加鋅尿素試生產(chǎn)工藝研究

李雙雙

摘 要：系統(tǒng)論證了在尿素系統(tǒng)中試生產(chǎn)加鋅尿素的工藝可行性，并討論了鋅肥種類、鋅肥加入量、加入流程對生產(chǎn)工藝的影響，通過對加鋅尿素反應(yīng)原理、工藝流程、過程控制進(jìn)行分析，表明在系統(tǒng)中規(guī)模生產(chǎn)加鋅尿素是可行的。

關(guān)鍵詞：鋅;尿素;氮利用率

中圖分類號(hào)： TQ262.3 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）33-176-2

0 ?引言

氮肥在保障我國糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)過程中發(fā)揮了重大作用，但也造成了環(huán)境問題。氮肥的氮利用率在30%-60%，未被植物及時(shí)利用的氮化合物，隨著下滲的土壤水轉(zhuǎn)移至根系密集層而造成污染，造成土壤酸化、土地板結(jié)，進(jìn)一步引起河川、湖泊、內(nèi)海的富營養(yǎng)化。

因此探索尿素產(chǎn)品的改型，提供氮的利用率很有必要。開發(fā)加鋅尿素既可提高氮的利用率，又可以解決土壤缺鋅問題，還可以為企業(yè)產(chǎn)品多元化、增加產(chǎn)品附加值提供了新的途徑。加鋅尿素是直接以尿素為配體，鋅為中心原子，在強(qiáng)配位條件下反應(yīng)、結(jié)晶、分離而得到的一種配合型微量元素復(fù)合肥料。鋅與尿素中的氮原子發(fā)生了配位，使鋅更易被植物吸收，使氮緩釋。因而加鋅尿素是一種具有前途的水溶性緩釋肥料。

加鋅尿素比普通尿素具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①省肥。平衡施肥，提高氮的利用率。

②增產(chǎn)?？捎行У匮a(bǔ)充土壤缺鋅地區(qū)作物所需的鋅，使作物根多根壯、莖粗葉大、枝芽粗壯、穗大粒滿，提高作物產(chǎn)量;

③省力。將鋅肥與氮肥摻混施肥，可促進(jìn)鋅肥均勻分布，提高鋅在土壤中的有效性和作物吸收;

④改善作物品質(zhì)。通過施加鋅肥增加作物鋅和蛋白質(zhì)含量，進(jìn)而改善人類營養(yǎng)。

某公司以生產(chǎn)尿素為主，實(shí)際產(chǎn)能為96萬噸。本研究以現(xiàn)有尿素生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，通過改造一套尿素系統(tǒng)，優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備、工藝，試生產(chǎn)加鋅尿素。

1 ?影響因素選定

1.1 鋅肥的選擇

常見的鋅肥主要有氧化鋅、一水硫酸鋅、七水硫酸鋅、Zn-EDTA，成本ZnO<ZnSO4<Zn-EDTA。氧化鋅是水難溶性的，不利于加入系統(tǒng)。而硫酸鋅具有高溶解性和低成本，故選用硫酸鋅。

1.2 鋅加入量的確定

根據(jù)一些企業(yè)試驗(yàn)結(jié)果[1]：尿素系統(tǒng)加入ZnSO4·7H2O后，在尿素含Zn%小于1%范圍內(nèi)，對不銹鋼腐蝕影響不大，但隨著濃度上升，腐蝕趨于明顯，見如下表1。

從方案核算成本以及加鋅后對系統(tǒng)腐蝕的影響程度來考慮，加鋅量控制在0.5%至1%范圍內(nèi)為宜。若在尿素系統(tǒng)外加鋅，比如上大顆粒尿素裝置，可以根據(jù)市場需求情況，加鋅量可調(diào)整至2%。

另外，根據(jù)農(nóng)科院提供數(shù)據(jù)，每畝地施鋅肥1-2.5kg，而每畝地約施20kg的尿素，本次試驗(yàn)生產(chǎn)含鋅量0.3%-1%四種規(guī)格的加鋅尿素。

