尿素產(chǎn)品質量影響因素的分析及控制

徐春齊，鄒彩俠

（安徽三星化工有限責任公司，安徽渦陽233600）

尿素產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和飼料加工業(yè)中得到了廣泛的應用，成品尿素的質量指標主要包括：含氮量、縮二脲、水份、粒度、強度、粉塵。在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)品的含氮量基本達標，主要是縮二脲、水份、粒度、強度、粉塵的控制不易把握。從外觀上看，如果出現(xiàn)尿素粒子呈乳白色、結塊、不均勻或者有刺鼻的氨味，說明尿素成品不合格。我們對尿素產(chǎn)品中縮二脲、水份、粒度、粉塵這四項指標進行分析，并提出生產(chǎn)中應采取的控制措施。尿素的國家標準（GB2440-2001）見表1。

表1 尿素的國家標準

1 縮二脲的控制

在生產(chǎn)過程中，尿素水溶液或熔融物在缺氨的情況下加熱，由于尿素的異構化作用生成縮二脲。

1.1 影響尿素成品縮二脲的因素

（1）與尿液濃度的關系：在一定溫度下加熱尿素溶液，隨著尿液濃度的增高，縮二脲的生成速度加快。

（2）與氨分壓的關系：氨分壓增大，縮二脲含量大大降低。

（3）與溫度的關系：在一定尿液濃度下，縮二脲生成速度隨著溫度升高而加快。

（4）與停留時間的關系：隨著停留時間增加，縮二脲生成率加大。

從尿素合成塔出來的液體中含0.3%～0.4%（wt）的縮二脲，經(jīng)一段分解后，縮二脲含量增加至0.5%，二段分解后增加至0.6%，一段蒸發(fā)增至0.7%，二段蒸發(fā)增至0.75%，造粒噴頭增至0.9%。

1.2 正常生產(chǎn)中降低縮二脲含量的措施

（1）尿素系統(tǒng)高負荷運行，避免長期低負荷運行。

（2）維持一、二段溫度在低限運行，一段128℃，二段138℃，一、二段真空差必須保持在0.02MPa。

（3）各分離器保持低液位,盡量減少尿液在設備中的停留時間。

（4）盡量避免在高濃度、高溫、真空下打循環(huán)。

（5）正常生產(chǎn)時真空進料操作，尿液槽內(nèi)液體存放時間不能太長。

（6）造粒主閥夾套保溫和其它伴管保溫蒸汽壓力應在0.28MPa以下。

（7）二段蒸發(fā)分離器下液管線最好更換為鈦材質管道,目前我公司使用的316L管道最長使用只有6個月就會減薄，且平常焊縫處經(jīng)常出現(xiàn)漏點，造成二段蒸發(fā)分離器積液，真空度不能達到指標；而且由于積液，熔融尿液停留時間長，使縮二脲含量嚴重超標。

2 水份的控制

2.1 影響尿素成品水含量的因素

（1）一、二段蒸發(fā)溫度或真空度達不到指標。

（2）分離器內(nèi)真空度低，而表冷器內(nèi)指標正常。

（3）二段蒸發(fā)加熱器列管或花板漏。

（4）二段蒸發(fā)分離器上部沖洗水管閥內(nèi)漏。

（5）雨季時空氣濕度高。

（6）上造粒塔保溫夾套蒸汽漏進管內(nèi)。

（7）上造粒塔蒸汽吹除閥內(nèi)漏。

（8）熔融泵進口沖洗水閥內(nèi)漏。

2.2 正常生產(chǎn)中降低水份含量的措施

（1）控制溫度越高，尿素中縮二脲含量也隨之上升，控制溫度過低，尿液易結晶（尿素的結晶溫度是132.7℃），且真空度不容易提高，熔融尿素中的水份不能得到有效蒸發(fā)，嚴重時會造成造粒噴頭拉稀，所以實際生產(chǎn)中一段溫度必須控制在128～132℃，二段溫度必須控制在136～138℃，這樣可以保證水份低的同時縮二脲也不會超標。

（2）真空度的控制比較關鍵，真空度低的原因：①蒸發(fā)負荷太重，蒸發(fā)出的蒸汽量及不凝性氣體量大；②噴射泵抽吸能力降低（噴嘴進口蒸汽壓力低、磨損、噴嘴堵）；③各級表面冷凝器冷凝效率下降（冷卻水量不足，水溫過高；冷凝器內(nèi)有結晶；冷凝器下液管不暢，內(nèi)部積液）；④進入系統(tǒng)的不凝性氣量增加：如系統(tǒng)有泄漏處，尿液中含游離氨過高，水封沒注水或注水不足，不起水封作用（二表槽、洗滌槽）；⑤二段分離器液位高；⑥儀表失靈或者導壓管堵塞造成指示偏低。

