含鋅尿素生產(chǎn)工藝研究

李永華，張成林，楊德福，崔永坤，漢秀英

（錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧葫蘆島125001）

含鋅尿素生產(chǎn)工藝研究

李永華，張成林，楊德福，崔永坤，漢秀英

（錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧葫蘆島125001）

含鋅尿素生產(chǎn)工藝通常是將鋅鹽配制成單一或者多組分的水溶液，從尿素裝置的一段或二段蒸發(fā)之前加入系統(tǒng)，以蒸出多余水分，能耗較高。如果蒸發(fā)后生產(chǎn)兩種產(chǎn)品，則顯得很不靈活。本文介紹一種新工藝，以尿素代替水作為鋅鹽的溶劑，不經(jīng)蒸發(fā)段生產(chǎn)含鋅尿素，同時解決靈活性問題。

含鋅尿素；新工藝；無水溶劑

鋅是植物必需的微量元素，鋅元素可以以ZnSO4·7H2O、ZnO等微肥的形式單獨使用，也可以將鋅肥與大量元素肥料結(jié)合施入土壤，而后者使用起來更簡單[1]。含鋅尿素就是一種較好的含有鋅元素的氮肥產(chǎn)品，屬于后者。但常規(guī)的含鋅尿素生產(chǎn)方法存在能耗高以及生產(chǎn)不靈活的問題。本文介紹一種新工藝，可以解決了上述問題。

1 生產(chǎn)含鋅尿素的常規(guī)方法

尿素的生產(chǎn)工藝中，通常有兩段蒸發(fā)，即一、二段蒸發(fā)。向尿素中加入鋅元素的方法，一是將ZnSO4·7H2O溶于水中，制成ZnSO4的水溶液，或?qū)\鹽與別的藥劑復(fù)配在一起制成水溶液[3]，然后再將該水溶液加入一段蒸發(fā)之前或者二段蒸發(fā)之前，總之必須走蒸發(fā)，以蒸發(fā)掉過多的水分[2]。流程簡圖如圖1。

圖1 生產(chǎn)加鋅尿素的流程

40℃時，ZnSO4的溶解度是70.4g，對應(yīng)溶液w(ZnSO4)為41.3%，w(Zn)為16.7%，w(水)為58.7%。如果要制成最終尿素產(chǎn)品w(ZnSO4)為1%，對應(yīng)帶入系統(tǒng)的水量將為尿素產(chǎn)品質(zhì)量的1.4%，如果不走蒸發(fā)，將導(dǎo)致最終產(chǎn)品水的質(zhì)量分數(shù)超過國家標準<0.7%的限制。也就是說，用ZnSO4水溶液生產(chǎn)含鋅尿素時，必須按圖1的流程，將藥劑從蒸發(fā)之前加入。

2 常規(guī)生產(chǎn)方法存在的問題

問題一：蒸發(fā)掉帶入的水分增加額外的能耗。每蒸發(fā)1kg水分至少需要1.1kg低壓蒸汽。生產(chǎn)1t含鋅尿素需要蒸發(fā)掉14kg的水，即需15.4kg的低壓蒸汽，低壓蒸汽價格按100元/t計，每噸尿素增加成本1.54元。

問題二：如果蒸發(fā)之后生產(chǎn)兩種尿素產(chǎn)品，比如一路去造粒塔生產(chǎn)小顆粒尿素，一路去其它造粒裝置生產(chǎn)大顆粒尿素，將很不靈活。如圖2所示。

圖2 蒸發(fā)后生產(chǎn)兩種產(chǎn)品的流程

從圖2可知，如果按此流程生產(chǎn)含鋅尿素，產(chǎn)品1和產(chǎn)品2只能同時生產(chǎn)含鋅或者不含鋅品種。如果產(chǎn)品1需要含鋅產(chǎn)品，產(chǎn)品2不需要含鋅產(chǎn)品，就需要將產(chǎn)品2停產(chǎn)，顯然很不靈活。

3 新方法要解決的問題

要解決問題：一是要將ZnSO4溶液中水含量降低，使得含鋅溶液能夠在蒸發(fā)之后加入系統(tǒng)；二是要將含鋅溶液在產(chǎn)品1以及產(chǎn)品2中分別加入。如圖3所示。

圖3 含鋅溶液改變后加藥流程

4 新方法的試驗驗證

要降低ZnSO4溶液中水含量，可以提高溶液的溫度以增加溶解度。但通過升溫ZnSO4溶解度最高只能達到約75%，即便以此濃度的ZnSO4水溶液為藥劑，要達到最終產(chǎn)品尿素w(ZnSO4)為1%，所帶入系統(tǒng)的水也將達到尿素產(chǎn)品質(zhì)量的1.3%，仍不能滿足國標要求。

要解決系統(tǒng)加鋅帶入過多水的問題，需要從溶質(zhì)、溶劑兩方面入手。溶質(zhì)可以用無水ZnSO4，溶劑選用非水溶劑。最好的溶劑就是鋅元素所要加入的目標產(chǎn)品—尿素，因為用尿素做溶劑不但不含水，還不引入第三種物質(zhì)。

通過試驗，發(fā)現(xiàn)ZnSO4（包括含各種結(jié)晶水的產(chǎn)品）在尿素中有很高的溶解度，可以達到66g/100g。相當(dāng)于w(ZnSO4)為40%，w(Zn)為16%。這樣就一舉解決了以上兩個問題。但配制時溶液有起泡現(xiàn)象，可能是鋅鹽對尿素分解有促進作用[4]。

5 總結(jié)

試驗發(fā)現(xiàn)ZnSO4，包括含不同結(jié)晶水的ZnSO4，在尿素中都有很高的溶解度。利用該性質(zhì)可以制成ZnSO4的尿素溶液，不含或者含較低的水分，可以在蒸發(fā)之后，造粒之前加入系統(tǒng)，解決了用水做溶劑時必須從蒸發(fā)前加入的方式，降低了成本。如果將ZnSO4的尿素溶液分別加入具有兩種造粒流程的系統(tǒng)中，可以在產(chǎn)品1生產(chǎn)含鋅尿素的同時，產(chǎn)品2是否含鋅將不受限制，生產(chǎn)更加靈活。

[1]曲均峰,王國忠,傅送保，等.增值尿素的發(fā)展現(xiàn)狀及思考[J].磷肥與復(fù)肥,2015,30(2):10-13.

[2]鄒林虎,彭文武.傳統(tǒng)尿素裝置技改生產(chǎn)聚肽螯合含鉀含鋅尿素[J].川化,2014,(1):10-12.

[3]崔勝民.對尿素廠生產(chǎn)尿素鋅肥料的探討[J].中氮肥, 1991,(3):80-82.

[4]張勇,鄭超,陳文莉,等.氧化鋅對尿素?zé)岱纸膺^程的催化作用[J].遼寧化工,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；作者簡介：李永華（1967-），男，高級工程師，電郵13898988805@163.com。