尿素溶液

尿素溶液（精选4篇）

尿素溶液 篇1

0 引言

SCR烟气脱硝的还原剂应具有效率高、价格低、安全性高、仓储便利、占地面积小等特点, 目前常用的还原剂主要有液氨、氨水和尿素三种。

液氨虽然具有来源广、投资费用低等优点, 但因其是有毒物质, 具有很强的安全威胁性和毒性, 同样氨水也具有安全问题, 这两种还原剂逐渐被尿素所取代。尿素制氨工艺包括水解和热解两种技术, 其中热解工艺具有很高的稳定性、安全性和可利用率, 越来越受到业内的认可和青睐。

1 原理介绍

尿素热解反应方程式为:

尿素氨+异氰酸

异氰酸+水氨+二氧化碳

2 流程介绍

尿素热解法制氨系统分为尿素溶液制备系统和热解系统两部分, 其中尿素制备包括斗提机、溶解罐、溶液给料泵、储罐、尿素溶液循环装置 (HFD) , 热解包括计量分配装置 (MDM) 、电加热器 (EH) 、含喷射器 (INJ) 的绝热分解室 (DC) 。

(1) 袋装尿素经过破袋后, 由斗提机输送到溶解罐里, 用除盐水将干尿素溶解成40~60% (一般为50%) 质量浓度的尿素溶液, 通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。

(2) 尿素溶液经由尿素溶液循环泵输送至计量分配装置母管接口, 再通过循环管路经由背压控制阀回到尿素溶液储罐。

(3) 50%尿素溶液结晶温度约为18℃, 为防止设备及管路内溶液结晶, 罐体需要内置蒸汽盘管, 管路可设置疏水、电伴热并采用硅酸铝或岩棉管壳保温。

(4) 尿素溶液经过计量分配装置精确地测量和控制输送到喷射器, 经过雾化喷嘴喷入分解室后热解, 生成NH3、H2O和CO2, 分解产物喷入SCR脱硝系统。

(5) 尿素热解采用锅炉热一次风或二次风, 风量设计值由热平衡计算所得, 风压不低于8.5KPa, 如达不到此压力值, 需设置增压风机。用电加热器将高温空气加热到约350~600℃后进入绝热分解室。

3 核心设备的设计理念及优化

3.1 尿素溶解罐

材料采用S30408不锈钢, 溶解罐除设有水流量和温度控制系统外, 还采用输送泵将尿素溶液从储罐底部向侧部进行循环, 使尿素溶液更好地混合。尿素溶液浓度的精准配制是通过装在循环回路上的密度计信号控制溶解罐进水自动完成的。当尿素溶液温度过低时, 蒸汽加热系统启动使溶液的温度高于28℃ (确保不结晶) 。

尿素溶解罐设有人孔、颗粒尿素进口、蒸汽进口、溶解水进口、循环回流口、尿素溶液出口、溢流管、排污管、搅拌器、液位、温度测量等设施。尿素溶解罐上设置排风机。尿素溶解罐的溶解水进口设置两路, 一为除盐水, 二为加热用的蒸汽疏水, 两者可根据实际情况自动切换。

3.2 尿素溶液储罐

满足6天的用量 (40~60%尿素溶液) 要求, 采用不锈钢制造, 为立式平底结构, 装有液面、温度显示仪、人孔、梯子、通风孔及蒸汽加热装置, 罐体外实施保温。储罐基础为混凝土结构, 室外布置时考虑现场其他情况变量包括地震带, 风载荷、雪载荷和温度变化等。

尿素溶解罐及储罐蒸汽冷凝水由疏水器排出汇入疏水箱进行回收, 作为设置尿素溶液伴热水, 伴热后的水将回到疏水箱。

3.3 尿素溶液循环装置

该装置包含2台全流量的多级变频离心泵, 一用一备、1套过滤器、1只背压控制阀及用于远程控制和监测循环系统的压力、温度、流量等仪表。高流量循环泵的设计流量为尿素溶液耗量设计值的5倍, 出口压力应能满足克服循环管道的沿程阻力和管件的局部损失打入计量分配装置。

3.4 计量分配装置

能精确地测量和控制输送到分解室的尿素溶液流量, 其中尿素溶液支管调节阀采用美国进口品牌, 调节精度高, 能满足30%-100%氨需量的要求。装置内及装置出口至喷枪段的尿素溶液管道要求电伴热, 保温使用橡塑海绵。模块设计冲洗水管路, 喷枪入口处的冲洗水压力要求高于0.5MPa, 可以将伴热热水作为冲洗水水源。雾化空气母管压力0.6MPa-0.8 MPa。

3.5 电加热器

根据热风的流量和电加热器进出口温度, 计算出加热器的电耗和装机功率, 留有适当的设计裕量, 用以补偿因锅炉负荷变化引起热风温度的浮动和设备的负偏差。电加热器电压等级为380V, 采用可控硅控制方式, 功率100%可调, 避免出现大幅度的电流波动。电加热器热响应速度0.5℃/S

3.6 绝热分解室

尿素溶液由316 L不锈钢制造的喷射器雾化后喷入分解室, 在350~600℃的高温热风条件下, 尿素液滴分解成NH3、H2O、CO2。根据尿素溶液分解的时间和覆盖面积确定喷射器在热解炉内的位置, 确保尿素分解完全, 杜绝氨气混合物管中出现再结晶或加热空气中的飞灰沉积现象。保证中间产物HNCO (异氰酸) 对下游烟道设备不存在潜在负面影响。

