氮肥企業(yè)生產(chǎn)車用尿素研究

袁紅玲 , 高繼光 , 劉銳杰 , 顧朝暉

(河南心連心化肥有限公司 , 河南 新鄉(xiāng)　453731)

氮肥企業(yè)生產(chǎn)車用尿素研究

袁紅玲 , 高繼光 , 劉銳杰 , 顧朝暉

(河南心連心化肥有限公司 , 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：介紹了普通氮肥企業(yè)研究生產(chǎn)車用尿素的方法,主要從縮二脲、金屬離子等方面闡述了車用尿素與普通氮肥的不同,并分析了影響因素及相應的改進措施。

關鍵詞：氮肥 ； 車用尿素 ； 影響因素 ； 改進措施

2013年7月1日,重型柴油車的國Ⅳ排放標準正式實施,相對于國Ⅲ標準,NOx要求下降30%,對于重型柴油車來說,要達到這個要求,就需要利用車用尿素溶液對其排放的尾氣進行還原脫硝。車用尿素溶液是指尿素質(zhì)量分數(shù)為31.8%～33.2%且溶劑為超純水的尿素水溶液,生產(chǎn)原料為尿素晶體和超純水,其關鍵點在于原料尿素的純度,車用尿素脫硝溶液即AUS32標準(GB 29518-2013)中對縮二脲、甲醛及金屬元素等指標都做出了嚴格規(guī)定。

目前國內(nèi)生產(chǎn)車用尿素的流程主要有兩種：①車用尿素企業(yè)采購普通農(nóng)業(yè)或工業(yè)尿素進行提純處理,經(jīng)過水解、重結(jié)晶、凈化過濾等步驟生產(chǎn)出高純度的尿素晶體,再與超純水配制成車用尿素溶液；②尿素生產(chǎn)廠家參照國際生產(chǎn)方式,從原料端生產(chǎn)高純度的尿素,直接與超純水配制成車用尿素溶液。顯而易見,后者比前者具有成本優(yōu)勢。

河南心連心化肥有限公司新建生產(chǎn)線采用水煤漿加壓氣化技術,寬溫耐硫變換工藝,低溫甲醇洗,以及自主改良的CO2汽提尿素等先進的生產(chǎn)工藝。尿素產(chǎn)品純度高,質(zhì)量穩(wěn)定,在雜質(zhì)處理方面表現(xiàn)出優(yōu)勢,具有研究開發(fā)車用尿素原料的前提條件。2014年11月,經(jīng)過近一年的自主研發(fā),我公司通過多種手段對現(xiàn)有工藝進行調(diào)整,針對超標項目,分析其影響因素,并進行了相應的改進措施,最終實現(xiàn)了車用尿素顆粒的成功生產(chǎn),直接配上超純水即可配制出符合GB 29518-2013標準的車用尿素溶液。目前,我公司已具備每年80萬t車用尿素顆粒的生產(chǎn)能力,并通過了車用尿素企業(yè)標準的備案,開創(chuàng)了普通氮肥企業(yè)生產(chǎn)銷售車用尿素原料的先例。

1普通尿素溶液與車用尿素溶液的對比

普通尿素不能直接與高純水配制來生產(chǎn)車用尿素,主要原因是車用尿素對尿素純度的要求比較高,國家標準GB 29518-2013對影響車用尿素溶液純度的各項指標都做出了嚴格規(guī)定,其指標為：尿素含量(質(zhì)量分數(shù))31.8%～33.2%、縮二脲≤0.3%、堿度(以NH3計)≤0.2%、水不溶物≤20 mg/kg、醛類(以HCHO計)≤5 mg/kg、磷酸鹽(以PO4計)≤0.5 mg/kg；鈣、鐵、鎂、鈉、鉀、鋁≤0.5 mg/kg；銅、鋅、鉻、鎳≤0.2 mg/kg。

心連心公司新工藝自開車到滿負荷運行,通過對工藝和裝置的不斷優(yōu)化,尿素產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)得到顯著提高。分別對不同時間段的尿素進行取樣,并與超純水配制成32.5%的尿素水溶液進行分析,結(jié)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標分析結(jié)果

由表1可見,隨著裝置的穩(wěn)定運行,尿素產(chǎn)品純度逐漸提高,甲醛含量降低到5 mg/kg以下,能夠滿足車用尿素標準,而縮二脲和金屬離子含量雖然呈下降趨勢,但是仍不能滿足生產(chǎn)車用尿素的需求。

2影響縮二脲含量的因素及改進措施

尿素的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生縮二脲,車用尿素溶液因儲存不當也易縮合成縮二脲,GB 29518-2013中規(guī)定了縮二脲的技術指標,要求車用尿素溶液中縮二脲的含量≤0.3%,折合車用尿素固體顆粒中縮二脲的含量≤0.9%,因為普通尿素的縮二脲指標合格品≤1.5%,一等品≤1.0%,優(yōu)等品≤0.9%,所以必須保持尿素產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定在優(yōu)等品范圍內(nèi),才能滿足縮二脲的指標。影響尿素中縮二脲含量的因素及改進措施：

