尿素生产过程中的粉尘成因及降低措施

高 君，袁 彪

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

中海石油华鹤煤化有限公司尿素装置采用荷兰和丰流化床造粒工艺，生产负荷1 860 t/d，2015年投产以来，尿素造粒系统粉尘量一直偏高，体现在粉尘回收系统中洗涤器密度仪的测量均值一直在1.140 kg/L以上，大于设计值1.135 kg/L（由于粉尘量没有专门的测量仪表，只能通过造粒机洗涤器密度仪来间接测定）。粉尘增加，对生产系统和环境都有很大危害。解决大颗粒尿素造粒系统粉尘量高的问题，对保障造粒系统正常运行，降低装置能耗有实际意义。

1 流化床造粒过程和原理

质量分数96.5%的尿素溶液在压力大约为700 kPa、温度132 ℃下，由泵送到造粒装置。为生成大颗粒尿素，并防止结块，在泵进口的尿素溶液中加入由脲醛（UF）反应器生成的脲醛溶液，脲醛溶液温度85 ～95 ℃，压力0.6 kPa，通过溢流进入泵入口，然后送至大颗粒装置。脲醛反应器中甲醛在与尿素溶液混合前先加入少量液氨调节酸碱度，pH控制为7.0 ～8.5。加入脲醛反应器的甲醛质量流量为964 kg/h，质量分数为36.5%～37.4%。造粒系统固体循环回路及除尘流程如图1所示。

图1 造粒系统固体循环回路及除尘流程

在流化床工艺中，颗粒尿素的生产是通过把液体尿素喷洒到流化状态下的晶种上完成的。该工艺的基本特点是：液体尿素为浓缩的溶液，而不是融熔尿素；喷洒通过很多喷嘴在流化床中完成；通过累积方式使颗粒尿素长大。在造粒机整个造粒区域内停留期间，每个粒子上都重复喷洒尿素溶液，粒子的长大是逐渐和均匀的，造粒机内热平衡通过尿素溶液中的水分蒸发来维持。

造粒机的颗粒尿素进入流化床冷却器，冷却到70 ℃以下。通过振动给料器从流化床冷却器中抽出，由产品皮带机输送到安全筛。在筛网上大块和粒径超过10 mm（对于大颗粒产品为13 mm）的大颗粒被送到循环槽。在安全筛的出口，尿素颗粒通过斗提机送到两台平行操作的振动筛。符合产品粒径要求的颗粒，通过产品皮带去包装工序；细小颗粒送回造粒机；偏大颗粒送到两台平行操作的辊轴式破碎机，经破碎后与细小颗粒混合，循环回造粒机。

2 粉尘的成因及回收处理

2.1 粉尘的成因

（1）成粒过程，尿素颗粒生成过程中，部分水分蒸发过程携带小液滴或微尘；（2）传输过程，尿素颗粒在传输过程中碰撞摩擦产生；（3）尿素本身性质，尿素产品温度过高，本身易吸潮，尿素颗粒饱和水分压高于空气中的水分压，将有细微水分向空气中逸出，也会产生一些粉尘。

2.2 粉尘的洗涤回收处理

从造粒机以及流化床冷却器排出来的空气中含有一些粉尘，需洗涤达标后排放。同时，造粒系统设计了除尘回路，通过风机来收集粉尘，主要是收集斗提机顶部、辊式破碎机、振动筛、到仓库传送带等部位粉尘，风机流量可以通过手动阀调节。带粉尘的空气被送到冷却器洗涤器进行洗涤。

来自冷却器洗涤器贮槽的稀尿素溶液被喷到靠近造粒机出口的带有粉尘的空气流中，以防止空气风道堵塞。为了增加洗涤效果和防止雾沫带出，在洗涤器内部安装了二层最终除雾器。除雾器由少量的工艺水不断冲洗。干净的空气通过风机抽到烟囱排放到大气中，空气流量通过入口的控制阀来控制。收集到造粒机洗涤器的洗涤水，一部分循环作为洗涤液回到洗涤器喷头，而流到循环槽的量通过液位测量仪来调节。洗涤水循环量受泵的影响，贮槽中的溶液浓度由密度测量仪控制，通过控制从冷却器洗涤器来的稀尿素溶液的量来调节，标准颗粒生产中洗涤器内尿素溶液质量分数大约为45%，而大颗粒生产中大约为32%。

