含锌尿素生产工艺研究

李永华，张成林，杨德福，崔永坤，汉秀英

（锦西天然气化工有限责任公司，辽宁葫芦岛125001）

含锌尿素生产工艺研究

李永华，张成林，杨德福，崔永坤，汉秀英

（锦西天然气化工有限责任公司，辽宁葫芦岛125001）

含锌尿素生产工艺通常是将锌盐配制成单一或者多组分的水溶液，从尿素装置的一段或二段蒸发之前加入系统，以蒸出多余水分，能耗较高。如果蒸发后生产两种产品，则显得很不灵活。本文介绍一种新工艺，以尿素代替水作为锌盐的溶剂，不经蒸发段生产含锌尿素，同时解决灵活性问题。

含锌尿素；新工艺；无水溶剂

锌是植物必需的微量元素，锌元素可以以ZnSO4·7H2O、ZnO等微肥的形式单独使用，也可以将锌肥与大量元素肥料结合施入土壤，而后者使用起来更简单[1]。含锌尿素就是一种较好的含有锌元素的氮肥产品，属于后者。但常规的含锌尿素生产方法存在能耗高以及生产不灵活的问题。本文介绍一种新工艺，可以解决了上述问题。

1 生产含锌尿素的常规方法

尿素的生产工艺中，通常有两段蒸发，即一、二段蒸发。向尿素中加入锌元素的方法，一是将ZnSO4·7H2O溶于水中，制成ZnSO4的水溶液，或将锌盐与别的药剂复配在一起制成水溶液[3]，然后再将该水溶液加入一段蒸发之前或者二段蒸发之前，总之必须走蒸发，以蒸发掉过多的水分[2]。流程简图如图1。

图1 生产加锌尿素的流程

40℃时，ZnSO4的溶解度是70.4g，对应溶液w(ZnSO4)为41.3%，w(Zn)为16.7%，w(水)为58.7%。如果要制成最终尿素产品w(ZnSO4)为1%，对应带入系统的水量将为尿素产品质量的1.4%，如果不走蒸发，将导致最终产品水的质量分数超过国家标准<0.7%的限制。也就是说，用ZnSO4水溶液生产含锌尿素时，必须按图1的流程，将药剂从蒸发之前加入。

2 常规生产方法存在的问题

问题一：蒸发掉带入的水分增加额外的能耗。每蒸发1kg水分至少需要1.1kg低压蒸汽。生产1t含锌尿素需要蒸发掉14kg的水，即需15.4kg的低压蒸汽，低压蒸汽价格按100元/t计，每吨尿素增加成本1.54元。

问题二：如果蒸发之后生产两种尿素产品，比如一路去造粒塔生产小颗粒尿素，一路去其它造粒装置生产大颗粒尿素，将很不灵活。如图2所示。

图2 蒸发后生产两种产品的流程

从图2可知，如果按此流程生产含锌尿素，产品1和产品2只能同时生产含锌或者不含锌品种。如果产品1需要含锌产品，产品2不需要含锌产品，就需要将产品2停产，显然很不灵活。

3 新方法要解决的问题

要解决问题：一是要将ZnSO4溶液中水含量降低，使得含锌溶液能够在蒸发之后加入系统；二是要将含锌溶液在产品1以及产品2中分别加入。如图3所示。

图3 含锌溶液改变后加药流程

4 新方法的试验验证

要降低ZnSO4溶液中水含量，可以提高溶液的温度以增加溶解度。但通过升温ZnSO4溶解度最高只能达到约75%，即便以此浓度的ZnSO4水溶液为药剂，要达到最终产品尿素w(ZnSO4)为1%，所带入系统的水也将达到尿素产品质量的1.3%，仍不能满足国标要求。

要解决系统加锌带入过多水的问题，需要从溶质、溶剂两方面入手。溶质可以用无水ZnSO4，溶剂选用非水溶剂。最好的溶剂就是锌元素所要加入的目标产品—尿素，因为用尿素做溶剂不但不含水，还不引入第三种物质。

通过试验，发现ZnSO4（包括含各种结晶水的产品）在尿素中有很高的溶解度，可以达到66g/100g。相当于w(ZnSO4)为40%，w(Zn)为16%。这样就一举解决了以上两个问题。但配制时溶液有起泡现象，可能是锌盐对尿素分解有促进作用[4]。

5 总结

试验发现ZnSO4，包括含不同结晶水的ZnSO4，在尿素中都有很高的溶解度。利用该性质可以制成ZnSO4的尿素溶液，不含或者含较低的水分，可以在蒸发之后，造粒之前加入系统，解决了用水做溶剂时必须从蒸发前加入的方式，降低了成本。如果将ZnSO4的尿素溶液分别加入具有两种造粒流程的系统中，可以在产品1生产含锌尿素的同时，产品2是否含锌将不受限制，生产更加灵活。

[1]曲均峰,王国忠,傅送保，等.增值尿素的发展现状及思考[J].磷肥与复肥,2015,30(2):10-13.

[2]邹林虎,彭文武.传统尿素装置技改生产聚肽螯合含钾含锌尿素[J].川化,2014,(1):10-12.

[3]崔胜民.对尿素厂生产尿素锌肥料的探讨[J].中氮肥, 1991,(3):80-82.

[4]张勇,郑超,陈文莉,等.氧化锌对尿素热分解过程的催化作用[J].辽宁化工,2009,38(5):289-291.

A novel process for production of zinc-containing urea

LI Yong-hua,ZHANG Cheng-lin,YANG De-fu,CUI Yong-kun,HAN Xiu-ying
(Jinxi Natural Gas Chemical Co.,Ltd.,Huludao 125001,China)

The common process for production of zinc-containing urea is to join the aqueous solution of zinc salt(s)into the system before the first section or secondary section evaporation of urea unit,so as to the excess water could be evaporated away, which requires a lot of energy.And when two products need to produce after the evaporation,it is very inflexible.This paper introduced a novel process for production of zinc-containing urea,which uses urea instead of water as the solvent for zinc salt, omitting water evaporation and improving flexibility.

zinc-containing urea;novel process;non-aqueous solvent

TQ441.41

：B

1001-9219(2016）02-57-02

2015-12-10；作者简介：李永华（1967-），男，高级工程师，电邮13898988805@163.com。