喷枪的喷嘴采用优质产品, 能随机组的负荷调节, 自动调节喷枪的喷入量。热解炉设置有喷枪检修的密封风, 通常杂用压缩空气, 当单支枪检修时喷枪位置通入密封风, 避免分解室内热风外逸伤人。

4 结语

随着尿素热解技术在燃煤电厂应用日益广泛, 整个系统的设计需要同时满足合理性、安全性、经济性的要求。通过烟气量、NOX去除效率计算出需氨量, 再进一步计算出尿素耗量, 进而确定溶解罐、储罐、输送泵、电加热器和热解炉等设备的参数。

摘要：本文介绍了SCR脱硝工艺尿素热解制氨整套系统的工艺流程, 各个工艺参数的确定范围和计算方法 , 以及核心设备的设计理念, 并结合工程实例及实际运行结果进行优化, 旨在为同行业设计人员提供参考。

关键词：尿素热解,加热器,绝热分解室

参考文献

[1]DL/T 5480-2013火力发电厂烟气脱硝设计技术规程[S].

[2]宋小宁, 晏敏.燃煤电厂SCR烟气脱硝设计的影响因素分析[J].杭州:安全与环境工程, 2013.

[3]郭伟, 崔宁.尿素热解制氨SCR脱硝技术在电厂的应用与优化[J].石家庄:锅炉技术, 2012.

尿素溶液 篇2

1中压分解循环系统

1.1中压分解系统

我公司40 kt/a装置增产改造过程中先是加大了一分加, 但在扩产后发现预蒸馏塔内塔盘易变形、吹翻, 或泡罩冲刷腐蚀严重。后于2003年改造时将其更换为ϕ1 200 mm换热面积330 m2的自汽提一分塔, 才得以解决。 (使用初期自汽提一分塔加热器列管爆, 以及现在自汽提一分塔的降膜分布器与加热器之间的密封差仍在影响系统的经济运行) 。原60 kt/a装置在扩产时, 预蒸馏系统只是加大了一分加, 由原来的F 134 m2加大为F 200 m2, 对预蒸馏内塔盘上的泡罩及中心管均做了加大处理, 泡罩由ϕ75 mm扩大至ϕ108 mm;中心管则由ϕ57 mm扩大至ϕ70 mm, 个数、排列方式不变。改造后ϕ1 100 mm预蒸馏塔亦能满足180 kt/a的需要。笔者改造前到河北东光和冀州银海参观学习。东光二期使用ϕ1 800 mm、F 671 m2的自汽提一分塔, 产能达300 kt/a;冀州银海二期则使用ϕ1 400 mm、F 555 m2的自汽提一分塔, 产能200 kt/a;两公司目前吨尿素蒸汽消耗均在1 100 kg以内, 冀州银海汽耗报导已达900 kg。而在使用预蒸馏的厂家中, 笔者曾与莱西化肥厂交流, 他们在加大预蒸馏塔及一分加后, 未使用其他新技术, 汽耗亦降到1 250 kg以内, 但产能增幅不大。宁波远东在公开的资料中介绍其开发的DL型塔盘, 目的亦是加大流通量, 提高传质传热效果及产能, 降低各项消耗, 特别是蒸汽消耗;因此, 笔者认为中压分解预蒸馏塔在扩产节能改造中, 必须要考虑一分加热器至预蒸馏塔气相出口在正常生产负荷下是否有最小压差 (确保气液有足够的流通空间) , 一分加热器加热室蒸汽压力在正常生产中是否在0.6～0.65 MPa之间 (在合成塔出液CO2转化率不变的情况下有满足生产负荷的换热面积) ;并确保一段分解达到预期效果 (合成塔出液CO2转化率的高低对预蒸馏塔影响大, 本文在均未考虑其影响的前提下分析对比) 。

1.2中压循环回收系统

水溶液全循环工艺装置的一大特点就是循环工序的高框架布置。工艺物料需要依靠重力流动的相关设备之间要有足够的位差;设备布置的标高及配管必须合理, 以确保物料的正常流动;但在小尿素扩产节能改造中, 有很多兄弟单位和我们一样, 对此没有引起足够的重视。

中压吸收塔是尿素生产的关键设备之一。我公司初次扩产改造均是对一吸塔进行加长鼓泡段及加大鼓泡分布器的改造, 并相应增加了一台一吸冷却器, 加大了循环水泵, 将一吸塔气相管线、气液混合物管线及部分循环水管线由ϕ159 mm放大到ϕ219 mm。在40 kt/a扩至100 kt/a和60 kt/a扩至100 kt/a的过程中, 效果确实明显。但扩至180 kt/a后, 一吸塔则表现出操作困难, 经常超温, 明显感到一吸塔内压力高, 顶回流氨和氨水加不进去。为此, 我们先后加粗了回流氨和氨水管线, 虽然都起到了一些作用, 但均未彻底扭转被动的局面。2007年借合成塔检塔大修之机, 对原40 kt/a装置的ϕ1 000 mm一吸塔塔盘、鼓泡器进行改造, 将塔盘上的泡罩由原来的ϕ75 mm加大为ϕ108 mm, 各中心管由原来的ϕ50 mm加大为ϕ70 mm, 鼓泡器的分布孔为ϕ10 mm, 孔的总数确保其截面积之和达到ϕ219 mm管截面积的2倍以上。检修完毕后开车, 取得较好的效果。班产尿素由原来的150 t左右提至180 t左右, 并且操作较原先稳定, 但一吸塔3点温度偏高, 在85 ℃左右。我们分析可能为鼓泡器分布孔径偏大 (ϕ10 mm) , 故在60 kt/a装置的增产节能改造中, 未再加大鼓泡器分布器孔径, 只增加孔数;60 kt/a装置的一吸塔3点温度均在55 ℃左右。2008年公司与宁波远东合作又对两套系统进行节能改造。此次改造未对一吸塔进行改动。但是一吸冷却器、热能利用段的加大进一步稳定了一吸塔的操作。2010年3月通过对河北东光、冀州银海、山东华鲁恒升、明水大化的参观学习, 结合兄弟单位的运行经验及我公司实际情况, 我们制定了以降低中低压系统压差, 提高分解效率, 降低汽耗, 稳定生产工艺的技改思路。准备在中压系统实施以下改造。

