50 kt/a车用尿素装置运行中存在的问题及对策措施

宁 辉, 孔维俊

(1.吉林隆源农业服务有限公司 吉林农安 130202;2.贵州赤天化桐梓化工有限公司 贵州桐梓 563200)

贵州赤天化桐梓化工有限公司(以下简称贵州桐梓化工公司)主要产品的产能为300 kt/a合成氨、300 kt/a甲醇、520 kt/a尿素、100 kt/a复合肥,尿素产品在贵州市场占有率超过70%。贵州桐梓化工公司利用已有的销售渠道和品牌优势,积极开发尿素下游产品,提高产品附加值,建成了50 kt/a车用尿素装置,可产出优质的车用尿素。

车用尿素又称柴油发动机尾气处理液(AUS32),是指尿素质量分数为32.5%的纯水溶液,一般由脱盐水稀释尿素得到。车用尿素已发展成为选择性催化还原(SCR)技术的最佳处理溶剂,随着国家环保政策的出台,环保监管日趋严格,SCR技术在我国的快速推广应用[1],车用尿素的需求量与日俱增。

1 车用尿素生产工艺流程

车用尿素生产工艺流程见图1。来自脱盐水装置温度约35 ℃的脱盐水与来自尿素装置尿素溶液储槽温度为90 ℃、质量分数约85%的尿素溶液,分别通过流量调节阀控制后进入混合器混合,混合液再经过滤器过滤后流入车用尿素配制槽调配至标准浓度,配制合格的车用尿素成品由配制槽泵送至成品槽供充装外销。配制槽泵出口设有一根废液回收管线,当需要转移配制槽内不合格品时,可将溶液经此管线转移至尿素溶液储槽再利用。成品槽内的车用尿素成品由充装泵外送充装,充装泵出口管线上设有精密过滤器和质量流量计。充装泵可同时提供罐车和20 kg桶装产品线充装。2个成品槽与配制槽可互为备用,配制槽泵与充装泵也可互为备用。

图1 车用尿素生产工艺流程

2 主要设备

车用尿素生产装置主要设备见表1。

表1 车用尿素生产装置主要设备

3 车用尿素产品质量情况

车用尿素装置设计产能为50 kt/a,建设周期5个月。历经1个月的试运行,目前装置运行稳定,日均销售量超过100 t,多项产品质量指标优于国家标准《柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液(AUS 32)》(GB 29518—2013)的要求,见表2。

表2 部分产品质量指标与GB 29518—2013中的要求对比

目前测定溶液中尿素含量的方法主要有蒸馏装置法(Km法)、自动凯氏定氮仪法(Ka法)、杜马斯燃烧定氮仪法(D法)等3种。贵州桐梓化工公司采用Ka法测定车用尿素的含量,其优点是仪器成本和运营成本较低、精密度和准确度高、稳定性好,缺点是样品需进行前处理,检测时间较长[2],从取样到出分析结果需要2 h。

4 车用尿素装置运行中存在的问题

4.1 配制槽溶液中尿素浓度变化大

在装置投运初期,配制槽内已完成配制的溶液中尿素浓度出现较大变化,主要原因是结束配制后脱盐水与尿素混合不均匀,此时取样分析的结果不准确。随着混合时间的延长,配制槽内溶液混合均匀,温度变化小,密度、尿素浓度相对稳定,此时取样分析的结果才具有代表性。

在配制过程中,车用尿素的密度随溶液温度的变化而变化,故在线密度仪的读数需参考温度-密度对照表。与其他企业相比,贵州桐梓化工公司采用恒温密度仪,无需配备温度计和在线密度仪。

4.2 配制时间长

在装置投运初期,为了使配制槽内的车用尿素充分混合均匀,需启动配制槽泵对溶液打循环,停止进料后配制槽泵还需继续运行2 h以上。

4.3 配制过程中成品槽内车用尿素成品受到污染

在配制车用尿素的过程中,由于配制槽至成品槽连接阀门关闭不到位,操作人员在配制前未发现配制槽内的溶液经配制槽泵进入成品槽,导致成品槽内车用尿素成品受到污染,近50 t车用尿素成品被回收处理(配制槽泵与充装泵可互为备用,用充装泵将配制槽内的溶液送回尿素溶液储槽)。

