含锌尿素生产的工艺设计研究

摘 要：面对日益严峻的尿素市场，尿素企业不得不提高自身的市场竞争力，优化产品结构。文中介绍了普通尿素企业生产含锌尿素所要考虑的四个基本问题和这些问题的解决方案：第一，加入的接入点选在一段蒸发出口；第二，通过加入尿素调节硫酸锌水溶液的酸性；第三，蒸发造粒的温度低于150°C，小于尿素锌的分解温度；第四，配方确定含量为吨尿素1000mg硫酸锌。除此之外，还提供了产品尿素锌的检测方法。

关键词：煤化工 尿素 工艺设计 优康锌

到2010年为止，我国尿素产能达到近6300万吨，而总需求量为5100万吨，有超过1000万吨的产能过剩，2011年尿素产量达到6700多万吨，2012年五月由于煤价市场陷入低谷，国内尿素行业开工率增大，平均开工率超过77%，与2011年同期相比，至少增加了6个百分点。2012年尿素产量达到7250多万吨。这里除了出口多300多万吨外，又有多少尿素过量呢？2013年，尿素产能过剩问题愈演愈劣，做为尿素企业寻找自己的出路这是个迫不容缓的问题。尿素企业要想在竞争激烈的尿素行业争有一席之地，必须苦练内功，寻求自己的特色产品，优化自己的产业链结构。

锌在地壳中的含量仅居第27位， 却是植物生长必需的一种微量营养元素。锌是植物叶绿素中很多酶的组成元素，是生长素的促进剂，同时能增加植物的抗逆性，提高籽粒重量[1，2]。锌关系到氮的代谢，缺锌时色氨酸减少，酰胺化合物增加，总氨基酸含量增加，游离氨基酸多，从而影响蛋白质合成。色氨酸是合成生长素吲哚乙酸（IAA）的原料，由此导致生长素的减少，影响枝叶生长，造成小叶病和簇叶病。据全国土壤普查资料，我国缺锌土壤面积达4860万公顷，占全国耕地面积的一半以上，其中耕地缺锌面积达到三分之一。含锌尿素成为很多尿素企业研发的新产品。

一、需要考虑的问题

含锌尿素的生产尽管只是对普通尿素的一个品种的改良，但是小问题可以导致大事故，所以我们必须认真周密的思考，计划从下面三方面考虑：

1.原料硫酸锌的加入点

选择合适的加入点，可以减少对尿素本系统的影响，也可以灵活决定含锌尿素的产量，含锌尿素的含量，开停比较方便，产量控制容易、节约成本。

2.硫酸锌的PH调节

常温下硫酸锌是以固体形式存在的，如果以固体形式加入，对生产含锌尿素来说，不仅不利于优康锌的形成，也可能导致产物含锌量的不均匀，使产物不合格，以水溶液形式加入，酸性比较强，长时间运行，对管道的腐蚀是不可避免的。

3.尿素蒸发造粒情况

蒸发造粒是尿素生产的最后阶段，在这阶段的温度与压力对产物的影响不得不考虑，最终的产品在这阶段受到影响，那就功亏一篑了。

4.有效锌含量的确定

锌在植物的生长过程中起着举足轻重的作用，然而对于不同植物的需锌量却是不同的，植物对锌的需求量不是越多越好，锌含量高可能造成水体污染和重金属中毒。

二、问题的解决

1.尿素生产系统是由高压系统、低压系统、解吸水解、蒸发造粒系统四大系统组成的，尿素成品出现在蒸发造粒阶段，所以尿素锌产品在最后阶段加入既不影响前边系统的正常运行，而且对产品可以进行随时跟踪，对产品的异常情况在最短时间内找到原因，但是硫酸锌是固体加入后产物的均匀性需要考虑，选择以溶液形式加入，通过计量泵加入，但是水量的加入会影响后工段蒸发的负荷。综合考虑尿素系统的生产特征加入点应该在一段蒸发出口比较合适。