(1) 加粗一吸塔气相管线, 由原来的ϕ219 mm加粗为ϕ325 mm。

(2) 加粗一分塔气相至热能利用段、一吸冷却器、一吸塔的气液混合物管线到ϕ325 mm。

(3) 加粗氨冷A至惰洗器, 到氨冷B, 再到氨冷C至惰洗器的气相管线, 及氨冷器气相和液氨缓冲槽的气相平衡管线。

(4) 加粗预分离器气相出口至一吸冷却器气相管线, 并去掉阀门。原60 kt/a装置的预分离器标高抬高2 m。

(5) 新上一台400 m3/h循环水泵, 更换掉原来的100 m3/h循环水泵, 并将原部分ϕ159 mm管线加粗为ϕ219 mm。

具体实施过程中, 因时间及其他原因, (2) 、 (3) 、 (4) 项未彻底实施。原40 kt/a装置中使用31 m3的合成塔, 经过改造后班产尿素达到200 t以上, 最高班产达到211.8 t, 各项指标更加稳定, 操作弹性加大;但在此负荷下, 系统压差虽有降低却未达到既定目标, 导致单套尿素蒸汽消耗仍在1 230 kg/t左右 (含水解) 。对我公司原60 kt/a装置, 则主要进行了 (1) 项改造, (2) 、 (3) 项仅做了少量改造, 使用31 m3合成塔, 班产尿素亦能达到190 t以上, 蒸汽消耗在1 150 kg左右, 两套尿素单独生产时吨尿耗氨均控制在575 kg以内。结合2010年的改造, 我们认为水溶液全循环工艺节能扩产改造后, 仍完全有能力将蒸汽消耗降至1 100 kg/t以下, 但前提是所有改造应尽量以不增加系统的压差为目标。冀州银海吨尿蒸汽消耗降至900 kg, 笔者对该装置参观学习时, 第一印象就是感觉设备少, 现场简练, 与很多扩产后的单位不同, 一吸冷却器就用了一台 (432.8 m2) , 循环水泵为600 m3/h, 氨冷器共两台 (单台580 m2) , 笔者参观当天注意到当时二甲泵、氨水泵出口压力均为1.8 MPa而中压控制在1.7 MPa, 设备的增大与数量的减少, 使系统压差降至最低, 这应是该装置汽耗低的原因之一。

2低压系统

截止到2003年, 我公司对低压部分只是加大了二分加热器, 在两套尿素装置的二分塔气相至二循一冷之间加了二循预冷器。由于尿素产能增加, 二循一冷气相带液, 二循二冷氨水中CO2含量增加一直困扰生产。在2008年与宁波远东合作时, 将原40 kt/a装置中备用的预蒸馏塔、一分加热器改为二分塔、二分加热器;60 kt/a装置中的二分塔精馏段由原ϕ800 mm加大为ϕ1 000 mm, 并对一冷气相管线加高加粗, 低压系统才趋于稳定, 但是二循一冷器气相仍不时带液。2010年我们改造低压系统的思路也是降低压差, 稳定生产, 具体制定以下措施:

(1) 二循预冷和二循一冷由串联改为并联;

(2) 加大二循一冷、二循二冷气相分离空间。

截止到目前只实施 (2) 项改造, 改造完成后, 原40 kt/a装置中的低压系统亦基本满足了180 kt/a的要求。但是二分塔气相至二循二冷气相出口的压差仍达0.2 MPa (现二分塔气相出口压力在0.4 MPa左右, 低压控制指标为0.2 MPa) , 体现到操作中, 则是生产负荷增加, 二分加热室内的压力就明显上升, 制约了系统进一步节能降耗。

