尿素法生產(chǎn)氨基磺酸工藝及提質(zhì)降耗措施

費(fèi)望東

(江蘇陽恒化工有限公司， 江蘇南通 226532)

生產(chǎn)實(shí)踐

尿素法生產(chǎn)氨基磺酸工藝及提質(zhì)降耗措施

費(fèi)望東

(江蘇陽恒化工有限公司， 江蘇南通 226532)

介紹了國(guó)內(nèi)外氨基磺酸生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備選型，其中包括反應(yīng)釜、離心機(jī)和過濾設(shè)備、稀釋冷卻設(shè)備和烘干設(shè)備、以及安全、環(huán)保情況，在對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品消耗進(jìn)行對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，提出提質(zhì)降耗措施，其中提質(zhì)方面有提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高粗品氨基磺酸質(zhì)量，精品工序中提高氨基磺酸脫水效率、防止異物產(chǎn)生，保證粒子均勻；降低消耗措施有：重視原材料質(zhì)量、控制溫度、投料比、停留時(shí)間、稀釋溫度和稀釋濃度、溶解溫度及全溶解時(shí)間，做好物料平衡分析。

氨基磺酸 生產(chǎn) 質(zhì)量 消耗 設(shè)備

自20世紀(jì)80年代起，中國(guó)開始研發(fā)尿素法生產(chǎn)氨基磺酸，90年代中期氨基磺酸產(chǎn)能得到飛速發(fā)展，21世紀(jì)初達(dá)到高峰，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)氨基磺酸生產(chǎn)能力達(dá)80～90 kt/a，2010年后由于環(huán)保要求趨于嚴(yán)格，產(chǎn)能有所下降，目前生產(chǎn)能力為60～70 kt/a，產(chǎn)銷基本平衡[1-2]；其中20%的產(chǎn)品銷往東南亞、美國(guó)和歐洲。氨基磺酸生產(chǎn)廠家主要集中在山東、湖北、江蘇、河北和河南。

1 尿素法氨基磺酸生產(chǎn)工藝

國(guó)內(nèi)外尿素法生產(chǎn)氨基磺酸工藝基本相同，工藝流程主要為合成反應(yīng)、粗品分離、精制和烘干計(jì)量包裝。尿素法生產(chǎn)氨基磺酸工藝流程見圖1。

1.1 合成反應(yīng)和粗品分離

1.1.1 合成反應(yīng)原理

尿素與發(fā)煙硫酸反應(yīng)生成氨基磺酸總反應(yīng)式如下：

(1)

目前普遍接受的是二段式反應(yīng)機(jī)理，首先是尿素與發(fā)煙硫酸中的三氧化硫反應(yīng)生成脲基磺酸：

(2)

圖1 尿素法生產(chǎn)氨基磺酸工藝流程

再生成氨基磺酸：

(3)

在氨基磺酸合成過程中同步發(fā)生副反應(yīng)：

(4)

CO2↑

(5)

1.1.2 合成反應(yīng)流程

基于二段式反應(yīng)理論，合成反應(yīng)又分為連續(xù)法和間歇法來控制尿素與發(fā)煙硫酸之間的劇烈反應(yīng)。連續(xù)法以中國(guó)臺(tái)灣肥料公司為代表；間歇法以日產(chǎn)化學(xué)為代表。國(guó)內(nèi)連續(xù)法和間歇法生產(chǎn)方式并存。

間歇法是在反應(yīng)釜中先放入游離SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～28%的發(fā)煙硫酸，然后開啟夾套冷卻水加以攪拌，反應(yīng)釜溫度控制在40～50 ℃，逐步加入尿素，尿素和發(fā)煙硫酸質(zhì)量比為1∶(5.5～6.5)。加料結(jié)束前，利用加料放出的反應(yīng)熱將反應(yīng)釜溫度升至80～85 ℃，脫除二氧化碳之后，保溫0.5 h。間歇法中反應(yīng)式(2)和(3)可共用同一反應(yīng)釜，也可在2個(gè)反應(yīng)釜中分開進(jìn)行。加料和升溫過程要控制好溫度，防止串溫造成溢料。

