车用尿素装置的设计与运行分析

陈武东

（海洋石油富岛有限公司，海南 东方 572600）

随着我国经济的持续快速发展，城市进程和工业化进程不断加快，国家对环境保护的重视程度也越来越高。在此大背景下，柴油车尾气排放氮氧化物（NOx）和固体颗粒（PM）对人类健康及大气环境的危害已引起了高度关注［1］。其中，柴油车尾气中氮氧化物（NOx）排放达标的关键是选择性催化还原（SCR）技术，而SCR技术的必要添加剂为车用尿素溶液。

海洋石油富岛有限公司（以下简称公司）化肥一期52万t/a大颗粒尿素装置，采用意大利斯纳姆氨汽提尿素生产工艺，配以挪威海德鲁流化床造粒技术。公司为适应市场需求变化，增加尿素产品的多样性，对化肥一期大颗粒尿素装置进行技术改造，用于生产车用尿素。

1 车用尿素生产装置设计

1.1 工艺流程

在尿素生产过程中，尿素装置低压系统出口102℃的w（CO（NH2）2）85%的尿素溶液与45℃的脱盐水在稀释混合器混合（两个物料管线上都设有流量计及调节阀，以便操作人员精确控制车用尿素溶液的浓度），然后进入车用尿素配制槽，待车用尿素配制槽达到一定液位后，启动车用尿素配制槽泵，将车用尿素送至冷却器降温至38℃左右，同时监控密度仪的密度显示，并稳定控制在指标范围内。分析合格的车用尿素溶液部分经泵外送至车用尿素成品贮槽，部分继续循环用于配制车用尿素溶液，并维持车用尿素配制槽液位稳定。车用尿素溶液经泵外送过程中，会经过一个精密过滤器，过滤车用尿素溶液中的不溶杂质。

车用尿素成品贮槽设置有成品贮槽泵，可将车用尿素溶液送至灌装系统或者通过装车系统销售。

当车用尿素溶液指标不合格时，可以利用废液回收管线，通过配制槽泵或者成品贮槽泵将车用尿素溶液回收。车用尿素生产工艺流程如图1所示。

图1 车用尿素生产工艺流程

1.2 主要设备

车用尿素装置主要设备见表1。

表1 主要设备

2 车用尿素生产运行

2.1 车用尿素生产运行情况

公司车用尿素设计生产能力为5万t/a，其成品贮槽贮存量可以满足2～3 d生产要求。装置自改造投用以来，车用尿素成品的各项指标如表2所示，满足车用尿素溶液标准GB 29518—2013要求［2］。

表2 车用尿素成品分析结果

2.2 生产时车用尿素溶液浓度控制

车用尿素采用w（尿素）85%的尿素溶液及脱盐水调配而成，理论计算，当车用尿素溶液w（尿素）为32.5%时，加入尿素溶液和脱盐水的质量比为1.00∶1.62，但实际生产过程中，影响因素较多，此配比仅供参考。

针对此类情况，采用以下方式解决。

（1）需根据生产时的工况调整比例，尿素装置正常情况下，尿素溶液w（尿素）在83%～86%，配制的车用尿素溶液w（尿素）在31.8%～33.2%，因此生产中尿素溶液和脱盐水的实际质量比为1.00∶（1.50～1.70）。

（2）化肥一期车用尿素设计产能5万t/a，理论上，满负荷运行时尿素溶液用量约为2 650 kg/h，脱盐水用量约为4 294 kg/h，实际生产过程中须考虑到流量计偏差、管线内残留冲洗水、配制槽底部可能存液等因素的影响，操作人员需及时调整，保证产品指标合格。

（3）除了有静态混合器将尿素溶液和脱盐水混合均匀，还设计在车用尿素溶液配制时通过车用尿素配制槽泵循环进一步混合，循环时经过密度仪，这样操作人员根据密度仪显示，可以更精确地控制车用尿素溶液的密度和浓度。因车用尿素溶液在不同温度下对应不同的密度，所以须根据配制时车用尿素溶液的温度，来确定具体的密度指标，化肥一期控制车用尿素溶液温度为38℃，此温度下对应的密度为1 080～1 084 kg/m3。

（4）当密度仪显示在指标范围内且稳定后，需立即对配制槽内车用尿素溶液浓度、密度、折光率等进行分析，以确认配制的溶液是否合格，同时校对密度仪指示是否准确。

2.3 生产时冲洗水控制

整个车用尿素装置如有冲洗水的加入，则会影响车用尿素溶液的最终产品质量。化肥一期车用尿素装置目前管线冲洗水、设备冲洗水、车用尿素配制槽泵和成品贮槽泵的密封冲洗水，都可以进入车用尿素系统。

针对此类情况，采用以下方式解决。

（1）车用尿素装置短期停车不需要冲洗，海南省东方市气温最低约为12℃，车用尿素溶液在此温度下不会结晶堵塞，只有长时间停产，才使用水将管线和设备清洗干净。同时在设备和管线的最低点都设有排放口，能将所有的冲洗水排放干净，不影响下次生产。

（2）车用尿素配制槽泵和成品贮槽泵都是采用PLAN32+54（API682标准）的冲洗形式，其中PLAN32形式是注入式冲洗［3］，除了冷却作用外，还防止泵体内车用尿素溶液进入密封腔室，但这样会导致少量冲洗水进入车用尿素系统影响产品浓度。目前采用的解决方式是在开泵前和停泵后短时间冲洗密封，同时操作人员需关闭泵的进出口阀，冲洗后的水从泵体的低点导淋完全排放掉。

2.4 车用尿素溶液w（NH3）变化

车用尿素装置如果长时间停止生产，随着时间的推移，成品贮槽内的车用尿素溶液组分也会发生变化，其中变化最大的是w（NH3）。

w（NH3）与车用尿素的纯度有关，w（NH3）升高说明部分车用尿素不纯或已经分解。因海南省天气炎热，车用尿素溶液存放时间越久，分解会越多，纯度越低，w（NH3）就会越高，具体情况见图2。

图2 车用尿素溶液中w（NH 3）变化趋势

从图2中可以看出，车用尿素溶液存放超过1个月，w（NH3）就会快速上升，针对此类情况，化肥一期采用以销定产的方式解决，不长时间储存。

2.5 不合格溶液回收

车用尿素装置在精密过滤器出口管线上，设计了一根废液回收管线，当车用尿素指标不合格时，可通过车用尿素配制槽泵或车用尿素成品贮槽泵将两个罐的不合格溶液回收至大颗粒尿素系统重复利用，既节能又环保。

3 结束语

海洋石油富岛有限公司化肥一期抓住化肥行业拓展的机遇，利用已有的大颗粒尿素装置进行简单技改生产车用尿素，投资费用低，建设周期短。同时车用尿素生产工艺与普通大颗粒尿素生产工艺比较，不新增废水、废气、废渣排放。因生产工艺流程简单，所以对操作人员来说，无须重新学习培训。

生产车用尿素经济效益显著，投资回报率较高，其作为公司产业链的延伸项目，达到了降本增效的目的，更重要的是推动公司逐渐转型，将成为公司转型的方向之一。