3蒸发系统

由于直接关系到成品质量, 一直是改造的重点。但在扩产节能改造过程中由于一直本着修旧利废、节约代用的原则, 对系统的压差认识不足, 也走了不少的弯路。两套装置的二段蒸发冷却系统, 由原来的一个50 m2氨冷到加到一个80 m2水冷, 到再一个94 m2水冷。中间冷也由原来的一个9 m2到再加一个11 m2冷却器, 再到改为一个36 m2的中间冷 (均是旧设备改造利用) 。二段蒸发分离器也由加热分离器一体改为分体, 加热器出口至分离器切线进料, 进料口上方未加挡液板, 仍沿用老旋流除沫器, 一、二段蒸发蒸汽喷射器改为水抽喷射器。每次改造完后在开车初期均能看到有所好转, 但均未彻底解决问题。2003年将原40 kt/a装置改为三段蒸发, 新上降膜闪蒸加热器、分离器、闪蒸冷凝器, 由于设备质量及安装等原因, 加热器多次爆管, 闪蒸真空一直未达标。2007年大修之际, 将两套装置一表冷至一段蒸发水抽喷射器、中间冷至二段蒸发水抽喷射器的管线由原来的ϕ76 mm改为ϕ108 mm, 开车后效果比较明显, 二段蒸发分离器内真空能达到-0.085 MPa以上。但连续运行1个月后, 二段分离器的真空就开始下降, 其上部及气相管间结满缩合物, 需停车长时间热洗浸泡处理。随着环保要求的严格, 热洗后的水因无法回收处理, 排放又成了难题。2008年, 在与宁波远东合作的方案中, 新购两台220 m2的二表冷, 将原来两套装置中二段蒸发各三个水冷器全部去掉, 分别将最大的一个老水冷改为中间冷, 去掉原36 m2中间冷。原60 kt/a装置二段蒸发分离器切线进料口上方增加挡液板;原旋流除沫板及以上部分全部去掉;原40 kt/a装置则新上一台二段蒸发分离器, 气相出口管线均由ϕ377 mm改为ϕ530 mm, 各新上40 m2一段蒸发加热器一台, 170 m2的热能利用段一台。原40 kt/a去掉降膜闪蒸加热分离器, 新上闪蒸分离器和加热器;原60 kt/a装置则加大闪蒸分离器并增加了闪蒸加热器和闪蒸冷却器。彻底解决了蒸发系统存在的问题。管线的优化确保了尿素的优级品率。河北东光二期300 kt/a尿素一表冷350 m2, 二表冷350 m2, 且一二段蒸发分离器气相至一二表冷管线均为ϕ630 mm;而冀州银海200 kt/a尿素一表冷284 m2, 二表冷350 m2, 一二段蒸发分离器与一二表冷管线也均为ϕ630 mm, 设备的放大, 气相管线的放大, 均有效降低了喷射器至分离器系统的压差, 使喷射器发挥出最大的潜能。而我们在改造过程中也有一个细节, 原40 kt/a扩产节能改造时, 因考虑如何确保产品质量, 将二段喷射器A也一并加大, 并相应加粗了连接管线, 但开车后发现二段蒸发蒸汽喷射器A根本不用开, 仅水抽二段就能满足系统需要。

4结语

尿素溶液 篇3

关键词：水稻,尿素硝铵溶液,肥效,产量,经济性状

氮肥是影响水稻产量最为重要的因素之一[1], 氮肥可以提高水稻群体生物量, 增加单位面积穗数、穗粒数、千粒重[2]。合理施氮, 不仅可提高水稻产量, 而且可减少环境污染[3]。叶面喷施作为水稻补充氮素, 节肥增收的措施目前已广泛应用, 其中尿素溶液在水稻上进行叶面喷施的研究有很多, 而尿素硝铵溶液在水稻上进行叶面喷施的研究报道却较少。为此, 用尿素硝铵溶液在水稻上进行叶面喷施试验, 以探讨水稻不同生育期喷施尿素硝铵溶液对水稻产量和主要经济性状的影响, 为大面积推广应用提供技术服务。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验选在东海县石榴街道麻汪村某农户承包田中进行, 前茬作物为冬小麦。土种为黄土地, 试验前采集土样进行检测, 土壤有机质27.3 g/kg、碱解氮100.6 mg/kg、速效磷21.1 mg/kg、速效钾105.8 mg/kg、p H值6.5。

1.2 试验材料

供试肥料:46%尿素 (市售) 、12%过磷酸钙 (市售) 、60%氯化钾 (市售) [4]。尿素硝铵溶液 (江苏苏农农资连锁集团股份有限公司提供) , 含氮32%, 其中:硝态氮7.75%、铵态氮7.75%、酰胺态氮16.5%, 水溶性100%, p H值7.5。

供试水稻品种:连粳7 号 (原名“连05-45”) , 由连云港市农业科学研究院以“镇稻88×中粳8415”F3为母本、“中粳川-2×武育粳3 号”F1为父本杂交, 于2005 年育成, 属中熟中粳稻品种[5]。2010 年通过江苏省农作物品种审定委员会审定 (审定编号为苏审稻201008) [6], 该品种适宜在江苏省准北地区种植。