國(guó)內(nèi)氨基磺酸生產(chǎn)廠普遍采用間歇法，其特點(diǎn)是三氧化硫和尿素物質(zhì)的量比不斷變化，因?yàn)橐燃尤氚l(fā)煙硫酸，移除反應(yīng)式(2)中的反應(yīng)熱。在投料和升溫過程中，要求操作人員控制好溫度，否則造成溢料事故，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

連續(xù)法是2步反應(yīng)分別在2個(gè)反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)式(2)在第一反應(yīng)釜中進(jìn)行，俗稱“一反”，反應(yīng)式(3)在第二反應(yīng)釜中進(jìn)行，俗稱“二反”。在不斷攪拌的情況下，“一反”中尿素和發(fā)煙硫酸按質(zhì)量比1∶(6.5～7)同時(shí)加入反應(yīng)釜，控制中層溫度小于或等于50 ℃，溢流進(jìn)入“二反”，控制“二反”溫度在78～82 ℃， “二反”中完成反應(yīng)式(3)，釋放出二氧化碳，并進(jìn)一步熟化。

連續(xù)法生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵是防止反應(yīng)式(3)在“一反”中過早進(jìn)行，避免生成二氧化碳帶出三氧化硫，影響得率，而且還要有效減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高粗品氨基磺酸粒度。

與間歇法相比，連續(xù)法生產(chǎn)穩(wěn)定，“一反”、“二反”溫度易控制，系統(tǒng)可采用DCS控制，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。在控制尿素與發(fā)煙硫酸投料比方面，間歇法的投料比較連續(xù)法投料比低，這主要是因?yàn)?種出料方式不同，間歇法從底部出料，而連續(xù)法從“一反”進(jìn)入“二反”，采用連續(xù)溢料，對(duì)漿料流動(dòng)性要求較高。

1.1.3 稀釋和粗品分離

在合成反應(yīng)出來的氨基磺酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%～50%的料漿中加入母液或w(H2SO4)30%～40%稀硫酸，將其未參與反應(yīng)的濃硫酸稀釋到w(H2SO4)65%～70%，進(jìn)行液-固分離，得到氨基磺酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為90%的粗品。稀釋過程中稀釋溫度低于60 ℃。當(dāng)稀釋達(dá)到規(guī)定密度后，將料漿進(jìn)一步冷卻至常溫。由于稀釋過程為放熱，稀釋溫度對(duì)于得率影響較大，故稀釋設(shè)備的傳熱效率和耐腐蝕最為關(guān)鍵。中國(guó)稀釋設(shè)備常用搪瓷釜，日本使用石墨設(shè)備。

分離粗品氨基磺酸方式主要有真空抽濾和離心分離2種。采用離心機(jī)分離粗品氨基磺酸效率較高，粗品中液體含量低，所得粗品氨基磺酸含量高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小，但設(shè)備易損壞、跑料。為減少?gòu)U硫酸中帶出的固體氨基磺酸，需再次過濾離心機(jī)中分離出的廢硫酸，這樣增加了生產(chǎn)成本，目前國(guó)內(nèi)外多采用抽濾工藝。稀釋后的硫酸濃度一般控制在w(H2SO4)70%，這樣氨基磺酸在廢硫酸中的溶解度最低，有利于降低消耗。但國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)廠家稀釋的硫酸濃度在w(H2SO4)60%左右，有的甚至達(dá)到55%。

1.2 精制和烘干包裝

1.2.1 精制原理

氨基磺酸精制是利用氨基磺酸在水中的溶解度隨溫度變化而改變的特點(diǎn)，使氨基磺酸粗品在水全溶再結(jié)晶，以達(dá)到純化的目的。氨基磺酸在水中的溶解度見表1。

