尿素甲醛預(yù)縮液(UFC)生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品特點

張華民

1 概述

脲醛預(yù)縮液(UFC) 是尿素和甲醛溶液進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)生成的預(yù)聚溶液。該預(yù)聚體系在化學(xué)結(jié)構(gòu)上是羥甲基脲和甲醛的混合物水溶液。該預(yù)聚溶液最高濃度可達(dá)85% ，即UFC85 (尿素和甲醛含量為85%，水和其他為15%)。UFC主要有兩大應(yīng)用，一種應(yīng)用是作為化肥尿素顆粒的包覆，另一種應(yīng)用就是作為人造板用脲醛膠的原料。UFC用于脲醛膠的生產(chǎn)，在歐洲、俄羅斯和南美比較普遍。在中國也有少數(shù)廠家嘗試過，但至今沒有形成規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。

2 UFC 生產(chǎn)工藝

UFC 的連續(xù)生產(chǎn)工藝基于鐵鉬法生產(chǎn)甲醛的工藝（如圖1），是目前全球廣泛采用的UFC典型生產(chǎn)工藝。國內(nèi)廣泛使用的銀法甲醛工藝無法用來生產(chǎn)UFC。國內(nèi)有廠家嘗試使用反應(yīng)釜生產(chǎn)UFC,但該方法制得的UFC濃度較低，且每批次UFC量不易保持一致。

UFC工藝流程可以概括為：首先新鮮空氣由加壓風(fēng)機(jī)吸入系統(tǒng)，再經(jīng)過循環(huán)風(fēng)機(jī)和從吸收塔出來的廢氣進(jìn)行混合，以降低系統(tǒng)內(nèi)的氧氣含量；此混合氣體在蒸發(fā)器中與甲醇?xì)怏w進(jìn)行混合，甲醇?xì)饣璧臒崃縼碜杂谘b置本身的余熱，無需外部熱源；甲醇和空氣的混合氣體進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)鐵鉬催化劑氧化為甲醛；反應(yīng)后的氣體進(jìn)入吸收塔，甲醛或UFC產(chǎn)品由塔底泵出，廢氣從塔頂排出，一部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)和新鮮空氣混合再次進(jìn)入系統(tǒng)，另一部分被送往尾氣處理單元（ECS），經(jīng)催化劑處理達(dá)到潔凈排放。

圖1 典型的鐵鉬法甲醛和UFC工藝原理Fig.1 Typical process of iron molybdenum formaldehyde and UFC

該工藝的主要步驟之一：甲醇工藝氣體氧化轉(zhuǎn)化為甲醛是一個放熱反應(yīng)，在此過程中，利用導(dǎo)熱油（HTF）的氣化移走反應(yīng)器內(nèi)所產(chǎn)生的熱量，控制反應(yīng)溫度。HTF通過與鍋爐給水換熱而冷凝，所回收的熱量用于生產(chǎn)蒸汽。反應(yīng)器出口的工藝氣體首先在蒸發(fā)器內(nèi)由反應(yīng)器的進(jìn)料冷卻，然后進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)，甲醛若被水吸收，則得到的是甲醛溶液（甲醛含量37%～57%）。若將吸收用工藝水改為尿素溶液，同時嚴(yán)格控制吸收塔各段的pH值，則在塔底可直接獲得UFC產(chǎn)品。UFC最高濃度可達(dá)85%，即UFC85。然后，氣體循環(huán)返回風(fēng)機(jī)。惰性氣體和在副反應(yīng)中生成的少量有機(jī)物通過排放控制系統(tǒng)（ECS）處理后排出。在ECS中，預(yù)熱后的氣體流經(jīng)一個貴金屬催化劑床，使可能存在的污染物含量降到環(huán)境可接受的極低水平。清潔氣體中的熱量被回收，可用于生產(chǎn)額外的蒸汽或使蒸汽過熱。由于在工藝設(shè)計中的精細(xì)開發(fā)，加上采用了優(yōu)選的催化劑裝填方案，系統(tǒng)壓降較低，因而在整個范圍內(nèi)電耗很低。通常情況下，使用兩級離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)，配套羅茨風(fēng)機(jī)實施加壓。這種組合很適合速度控制，并且單位電耗較低。此外，在很寬的操作范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)良好，從而使裝置具有優(yōu)異的操作靈活性。

3 UFC 的優(yōu)缺點

UFC 性狀穩(wěn)定，濃度高（UFC85，甲醛和尿素總含量為85%），主要優(yōu)點為：1）性狀穩(wěn)定方便運輸，可作為普通化學(xué)品（非危險品）運輸；2）運輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于37%甲醛溶液，可實現(xiàn)常溫下長距離運輸；3）存儲時間長，通常為3～5個月，最長可達(dá)6個月；更容易安排生產(chǎn)計劃；4）制膠過程無需脫水，尤其是生產(chǎn)高固含量的膠水時其優(yōu)勢更為明顯，不但節(jié)約了能耗，而且無含稀醛廢水的產(chǎn)生，同時縮短了每批制膠的時間；5）制膠工藝和使用甲醛溶液相似，可使用現(xiàn)有制膠設(shè)備；6）本身無甲醛揮發(fā)，改善制膠車間環(huán)境，大大降低總VOC排放；7）連續(xù)法生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定一致，更容易制備質(zhì)量一致的膠水。但是UFC 也有其缺點，主要是只能用于生產(chǎn)脲醛膠，不能用于生產(chǎn)酚醛膠/樹脂等。

4 UFC 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

在歐洲、俄羅斯和南美廣泛采用UFC生產(chǎn)脲醛膠。如德國愛格板所用的脲醛膠都是采用此工藝生產(chǎn)的UFC85作為原料，由于該工藝確保了UFC85的產(chǎn)品質(zhì)量一致，因此制膠車間就容易保證膠水的質(zhì)量一致，進(jìn)而確保板材質(zhì)量的一致性。

俄羅斯地域遼闊，且氣溫較低，不利于甲醛的存儲和運輸，因此在俄羅斯，主要采用UFC85制備脲醛膠，且UFC85是由幾家大型化工公司生產(chǎn)，然后通過火車運送到板廠附近的制膠車間。

我國人造板工業(yè)起步較晚，產(chǎn)能比較分散，相應(yīng)的甲醛產(chǎn)能也比較分散；且由于之前經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平限制，采用鐵鉬法甲醛技術(shù)困難較大，因而一直沒有UFC產(chǎn)品真正被應(yīng)用。但隨著消費者對健康和環(huán)保的需求越來越高，國家也越來越重視，相應(yīng)的法規(guī)對甲醛釋放量、生產(chǎn)中的廢水以及VOC排放等要求越來越嚴(yán)格，這就提高了對膠黏劑品質(zhì)以及其生產(chǎn)過程的要求，基于UFC85 的優(yōu)點，其應(yīng)該得到國內(nèi)廠商的重視。另一方面，一些小型甲醛生產(chǎn)裝置被要求關(guān)停，同時已有一些地方政府要求甲醛生產(chǎn)裝置作為危險化工裝置必須進(jìn)入化工園區(qū)，因此甲醛產(chǎn)能會越來越集中，對大型的甲醛生產(chǎn)裝置的需求將增加?？紤]到鐵鉬法甲醛的運行經(jīng)濟(jì)性，大型的甲醛生產(chǎn)廠家應(yīng)該考慮采用鐵鉬法甲醛工藝技術(shù)，同時可生產(chǎn)UFC85，這樣就為市場上獲得UFC產(chǎn)品提供了很好的條件。