50 kt/a車用尿素裝置運行中存在的問題及對策措施

寧 輝, 孔維俊

(1.吉林隆源農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司 吉林農(nóng)安 130202;2.貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓 563200)

貴州赤天化桐梓化工有限公司(以下簡稱貴州桐梓化工公司)主要產(chǎn)品的產(chǎn)能為300 kt/a合成氨、300 kt/a甲醇、520 kt/a尿素、100 kt/a復(fù)合肥,尿素產(chǎn)品在貴州市場占有率超過70%。貴州桐梓化工公司利用已有的銷售渠道和品牌優(yōu)勢,積極開發(fā)尿素下游產(chǎn)品,提高產(chǎn)品附加值,建成了50 kt/a車用尿素裝置,可產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的車用尿素。

車用尿素又稱柴油發(fā)動機(jī)尾氣處理液(AUS32),是指尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%的純水溶液,一般由脫鹽水稀釋尿素得到。車用尿素已發(fā)展成為選擇性催化還原(SCR)技術(shù)的最佳處理溶劑,隨著國家環(huán)保政策的出臺,環(huán)保監(jiān)管日趨嚴(yán)格,SCR技術(shù)在我國的快速推廣應(yīng)用[1],車用尿素的需求量與日俱增。

1 車用尿素生產(chǎn)工藝流程

車用尿素生產(chǎn)工藝流程見圖1。來自脫鹽水裝置溫度約35 ℃的脫鹽水與來自尿素裝置尿素溶液儲槽溫度為90 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)約85%的尿素溶液,分別通過流量調(diào)節(jié)閥控制后進(jìn)入混合器混合,混合液再經(jīng)過濾器過濾后流入車用尿素配制槽調(diào)配至標(biāo)準(zhǔn)濃度,配制合格的車用尿素成品由配制槽泵送至成品槽供充裝外銷。配制槽泵出口設(shè)有一根廢液回收管線,當(dāng)需要轉(zhuǎn)移配制槽內(nèi)不合格品時,可將溶液經(jīng)此管線轉(zhuǎn)移至尿素溶液儲槽再利用。成品槽內(nèi)的車用尿素成品由充裝泵外送充裝,充裝泵出口管線上設(shè)有精密過濾器和質(zhì)量流量計。充裝泵可同時提供罐車和20 kg桶裝產(chǎn)品線充裝。2個成品槽與配制槽可互為備用,配制槽泵與充裝泵也可互為備用。

圖1 車用尿素生產(chǎn)工藝流程

2 主要設(shè)備

車用尿素生產(chǎn)裝置主要設(shè)備見表1。

表1 車用尿素生產(chǎn)裝置主要設(shè)備

3 車用尿素產(chǎn)品質(zhì)量情況

車用尿素裝置設(shè)計產(chǎn)能為50 kt/a,建設(shè)周期5個月。歷經(jīng)1個月的試運行,目前裝置運行穩(wěn)定,日均銷售量超過100 t,多項產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)《柴油發(fā)動機(jī)氮氧化物還原劑 尿素水溶液(AUS 32)》(GB 29518—2013)的要求,見表2。

表2 部分產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與GB 29518—2013中的要求對比

目前測定溶液中尿素含量的方法主要有蒸餾裝置法(Km法)、自動凱氏定氮儀法(Ka法)、杜馬斯燃燒定氮儀法(D法)等3種。貴州桐梓化工公司采用Ka法測定車用尿素的含量,其優(yōu)點是儀器成本和運營成本較低、精密度和準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好,缺點是樣品需進(jìn)行前處理,檢測時間較長[2],從取樣到出分析結(jié)果需要2 h。

4 車用尿素裝置運行中存在的問題

4.1 配制槽溶液中尿素濃度變化大

在裝置投運初期,配制槽內(nèi)已完成配制的溶液中尿素濃度出現(xiàn)較大變化,主要原因是結(jié)束配制后脫鹽水與尿素混合不均勻,此時取樣分析的結(jié)果不準(zhǔn)確。隨著混合時間的延長,配制槽內(nèi)溶液混合均勻,溫度變化小,密度、尿素濃度相對穩(wěn)定,此時取樣分析的結(jié)果才具有代表性。

在配制過程中,車用尿素的密度隨溶液溫度的變化而變化,故在線密度儀的讀數(shù)需參考溫度-密度對照表。與其他企業(yè)相比,貴州桐梓化工公司采用恒溫密度儀,無需配備溫度計和在線密度儀。

4.2 配制時間長

在裝置投運初期,為了使配制槽內(nèi)的車用尿素充分混合均勻,需啟動配制槽泵對溶液打循環(huán),停止進(jìn)料后配制槽泵還需繼續(xù)運行2 h以上。

4.3 配制過程中成品槽內(nèi)車用尿素成品受到污染

在配制車用尿素的過程中,由于配制槽至成品槽連接閥門關(guān)閉不到位,操作人員在配制前未發(fā)現(xiàn)配制槽內(nèi)的溶液經(jīng)配制槽泵進(jìn)入成品槽,導(dǎo)致成品槽內(nèi)車用尿素成品受到污染,近50 t車用尿素成品被回收處理(配制槽泵與充裝泵可互為備用,用充裝泵將配制槽內(nèi)的溶液送回尿素溶液儲槽)。

