我国尿素行业研究知识图谱分析

郭和刚

中国成达工程有限公司 成都 610041

我国粮食产量的增加与氮肥施用存在正相关关系[1]，其中尿素是我国粮食增产和不断发展的重要基础。虽然尿素生产是一门古老而传统的生产技术，但大型尿素生产装置的工程配套技术却是尖端技术工程化的结晶。分析近年来我国尿素行业相关文献，厘清领域内的研究热点及其演化，有利于掌握尿素相关技术的发展动态，对提高尿素行业整体技术水平、环保水平和优化尿素相关产品结构有重要的指导意义。

1 研究数据与方法

以“尿素生产”为研究主题在中国知网进行文献检索，检索时间范围为2010～2020年，共检索出3500篇期刊论文，作为本研究样本文献。

Citespace是由美国陈超美教授[2]研发的一款学术动态追踪软件，运用文献计量学的方法，从大量文献中给出热点技术领域及其研究趋势和演化方向，并以可视化图谱的方式加以呈现。

2 知识图谱分析

基于3500篇文献生成的知识图谱见图1。

可见近十年我国尿素行业共形成了尿素工艺、尿素装置(装备)两个重点技术领域。图中X轴为文献发表年份，Y轴为技术领域，节点大小代表相关研究的文献数量，文献数量越多则节点越大。如果检测到某个节点的文献数量在短期内迅速增加，则认为该节点为近期研究热点，并以红色标记。知识图谱为我们了解各领域的演进路径提供了非常直观而准确的参考。

图1 我国尿素行业研究知识图谱

3 尿素工艺技术领域研究热点分析

由图1可知，尿素工艺领域的相关研究由2010年持续到2020年，在2010年附近形成第一个研究热点“二氧化碳汽提法”，在2011年附近形成第二个研究热点“水溶液全循环法”，2015年附近形成了第三个研究热点“尿素增值技术”。

3.1 二氧化碳汽提法

在“二氧化碳汽提法”这一研究热点中，中煤鄂尔多斯能源化工有限公司武志宽[3]从工艺设计、工艺操作、工艺安全、设备防腐、能耗以及项目投资等方面对比分析了二氧化碳汽提法尿素生产工艺与氨汽提法尿素生产工艺的特点，结果表明，Stamicarbon的Urea 2000PlusTM二氧化碳汽提法工艺优于氨汽提法工艺和改良二氧化碳汽提法工艺。中国五环工程有限公司夏炎华[4]介绍了高效合成、低能耗尿素技术(THESES)的工艺流程和技术特点，从能耗、设备布置、操作、维护和技术风险等方面阐述了THESES的技术优势。北京众联盛化工工程有限公司廖容波[5]对二氧化碳汽提尿素装置扩能改造进行总结，采用中压分流的CO2汽提尿素增产节能技术对原尿素装置进行扩能改造，改造后，CO2汽提尿素装置的产能从1350t /d 提高至1800t /d，取得了显著的增产、节能、降耗效果。

“二氧化碳汽提法”这一热点主题引导了尿素工艺技术领域低能耗尿素技术、降低投资成本、增产节能技改和环保安全等方面的研究进展。

3.2 水溶液全循环法

在“水溶液全循环法”这一研究热点中，中国石油和化工报记者刘鹏程[6]将JX节能型1000t/d尿素工艺与传统水溶液全循环法工艺进行比较，认为前者具有流程简单、操作容易、运行稳定、安全可靠、环保、节能等优点，处于同类装置领先水平，适合用于现有水溶液全循环法尿素装置改造和新建尿素装置。该技术也因此被列为国家发改委公告的第三批重点推广节能项目。该技术包括高转化率液相逆流换热式新型尿素合成塔、尿素新型中压吸收塔以及分梯度逐级回收热能的中低压分解、回收新工艺，是这三部分的集成体，解决了本领域关键性、共性的技术难题，能耗水平和传统二氧化碳汽提工艺相当，投资省20%～30%，具有极好的市场前景。湖南智成化工有限公司钱镜清[7]从预分离-预蒸馏工艺流程、一蒸加热能回收率、闪蒸加热器及相关的工艺调整等角度介绍了我国原创的节能型水溶液全循环法尿素生产工艺，并将其与Stamicarbon工艺进行对比，同等条件下可节省一半的建设费用。中化吉林长山化工有限公司薛寿田[8]的文章描述：针对中国五环工程有限公司(原化四院)设计的两套水溶液全循环法尿素生产装置出现的尿素系统加工能力与合成氨产能不匹配问题，工厂进行综合改造，改造后尿素产能大幅增加，年净节约资金人民币800余万元。

“水溶液全循环法”这一热点主题引导了尿素工艺技术领域自主研发、节能降耗和环保安全等方面的研究进展。

3.3 尿素增值技术

我国为尿素生产大国，尿素生产与施用现状目前存在的主要问题有：产能过剩、肥料利用率低和环境污染，基于此，在“尿素增值技术(也叫尿素增效技术)”这一研究热点中，中海石油化学股份有限公司曲均峰[9]综述了国内近期硫包衣尿素、多肽尿素、腐植酸尿素等7种增值尿素的科研开发及应用概况，并对我国增值尿素肥料产业未来的发展提出了建议。安阳化学工业集团有限责任公司金兴玲[10]研究发现世界上许多国家都在开发肥料增效剂，对尿素产品进行改性增效。国内尿素生产企业在原有产品的基础上陆续推出了多种具有发展前景的尿素增值产品，为传统尿素行业增添了新的活力。调整尿素企业产品结构，提高市场竞争力，实现农业生产与生态协调发展，开发成本低、利用率高、工艺简单的尿素增值新产品势在必行。