1.3 试验设计

试验设4 个处理, 处理1:配方施肥 (CK) , 施纯N 270kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。氮肥分4 次施用, 即基肥施纯N 108 kg/hm2, 分蘖肥施纯N 27 kg/hm2, 促花肥 (在倒4 叶时施用) 施纯N 94.5 kg/hm2, 保花肥 ( 在倒3 叶时施用) 施纯N 40.5 kg/hm2。磷肥和钾肥全部作基肥。前茬小麦秸秆全量还田, 水稻整个生育期内不施有机肥和叶面肥。处理2:不施分蘖肥+喷尿素硝铵溶液, 施纯N 243 kg/hm2、P2O560kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。氮肥分3 次施用, 即基肥施纯N 108kg/hm2, 促花肥 ( 在倒4 叶时施用) 施纯N 94.5 kg/hm2, 保花肥 (在倒3 叶时施用) 施纯N 40.5 kg/hm2。磷肥和钾肥全部作基肥。不施分蘖肥, 用尿素硝铵溶液3 L/hm2对水450 kg/hm2均匀喷洒水稻植株。前茬小麦秸秆全量还田, 水稻整个生育期内不施有机肥和其他叶面肥。其他管理措施同处理1。处理3:不施促花肥+喷尿素硝铵溶液。施纯N 175.5 kg/hm2、P2O560kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。氮肥分4 次施用, 即基肥施纯N 108kg/hm2, 分蘖肥施纯N 27 kg/hm2, 保花肥 (在倒3 叶时施用) 施纯N 40.5 kg/hm2。磷肥和钾肥全部作基肥。即不施促花肥, 用尿素硝铵溶液3 L/hm2对水450 kg/hm2均匀喷洒水稻植株。前茬小麦秸秆全量还田, 水稻整个生育期内不施有机肥和其他叶面肥。其他管理措施同处理1。处理4:不施保花肥+喷尿素硝铵溶液。施纯N 229.5 kg/hm2、P2O560 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。氮肥分4 次施用, 即基肥施纯N 108 kg/hm2, 分蘖肥施纯N 27kg/hm2, 促花肥 (倒4 叶时施用) 施纯N 94.5 kg/hm2。磷肥和钾肥全部作基肥。即不施促花肥, 用尿素硝铵溶液3 L/hm2对水450 kg/hm2均匀喷洒水稻植株。前茬小麦秸秆全量还田, 水稻整个生育期内不施有机肥和其他叶面肥。其他管理措施同处理1[7,8]。3 次重复, 随机排列, 小区面积200 m2。

1.4 试验方法

水稻采用育苗移栽, 2013 年5 月10 日播种;小麦收获后取田间土样化验土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和p H值;6 月24 日整地、划分小区, 小区间人工筑田埂, 田埂整好及时用宽幅80 cm的塑料薄膜包严包实, 单灌单排, 防止窜水窜肥;人工整平小区后施入基肥, 并与土掺混均匀后灌3 cm水层进行人工移栽, 栽插行距25 cm, 穴距11.67 cm, 每穴栽4 株种子苗;6 月11 日施分蘖肥的小区施入分蘖肥, 用潮细土300 kg/hm2拌化学除草剂 (丁·苄可湿性粉剂) 均匀撒施;7 月25 日对施促花肥小区施入促花肥, 8 月5 日对施保花肥小区施入保花肥;病虫害防治、灌水等管理措施基本一致;10 月17 日每个小区取10 穴具有代表性的植株贴地面收割带回室内考查, 考查项目主要是有效穗数、穗总粒数、穗实粒数、结实率、千粒重, 在小区避开边3 行内或小区两头6 穴以内范围收割5 m2水稻单独脱粒, 风干扬净后称重计算产量。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻实产的影响

从表1 可以看出, 处理3 实产居第一, 为9 579.50 kg/hm2;处理4 实产居第二, 为9 560.00 kg/hm2; 处理2 居第三, 为9 544.00 kg/hm2。处理3、4、2 较处理1 (CK) 分别增产244.00、224.50、208.50 kg/hm2, 增幅分别为2.61%、2.40%、2.23%。

2.2 不同处理对水稻经济学性状的影响

2.2.1 有效穗数。 从表2 可以看出, 处理3 有效穗数居第一, 为304.15 万穗/hm2, 处理4 有效穗数居第二, 为302.30万穗/hm2, 处理1 (CK) 有效穗数居第三, 为300.85 万穗/hm2, 处理2 有效穗数最少, 为287.30 万穗/hm2;处理2 较处理1 (CK) 有效穗数减少13.55 万穗/hm2, 减少幅度为4.50% ; 处理3、4 较处理1 (CK) 有效穗数分别增加了3.30 万、1.45 万穗/hm2, 增幅分别为1.10%、0.48%。

2.2.2 穗总粒数。 从表3 可以看出, 处理2 穗总粒数居第一, 为154.68 粒;处理3 穗总粒数居第二, 为145.83 粒;处理4 穗总粒数居第三, 为144.68 粒;处理2、3、4 较处理1 (CK) 穗总粒数分别增加16.68、7.83、6.68 粒, 增幅分别为12.09%、5.67%、4.84%。

2.2.3 穗实粒数。 从表4 可以看出, 处理2 穗实粒数居第一, 为125.47 粒;处理4 穗实粒数居第二, 为121.13 粒;处理3 穗实粒数居第三, 为120.73 粒;处理2、4、3 较处理1 (CK ) 穗实粒数分别增加7.41 、3.07 、2.67 粒, 增幅分别为6.28%、2.60%、2.26%。

2.2.4 结实率。从表5 可以看出, 处理1 结实率居第一, 为85.55% ; 处理2、3、4 较处理1 (CK) 结实率分别减少4.43、2.69、1.81 个百分点。

2.2.5千粒重。从表6可以看出, 处理2千粒重居第一, 为27.21 g, 较处理1 (CK) 增加0.19 g, 增幅0.7%;处理3、4较处理1 (CK) 分别减少0.19、0.18 g, 减幅分别为0.70%、0.67%。

3结论与讨论

不施促花肥+喷尿素硝铵溶液处理实产、有效穗数均居第一, 分别为9 579.50 kg/hm2、304.15 万穗/hm2, 较配方施肥 (CK) 分别增加244.00 kg/hm2、3.30 万穗/hm2, 增幅分别为2.61% 、1.10% 。 穗总粒数居第二, 为145.83 粒, 较配方施肥 (CK) 增加7.83 粒, 增幅5.67%。穗实粒数居第三, 为120.73粒, 较配方施肥 (CK) 增加2.67 粒, 增幅2.26%。结实率为82.86%, 较配方施肥 (CK) 减幅2.69%。千粒重为26.83 g, 较配方施肥 (CK) 减少0.19g, 减幅0.70%。

