尿素貯存過(guò)程中出現(xiàn)流液現(xiàn)象的原因分析及探討

李 進(jìn)，胡洪英，田一波，何 斌，牛海宏

(中國(guó)石油塔里木油田分公司塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司化肥廠 新疆澤普 844804)

自開(kāi)展用戶回訪以來(lái)，中國(guó)石油塔里木油田分公司塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司化肥廠(以下簡(jiǎn)稱塔西南化肥廠)生產(chǎn)的尿素在南疆三地的庫(kù)存點(diǎn)(室內(nèi)貯存除外)或多或少地存在尿素流液現(xiàn)象(圖1)，即袋裝尿素在當(dāng)?shù)刭A存一段時(shí)間后因未知原因而導(dǎo)致原本是顆粒狀的尿素變成溶液并從包裝袋中滲出，進(jìn)而又凝固成不同形狀的固體。為查明尿素流液的原因，先后開(kāi)展了尿素生產(chǎn)過(guò)程中影響尿素粒子水分含量的測(cè)試、模擬貯存條件下尿素堆放試驗(yàn)及對(duì)比試驗(yàn)等，基本查明了尿素在貯存過(guò)程中出現(xiàn)流液現(xiàn)象的原因。

圖1 尿素流液現(xiàn)象

1 尿素生產(chǎn)過(guò)程中影響尿素粒子水分含量的測(cè)試

塔西南化肥廠的尿素生產(chǎn)裝置采用斯塔米卡邦公司的CO2汽提法工藝，通過(guò)對(duì)尿素生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的排查和分析，發(fā)現(xiàn)只有蒸發(fā)沖洗環(huán)節(jié)有可能對(duì)尿素粒子水分含量有影響。為此，連續(xù)3 d對(duì)每個(gè)白班蒸發(fā)沖洗過(guò)程中尿素粒子水分含量進(jìn)行了連續(xù)測(cè)試。

1.1 測(cè)試結(jié)果

1.1.1 取樣要求

裝置于12：00開(kāi)始進(jìn)行沖洗，沖洗期間每分鐘取樣1次(整個(gè)沖洗時(shí)間約16 min)，第1 d實(shí)際取樣17個(gè)，第2 d和第3 d各取樣20個(gè)，測(cè)試期間共取樣57個(gè)。

1.1.2 尿素粒子水分含量分析結(jié)果

(1)測(cè)試數(shù)據(jù)

連續(xù)3 d尿素粒子水分含量測(cè)試結(jié)果如圖2和表1所示。

圖2 連續(xù)3 d尿素粒子水分含量測(cè)試結(jié)果

由圖1和表1可看出，在57個(gè)樣品中，尿素粒子含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值為0.24%，最小值為0.18%，平均值為0.21%，表明在沖洗過(guò)程中尿素水分含量均在優(yōu)級(jí)品指標(biāo)范圍內(nèi)。

(2)工藝過(guò)程數(shù)據(jù)

10月20日至10月23日，對(duì)正常生產(chǎn)過(guò)程中的尿素粒子水分含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(不包括蒸發(fā)沖洗環(huán)節(jié)的取樣)，結(jié)果尿素粒子含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值為0.22%，最小值為0.16%，平均值為0.19%，均在優(yōu)級(jí)品指標(biāo)范圍內(nèi)。

1.1.3 工藝控制記錄

在沖洗取樣期間，每隔1 min對(duì)二段溫度和二段真空度進(jìn)行了跟蹤記錄，結(jié)果表明在沖洗過(guò)程中工藝指標(biāo)也控制在要求范圍內(nèi)。

1.2 測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，對(duì)10月20日至10月23日沖洗與不沖洗期間的尿素粒子含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 沖洗與不沖洗期間的尿素粒子含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比 %

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：①?zèng)_洗期間確實(shí)對(duì)尿素粒子含水量有一定的影響，但影響很小，不至于造成尿素粒子水分含量超標(biāo)甚至引起流液現(xiàn)象；②按沖洗期間尿素粒子含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均上升0.05%計(jì)，夏季水分含量相對(duì)較高，非沖洗期間的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值可達(dá)0.32%，那么沖洗期間的取樣分析值應(yīng)該在0.38%以下，仍處于優(yōu)級(jí)品指標(biāo)范圍內(nèi)。

2 尿素堆放試驗(yàn)