4.4 车用尿素中醛类物质超标

在装置投运初期,发现车用尿素中醛类物质含量超标,其主要原因是尿素装置造粒系统非计划性打循环时,未及时停运车用尿素装置。

车用尿素中醛类物质是以甲醛(HCHO)含量计算的。甲醛的来源之一是为了增强尿素颗粒的强度和增大粒径,在尿素装置蒸发系统一、二段间的U形管部位加入了甲醛,当造粒系统打循环时,甲醛进入尿素溶液储槽,尿素溶液储槽中的尿素溶液再供车用尿素生产,便会造成车用尿素中醛类物质超标;甲醛的另一个来源是进入尿素装置的原料CO2中含有微量的甲醇,在合成塔中与防腐空气中的O2反应生成醛类物质(2CH3OH+O2=2H2O+2HCHO)。

5 改造措施

5.1 配制槽内增设分布器

为了使溶液快速混匀,常采用物理搅拌混合,可以在进料口、管道中、容器内等多个部位进行。经论证,在配制槽内增设了1台多筛孔分布器。增设分布器后,在配制过程中多次取样分析,溶液的密度和尿素浓度变化很小;配制结束后,溶液密度稳定,多次取样结果一致,再未出现配制槽内溶液尿素浓度变化大的问题。增设分布器直接解决了溶液混合不均匀的问题,其效果优于同类企业使用搅拌器的。

5.2 多举措缩短配制时间

(1)将脱盐水温度降至35 ℃,配制的车用尿素温度降低,缩短了冷却时间。

(2)配制过程中启用配制槽泵打循环,加速冷却,快速混匀,缩短配制等待时间。

(3)采集配制过程的数据(各调节阀的开度、脱盐水的密度和流量、尿素溶液流量、混合液温度及密度等)进行比对,考虑到流量计计量偏差、操作偏差以及管线、配制槽底部有水残留等情况,优化配制参数和操作方法,编制统一的配制操作手册。

(4)与分析检测人员及时沟通,合理安排取样时间,缩短出报告的时间。

改进后,与装置投运初期相比,配制时间缩短2 h以上,工作效率大幅提高。

5.3 完善操作规程和管理规定

成品槽与配制槽可互为备用,配制槽泵与充装泵也可互为备用,在使用中有其优点,但在操作中存在一些问题和隐患,尤其是阀门内漏、操作失误等。针对这类情况,一方面完善相应的操作规程和管理规定,加强员工培训;另一方面监控配制槽和成品槽的液位,对相应阀门施行挂牌操作,对长期不用的重要阀门上盲板并挂牌处理。

5.4 控制尿素溶液中醛类物质含量

生产中尽量减少或避免尿素装置的蒸发造粒系统打循环,控制尿素溶液储槽内溶液的醛类物质含量。在配制车用尿素前,对尿素溶液进行醛类物质的检测分析,指标合格后方能进行车用尿素的配制。在配制过程中出现异常时,先停止配制,再对尿素溶液储槽和配制槽内的溶液进行醛类物质的检测分析,配制槽内不合格品全部回收处理。

6 设备运行情况

车用尿素装置主要设备运行情况见表3。

表3 车用尿素装置主要设备运行情况

7 结语

车用尿素是SCR技术催生下的新产品,市场需求量大,车用尿素装置具有建设周期短、投资小、风险低等特点。对于尿素生产企业,配套设施完善,运行维护、产品销售等保障体系健全,可利用自身优势积极开发尿素下游产品,实现产品的多样化,提高产品的附加值,增强企业抗风险的能力。在农用尿素市场竞争日趋激烈的环境下,发展车用尿素无疑是尿素生产企业一个较好的选择。贵州桐梓化工公司建设的车用尿素装置,在生产初期出现了工艺设计不足、产品质量不稳定、产品受污染、生产效率低等问题,但经过技术改造、优化工艺操作、加强培训与管理,并采取有针对性的措施后,目前装置运行稳定,产品质量良好,日均销售量超过了100 t。