不施保花肥+喷尿素硝铵溶液处理的实产、穗实粒数均居第二, 分别为9 560.00 kg/hm2、121.13 粒, 较配方施肥 (CK) 分别增加224.50 kg/hm2、3.07 粒, 增幅分别为2.40%、2.60%。有效穗数302.30 万穗/hm2, 较配方施肥 (CK) 增加1.45 万穗/hm2, 增幅0.48% 。 穗总粒数为144.68 粒, 较配方施肥 (CK) 增加6.68 粒, 增幅4.84%。结实率为83.74%, 较配方施肥 (CK) 减少1.81%。千粒重为26.84 g, 较配方施肥 (CK) 减少0.18g, 减幅0.67%。

不施分蘖肥+喷尿素硝铵溶液处理实产居第三, 为9 544.00 kg/hm2, 较配方施肥 (CK) 增产208.50 kg/hm2, 增幅为2.23%。穗总粒数、穗实粒数、千粒重均居第一, 分别为154.68 粒、125.47 粒、27.21 g, 较配方施肥 (CK) 分别增加16.68 粒、7.41 粒、0.19 g, 增幅分别为12.09%、6.28%、0.70%。有效穗数为287.30 万穗/hm2, 较配方施肥 (CK) 减少13.55万穗/hm2, 减幅4.50% 。 结实率为81.12% , 较配方施肥 (CK) 减少4.43%。

综上所述, 不施促花肥+喷尿素硝铵溶液处理、不施保花肥+喷尿素硝铵溶液处理、不施分蘖肥+喷尿素硝铵溶液处理较配方施肥 (CK) 都有不同程度的增产效果, 对水稻有效穗数、穗总粒数、穗实粒数、结实率和千粒重等主要经济性状也有不同程度的影响。鉴于东海县水稻生产实际, 从高产稳产角度考虑过多减少氮肥用量有一定的风险, 特别要注重分蘖肥施氮。建议与本试验条件基本一致时, 中熟中粳稻基肥减少总氮量10% (即基肥施纯N 81.0 kg/hm2) , 在施用分蘖肥 (施纯N 27 kg/hm2) 、促花肥 (施纯N 94.5 kg/hm2) 和保花肥 (施纯N 40.5 kg/hm2) 的同时, 分别用尿素硝铵溶液3 L/hm2对水450 kg/hm2喷施, 可获得9 000 kg/hm2以上的产量, 实现增产增收。

参考文献

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尿素溶液 篇4

关键词：水溶液全循环法尿素装置,节能减排,技改,深度水解技术,粉尘回收技术,逆流换热全液相合成技术,传统21法

0前言

尿素作为重要的化肥品种之一, 数十年来已经为我国农业增产作出了重要贡献。我国是最大的发展中国家, 拥有十三亿以上的人口。基于我国仍然是农业大国且人均可耕地少这一国情, 粮食安全至关重要。目前, 我国已用世界7%的可耕地养活了20%的人口, 在此化肥的贡献是不言而喻的。毋庸置疑, 今后我国政府必然会继续支持化肥产业的正常生产和发展。故而, 作为肥业支柱的尿素产业也仍将继续向前发展。

21世纪的人类社会, 已进入全球化时代。对于高污染高能耗的传统化肥产业的继续生产和发展, 首先必须建立在治理三废污染和减排二氧化碳的基础上;同时, 化肥产业的发展必须走以节能为主线的低碳经济发展模式[1]。

我国作为负责任的大国, 以积极的态度支持节能减排为主旋律的低碳经济发展模式。低碳经济的重要理念是:发展低能耗零污染的绿色经济;淘汰高污染高能耗的落后产能。为此, 近年国务院和工信部公布了严重污染环境、高能耗的落后产能行业, 其中有钢铁、水泥、石化、火电等六大行业的部分企业[2]。今年我国中东部严重的雾霾天气, 必然促使加快治理污染的步伐。

作为石化行业之一的尿素产业, 生产过程中亦有废物排放污染的问题, 主要为废水及造粒塔排出的废气对环境的污染。另外, 有些企业还存在着以高能耗换取高产量的错误观念, 这是与低碳经济理念极不相符的。因而, 如何继续发展我国传统的化肥产业, 首先要转变观念, 转变只重视产品产量而忽视产品质量和能耗的错误观念, 这是继续发展我国化肥产业的前提条件。

我国中小型尿素装置多数是采用传统水溶液全循环法 (以下简称传统法) 进行生产的。因而, 讨论该类装置的节能技改, 对于整个尿素产业实现低碳经济发展具有特殊的、重要的意义。

传统法尿素技术创建于上世纪五十年代末六十年代初, 我国于1966年引进该技术。在国家粮食安全保护政策下, 上世纪六、七十年代和八、九十年代曾先后两次大批量兴建了中型尿素装置 (80~130kt/a) 和小型尿素装置 (40~60kt/a) 。这些装置已成为我国尿素生产的主力军。然而, 传统法尿素工艺毕竟是第一代水溶液全循环技术, 装置工艺落后, 主要问题有两个, 其一是合成转化率低, xCO2仅为60%~65%;其二是一段分解压力过低, 仅1.8MPa, 导致热利用率差。上述两个问题是造成装置能耗过大的主要原因。吨尿能耗为, 蒸汽1.5~1.8t, 冷却水100~160m3, 电130~150kW·h。

