尿素生產(chǎn)過(guò)程中的粉塵成因及降低措施

高 君，袁 彪

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

中海石油華鶴煤化有限公司尿素裝置采用荷蘭和豐流化床造粒工藝，生產(chǎn)負(fù)荷1 860 t/d，2015年投產(chǎn)以來(lái)，尿素造粒系統(tǒng)粉塵量一直偏高，體現(xiàn)在粉塵回收系統(tǒng)中洗滌器密度儀的測(cè)量均值一直在1.140 kg/L以上，大于設(shè)計(jì)值1.135 kg/L（由于粉塵量沒(méi)有專門的測(cè)量?jī)x表，只能通過(guò)造粒機(jī)洗滌器密度儀來(lái)間接測(cè)定）。粉塵增加，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)和環(huán)境都有很大危害。解決大顆粒尿素造粒系統(tǒng)粉塵量高的問(wèn)題，對(duì)保障造粒系統(tǒng)正常運(yùn)行，降低裝置能耗有實(shí)際意義。

1 流化床造粒過(guò)程和原理

質(zhì)量分?jǐn)?shù)96.5%的尿素溶液在壓力大約為700 kPa、溫度132 ℃下，由泵送到造粒裝置。為生成大顆粒尿素，并防止結(jié)塊，在泵進(jìn)口的尿素溶液中加入由脲醛（UF）反應(yīng)器生成的脲醛溶液，脲醛溶液溫度85 ～95 ℃，壓力0.6 kPa，通過(guò)溢流進(jìn)入泵入口，然后送至大顆粒裝置。脲醛反應(yīng)器中甲醛在與尿素溶液混合前先加入少量液氨調(diào)節(jié)酸堿度，pH控制為7.0 ～8.5。加入脲醛反應(yīng)器的甲醛質(zhì)量流量為964 kg/h，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5%～37.4%。造粒系統(tǒng)固體循環(huán)回路及除塵流程如圖1所示。

圖1 造粒系統(tǒng)固體循環(huán)回路及除塵流程

在流化床工藝中，顆粒尿素的生產(chǎn)是通過(guò)把液體尿素噴灑到流化狀態(tài)下的晶種上完成的。該工藝的基本特點(diǎn)是：液體尿素為濃縮的溶液，而不是融熔尿素；噴灑通過(guò)很多噴嘴在流化床中完成；通過(guò)累積方式使顆粒尿素長(zhǎng)大。在造粒機(jī)整個(gè)造粒區(qū)域內(nèi)停留期間，每個(gè)粒子上都重復(fù)噴灑尿素溶液，粒子的長(zhǎng)大是逐漸和均勻的，造粒機(jī)內(nèi)熱平衡通過(guò)尿素溶液中的水分蒸發(fā)來(lái)維持。

造粒機(jī)的顆粒尿素進(jìn)入流化床冷卻器，冷卻到70 ℃以下。通過(guò)振動(dòng)給料器從流化床冷卻器中抽出，由產(chǎn)品皮帶機(jī)輸送到安全篩。在篩網(wǎng)上大塊和粒徑超過(guò)10 mm（對(duì)于大顆粒產(chǎn)品為13 mm）的大顆粒被送到循環(huán)槽。在安全篩的出口，尿素顆粒通過(guò)斗提機(jī)送到兩臺(tái)平行操作的振動(dòng)篩。符合產(chǎn)品粒徑要求的顆粒，通過(guò)產(chǎn)品皮帶去包裝工序；細(xì)小顆粒送回造粒機(jī)；偏大顆粒送到兩臺(tái)平行操作的輥軸式破碎機(jī)，經(jīng)破碎后與細(xì)小顆?；旌?，循環(huán)回造粒機(jī)。