（3）尿素造粒塔周邊環(huán)境溫度、濕度的影響。

（4）尿素造粒塔頂部平臺漏雨或者尿素包裝棧橋、庫房漏雨。

3 粒度的控制

3.1 影響尿素成品粒度的因素

冷卻溫度決定顆粒大小、斷裂時間、流股與流動空氣的相對速度、尿液與冷空氣的溫差、流股比表面積大小等均會影響冷卻溫度。從機械方面看，噴孔初速愈大，拉斷時間愈短，尿液溫度就愈高，粘度就越小，故使斷裂小滴變??；噴量愈大，使流股變細時間延長，尿液溫度下降較多，粘度增加，使斷裂小滴變大；孔徑愈大，流股愈粗，同樣斷裂時間長，使小滴變大。所以噴頭各排孔徑大小，必須針對該位置上離心速度大小和噴孔初速度大小做出恰當選配，才能獲得較均勻的顆粒。

3.2 粒度的均勻控制

（1）系統(tǒng)工藝保持穩(wěn)定，溫度、壓力控制在指標內(nèi)。

（2）定期更換造粒噴頭（使用時間最長不超過一年），每周清洗噴頭一次。

（3）冬季和夏季噴頭不能混用。

（4）根據(jù)負荷大小調(diào)節(jié)造粒變頻器，保持勻速運轉。

4 粉塵的控制

隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，造粒塔排放的粉塵量越來越多，其在空氣中的濃度也越來越高，對環(huán)境造成的污染日益嚴重，同時造成產(chǎn)品的大量損失。

4.1 造成尿素成品粉塵的因素

（1）化學反應過程所造成的粉塵。

當尿素熔融物自塔頂噴頭小孔噴出時，每根射流的各個顆粒系沿著同一拋物面并形成螺旋線形狀降落，射流在降落運動中很快斷裂成滴，并被逆流的冷空氣凝固降溫。噴頭噴出的熔融物在高溫和偏低的氨分壓下引起尿素分解而產(chǎn)生異氰酸和氨，但由于冷卻效果，兩物質又重新相遇反應生成尿素。熔融溫度越高，分解過程越劇烈，形成的粉塵量也相應增多。

（2）噴頭射出來的粉塵。

旋轉噴頭呈倒錐體，噴頭只有一個，位于塔頂中央。溶液依靠旋轉產(chǎn)生的離心力從孔口噴出。從單個噴孔試驗中觀察到，在噴射流周圍總有幾條細小射流或微粒的軌跡，當噴孔加工不規(guī)則時，如呈現(xiàn)凸緣、毛刺、劃痕、缺陷等則更甚之。

（3）噴頭操作不正常引起的粉塵。

操作狀態(tài)不正常，如熔融溫度過低，噴量過小（或噴頭設計能力過大）和噴頭轉速過高或過低時，由于粘度增高和噴頭里面旋轉液層厚度分布不佳，都將引起粒子狀況惡化，細小和空心顆粒增多，呈現(xiàn)較大粉塵量。

（4）塔內(nèi)風速。

造粒塔出料溫度保持60～80℃，排風溫度比大氣溫度高10～50℃，自然通風的通風量一般可達（2～6）×105m3/h，夏季自然通風的氣/固為7.5～12m3空氣/kg物料。塔內(nèi)平均風速0.4～0.8m/s，顆粒在塔內(nèi)降落的時間為 5～10s。

在同樣的落程之下，自然通風量比機械通風少20%～25%，因而傳熱溫差小，出料溫度高，為達到同樣效果，增加塔高約10m左右，但從傳熱角度看，由于增加的是傳熱面積，而不是風量，故風速低，減少了粉塵排放量。塔內(nèi)風速大則攜帶的粉塵顆粒大，粉塵量亦多。

（5）機械原因：①噴頭使用時間超過一年，噴孔邊緣有毛刺；②噴頭孔被尿液夾帶的雜物堵塞；③噴頭轉速太低，使顆粒大且強度低，易粉碎；④噴頭孔徑太大。

4.2 降低粉塵的措施

工藝穩(wěn)定是降低粉塵的前提，設備無缺陷是降低粉塵的基礎：①定期更換造粒噴頭，每周清洗噴頭一次，最好在造粒噴頭前增加過濾裝置；②冬季和夏季噴頭不能混用,冬季可以用夏季的噴頭,而夏季一定不能用冬季的噴頭；③蒸發(fā)溫度一定不能過高；④造粒塔下的流化床風機冬季最好停用，以減少造粒塔的通風量和粉塵的帶出量；⑤采用新型的智能噴頭。

5 結束語

在實際生產(chǎn)中，影響尿素質量指標的因素很多。我公司尿素成品質量在2010年以前一級品+優(yōu)級品率不足60%。目前，通過我們的技術革新，一級品+優(yōu)級品率已經(jīng)達到98%，為公司開發(fā)、占有尿素銷售市場提供了保證?！?/p>