对于尿素装置而言, 节能方法有如下两种。

第一, 热量回收节能 (属于直接节能法) 。

在尿素装置中, 将分解工序释放出来的未反应物———NH3和CO2气体, 在回收工序冷凝 (吸收) , 并将其冷凝热回收利用, 以减少装置能耗, 此即为热量回收节能技术。

第二, 提高合成转化率节能 (属于间接节能法) 。

尿素装置中, xCO2越高, 生成尿素量越多, 出塔尿液中未反应甲铵及过剩氨总量也越少, 后续分解工序所需蒸汽量也越少, 循环回收未反应物所需能耗 (电能、冷却水) 也越少。因而, xCO2的高低密切关联着装置运行的能耗, 即xCO2越高, 能耗越少。

因此, 提高尿素合成转化率已成为尿素装置最为重要的节能方法。

为了提高xCO2, 运行较好的传统法尿素装置, 已在尿塔内安装了高效塔盘, 或设计了多种新型内件, 已使xCO2提高至66%~68%, 促使装置能耗下降。

但是, 由现代工业尿素合成理论分析得知:只要是从底部进料的尿塔, 即使将塔盘再增加, 或效率再高的新塔型, 实际xCO2不太可能逾越70%。

合成转化率小于70%, 已成为传统法尿素装置的瓶颈, 最先进的传统法尿素装置的能耗指标始终徘徊在汽耗约1.3t (吨尿;下同) , 落后于汽提法尿素装置。

然而, 尿素技术已进入合成时代[2], 其典型代表为美国UTI尿素技术。UTI用逆流等温塔已将xCO2提高到75%, 也即UTI仅用合成节能法一项, 已能使装置汽耗下降至约1.0t, 其先进性已能与汽提法媲美。因而, 用合成时代的理论和实践来改造我国传统法尿素装置, 则装置发生凤凰涅槃, 实现跨越式发展是指日可待的。

为此, 在工业尿素合成理论指导下, 消化国外先进核心知识基础上, 自主创新, 开发出两项节能新技术, 供传统法尿素装置低碳节能发展选择应用。

其一为逆流换热全液相合成塔, 主要针对传统法xCO2低的问题, 汲取了美国UTI逆流等温合成塔的先进理念而开发成的新塔型[3~4]。

其二为传统21法技术, 主要针对传统法热利用率差、xCO2低两个问题, 汲取了汽提法先进理念, 结合现代工业尿素合成理论开发出的新流程[5]。

1 技改原则及建议

1.1 技改原则

(1) 应从尿素装置是一个系统工程的整体观点来考察, 即装置各工序之间是紧密相连的整体角度来寻找能耗高的原因, 并找出具体节能降耗的方法、措施;尤其不能就事论事, 从局部出发来制订具体措施。

(2) 对于传统法尿素装置而言, 具体的节能技改措施应以提高xCO2为主、热量回收为辅的原则。因为提高合成转化率是最好的节能措施。

xCO2与能耗之间的关系见图1, 该图系笔者 (沈华民) 以传统法尿素装置NH3/CO2为4.0时, 进行数学模拟计算而得出的。

由图1查得, 当xCO260%~65%时, 汽耗为1.6~1.4t。实际值为1.8~1.5t。

若将xCO2提高到70%, 系统蒸汽耗量由图1查得为1.2t。可见, 在此转化率下后系统若能回收200kg蒸汽, 装置即可进入先进的节能低碳行列。

若将xCO2进一步提高到75%, 由图1查得汽耗小于1.0t, 这时即使后系统不采取任何节能措施, 装置也已进入先进的节能低碳行列。

由此可见, 传统法尿素装置节能技改措施应倾向于合成节能法。

1.2 技改建议

我国传统法尿素装置, 大致可分为三类。具体技改措施亦略有不同。

1.2.1 第一类:运行水平较差的落后产能

(1) 装置概况

(1) 只有解吸系统, 经常排放解吸废水;造粒塔顶也经常排出粉尘、废气。

(2) 原尿塔为空筒或设置常规塔板, xCO260%~63%, 汽耗1.5~1.8t。

(2) 问题讨论

本类装置在尿素行业中属于高污染高能耗的落后产能, 如果不及时采取措施, 最终必然被淘汰。

环保先行, 亟需治理排放的废水、废气, 使装置的三废达标排放;同时, 装置能耗在同行业中也处于落后状态, 也需尽快采取改善措施。

(3) 建议

建议分两阶段进行改造, 使装置达到同行业先进水平。

(1) 第一阶段首先需治理污染问题, 设置水解系统和造粒塔粉尘回收系统, 以解决装置污染问题。对于能耗高的问题, 建议将尿塔塔盘改为先进的高效塔盘;同时, 对全系统进行优化操作以及参数调整, 以提高xCO2来降能耗。

优化调整后使装置xCO2提升至66%~67%, 装置汽耗下降至1.3~1.4t, 以尽快摆脱落后状态, 达到行业中等水平。

(2) 第二阶段用逆流换热全液相合成技术或传统21法进行改造, 进一步提升xCO2>70%, 汽耗≤1.0t, 使装置达到行业先进水平。

1.2.2 第二类:运行水平处于中等偏下游的装置

(1) 装置概况

(1) 水解系统及粉尘回收系统已设置。

(2) 尿塔设有普通塔盘, xCO264%~65%, 汽耗1.4~1.5t。

(2) 问题讨论

本类装置污染问题已基本解决, 但能耗还是较高, 在行业中运行水平属于中游偏下状态。若墨守陈规, 随着时间的推移, 在竞争中也难以长期生存。

(3) 建议

亦建议分两步走。

(1) 第一步设置高效塔盘, 同时对尿塔塔盘进行优化调整, 并对全装置进行参数调整和优化操作, 将xCO2进一步提高到66%~67%, 汽耗降至1.3~1.4t。