表1 氨基磺酸在水中的溶解度

由于粗品和母液含硫酸，因而對(duì)氨基磺酸的溶解度影響較大，30 ℃時(shí)，氨基磺酸在硫酸中的溶解度見表2，要提高產(chǎn)量和質(zhì)量必須嚴(yán)格控制粗品氨基磺酸中的硫酸含量。

表2 30 ℃時(shí)，氨基磺酸在硫酸中的溶解度

氨基磺酸水溶液隨著溫度的上升和時(shí)間的延長(zhǎng)，分解速率會(huì)快速上升，因而要控制重結(jié)晶溶解時(shí)間和全溶溫度。80 ℃時(shí)，氨基磺酸水溶液水解速率見表3。

表3 80 ℃時(shí)，氨基磺酸水溶液水解速率 %

1.2.2 精制和烘干計(jì)量包裝

精制是在溶解釜中先加入一定量氨基磺酸母液，然后再加入氨基磺酸粗品，不斷攪拌加熱，加熱方式有直接加熱和間接加熱2種。直接加熱是將蒸汽直接加入溶液中；間接加熱是通過夾套或盤管利用蒸汽加熱。

2種方法曾有過對(duì)比試驗(yàn)，直接加熱簡(jiǎn)單、速度快，對(duì)得率影響很小。直接加熱將蒸汽中的水分帶入系統(tǒng)，減少了全溶時(shí)的新鮮水加入量。加熱終點(diǎn)控制十分重要。以粗品全溶為標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)在溶液中是由白色變成黑色的突變，溶解溫度一般控制在70 ℃，最高不能超過75 ℃，加溫過程不超過10 min，以減少氨基磺酸的水解。全溶后的物料開始自然降溫1 h，再通冷卻水進(jìn)行降溫。降溫速度、攪拌速度以及冷卻過程中是否加入晶種決定了成品粒度，結(jié)晶的最終溫度控制在10～20 ℃。結(jié)晶漿液經(jīng)降溫后質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%左右的氨基磺酸固體成分放入不銹鋼離心機(jī)過濾，并用定量新鮮水洗滌進(jìn)一步提質(zhì)，經(jīng)過離心分離后，w(H2O)為2%～3%的氨基磺酸精品進(jìn)入烘干系統(tǒng)。

氨基磺酸烘干有震動(dòng)干燥和流化床干燥2種，國(guó)內(nèi)基本采用震動(dòng)烘干機(jī)。氨基磺酸精品通過真空系統(tǒng)吸入精品料倉(cāng)，保證產(chǎn)品中途不受污染，從精品料倉(cāng)出口經(jīng)過震動(dòng)給料機(jī)進(jìn)入震動(dòng)干燥機(jī)，震動(dòng)干燥機(jī)分2段，前70%是烘干功能，烘干氣體溫度不要超過100 ℃；后30%是冷卻功能，利用經(jīng)過濾的空氣冷卻。氨基磺酸出震動(dòng)干燥機(jī)過篩后直接裝袋。

中國(guó)臺(tái)灣省和日本大多采用流化床氣流干燥，利用氣流將離心機(jī)分離出的氨基磺酸精品直接輸送到流化干燥床進(jìn)行干燥，流化床溫度控制在50 ℃，烘干后的成品經(jīng)氣流輸送到成品料倉(cāng)，取樣分析，檢驗(yàn)合格后進(jìn)入自動(dòng)包裝儲(chǔ)存系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)包裝規(guī)模大部分采用25 kg或1 t，包裝材料為PE塑料編織袋內(nèi)襯PP。國(guó)外包裝規(guī)模為25 kg、50磅和1 t，包裝材料注重回收利用和環(huán)保，25 kg和50磅多數(shù)采用牛皮紙袋包裝，1 t包裝采用PE塑料編織袋內(nèi)襯PP，方便回收，并可重復(fù)使用。裝袋后的氨基磺酸放在托盤上用叉車堆高，一般托盤堆高不超過4層。

為降低氨基磺酸水解，提高利用率，國(guó)外一些生產(chǎn)企業(yè)對(duì)全溶后的液體進(jìn)行減壓、蒸餾的結(jié)晶工藝。

2 氨基磺酸生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[3-4]

