CO2汽提法尿素装置控制尿素产品缩二脲的措施

CO2汽提法尿素装置控制尿素产品缩二脲的措施

张善福

大唐呼伦贝尔化肥有限公司 内蒙古呼伦贝尔 021000

摘要：分析在合成氨装置单台气化炉运行、尿素装置低负荷时, 影响缩二脲生成的主要因素, 针对如何控制尿素产品中缩二脲含量使之达到优等品提出了具体的措施 。

关键词：CO2汽提法；尿素装置；尿素产品；缩二脲

引言

农用尿素产品中缩二脲是尿素生产中的副产物, 其含量过高会烧坏植物叶苗, 是影响尿素产品质 量 的 一 项 重 要 指 标 。缩 二 脲 含 量 在GB/T2440 —2017 国家标准中规定 :农用尿素优等品缩二脲 ≤ 9 %( 质量) , 水 ≤0.5 % （质量)，合格品缩二脲 ≤ 1.5 %( 质量) , 水 ≤1.0 % （质量)。我公司在气化炉一台换烧嘴或者检修，一台气化炉运行时，尿素装置需要低负荷运行，通过优化操作，使得缩二脲和水分的指标都在合格范围内。

1蒸发系统工艺流程简介

尿液槽来的浓度为 72% 左右的尿液， 经尿液泵加压并调节控制流量送至一段蒸发加热器（ 简称一段加热器 ），加热至 127-129℃ 后进入一段蒸发分离器进行气液分离，一段蒸发分离器设计操作压 力 0. 033 MPa （ A） ， 在 此 尿 液 被 浓 缩 至95% ； 一段蒸发分离器出口尿液经 U 形管流入二段蒸发 加 热 器 （ 简 称 二 段 加 热 器 ） ， 加 热 至138 ℃ 后进入二段蒸发分离器进行气液分离， 二段蒸发分离器设计操作压力 0. 003 3 MPa （ A） ，在此 尿 液 被 浓 缩 至 99. 7% ； 两 段 蒸 发 后 浓 度99. 7% 的尿液经熔融泵加压送至尿素造粒塔造粒，得到尿素产品，最后成品尿素由皮带机送包装系统包装外售。

2 影响缩二脲含量的因素

尿素在发生缩合反应中生成缩二脲, 放出氨,所以增加尿素溶液中的氨量, 可以抑制尿素的缩合反应, 减少缩二脲的生成 。 相反, 减少尿素溶液或熔融物中含氨量 、在高温下提高尿液浓度或较长时间的停留都有利于缩二脲的生成 。

影响缩二脲生成的主要因素有 : 温度 、氨分压 、停留时间等。

2.1 停留时间

尿素中缩二脲的含量随着停留时间的增加而增大, 减少尿液在各系统的停留时间。

2.2 氨分压

当氨分压增大, 溶液中氨浓度也一定相应增加, 缩二脲的生成率降低 。相同浓度的尿素溶液在不同氨分压时缩二脲的生成率不同。

2.3温度

在其他参数不变的情况下，缩二脲的生成率随温度的增加而增加。

3正常生产时降低缩二脲的措施

蒸发工序是缩二脲生成较多的环节, 因为这时尿液中游离氨已很少 。 为减少缩二脲的生成,一般采取如下措施 : ①分两段在真空下蒸发, 以降低温度 ②采用尿液停留时间短的膜式蒸发设备 ③应力求使蒸发装置在满负荷下运行, 如低负荷蒸发, 尿液停留时间必增加, 故使缩二脲生成量增加④造粒工序生成缩二脲的部位主要是输送尿素熔融液的管线, 因而输送管线应尽可能短些⑤熔融尿素管的保温伴管要采用压力合适的饱和蒸汽加热, 不宜用过热蒸汽加热 。系统在高负荷时, 缩二脲相对比较容易控制,而在 70 %以下的负荷运行时, 累计生成的缩二脲在 1. 0%以上, 若想控制优等品尿素将会非常困难 。在高 、中 、低压系统中, 虽然反应温度高但由于系统内部游离氨含量比较高, 累计生成缩二脲难 。的相对比例并不大 。而在蒸发系统, 虽然控制温度没有前系统高, 尿液停留时间也没有在前面几个设备内累计的停留时间长, 但由于尿液浓度比较高, 游离氨含量少, 所以生成缩二脲量几乎是前系统的 1. ～ 2 倍。

