量的措施[J].安徽化工，2010，（01）.

Factors Influencing Quality of Urea Plant Under Low Load and Control Measures

Zhang De-bing

This paper expounds the main factors affecting the urea product quality under the low load operation of urea plant and the control measures

Urea production Low load Main cause Product quality control

TQ441.41

A

1003-6490（2017）01-0125-02

2017-01-15

张德炳（1985—），男，湖北阳新人，助理工程师，尿素高级工，主要从事尿素主控操作工作。