經(jīng)幾十年發(fā)展，我國(guó)氨基磺酸生產(chǎn)工藝已趨于定型，但鑒于技術(shù)保密，國(guó)內(nèi)外氨基磺酸生產(chǎn)企業(yè)較少交流，國(guó)內(nèi)氨基磺酸生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)外存在一定差距，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、原材料消耗、廢氣治理以及設(shè)備材料方面。

2.1 產(chǎn)品質(zhì)量

隨著用途不斷拓展，氨基磺酸質(zhì)量也在不斷提高，我國(guó)于1993年由原化工部頒布HG/T 2527—93《工業(yè)氨基磺酸》，2011年由工信部組織修訂并發(fā)布HG/T 2527—2011《工業(yè)氨基磺酸》，目前國(guó)內(nèi)外氨基磺酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本接近。

國(guó)內(nèi)外氨基磺酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表4。

表4 國(guó)內(nèi)外氨基磺酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

筆者多年從事氨基磺酸出口工作，與國(guó)外生產(chǎn)企業(yè)交流時(shí)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的氨基磺酸質(zhì)量在一些隱性項(xiàng)目方面存在一些差距，如產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、粒度均勻性和包裝質(zhì)量，另外產(chǎn)品中有時(shí)帶有極少量的黑點(diǎn)、黃藍(lán)色結(jié)晶物。

2.2 尿素和發(fā)煙硫酸消耗

產(chǎn)品原料消耗涉及企業(yè)生產(chǎn)成本，直接影響到產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力。氨基磺酸生產(chǎn)廠家發(fā)煙硫酸和尿素消耗對(duì)比見表5。

表5 氨基磺酸生產(chǎn)廠家發(fā)煙硫酸和尿素消耗對(duì)比

由表5可見：企業(yè)之間的消耗差距明顯。國(guó)內(nèi)先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)氨基磺酸耗游離SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的發(fā)煙硫酸為2.2～2.3 t/t，尿素消耗量為350～360 kg/t，電耗450 kWh/t(含冷凍機(jī)用電)，蒸汽耗量1.5 t/t，耗水量約4 t/t(含循環(huán)水補(bǔ)充)，與日本消耗水平相當(dāng)。

2.3 關(guān)鍵設(shè)備和材料

2.3.1 反應(yīng)釜

氨基磺酸生產(chǎn)中合成反應(yīng)是龍頭，反應(yīng)釜又是合成反應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)消耗量和產(chǎn)品質(zhì)量起關(guān)鍵作用。國(guó)內(nèi)小廠普遍采用搪瓷釜，但其傳熱效果差，攪拌形式單一，若投料、升溫和稀釋均在同一釜內(nèi)進(jìn)行，易造成搪瓷釜脫搪，影響產(chǎn)品質(zhì)量。國(guó)內(nèi)大型生產(chǎn)企業(yè)的反應(yīng)釜都是自行或委托設(shè)計(jì)、加工。

反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)十分重要，冷卻面積決定了生產(chǎn)能力，反應(yīng)釜體積決定了投料量。典型的反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 典型的反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)

反應(yīng)釜設(shè)置外夾套和內(nèi)盤管來控制反應(yīng)溫度。外夾套采用螺旋管式，可保證其中水的流速，并大幅提高傳熱效果，通常用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，內(nèi)盤管冷卻速度快，一般采用冷凍水來確保投料溫度不超溫。攪拌通常由3層組成，使反應(yīng)器內(nèi)更均勻。第一層和第二層攪拌形式相同，最底層攪拌采用下壓式，防止物料沉積，間歇法的反應(yīng)釜為下出料。

連續(xù)法的反應(yīng)釜與間歇法的反應(yīng)釜略有不同。連續(xù)法的反應(yīng)釜在筒體內(nèi)壁增設(shè)4塊檔板，加強(qiáng)物料混合，“一反”增設(shè)溢流擋板，攪拌也增加1層防尿素結(jié)塊的攪拌，攪拌速度“一反”在150～200 r/min，物料要插進(jìn)發(fā)煙硫酸入口處10～15 cm，“二反”通常不設(shè)盤管，“二反”攪拌轉(zhuǎn)速為50～60 r/min，有利于粒子長(zhǎng)大。

