腐植酸尿素在线工艺技术研究

郑继亮，王彦军，王 静，胡艳飞，鄂玉联，刘成龙，邹向东，马 超

（新疆心连心能源化工有限公司，新疆维吾尔自治区玛纳斯 832200）

0 引言

腐植酸对尿素的增效作用已被大量研究应用所证实。尿素与腐植酸在一定条件下发生复杂的化学反应，形成有机络合盐、羰基加成物、酯基取代物等物理化学性质稳定的腐脲复合物，对土壤中分解尿素的脲酶和硝化细菌活性有抑制作用，进而抑制尿素的快速转化损失，提高尿素利用效率，其刺激作物生长方面的作用也被不少研究证实。

根据尿素生产装置的特点，可在尿素溶液一段蒸发、二段蒸发和造粒工序加入所需腐植酸增效剂，实现腐植酸尿素的生产。但在生产过程中会有其他不利因素，如在尿液二段蒸发中加入腐植酸水溶增效浓缩液生产腐植酸尿素，存在腐植酸水溶增效浓缩液的制备中间过渡料较多、更换品种不灵活、生产成本相对较高等诸多问题。

如今许多尿素企业正在研究通过对连续装置的柔性化改造，在尿素熔体造粒管道上增加辅助设备用于直接添加腐植酸，使腐植酸在熔融尿素中均匀分散，并通过尿素装置连续生产质量稳定、均匀性好、成本合适的差别化腐植酸尿素产品，从而有效解决大型连续性装置难以完成多品种改性尿素产品生产的问题。

随着尿基复合肥由无机化肥向有机化增效改性发展，腐植酸及添加剂在线添加技术现已成为实现尿素增效差别化、功能化的主要途径。尿素新版国家标准GB/T 2440—2017 自2018 年7 月1 日起正式实施以后，对农业用肥料级尿素产品总氮含量指标适当下调，为添加少量或者微量增效物质的增值型尿素新产品的开发预留了技术接口。

目前，通过腐植酸及添加剂在线添加技术实现连续式柔性化生产的功能性尿素品种很多，如含腐植酸尿素、含海藻酸尿素、微量及稀有元素尿素、氨基酸尿素等。然而，腐植酸及添加剂在线添加技术的实施需要解决添加点选择的问题。

1 腐植酸添加点选择

尿素合成装置中尿液蒸发采用的是两段真空蒸发生产工艺。来自二分塔底部的尿液（质量分数约67%）进入闪蒸槽，进行减压闪蒸，温度降到90 ℃左右，在闪蒸槽内进行气液分离，顶部气体与一段蒸发分离器来的气体混合进入洗涤塔吸收，闪蒸槽的底部尿液靠真空差进入一段蒸发加热器底部管内。

尿液在真空压力0.034 MPa，温度128 ℃下，经一段蒸发加热器，其质量分数从71%左右增至95%左右，气液混合物进入一段蒸发分离器进行气液分离，气相经过洗涤塔洗涤后进入一段蒸发表面冷凝器，尿液靠真空差流至二段蒸发加热器底部，在真空压力0.003 MPa，温度138 ℃下，尿液被加热蒸发后，于二段蒸发分离器中进行气液分离，气体经升压器进入二段蒸发表面冷凝器冷凝，尿素质量分数从95.0%左右增至99.7%，熔融尿素自分离器底部由熔融泵送至尿素造粒塔进行造粒。

根据尿素生产装置的工艺要求，尿素生产装置可选的添加点有3 个，见图1。在选择添加点时，需要考虑尿素装置生产的尿液主要由熔体输送管道输送，其尿液在不同工段管道中往往处于不同高温、真空或正压状态，且适应不同水含量。因此，对腐植酸添加点有着很高的要求，主要体现在添加点必须合理，一方面不能对尿液一段蒸发加热器和分离器、二段蒸发加热器和分离器的热传导、真空压力、温度、水含量造成较大影响；另一方面不能对一段蒸发分离器、二段蒸发分离器装置的水、氨循环系统造成较大影响。

图1 尿素生产装置可选的3个腐植酸添加点

腐植酸与尿素大装置“嫁接”的4种在线直接添加方法：第一种，腐植酸与尿素熔融液简单物理混合造粒法；第二种，腐植酸溶于水的加入法；第三种，腐植酸溶于尿素水溶液的加入法；第四种，腐植酸干粉与熔融尿素的熔融反应加入法。

其中第一种和第四种方法适宜图1 中添加点3，满足添加点选择条件要求，但第一种所得产品质量均一性不足。优点：水含量极低，操作过程简单，无须蒸发浓缩，生产成本低，与尿素蒸发系统兼容性好，适于各种腐植酸尿素及复合肥。缺点：工艺难度较大，设备投入较大。

第二种方法适宜图1 中添加点1，优点：技术成熟，操作简单，工艺难度小，设备投入小，适于各种含水尿素溶液生产腐植酸尿素。缺点：水含量大，需蒸发浓缩，生产成本较高； 与尿素蒸发系统兼容性差。

第三种方法适宜图1中添加点2，优点：技术成熟，操作简单，工艺难度小，设备投入小，适于各种含水尿素溶液生产腐植酸尿素。缺点：水含量大，需蒸发浓缩，生产成本较高； 与尿素蒸发系统兼容性差。腐植酸与尿素大装置“嫁接”的3个在线直接添加点比较见表1。

表1 腐植酸与在尿素大装置“嫁接”的3个在线直接添加点比较

相对来说，选择添加点1 比选择添加点2 对尿素装置的影响程度和范围要大一些，且对腐植酸及添加剂的浓缩液要求水含量相对高一些，而选择添加点2时对腐植酸及添加剂的浓缩液要求腐植酸含量高，水含量低。

2 腐植酸直接在线添加技术适用腐植酸尿素产品

腐植酸与尿素大装置“嫁接”的4种方法，相对来说第二种和第三种目前已相对比较成熟。根据熔体管道添加点位置不同，主要适合对应产品如下：

（1）一段蒸发前在线管道式添加技术（对应图1 的添加点1），主要适用于生产w（腐植酸）（干基计）0.1%～3.0%的含腐植酸尿素产品，如在一段蒸发浓缩前的管道中加入少量腐植酸及添加剂浓缩液，生产各种性能改善的尿素产品。

（2）二段蒸发前在线管道式添加技术（对应图1 的添加点2），主要适用于生产w（腐植酸）（干基计）3%～6%的尿基含腐植酸水溶肥产品，如在二段蒸发浓缩前的管道中加入少量腐植酸及添加剂浓缩液，生产各种性能改善的尿素产品。

（3）二段蒸发分离器后在线管道式添加技术（对应图1的添加点3），主要用于生产尿基腐植酸复合肥料产品，如在二段蒸发分离器的底部配管中引出熔融尿素，加入腐植酸、添加剂等，生产尿基高氮产品。

3 结论

腐植酸在线添加技术生产工艺简单，品种变化灵活，适合于生产多种差别化、功能化腐植酸尿素产品。

腐植酸在线添加技术既充分利用了尿素装置在线生成技术成本低、有利于开发多功能尿素的优势，又有效地解决了尿素产品结构单一、同质竞争问题，并增强了尿素产品市场竞争力。随着尿素装置大型化，腐植酸尿素及尿基复合肥加工装置向尿素熔体直接在线加工方向发展，腐植酸直接在线添加技术及配套设施将日益完善，并将成为解决尿素低差别化、低附加值、低利用率的有效措施和主要途径。