2.硫酸锌的水溶液不仅仅强酸弱碱盐水解呈酸性，而且在生产过程中为了抑制水解加入了硫酸，所以使得硫酸锌的水溶液酸性很强，室温下，饱和溶液的PH接近1左右，如果加入其它酸碱调节剂会影响产物的纯度，也给后续工段造成负担，造价大。尿素的水溶液呈碱性，所以通过加入尿素来调节溶液的酸碱性是最合理的。

3.尿素中的氮原子具有很强的路易斯碱性，而金属离子都具有很强的路易斯酸性，特别是过度金属离子，所以当尿素与锌相遇，会以尿素为配体、锌为中心原子、相互配合形成六配位的化合物。通常在80°C左右，配合物产率最大，尿素企业尿素从尿液槽出来经过两段蒸发后，在二段蒸发时采取的是负压，中温蒸发，尿素锌的熔点是110°C，分解温度为150°C，[3]所以结合工艺情况，我们先制备尿素锌，最后加到尿素系统中。

4.含量的确定

锌的需求与植物的种类有关也与土壤的供锌能力有关，其中土壤供锌能力弱与对锌敏感的作物需锌量比较大。锌高度敏感植物，如玉米、水稻、高粱、大豆、蚕豆、棉花、荞麦、亚麻、蕃茄、烟叶、甘蓝、莴苣、芹菜、菠菜、桃、樱桃、苹果、梨、李、柑橘、葡萄、番石榴、番木瓜等应施用锌肥；锌较敏感植物，如马铃薯、洋葱、三叶草、紫花苜蓿、苏丹草等宜施用锌肥；锌不敏感植物，如小麦、大麦、胡萝卜、豌豆、红花、禾本科牧草等可不施用锌肥，所以我们确定标准时应该两者兼顾。根据四川省的锌肥使用准则DB51/T 1190—2011中土壤需锌量确定和农用污泥中污染物的控制标准GB4284-84综合考虑秃顶的使用与重金属的污染，我们确定尿素添加量为吨尿素中硫酸锌的添加量为1000mg。

三、结果

如上图，尿液从尿液槽经尿液泵进入一段蒸发，蒸发掉部分水分后与经计量泵加入的尿素锌水溶液混合后，一块送往后工段进行继续蒸发造粒后得到成品尿素锌。

四、产品检验[4]

含锌尿素是在尿素的基础上进行产品的改良，但是必须满足尿素的要求，即尿素的各个指标，那么对于一吨的优等品尿素（N含量为46.4%）变为普通尿素（N含量为46.0%）最多可以加入硫酸锌8.7千克，而变为一等品尿素可以加7.24kg，由此可见，微量元素Zn的量相对较少，所以对于成品含锌尿素中锌的检测也是很重要的。

五、小结

含锌尿素是一种新型尿素，除了具有高含量的大量元素N外，还含有S和微量元素Zn，与普通尿素相比，具有浓度高、养分全、提苗快、易吸收、利用率高、肥效持久等特点，同时对改善土壤质量、提高产量、增强作物免疫力、预防病虫害有显著效果。通过接入点、锌液的酸碱性调节及实际生产过程的条件模拟，保证了含锌尿素的顺利投产。同时根据土壤的供锌能力与植物的需锌不同，我们确定了吨尿素中的添加量为1000mg比较合适。在尿素市场日益过剩的今天不仅提高了尿素企业的竞争力，而且也优化了尿素产品结构，提高了尿素的附加值。

参考文献

[1] 汪家铭.尿素新型产品的开发与应用[J]. 精细化工原料及中间体，2011（3） ：19-21.

[2] 门中华， 王颖.锌在植物营养中的作用[J].阴山学刊，2005（19）：8-10

[3] 吴树华. 尿素工艺技改生产聚肽螯合钾含锌尿素[J]. 化工设计通讯，2012，38（1），64-65.

[4] 黎意惠， 欧阳贻德.尿素锌的制备工艺条件研究[J].化工时刊，2007，21（2），21-23.