反應(yīng)釜材質(zhì)大多采用316L不銹鋼，有利于降低成品中的鐵含量。冷卻盤管材質(zhì)采用316L不銹鋼，在焊縫處增加套管，使用壽命超過4年。反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)上、中、下3個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，溫度控制以中層溫度為基準(zhǔn)，3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)之間的溫差取決于反應(yīng)釜設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、投料量和攪拌程度，溫差大小體現(xiàn)了物料混合的均勻程度。

為防止因操作控制不當(dāng)引起的溢料，反應(yīng)釜上層設(shè)有安全溢料口，當(dāng)反應(yīng)釜物料超過安全口高度時(shí)，物料從安全口溢出，一般安全口與“二反”或稀釋釜相連。

2.3.2 離心機(jī)和過濾設(shè)備

粗品離心機(jī)外殼材質(zhì)采用內(nèi)襯PP或哈氏合金，轉(zhuǎn)鼓為襯PP或耐酸橡膠，一般采用下出料，轉(zhuǎn)速達(dá)1 000 r/min。精品離心機(jī)材質(zhì)一般采用316L不銹鋼，上出料的轉(zhuǎn)速達(dá)1 000 r/min。過濾分離設(shè)備的材質(zhì)在中國(guó)大多采用PE，日本則采用襯耐酸橡膠。

從抽濾裝置中取出粗品氨基磺酸的方式有多種，中國(guó)多數(shù)企業(yè)依靠人工挖松，而日本采用材質(zhì)為哈氏合金螺旋出料機(jī)，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3.3 稀釋冷卻設(shè)備和烘干設(shè)備

國(guó)內(nèi)稀釋冷卻設(shè)備大多采用搪瓷反應(yīng)釜，其優(yōu)點(diǎn)是定型產(chǎn)品，價(jià)格實(shí)惠、耐腐蝕。但其夾套傳熱差，易結(jié)垢，攪拌形式較為簡(jiǎn)單，國(guó)外稀釋設(shè)備多采用玻璃鋼設(shè)備、冷卻設(shè)備材質(zhì)大多為石墨，精制部分設(shè)備的材質(zhì)采用內(nèi)襯耐酸橡膠。

烘干設(shè)備在國(guó)內(nèi)主要采用不銹鋼震動(dòng)干燥機(jī)，國(guó)外較多采用流化床干燥。

2.3.4 安全和環(huán)境保護(hù)

氨基磺酸生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢酸，另外還有沖洗廢水。合成反應(yīng)的廢氣主要產(chǎn)生于反應(yīng)釜和稀釋釜，主要成分為CO2、 SO3、酸霧和粉塵，目前大部分工廠采用硫酸洗滌除去SO3和粉塵，再經(jīng)電除霧器或纖維除霧器排空。烘干機(jī)產(chǎn)生的廢氣含氨基磺酸粉塵，一般采用母液洗滌后排空。國(guó)外有企業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)回收，將合成工序經(jīng)過處理的CO2制成高純度CO2出售。

氨基磺酸生產(chǎn)過程中每噸氨基磺酸產(chǎn)生的廢酸量與發(fā)煙硫酸消耗量有關(guān)，目前大部分廢酸用于制造磷復(fù)肥，少量用于生產(chǎn)硫酸銨、硫酸鎂、污水處理和其他行業(yè)的酸洗。將生產(chǎn)中產(chǎn)生的洗滌用水和沖洗水收集在專用容器中，過濾后可作為生產(chǎn)添加用水，最終進(jìn)入廢酸，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

