氮肥企业生产车用尿素研究

袁红玲 , 高继光 , 刘锐杰 , 顾朝晖

(河南心连心化肥有限公司 , 河南 新乡　453731)

氮肥企业生产车用尿素研究

袁红玲 , 高继光 , 刘锐杰 , 顾朝晖

(河南心连心化肥有限公司 , 河南 新乡453731)

摘要：介绍了普通氮肥企业研究生产车用尿素的方法,主要从缩二脲、金属离子等方面阐述了车用尿素与普通氮肥的不同,并分析了影响因素及相应的改进措施。

关键词：氮肥 ； 车用尿素 ； 影响因素 ； 改进措施

2013年7月1日,重型柴油车的国Ⅳ排放标准正式实施,相对于国Ⅲ标准,NOx要求下降30%,对于重型柴油车来说,要达到这个要求,就需要利用车用尿素溶液对其排放的尾气进行还原脱硝。车用尿素溶液是指尿素质量分数为31.8%～33.2%且溶剂为超纯水的尿素水溶液,生产原料为尿素晶体和超纯水,其关键点在于原料尿素的纯度,车用尿素脱硝溶液即AUS32标准(GB 29518-2013)中对缩二脲、甲醛及金属元素等指标都做出了严格规定。

目前国内生产车用尿素的流程主要有两种：①车用尿素企业采购普通农业或工业尿素进行提纯处理,经过水解、重结晶、净化过滤等步骤生产出高纯度的尿素晶体,再与超纯水配制成车用尿素溶液；②尿素生产厂家参照国际生产方式,从原料端生产高纯度的尿素,直接与超纯水配制成车用尿素溶液。显而易见,后者比前者具有成本优势。

河南心连心化肥有限公司新建生产线采用水煤浆加压气化技术,宽温耐硫变换工艺,低温甲醇洗,以及自主改良的CO2汽提尿素等先进的生产工艺。尿素产品纯度高,质量稳定,在杂质处理方面表现出优势,具有研究开发车用尿素原料的前提条件。2014年11月,经过近一年的自主研发,我公司通过多种手段对现有工艺进行调整,针对超标项目,分析其影响因素,并进行了相应的改进措施,最终实现了车用尿素颗粒的成功生产,直接配上超纯水即可配制出符合GB 29518-2013标准的车用尿素溶液。目前,我公司已具备每年80万t车用尿素颗粒的生产能力,并通过了车用尿素企业标准的备案,开创了普通氮肥企业生产销售车用尿素原料的先例。

1普通尿素溶液与车用尿素溶液的对比

普通尿素不能直接与高纯水配制来生产车用尿素,主要原因是车用尿素对尿素纯度的要求比较高,国家标准GB 29518-2013对影响车用尿素溶液纯度的各项指标都做出了严格规定,其指标为：尿素含量(质量分数)31.8%～33.2%、缩二脲≤0.3%、碱度(以NH3计)≤0.2%、水不溶物≤20 mg/kg、醛类(以HCHO计)≤5 mg/kg、磷酸盐(以PO4计)≤0.5 mg/kg；钙、铁、镁、钠、钾、铝≤0.5 mg/kg；铜、锌、铬、镍≤0.2 mg/kg。

心连心公司新工艺自开车到满负荷运行,通过对工艺和装置的不断优化,尿素产品质量已经得到显著提高。分别对不同时间段的尿素进行取样,并与超纯水配制成32.5%的尿素水溶液进行分析,结果如表1所示。

表1　普通尿素配制成32.5%的尿素水溶液主要指标分析结果

由表1可见,随着装置的稳定运行,尿素产品纯度逐渐提高,甲醛含量降低到5 mg/kg以下,能够满足车用尿素标准,而缩二脲和金属离子含量虽然呈下降趋势,但是仍不能满足生产车用尿素的需求。

2影响缩二脲含量的因素及改进措施

尿素的生产过程中会产生缩二脲,车用尿素溶液因储存不当也易缩合成缩二脲,GB 29518-2013中规定了缩二脲的技术指标,要求车用尿素溶液中缩二脲的含量≤0.3%,折合车用尿素固体颗粒中缩二脲的含量≤0.9%,因为普通尿素的缩二脲指标合格品≤1.5%,一等品≤1.0%,优等品≤0.9%,所以必须保持尿素产品质量稳定在优等品范围内,才能满足缩二脲的指标。影响尿素中缩二脲含量的因素及改进措施：