為查明南疆三地的庫(kù)存點(diǎn)總是間斷性出現(xiàn)尿素流液現(xiàn)象的原因，編制了自產(chǎn)尿素堆放試驗(yàn)方案并實(shí)施，耗時(shí)近7個(gè)月。試驗(yàn)中采用了6家企業(yè)生產(chǎn)的7種編織袋合計(jì)2 000條，分別包裝小顆粒尿素和SODm尿素，并模擬用戶庫(kù)存條件進(jìn)行堆放。

2.1 試驗(yàn)材料

將南疆尿素市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的宜化牌、大象牌、華錦牌、大河牌、錦疆牌和自產(chǎn)昆侖牌編織袋各300條作為試驗(yàn)用袋，另外將未涂膜的200條自產(chǎn)昆侖牌編織袋也納入試驗(yàn)用袋。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《尿素》(GB 2440—2001)和《塑料編織袋通用技術(shù)要求》(GB/T 8946—2013)的要求分別開(kāi)展了暴曬試驗(yàn)、抗氧化試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)等。

2.2.1 尿素堆放試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

8月6日17：56開(kāi)始用宜化牌編織袋包裝當(dāng)日生產(chǎn)的小顆粒尿素160袋，至8月8日17：20完成6個(gè)品牌編織袋的包裝及堆放；8月25日完成SODm尿素的包裝，均堆放在成品西南角處。為更接近用戶的儲(chǔ)存條件，增大堆放的面積和密集程度，合并為兩堆。尿素入袋溫度為40～46 ℃，環(huán)境溫度為30～32 ℃，天氣晴，微風(fēng)。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

在雨天過(guò)后的不到5 d時(shí)間內(nèi)，采用不同品牌編織袋包裝的尿素袋口均有尿素流液結(jié)晶物出現(xiàn)，暴露在露天堆放的袋裝尿素更易出現(xiàn)流液現(xiàn)象，即便有防雨篷布遮蓋的袋裝尿素仍會(huì)出現(xiàn)流液現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，尿素流液現(xiàn)象與降水量有較強(qiáng)的相關(guān)性。

2.2.3 天氣變化情況

為探明其中的原因，收集并整理了8月份澤普縣降水量變化情況，結(jié)果如表3所示。

從表3可看出，8月份降雨的天數(shù)雖不多，但降水量相對(duì)其他月份多，為年總降水量的41.91%；雨后環(huán)境的相對(duì)濕度并未直線下降，在8月30日14：00雨停后到18：00，環(huán)境相對(duì)濕度降至低點(diǎn)51%，但隨后又逐漸上升，至31日09：00達(dá)到當(dāng)日89%的高點(diǎn)后再次下降。

表3 8月份澤普縣降水量變化情況

日期雨水量/mm持續(xù)時(shí)間/h最大相對(duì)濕度/%溫度/℃08-16<10158814～2908-301979116～2808-3108914～29

3 原因分析

3.1 尿素干燥與吸潮原理

尿素干燥與吸潮是指當(dāng)尿素粒子表面水蒸氣分壓高于環(huán)境空氣中水蒸氣分壓時(shí)，尿素粒子表面的水蒸氣向環(huán)境中擴(kuò)散，此時(shí)尿素粒子處于干燥過(guò)程；當(dāng)尿素粒子表面水蒸氣分壓低于環(huán)境空氣中水蒸氣分壓時(shí)，此時(shí)空氣中的水蒸氣向尿素粒子表面擴(kuò)散，尿素粒子表現(xiàn)為吸潮過(guò)程。

經(jīng)查閱文獻(xiàn)[1]并結(jié)合尿素干燥與吸潮原理以及堆放試驗(yàn)結(jié)果，分析認(rèn)為尿素粒子的溫度、天氣情況及尿素包裝袋所處的狀態(tài)(封閉或非封閉)是導(dǎo)致尿素產(chǎn)生流液現(xiàn)象的主要原因。溫度越高，尿素顆粒表面水蒸氣分壓越高，當(dāng)溫度降低后，即有部分水蒸氣冷凝于顆粒表面而使尿素粒子粉化，而粉化的尿素更溶液吸潮。8月16日大雨過(guò)后，環(huán)境溫度在午后高于尿素粒子溫度，加上環(huán)境濕度大(80%以上)，空氣中的水蒸氣在高溫時(shí)向袋裝尿素表面富集，尿素顆粒通過(guò)編織袋縫合的針孔吸潮，進(jìn)而粉化變成溶液，夜晚溫度降低時(shí)又凝固成固體，隨著晝夜的交替，使編織袋中的尿素顆粒不斷吸潮、粉化進(jìn)而液化，并從合適的縫隙滲出。