氨基磺酸會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備和房屋，需做好車間地面的防腐工作，在地面上用金山石和玻璃鋼進(jìn)行防腐。氨基磺酸生產(chǎn)中安全風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)在合成反應(yīng)，應(yīng)建立加料和溫度聯(lián)鎖切斷機(jī)制。當(dāng)反應(yīng)釜溫度超過溫度時(shí)自動(dòng)停止加料。合成反應(yīng)釜跳電易造成反應(yīng)釜的溢料，引發(fā)安全事故，因此為反應(yīng)釜增設(shè)備用電源。跳電后，合成釜重新開車應(yīng)特別注意安全，先開冷卻系統(tǒng)，再點(diǎn)啟動(dòng)攪拌數(shù)次后，才能正式開啟攪拌。當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)3點(diǎn)溫度一致后，才能逐步恢復(fù)投料。稀釋釜和溶解釜設(shè)立溫度記錄和溫度報(bào)警。

3 提質(zhì)降耗措施

3.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量

3.1.1 提高粗品氨基磺酸質(zhì)量

控制粗品中氨基磺酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于90%，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于1%。粗品氨基磺酸質(zhì)量提高，會(huì)降低母液中硫酸含量，提高重結(jié)晶時(shí)的溶解度，提升單釜產(chǎn)量。提升粗品氨基磺酸質(zhì)量，首先是控制好合成反應(yīng)，減少副反應(yīng)產(chǎn)生，同時(shí)提高氨基磺酸粗品粒子直徑，減少過濾后廢酸在粗品中的含量。在脲基磺酸生產(chǎn)成氨基磺酸的反應(yīng)式(2)中，選擇合適的攪拌形式和攪拌速率，增加反應(yīng)停留時(shí)間、延長(zhǎng)物料降溫速度來提高粒子直徑，其中攪拌速率對(duì)粗品粒子直徑的影響更大，脲基磺酸生成氨基磺酸的攪拌最佳速率為50～60 r/min。

提高粗品分離效率，減少粗品中液體含量。通過離心分離產(chǎn)生的粗品液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5%，通過抽濾分離產(chǎn)生的粗品液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%，抽濾濾餅厚度控制在13～15 cm，不易太厚。洗滌粗品氨基磺酸可降低粗品氨基磺酸的硫酸含量。為減少氨基磺酸損耗，一般采用母液洗滌，洗滌后再回到稀釋釜。

母液中硫酸含量的控制十分重要，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且在很大程度上影響氨基磺酸溶解度。每個(gè)班次需分析母液中硫酸含量，母液中硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1%左右。

3.1.2 精品工序中提高氨基磺酸脫水效率

大部分工廠采用不銹鋼離心機(jī)降低精品中母液含量，國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)特別是小型企業(yè)，為了使產(chǎn)品達(dá)到國(guó)標(biāo)優(yōu)等品要求，在降低成品中硫酸根的同時(shí)，往往在精制脫水分離時(shí)采用清水多次洗滌，這樣容易造成生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡失調(diào)，廢硫酸中w(H2SO4)低于65%，成品粒子偏細(xì)。因此要嚴(yán)格控制母液中硫酸含量，做到合理、定量、均勻地使用洗滌新鮮水。

3.1.3 防止異物產(chǎn)生，保證粒子均勻

對(duì)于原料、烘干機(jī)或因設(shè)備損壞而帶入產(chǎn)品中的黑點(diǎn)、搪瓷片等異物，需在精制全溶后增加過濾工序加以解決；解決成品中的黃藍(lán)色結(jié)晶物時(shí)，應(yīng)每天利用高壓氣體吹掃一次烘干設(shè)備，防止烘干過程中因潮濕使氨基磺酸物料黏附在不銹鋼設(shè)備，并與不銹鋼反應(yīng)產(chǎn)生黃藍(lán)色結(jié)晶體，從而影響產(chǎn)品外觀。

為保證產(chǎn)品粒度均勻，除了在精制生產(chǎn)過程中注重合理定量均勻噴水洗滌外，還要控制好烘干機(jī)均勻進(jìn)料，在烘干機(jī)出口處增設(shè)震動(dòng)篩，對(duì)過粗或過細(xì)的氨基磺酸進(jìn)行分離，保證外觀和粒子的均勻性。