4低负荷生产时降低缩二脲的措施

4.1减少尿液在各系统的停留时间

在平稳生产的前提下，尽量提高生产负荷，同时保持各反应器包括：气提塔、精馏塔、尿液槽、二段蒸发分离器的液位在低线操作，这样可以减少停留时间，尽可能的减少或避免蒸发打循环。

4.2控制系统氨分压

避免高压合成系统低氨碳比操作，严格控制一段蒸发真空在指标范围内，过高的真空不仅存在结晶的危险也降低了进入二段蒸发的氨分压，提高了进入二段蒸发的尿液浓度，均不利于降低缩二脲生成率。

4.3控制尿液的温度

控制好气提塔出液温度、精馏塔出液温度、一二段蒸发温度在指标下限操作，气提塔可测加热蒸汽压力与生产负荷相对应，其中一段蒸发温度控制在127-129℃，二段蒸发温度控制在136-138℃，根据气温调整上塔管线夹套蒸汽压力。在实际生产中, 蒸发温度应尽可能低, 保持 在比熔 点高 3 ～ 5 ℃的温 度即可。

5蒸发系统的改造

经过与设计单位及各生产厂家咨询和对比，蒸发系统存在设计缺陷，设计的时候把蒸发系统设计过大，是造成缩二脲生成的主要原因，经过我公司提出对蒸发系统的改造设计院重新设计，使得产品质量有所提高。1、2013年首先对熔融泵位置进行了改造，将原在一楼面的两台熔融泵移至二楼面，缩短上塔管线距离约20米左右。2、2013年对蒸发系统加设最终冷却器。在二段后蒸发冷却器后加设了最终冷却器，加大对二段蒸发气相吸收的同时，提高二段的真空度，从而减小尿液在二段的停留时间，提升产品质量。3、减小一段蒸发加热器换热面积。原设计一段蒸发加热器换热面积为387m2,经与原设计单元华福公司沟通后，得到对方许可，2013年6月6日至6月8日，对一段蒸发加热器的列管进行堵管196根，缩减换热面积87m2，2015年7月19日，利用检修机会再次堵管76根。

4. 减小二段段蒸发加热器换热面积。原设计二段蒸发加热器换热面积为45.9m2,经与原设计单元华福公司沟通后，得到对方许可，2013年6月6日至6月8日，对二段蒸发加热器的列管进行堵管88根，缩减了换热面积约10.9m2，目前实际换热面积约35m2。5、2014年对一、二段之间的U型弯和上塔管线进行改造。抬高U型弯管线整体位置，缩短U型弯处一、二段竖直管线长度，由原来的10m左右提高至现在的6.5m左右，进一步减小尿液在一、二段的停留时间。同时增加二寸上塔造粒管线，以备解决系统较低负荷时产品质量不合格的问题。6、2017年将二段蒸发器由降模式改为升模式。原有二段蒸发分离器与加热器结构是左右结构，尿液进入加热器后通过分离器侧面进入，增加了尿液在设备内的停留时间。改造后二段蒸发加热器与分离器变成上下结构升模式，缩短了尿液在设备内的停留时间，从而降低尿素产品中缩二脲的含量。7、2020年我们将继续对蒸发系统改造，对换热器堵管存在这弊端，一二段蒸发加热器直接更换成相应换热面积的加热器，闪蒸槽气相加一冷凝器，增大一段蒸发表冷器的换热面积，确保真空在指标范围内。

6结束语

装置以问题为导向、以整改促提升，通过实施蒸发系统设备、管线等的技

改挖掘装置潜能，并优化调整蒸发系统的工艺指标，实现了蒸发系统的稳定运行，成品尿素缩二脲含量得以降低，产品质量得到明显提升， 有 力 地 促 进 了 尿 素 装 置 的 安、 稳、 长、满、优运行。

参考文献

[1]袁一，王文善等编著.尿素.北京：化学工业出版社，1997.

[2]陈观平，赵元凯等编著.尿素生产工艺与操作.北京石油工业出版社，1993.

[3]周原，王天普等编著.石油化工职业技能培训教材.2007.