可见，开发尿素增值技术符合国际上“缓效化、流体化、复合化、专用化、高效化”发展趋势，对有效提高肥料利用率具有重要的指导意义。同时它必将对我国现代农业生产起到积极的推动作用，对实现我国经济发展和减少氮素污染、达到“增产、增效、减污”的农业持续发展目标均具有重大的社会意义。

“尿素增值技术”这一热点主题引导了消化产能过剩、尿素增值技术、增值肥料、缓/控释化学肥料等方面的研究进展。

4 尿素装置(装备)领域研究热点分析

由图1可知，尿素装置(装备)领域的相关研究由2010年持续到2019年，在2011年附近形成第一个研究热点“尿素合成塔”、2015年附近形成了第二个研究热点“尿素水解解吸系统”。

4.1 尿素合成塔

在“尿素合成塔”这一研究热点中，安徽六方深冷股份有限公司陈林[11]在尿素合成塔的主要破坏形式及预防措施研究和国家及行业相关标准规范的调研基础上，论证了采用多层整体包扎技术制造尿素合成塔的可行性，通过对不锈钢衬里、加强板、环焊缝等的检测和氦检漏试验发现，与传统尿素合成塔相比，无深环焊缝，减少了由应力集中造成的安全隐患，多层整体包扎尿素合成塔具有合理的结构设计、先进的制造工艺、较短的生产周期和低廉的制造成本，适合向产品大型化发展。钱镜清[12]调研发现，上海海懋公司的驼峰式气室型塔板、武汉绿寰公司的旋流式塔板、中国五环工程有限公司的折流式塔板等我国自行开发的尿素合成塔塔板，使CO2转化率由引进工艺的63%提高至70%以上；鲁南、中国五环工程有限公司、齐鲁一化等研发的预分离器，使吨尿素汽耗降至900 kg。在上述尿素合成塔塔板和预分离工艺结合形成的预分离-预蒸馏工艺基础上，增加中压段多回收反应热装置(即为我国原创的Q-1100水溶液全循环法尿素工艺)，具有预分离效率高、扩能增产简单、吨尿素耗能低等优点。四川天华股份有限公司谭玮[13]调研了30多套引进的意大利斯那姆氨汽提尿素生产工艺，通过研究尿素合成塔的氨碳比、内衬材料、容积、塔盘，汽提塔的材料、填料、塔盘，中压分解吸收装置、防爆措施等工艺设计的变化，从中发现了氨汽提尿素工艺近期的工艺改进方向，为新建工厂的工艺设计和已建成工厂的工艺改进提供了有益参考。山东大学王威强教授[14]回顾总结了世界范围内的哥伦比亚、美国路易斯安那、河北迁安、山东平阴、缅甸爆炸事故等尿素合成塔爆炸事故案例和分析报告，分别从塔体和上部构件分析爆炸原因并分类总结了爆炸研究进展，建议对大型压力容器进行爆炸过程反演、爆炸原因溯源和模型试验研究，以提出正确的防范尿素合成塔爆炸的有效措施，保障尿素合成塔的安全生产。

“尿素合成塔”这一热点主题引导了尿素装置(装备)技术领域高效塔盘、设备防腐、检漏系统和尿素高压设备耐蚀材料的发展及选用等技术的研究进展。

4.2 尿素水解解吸系统

在“尿素水解解吸系统”这一研究热点中，江苏灵谷化工有限公司许昆岭[15]等对尿素装置采用的卧式水解系统大修前后运行情况进行调研，发现造成解析废液电导率超标的主要原因是解吸塔上塔内规整填料严重腐蚀导致解吸效率下降。更换解吸塔上塔填料后，实际解吸超出设计负荷30%的情况下，解吸废液仍能达标。由此，提出了解吸水解系统在运行中应注意的事项，实现了尿素装置系统的扩容、优化和稳定运行。塔里木油田石化分公司王怀占[16]研究了该厂尿素装置投产以来水解系统始终运转不正常的原因是超负荷运行下发生液泛和单羟甲基脲系统失灵导致的甲醛残留。采用立体高效传质塔盘对解析塔进行改造，改造后水解系统处理液含氨和尿素质量浓度均降至合理水平，各项控制参数均处正常范围，彻底解决了水解系统的液泛和甲醛残留问题，最高负荷达135%下仍能达到设计指标要求且运行稳定。

“尿素水解解吸系统”这一热点主题是由解决尿素装置环保的问题发展而来，该系统不仅解决了环保问题，而且工艺冷凝液中氨和CO2的回收利用也使原料消耗大幅降低。

5 结语

结合citespace的知识图谱分析发现，近十年我国尿素行业形成了尿素工艺研究和尿素装置(装备)研究两大技术领域，尿素工艺技术领域的研究热点为二氧化碳汽提法、水溶液全循环法和尿素增值技术；尿素装置(装备)技术领域的研究热点为尿素合成塔和尿素水解解吸系统。已有研究者将其它行业的成熟技术应用到尿素装置的改扩建当中，也有研究者在尿素工艺方面研发了新的专利技术并应用于项目中。综上所述，目前我国尿素行业正处于创新发展、转型升级的关键时期，提高行业整体技术水平、环保水平和优化产品结构，是未来行业发展的主要方向。