1.3 加入流程選擇

①在蒸發(fā)后造粒塔前添加無水硫酸鋅，與尿液混合溶解后通過熔融泵送入造粒塔。

②在一級(jí)蒸發(fā)前加入經(jīng)過計(jì)量、溶解狀態(tài)的ZnSO4·7H2O，與來自閃蒸工序的尿液充分混合后，一起進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)、二級(jí)蒸發(fā)、造粒系統(tǒng)。

第一種方法設(shè)備腐蝕小，但原料要求嚴(yán)格（無水硫酸鋅），產(chǎn)生粉塵較多，生產(chǎn)環(huán)境差，硫酸鋅與尿液反應(yīng)時(shí)間短，混合不均勻，效率低。第二種方法在蒸發(fā)前加入硫酸鋅，尿液與硫酸鋅混合均勻，反應(yīng)時(shí)間長，經(jīng)過一級(jí)蒸發(fā)濃縮過程，濃縮后進(jìn)入二級(jí)蒸發(fā)可以充分蒸發(fā)水分，提高產(chǎn)品收率。

本項(xiàng)目采用第二種方法。

2 ?系統(tǒng)生產(chǎn)過程

2.1 反應(yīng)原理

尿素溶液與ZnSO4·7H2O發(fā)生如下反應(yīng)：

ZnSO4·xH2O+nCO（NH2）2→ZnSO4·7CO（NH2）2

或ZnSO4·xH2O·xCO（NH2）2

ZnSO4·7CO（NH2）2為半絡(luò)合物，是目的產(chǎn)物，ZnSO4·xH2O·xCO（NH2）2是中間產(chǎn)物，因此嚴(yán)格控制蒸發(fā)條件限制中間產(chǎn)物含量。生成的ZnSO4·7CO（NH2）2是半絡(luò)合物，尿素鋅產(chǎn)品中不含游離尿素，降低尿素水解，因此可以控制氮的釋放率，達(dá)到緩控釋放效果。

2.2 工藝流程

在一級(jí)蒸發(fā)前加溶解槽、計(jì)量罐，將硫酸鋅加入溶解槽，加蒸汽冷凝液進(jìn)行溶解，經(jīng)計(jì)量槽、計(jì)量泵后與來自前工序的尿素溶液，在真空下混合、溶解、反應(yīng)后，進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)蒸發(fā)送入造粒塔造粒、包裝。

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2.3 設(shè)備選型

加鋅尿素裝置基本上屬于常壓設(shè)備，管道、設(shè)備均采用不銹鋼。設(shè)備規(guī)格滿足工序連續(xù)運(yùn)行要求。

2.4 過程控制

①溫度控制。尿素系統(tǒng)正常操作溫度128-132℃，溫度過低會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶堵塞的危險(xiǎn)。因此，在試生產(chǎn)過程中要保持料液較高溫度，以穩(wěn)定生產(chǎn)。

②負(fù)荷控制。

為了避免帶入生產(chǎn)中過多的水，保證產(chǎn)品合格。在進(jìn)行料液配制過程中，保持溶劑較高溫度，增加鋅肥的溶解量，從而減少帶入系統(tǒng)水的量。

系統(tǒng)中投料負(fù)荷不能過高，因?yàn)閹胂到y(tǒng)的鋅肥溫

度相對較低，投料負(fù)荷越高，吸收的熱量越多，需要補(bǔ)充的熱量也越多。原有蒸汽未做相應(yīng)調(diào)整，易導(dǎo)致產(chǎn)品含水量高。

③實(shí)時(shí)監(jiān)督各工藝指標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化及時(shí)作出調(diào)整。

3 ?結(jié)語

此次試生產(chǎn)出的加鋅尿素外觀光滑、致密、球形好，無多顆粒尿素粘結(jié)現(xiàn)象。試生產(chǎn)的結(jié)果表明，在系統(tǒng)中規(guī)模生產(chǎn)加鋅尿素是可行的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王國柱.利用尿素系統(tǒng)生產(chǎn)尿素鋅的試驗(yàn)[J].中氮肥， 1991（3）：44-45.

[2] 徐衛(wèi)忠，付磊.多種類增效尿素生產(chǎn)工藝探討[J].中氮肥，2016（02）：42-45.