这样, 可以用较少的投资尽快提升装置水平, 摆脱能耗偏高状态, 尽快进入行业中等水平行列。

(2) 第二步用逆流换热全液相合成技术或传统21法改造装置, 进一步将xCO2提高到70%以上, 汽耗≤1.0t, 使装置达到行业先进水平。

1.2.3 第三类:装置扩产

(1) 装置概况

(1) 水解系统及粉尘回收系统已设置。

(2) 尿塔已设置高效塔盘, 在生产强度I=10~12[t/ (m3·d) ;下同]时, xCO266%~67%, 汽耗1.3~1.4t。

(3) 因扩产需要, I提高至15~16时, xCO2下降至60%~61%, 汽耗上升到1.6~1.7t。

(2) 问题讨论

由于扩产, 使原先较好的装置成为高能耗高污染装置, 如何使装置恢复到原先水平或超过原先水平, 选择既节能又增产的新技术是成功的关键。

(3) 建议

逆流换热全液相合成技术以及传统21法都是既节能又增产的新技术, 可以选择其中之一来改造。在I=15~16时, 均能使xCO2达到70%左右, 汽耗可降至1.0t左右, 装置进入行业先进水平行列。

2 三废减排技术

尿素生产过程中的三废排放主要为废水排放和造粒塔粉尘排放, 其中主要含氨和尿素, 这两种物质排入江河或大气中均会造成污染, 必须进行治理, 并回收有效物质。

2.1 废水治理技术

(1) 废水来源尿素装置的废水主要来自尿素合成反应生成的水。每生成1t尿素会产生300kg水;另外, 还有从原料液氨、CO2以及蒸汽喷射泵工作时带入系统的水, 最后一起形成蒸发冷凝液。故而, 实际生产中吨尿会产生400~500kg废液。若排放这些废液, 会对江河造成污染。

(2) 组成 (wt) 尿素0.5%~1.0%;NH31.0%~5.0%;CO20.5%~2.0%。

(3) 国情原来我国传统法尿素装置仅设置解吸系统, 通过解吸可将废液中的NH3脱除, 但因为排出废水中仍含有少量尿素, 既损失了尿素又会对水环境造成污染, 必须进一步处理。

深度水解技术能将废液中尿素和氨一起脱除/回收, 使排放废水达标。

(1) 水解原理

可见, 水解过程分两步进行, 首先分解尿素, 然后将溶液中的NH3和CO2连同原来残留在废液中的NH3和CO2一起全部解吸为气相, 从而使残留液中尿素和NH3含量均小于5×10-6。

(2) 国外技术

高压深度水解技术意大利Snamprogtti公司技术, 压力3.5~4.0MPa。

中压深度水解技术荷兰Stamicarbon公司技术, 压力2.0~2.5MPa。

低压深度水解技术美国UTI公司技术, 压力1.3MPa。

(3) 我国自主开发的水解技术

我国已有多家单位自主研发了水解技术。本文介绍德州百斯特化工科技有限公司的低压水解技术, 其流程见图2。

该水解技术特点如下。

(1) 采用单塔。水解和解吸合二为一的单塔操作, 流程短, 设备少, 投资省。

(2) 底部导入1.3MPa蒸汽直接加热废液, 以供水解和解吸之用;同时, 还加入少量CO2和空气作汽提剂 (空气还是防腐剂) , 促使废液中的尿素在较低温度下 (约190℃) 分解为NH3和CO2。这样, 更适合于没有中、高压蒸汽的尿素装置。

(3) 采用具有自主知识产权的高效塔内件, 排放废液中尿素<5×10-6、NH3<5×10-6。

(4) 应用

百斯特水解技术已在山东、河南等多家尿素装置上应用, 效果良好。

2.2 粉尘治理技术

(1) 粉尘来源

尿素造粒塔是绝大多数尿素装置的标志性建筑物, 但是若塔顶排出的尿素粉尘治理不力, 则塔顶排出白色粉尘状废气也是污染的一大标志。

近年来, 随着我国大多数中、小型尿素装置的扩产改造, 原设计的造粒塔生产能力已严重不足, 一方面导致尿素造粒塔塔顶尿素小颗粒粉尘带出量过多, 产生白色粉尘污染大气;另一方面又增加了尿素的损耗。

针对这一新情况, 尿素造粒塔粉尘回收技术已成为我国尿素产业三废治理的重点技术, 是我国氮肥工业协会推荐的重点环保项目。

本文介绍德州百斯特化工科技有限公司的粉尘回收技术[6]。

(2) 治理方法

采用湿式雾化洗涤法脱除粉尘, 其特点如下。

(1) 粉尘回收装置应用于原造粒塔为自然通风的造粒塔, 因而不需外加强力通风设备;装置全部置于造粒塔上方, 操作简便, 与生产系统合为一体。

(2) 采用尿素水解废液作为粉尘吸收液的置换补充液, 用洗涤喷头加入装置。

(3) 采用先进雾化技术, 湿式洗涤回收粉尘, 且为三段吸收三段分离回收技术, 回收率达85%~90%。

(3) 应用