2 粉塵的成因及回收處理

2.1 粉塵的成因

（1）成粒過(guò)程，尿素顆粒生成過(guò)程中，部分水分蒸發(fā)過(guò)程攜帶小液滴或微塵；（2）傳輸過(guò)程，尿素顆粒在傳輸過(guò)程中碰撞摩擦產(chǎn)生；（3）尿素本身性質(zhì)，尿素產(chǎn)品溫度過(guò)高，本身易吸潮，尿素顆粒飽和水分壓高于空氣中的水分壓，將有細(xì)微水分向空氣中逸出，也會(huì)產(chǎn)生一些粉塵。

2.2 粉塵的洗滌回收處理

從造粒機(jī)以及流化床冷卻器排出來(lái)的空氣中含有一些粉塵，需洗滌達(dá)標(biāo)后排放。同時(shí)，造粒系統(tǒng)設(shè)計(jì)了除塵回路，通過(guò)風(fēng)機(jī)來(lái)收集粉塵，主要是收集斗提機(jī)頂部、輥式破碎機(jī)、振動(dòng)篩、到倉(cāng)庫(kù)傳送帶等部位粉塵，風(fēng)機(jī)流量可以通過(guò)手動(dòng)閥調(diào)節(jié)。帶粉塵的空氣被送到冷卻器洗滌器進(jìn)行洗滌。

來(lái)自冷卻器洗滌器貯槽的稀尿素溶液被噴到靠近造粒機(jī)出口的帶有粉塵的空氣流中，以防止空氣風(fēng)道堵塞。為了增加洗滌效果和防止霧沫帶出，在洗滌器內(nèi)部安裝了二層最終除霧器。除霧器由少量的工藝水不斷沖洗。干凈的空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)抽到煙囪排放到大氣中，空氣流量通過(guò)入口的控制閥來(lái)控制。收集到造粒機(jī)洗滌器的洗滌水，一部分循環(huán)作為洗滌液回到洗滌器噴頭，而流到循環(huán)槽的量通過(guò)液位測(cè)量?jī)x來(lái)調(diào)節(jié)。洗滌水循環(huán)量受泵的影響，貯槽中的溶液濃度由密度測(cè)量?jī)x控制，通過(guò)控制從冷卻器洗滌器來(lái)的稀尿素溶液的量來(lái)調(diào)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)顆粒生產(chǎn)中洗滌器內(nèi)尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為45%，而大顆粒生產(chǎn)中大約為32%。

冷卻器洗滌器是一個(gè)某種程度上的慣性孔式濕式洗滌器，帶有離心式的噴灑網(wǎng)和最終除霧器。最終除霧器是用少量工藝水間歇性噴灑。冷卻器洗滌器貯槽接受所有必要的工藝水以使整個(gè)造粒系統(tǒng)接近水平衡，通過(guò)控制閥來(lái)控制貯槽液位。稀尿素溶液尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約6%，通過(guò)泵循環(huán)到洗滌器。

3 影響造粒系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵的主要因素分析

對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)同類型的尿素裝置，其洗滌器密度儀的測(cè)量值都可以控制在1.135 kg/L 以下，同時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)，最低值可達(dá)到1.132 kg/L［1］。通過(guò)改進(jìn)措施，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。針對(duì)尿素造粒系統(tǒng)粉塵量高的問(wèn)題，通過(guò)查詢制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），調(diào)取2020年1—12月數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化操作前造粒洗滌系統(tǒng)密度儀測(cè)量值變化趨勢(shì)