冷却器洗涤器是一个某种程度上的惯性孔式湿式洗涤器，带有离心式的喷洒网和最终除雾器。最终除雾器是用少量工艺水间歇性喷洒。冷却器洗涤器贮槽接受所有必要的工艺水以使整个造粒系统接近水平衡，通过控制阀来控制贮槽液位。稀尿素溶液尿素质量分数大约6%，通过泵循环到洗涤器。

3 影响造粒系统产生粉尘的主要因素分析

对标国内同类型的尿素装置，其洗涤器密度仪的测量值都可以控制在1.135 kg/L 以下，同时查询历史数据，最低值可达到1.132 kg/L［1］。通过改进措施，可以实现目标。针对尿素造粒系统粉尘量高的问题，通过查询制造执行系统（MES），调取2020年1—12月数据，如图2所示。

图2 优化操作前造粒洗涤系统密度仪测量值变化趋势

尿素生产过程产生粉尘的因素很多，不仅要控制单个的工艺参数，设备完好也是造粒系统粉尘控制的一个重要方面。最终产品和循环量的稳定，以及造粒机出料颗粒粒度的控制，可通过工艺过程中晶种的平衡来获得。造粒机中的晶种决定于几个不同的方面，例如筛网的尺寸、破碎机的间隙、尿素溶液的组分和流量等。通过对2020 年造粒系统运行数据对比，从造粒机、冷却器、振动筛、破碎机、除尘风机5个方面对造粒系统粉尘含量高的原因进行了分析，排除比较明显的不是造成粉尘高的因素，最终得出9条关键因素：造粒机喷头压力控制高，雾化不好，或者击穿床层；造粒机床层料位控制低，使雾化尿素溶液被吸入粉尘洗涤器；床层温度高于110 ℃，颗粒粉化严重；流化风量大，将小颗粒吸入洗涤器；破碎机间隙小，产生过多粉尘进入造粒机，后被抽入洗涤器；脲醛溶液温度低，颗粒强度不够；脲醛溶液pH 值低，达不到应有的效果，颗粒易碎；除尘管道堵塞，除尘效果不好；造粒运输动设备封闭不好，存在泄漏，造成粉尘多。

针对以上因素，在实际生产过程中进行以下应对操作调整：严格控制喷头压力在0.35 ～0.45 MPa；造粒机料位控制在55%～65%；床层温度控制在108 ℃左右；匹配负荷，稳定流化风量，严格控制造粒机负压在-0.5 ～-0.2 kPa；根据洗涤液密度和破碎粒度调整破碎机间隙，严格执行每周五清理破碎机辊子结疤，日常巡检监测破碎粒度变化，保证粒度在1.7 ～2.1 mm；控制脲醛系统反应温度为89 ～90 ℃，每15 d冲洗脲醛装置尿素溶液管道1次，保证畅通，日常脲醛溶液罐及尿素溶液管道伴热正常，保证甲醛温度在40 ℃左右；保证甲醛中加入的NH3量，将甲醛罐内pH控制在6.5 ～6.9，严格控制甲醛加入量与系统负荷相匹配，保证成品甲醛含量和颗粒强度；定期敲击和冲洗除尘管道，冲洗除尘风机进出口管道及叶轮；对造粒系统固体回路动设备进行改造，加强运输设备封闭性，减少颗粒和粉尘外漏。

对策实施之后，于2021年6月至7月对尿素洗涤系统密度仪测量值进行分析，结果如图3所示。

图3 实施优化措施后造粒洗涤系统密度仪测量值变化趋势

对策实施后，尿素生产系统运行稳定，破碎机上下辊无粉尘黏结，粒度均匀且在控制范围内，造粒系统粉尘得到大幅度降低，洗涤器密度仪测量值保持在1.133 kg/L左右，造粒工况良好。

4 优化效果和经济效益

尿素造粒系统操作优化后，产生粉尘量明显减少，洗涤系统密度降低并保持稳定，造粒地槽返回蒸发的尿素溶液量从原来的9 m3/h 降低至7 m3/h，每天可节约蒸汽1 t，加上降低了蒸发和解吸负荷，全年理论节约蒸汽360 t，蒸汽单价按109.84元/t计算，全年可节约3.95万元，降低了设备输送的能耗，保证了产品质量，延长了造粒运行周期；同时减少员工吸入粉尘量，保证员工身体健康；减少设备腐蚀，避免周边空气污染和水源污染。