2.1　温度的影响

尿素中的缩二脲的生成率与温度成正比,尿液温度越高,缩二脲生成越快。尤其是尿素蒸发系统尿液浓度高,氨分压低,为缩二脲的生成提供了有利的条件。采用我公司研发的专有技术——“先进控制技术”,能将一蒸温度波动范围控制在0.2 ℃以内,二蒸温度波动范围控制在0.3 ℃以内,通过实践证明,合理控制温度,有利于减少缩二脲的合成。

2.2　停留时间的影响

尿素中缩二脲的含量与其在装置中的停留时间成正比,通过提高装置的生产负荷,可以降低尿素的停留时间,从而减少产品中缩二脲的生成。工艺生产后经过不断调试,最终使尿素装置达到满负荷,并且长周期稳定运行,大大降低了尿素的停留时间,缩二脲的质量分数下降约0.2%,达到优等品指标,同时也符合车用尿素溶液对原料中缩二脲的要求。

通过对尿液温度和停留时间分别进行优化,我公司尿素产品中的缩二脲由原来的0.9%～1.0%,降低到了0.8%～0.85%,配置成32.5%的尿素溶液,缩二脲含量稳定在0.26%～0.28%,满足车用尿素溶液中缩二脲的含量小于等于0.3%的指标要求。

3影响金属离子含量的因素及改进措施

金属离子作为车用尿素溶液中的杂质,对SCR系统中的催化剂具有毒害作用,影响SCR系统的还原转化效率,应当严格控制这些指标。GB 29518-2013中规定了10种金属元素的技术指标,要求钙、铁、镁、钠、钾、铝≤0.5 mg/kg；铜、锌、铬、镍≤0.2 mg/kg。折合车用尿素固体颗粒中钙、铁、镁、钠、钾、铝≤1.5 mg/kg；铜、锌、铬、镍≤0.6 mg/kg。在10种金属元素中,我公司仅铁和镍含量微量超标,主要是因为设备防护工作不到位导致的设备腐蚀。采用在系统中加双氧水以及在CO2中补入空气,可以使设备内壁生成氧化膜,保护设备,避免腐蚀。

3.1　双氧水的防腐蚀作用

二氧化碳汽提塔、高压甲铵冷凝器、高压甲铵洗涤器是尿素装置的三个主要高压设备,尿素产品中铁镍含量升高,表明设备腐蚀加重。设备的腐蚀对高压设备来说是非常危险的,可能导致高压设备衬里泄漏、承压壳体泄漏等严重事故,必须进行防护。在这三个设备中分别加入5 kg/t尿素5%的双氧水可以有效降低尿素产品中铁和镍的含量。

3.2　空气的防腐蚀作用

将空气补入CO2气体中,再与之一同进入CO2汽提塔,其中的O2有助于在设备内壁形成一层氧化膜,实践证明,补入空气占CO2体积的0.75%～0.85%,可以有效防止设备内壁被腐蚀。

在日常工艺设备操作过程中,除了防止设备腐蚀,在生产车用尿素过程中,还应保证整个生产系统的稳定运行,避免倒换设备、指标调整、蒸汽大范围波动等操作,这样更有利于金属离子指标的控制。

4工艺改进小结

经过一系列的改进措施,我公司已经具备车用尿素颗粒的生产能力,与超纯水配置成车用尿素溶液,各项指标均满足指标要求,结果见表2。

表2　车用尿素配制成32.5%的尿素水溶液主要指标分析结果

5结语

随着国四标准的实施,车用尿素的需求量也日益增大。普通氮肥企业开展车用尿素研究,一方面能够提高企业的经济效益,车用尿素相对普通尿素利润较高,有望成为企业新的利润增长点,可以有效缓解氮肥企业面临的尿素市场产能过剩的压力；另一方面车用尿素是减少柴油车尾气中氮氧化物排放的还原剂,对治理大气污染有一定的积极作用,能够提升企业的社会效益。

作者简介：袁红玲(1986-),女,助理工程师,从事氮肥新产品的研究与开发,电话：(0373)5592888-6064。

收稿日期：2015-03-24

中图分类号：TQ441.41

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)07-0044-02