尿素生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生粉塵的因素很多，不僅要控制單個(gè)的工藝參數(shù)，設(shè)備完好也是造粒系統(tǒng)粉塵控制的一個(gè)重要方面。最終產(chǎn)品和循環(huán)量的穩(wěn)定，以及造粒機(jī)出料顆粒粒度的控制，可通過(guò)工藝過(guò)程中晶種的平衡來(lái)獲得。造粒機(jī)中的晶種決定于幾個(gè)不同的方面，例如篩網(wǎng)的尺寸、破碎機(jī)的間隙、尿素溶液的組分和流量等。通過(guò)對(duì)2020 年造粒系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，從造粒機(jī)、冷卻器、振動(dòng)篩、破碎機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)5個(gè)方面對(duì)造粒系統(tǒng)粉塵含量高的原因進(jìn)行了分析，排除比較明顯的不是造成粉塵高的因素，最終得出9條關(guān)鍵因素：造粒機(jī)噴頭壓力控制高，霧化不好，或者擊穿床層；造粒機(jī)床層料位控制低，使霧化尿素溶液被吸入粉塵洗滌器；床層溫度高于110 ℃，顆粒粉化嚴(yán)重；流化風(fēng)量大，將小顆粒吸入洗滌器；破碎機(jī)間隙小，產(chǎn)生過(guò)多粉塵進(jìn)入造粒機(jī)，后被抽入洗滌器；脲醛溶液溫度低，顆粒強(qiáng)度不夠；脲醛溶液pH 值低，達(dá)不到應(yīng)有的效果，顆粒易碎；除塵管道堵塞，除塵效果不好；造粒運(yùn)輸動(dòng)設(shè)備封閉不好，存在泄漏，造成粉塵多。

針對(duì)以上因素，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行以下應(yīng)對(duì)操作調(diào)整：嚴(yán)格控制噴頭壓力在0.35 ～0.45 MPa；造粒機(jī)料位控制在55%～65%；床層溫度控制在108 ℃左右；匹配負(fù)荷，穩(wěn)定流化風(fēng)量，嚴(yán)格控制造粒機(jī)負(fù)壓在-0.5 ～-0.2 kPa；根據(jù)洗滌液密度和破碎粒度調(diào)整破碎機(jī)間隙，嚴(yán)格執(zhí)行每周五清理破碎機(jī)輥?zhàn)咏Y(jié)疤，日常巡檢監(jiān)測(cè)破碎粒度變化，保證粒度在1.7 ～2.1 mm；控制脲醛系統(tǒng)反應(yīng)溫度為89 ～90 ℃，每15 d沖洗脲醛裝置尿素溶液管道1次，保證暢通，日常脲醛溶液罐及尿素溶液管道伴熱正常，保證甲醛溫度在40 ℃左右；保證甲醛中加入的NH3量，將甲醛罐內(nèi)pH控制在6.5 ～6.9，嚴(yán)格控制甲醛加入量與系統(tǒng)負(fù)荷相匹配，保證成品甲醛含量和顆粒強(qiáng)度；定期敲擊和沖洗除塵管道，沖洗除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道及葉輪；對(duì)造粒系統(tǒng)固體回路動(dòng)設(shè)備進(jìn)行改造，加強(qiáng)運(yùn)輸設(shè)備封閉性，減少顆粒和粉塵外漏。

對(duì)策實(shí)施之后，于2021年6月至7月對(duì)尿素洗滌系統(tǒng)密度儀測(cè)量值進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 實(shí)施優(yōu)化措施后造粒洗滌系統(tǒng)密度儀測(cè)量值變化趨勢(shì)

對(duì)策實(shí)施后，尿素生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，破碎機(jī)上下輥無(wú)粉塵黏結(jié)，粒度均勻且在控制范圍內(nèi)，造粒系統(tǒng)粉塵得到大幅度降低，洗滌器密度儀測(cè)量值保持在1.133 kg/L左右，造粒工況良好。

4 優(yōu)化效果和經(jīng)濟(jì)效益

尿素造粒系統(tǒng)操作優(yōu)化后，產(chǎn)生粉塵量明顯減少，洗滌系統(tǒng)密度降低并保持穩(wěn)定，造粒地槽返回蒸發(fā)的尿素溶液量從原來(lái)的9 m3/h 降低至7 m3/h，每天可節(jié)約蒸汽1 t，加上降低了蒸發(fā)和解吸負(fù)荷，全年理論節(jié)約蒸汽360 t，蒸汽單價(jià)按109.84元/t計(jì)算，全年可節(jié)約3.95萬(wàn)元，降低了設(shè)備輸送的能耗，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)了造粒運(yùn)行周期；同時(shí)減少員工吸入粉塵量，保證員工身體健康；減少設(shè)備腐蝕，避免周邊空氣污染和水源污染。