2.1　溫度的影響

尿素中的縮二脲的生成率與溫度成正比,尿液溫度越高,縮二脲生成越快。尤其是尿素蒸發(fā)系統(tǒng)尿液濃度高,氨分壓低,為縮二脲的生成提供了有利的條件。采用我公司研發(fā)的專有技術——“先進控制技術”,能將一蒸溫度波動范圍控制在0.2 ℃以內(nèi),二蒸溫度波動范圍控制在0.3 ℃以內(nèi),通過實踐證明,合理控制溫度,有利于減少縮二脲的合成。

2.2　停留時間的影響

尿素中縮二脲的含量與其在裝置中的停留時間成正比,通過提高裝置的生產(chǎn)負荷,可以降低尿素的停留時間,從而減少產(chǎn)品中縮二脲的生成。工藝生產(chǎn)后經(jīng)過不斷調(diào)試,最終使尿素裝置達到滿負荷,并且長周期穩(wěn)定運行,大大降低了尿素的停留時間,縮二脲的質(zhì)量分數(shù)下降約0.2%,達到優(yōu)等品指標,同時也符合車用尿素溶液對原料中縮二脲的要求。

通過對尿液溫度和停留時間分別進行優(yōu)化,我公司尿素產(chǎn)品中的縮二脲由原來的0.9%～1.0%,降低到了0.8%～0.85%,配置成32.5%的尿素溶液,縮二脲含量穩(wěn)定在0.26%～0.28%,滿足車用尿素溶液中縮二脲的含量小于等于0.3%的指標要求。

3影響金屬離子含量的因素及改進措施

金屬離子作為車用尿素溶液中的雜質(zhì),對SCR系統(tǒng)中的催化劑具有毒害作用,影響SCR系統(tǒng)的還原轉(zhuǎn)化效率,應當嚴格控制這些指標。GB 29518-2013中規(guī)定了10種金屬元素的技術指標,要求鈣、鐵、鎂、鈉、鉀、鋁≤0.5 mg/kg；銅、鋅、鉻、鎳≤0.2 mg/kg。折合車用尿素固體顆粒中鈣、鐵、鎂、鈉、鉀、鋁≤1.5 mg/kg；銅、鋅、鉻、鎳≤0.6 mg/kg。在10種金屬元素中,我公司僅鐵和鎳含量微量超標,主要是因為設備防護工作不到位導致的設備腐蝕。采用在系統(tǒng)中加雙氧水以及在CO2中補入空氣,可以使設備內(nèi)壁生成氧化膜,保護設備,避免腐蝕。

3.1　雙氧水的防腐蝕作用

二氧化碳汽提塔、高壓甲銨冷凝器、高壓甲銨洗滌器是尿素裝置的三個主要高壓設備,尿素產(chǎn)品中鐵鎳含量升高,表明設備腐蝕加重。設備的腐蝕對高壓設備來說是非常危險的,可能導致高壓設備襯里泄漏、承壓殼體泄漏等嚴重事故,必須進行防護。在這三個設備中分別加入5 kg/t尿素5%的雙氧水可以有效降低尿素產(chǎn)品中鐵和鎳的含量。

3.2　空氣的防腐蝕作用

將空氣補入CO2氣體中,再與之一同進入CO2汽提塔,其中的O2有助于在設備內(nèi)壁形成一層氧化膜,實踐證明,補入空氣占CO2體積的0.75%～0.85%,可以有效防止設備內(nèi)壁被腐蝕。

在日常工藝設備操作過程中,除了防止設備腐蝕,在生產(chǎn)車用尿素過程中,還應保證整個生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,避免倒換設備、指標調(diào)整、蒸汽大范圍波動等操作,這樣更有利于金屬離子指標的控制。

4工藝改進小結(jié)

經(jīng)過一系列的改進措施,我公司已經(jīng)具備車用尿素顆粒的生產(chǎn)能力,與超純水配置成車用尿素溶液,各項指標均滿足指標要求,結(jié)果見表2。

表2　車用尿素配制成32.5%的尿素水溶液主要指標分析結(jié)果

5結(jié)語

隨著國四標準的實施,車用尿素的需求量也日益增大。普通氮肥企業(yè)開展車用尿素研究,一方面能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,車用尿素相對普通尿素利潤較高,有望成為企業(yè)新的利潤增長點,可以有效緩解氮肥企業(yè)面臨的尿素市場產(chǎn)能過剩的壓力；另一方面車用尿素是減少柴油車尾氣中氮氧化物排放的還原劑,對治理大氣污染有一定的積極作用,能夠提升企業(yè)的社會效益。

作者簡介：袁紅玲(1986-),女,助理工程師,從事氮肥新產(chǎn)品的研究與開發(fā),電話：(0373)5592888-6064。

收稿日期：2015-03-24

中圖分類號：TQ441.41

文獻標識碼：B

文章編號：1003-3467(2015)07-0044-02