4.4 車用尿素中醛類物質(zhì)超標(biāo)

在裝置投運初期,發(fā)現(xiàn)車用尿素中醛類物質(zhì)含量超標(biāo),其主要原因是尿素裝置造粒系統(tǒng)非計劃性打循環(huán)時,未及時停運車用尿素裝置。

車用尿素中醛類物質(zhì)是以甲醛(HCHO)含量計算的。甲醛的來源之一是為了增強(qiáng)尿素顆粒的強(qiáng)度和增大粒徑,在尿素裝置蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段間的U形管部位加入了甲醛,當(dāng)造粒系統(tǒng)打循環(huán)時,甲醛進(jìn)入尿素溶液儲槽,尿素溶液儲槽中的尿素溶液再供車用尿素生產(chǎn),便會造成車用尿素中醛類物質(zhì)超標(biāo);甲醛的另一個來源是進(jìn)入尿素裝置的原料CO2中含有微量的甲醇,在合成塔中與防腐空氣中的O2反應(yīng)生成醛類物質(zhì)(2CH3OH+O2=2H2O+2HCHO)。

5 改造措施

5.1 配制槽內(nèi)增設(shè)分布器

為了使溶液快速混勻,常采用物理攪拌混合,可以在進(jìn)料口、管道中、容器內(nèi)等多個部位進(jìn)行。經(jīng)論證,在配制槽內(nèi)增設(shè)了1臺多篩孔分布器。增設(shè)分布器后,在配制過程中多次取樣分析,溶液的密度和尿素濃度變化很小;配制結(jié)束后,溶液密度穩(wěn)定,多次取樣結(jié)果一致,再未出現(xiàn)配制槽內(nèi)溶液尿素濃度變化大的問題。增設(shè)分布器直接解決了溶液混合不均勻的問題,其效果優(yōu)于同類企業(yè)使用攪拌器的。

5.2 多舉措縮短配制時間

(1)將脫鹽水溫度降至35 ℃,配制的車用尿素溫度降低,縮短了冷卻時間。

(2)配制過程中啟用配制槽泵打循環(huán),加速冷卻,快速混勻,縮短配制等待時間。

(3)采集配制過程的數(shù)據(jù)(各調(diào)節(jié)閥的開度、脫鹽水的密度和流量、尿素溶液流量、混合液溫度及密度等)進(jìn)行比對,考慮到流量計計量偏差、操作偏差以及管線、配制槽底部有水殘留等情況,優(yōu)化配制參數(shù)和操作方法,編制統(tǒng)一的配制操作手冊。

(4)與分析檢測人員及時溝通,合理安排取樣時間,縮短出報告的時間。

改進(jìn)后,與裝置投運初期相比,配制時間縮短2 h以上,工作效率大幅提高。

5.3 完善操作規(guī)程和管理規(guī)定

成品槽與配制槽可互為備用,配制槽泵與充裝泵也可互為備用,在使用中有其優(yōu)點,但在操作中存在一些問題和隱患,尤其是閥門內(nèi)漏、操作失誤等。針對這類情況,一方面完善相應(yīng)的操作規(guī)程和管理規(guī)定,加強(qiáng)員工培訓(xùn);另一方面監(jiān)控配制槽和成品槽的液位,對相應(yīng)閥門施行掛牌操作,對長期不用的重要閥門上盲板并掛牌處理。

5.4 控制尿素溶液中醛類物質(zhì)含量

生產(chǎn)中盡量減少或避免尿素裝置的蒸發(fā)造粒系統(tǒng)打循環(huán),控制尿素溶液儲槽內(nèi)溶液的醛類物質(zhì)含量。在配制車用尿素前,對尿素溶液進(jìn)行醛類物質(zhì)的檢測分析,指標(biāo)合格后方能進(jìn)行車用尿素的配制。在配制過程中出現(xiàn)異常時,先停止配制,再對尿素溶液儲槽和配制槽內(nèi)的溶液進(jìn)行醛類物質(zhì)的檢測分析,配制槽內(nèi)不合格品全部回收處理。

6 設(shè)備運行情況

車用尿素裝置主要設(shè)備運行情況見表3。

表3 車用尿素裝置主要設(shè)備運行情況

7 結(jié)語

車用尿素是SCR技術(shù)催生下的新產(chǎn)品,市場需求量大,車用尿素裝置具有建設(shè)周期短、投資小、風(fēng)險低等特點。對于尿素生產(chǎn)企業(yè),配套設(shè)施完善,運行維護(hù)、產(chǎn)品銷售等保障體系健全,可利用自身優(yōu)勢積極開發(fā)尿素下游產(chǎn)品,實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化,提高產(chǎn)品的附加值,增強(qiáng)企業(yè)抗風(fēng)險的能力。在農(nóng)用尿素市場競爭日趨激烈的環(huán)境下,發(fā)展車用尿素?zé)o疑是尿素生產(chǎn)企業(yè)一個較好的選擇。貴州桐梓化工公司建設(shè)的車用尿素裝置,在生產(chǎn)初期出現(xiàn)了工藝設(shè)計不足、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)品受污染、生產(chǎn)效率低等問題,但經(jīng)過技術(shù)改造、優(yōu)化工藝操作、加強(qiáng)培訓(xùn)與管理,并采取有針對性的措施后,目前裝置運行穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量良好,日均銷售量超過了100 t。