3.2 流液組分分析

對(duì)尿素流液和用蒸汽冷凝液配置的模擬尿素溶液樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析，分析結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出：尿素流液除鈣硬與新鮮水略接近外，Cl-含量比新鮮水高3倍以上，而電導(dǎo)率和鎂硬卻遠(yuǎn)低于新鮮水，但電導(dǎo)率又接近蒸汽冷凝液和脫鹽水外供；模擬樣品與尿素流液相比，在密度和尿素濃度接近的情況下，模擬樣品只檢測(cè)出鈣硬且其值遠(yuǎn)低于尿素流液，其余未檢出。

表4 尿素流液和模擬尿素溶液樣品化驗(yàn)分析結(jié)果

項(xiàng)目尿素流液模擬樣品蒸汽冷凝液脫鹽水外供新鮮水pH9.0110.538.829.357.76電導(dǎo)率/(?S·cm-1)2.5119.91.87.0892.0密度/(g·cm-3)1.1311.1160.9970.996Cl-/(mg·L-1)657.70未檢出0.150.2061.67NH+4/(mg·L-1)0.580.00w(尿素)/%54.9050.00總硬度(以CaCO3計(jì))/(mg·L-1)306.24379.28鈣硬(以CaCO3計(jì))/(mg·L-1)281.702.502.50250.45鎂硬(以Mg計(jì))/(mg·L-1)24.54128.83

化驗(yàn)分析結(jié)果說(shuō)明尿素生產(chǎn)過(guò)程中的水分與尿素流液無(wú)明顯的相關(guān)性，由此也驗(yàn)證了對(duì)尿素流液產(chǎn)生原因的分析是準(zhǔn)確的。

4 結(jié)論、建議和措施

4.1 結(jié)論

(1)尿素流液的產(chǎn)生與生產(chǎn)工藝過(guò)程無(wú)明顯的相關(guān)性，但與運(yùn)輸、貯存條件及天氣有密切的聯(lián)系，特別是在夏季、秋季溫差較大且恰逢下雨時(shí)，更易產(chǎn)生流液現(xiàn)象。

(2)在采用不同企業(yè)生產(chǎn)的編織袋包裝尿素的堆放試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)尿素流液的產(chǎn)生與編織袋的質(zhì)量有一定的關(guān)聯(lián)，這主要體現(xiàn)在編織袋的涂膜均勻性和密封性方面。如果編織袋涂膜均勻和密封性能較好，可減少環(huán)境水分的進(jìn)入，進(jìn)而緩解流液的產(chǎn)生。

4.2 建議

(1)在雨天運(yùn)輸或裝卸尿素時(shí)，除路途中需加蓋防雨篷布防護(hù)外，到達(dá)目的地時(shí)，表層的尿素建議單獨(dú)存放，待淋濕的編織袋表面的水分及時(shí)揮發(fā)后再用篷布遮蓋；已貯存的尿素，在環(huán)境濕度恢復(fù)正常后，應(yīng)及時(shí)將貯存時(shí)遮蓋的篷布打開(kāi)1～2 d以通風(fēng)散潮。

(2)貯存尿素的庫(kù)房盡量采用通風(fēng)的彩棚方式，如條件不具備，應(yīng)定期將遮蓋的篷布打開(kāi)以通風(fēng)散潮。

(3)建議根據(jù)市場(chǎng)銷售情況調(diào)整生產(chǎn)情況，如改產(chǎn)中顆粒尿素，以減少尿素粒子因貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的板結(jié)和流液。

4.3 措施

(1)因尿素結(jié)塊、流液多出現(xiàn)在夏季等氣溫高的時(shí)期，因此可從進(jìn)一步降低尿素入袋溫度方面進(jìn)行改進(jìn)。

(2)在條件具備時(shí)，可將編織袋的上封口縫邊改為背離字面方折邊，減少雨水通過(guò)針孔進(jìn)入袋中的機(jī)會(huì)，以減少流液現(xiàn)象的發(fā)生。