3.2 降低消耗

3.2.1 重視原材料質(zhì)量

發(fā)煙硫酸濃度及品質(zhì)對(duì)投料比影響較大，發(fā)煙硫酸中雜質(zhì)含量也直接影響粗品品質(zhì)，因此，每批次發(fā)煙硫酸濃度的在線監(jiān)測(cè)十分重要。發(fā)煙硫酸濃度控制在游離SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～28%，若游離SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，會(huì)造成流動(dòng)性變差，反應(yīng)熱傳遞減慢，反應(yīng)控制難度增加，易出現(xiàn)溢粒。應(yīng)根據(jù)發(fā)煙硫酸濃度來調(diào)整尿素配比。

控制尿素品質(zhì)。對(duì)每批次尿素要分析其水分、縮二脲的含量，不合格原料不能投料。防止尿素結(jié)塊，投料斗上增加格柵，以防止結(jié)塊尿素進(jìn)入反應(yīng)釜。

3.2.2 控制溫度

無論是連續(xù)法還是間歇法的合成路線，控制投料溫度十分重要。投料溫度不超過50 ℃，以免發(fā)生副反應(yīng)。合成反應(yīng)的最終反應(yīng)溫度控制在80～85 ℃，有利于提高產(chǎn)品得率。由于尿素與發(fā)煙硫酸密度相差較大，尿素易浮于發(fā)煙硫酸之上，從而造成結(jié)塊，并加快副反應(yīng)發(fā)生，因此投料時(shí)必須控制一定的攪拌速率，加快尿素在發(fā)煙硫酸中的溶解反應(yīng)，投料時(shí)攪拌速率控制在150～200 r/min。

3.2.3 控制投料比

選擇合適的尿素與發(fā)煙硫酸投料比是降低消耗的重要手段之一。連續(xù)法生產(chǎn)中，尿素在“一反”液面上容易結(jié)塊，因此要增加防結(jié)塊攪拌，避免尿素在漿料液面上結(jié)塊。生產(chǎn)中一旦發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜上部溫度異常需及時(shí)處理；保持尿素和發(fā)煙硫酸的即時(shí)配比，發(fā)煙硫酸流量應(yīng)精確，控制流量時(shí)宜采用電磁流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行雙計(jì)量，以電磁流量計(jì)為準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)作參考。

3.2.4 控制停留時(shí)間

連續(xù)法生產(chǎn)中，反應(yīng)物在“一反”停留時(shí)間不小于4 h，總的合成停留時(shí)間一般為9.5～10 h，收率可達(dá)90%，若再延長(zhǎng)停留時(shí)間，收率已不能明顯上升。間歇法生產(chǎn)中，加料、升溫和保溫總時(shí)間控制在7～10 h。

3.2.5 控制稀釋溫度和稀釋濃度

控制稀釋溫度和稀釋濃度能減少漿料在稀釋過程中氨基磺酸分解，降低反應(yīng)釜出來準(zhǔn)備稀釋的漿料溫度，減輕稀釋傳熱負(fù)荷。重視稀釋中的冷卻傳熱效果，條件許可時(shí)，用井水或冷凍水冷卻，稀釋后的w(H2SO4)接近70%。此外降低稀釋物料的溫度，將氨基磺酸在硫酸中的溶解度降到最低。

稀釋結(jié)束達(dá)到規(guī)定的密度后，物料溫度降到30 ℃以下方可進(jìn)行粗品分離，從而減少在廢硫酸溶解的氨基磺酸。定期檢查濾布，防止因?yàn)V布損壞造成氨基磺酸直接進(jìn)入廢酸。

3.2.6 控制溶解溫度及全溶解時(shí)間

在重結(jié)晶過程中，需控制溶解溫度及全溶解時(shí)間，減少氨基磺酸水解，氨基磺酸水溶液超過70 ℃時(shí)水解速率會(huì)迅速提高。因此，既要做到粗品全溶，又要控制全溶解時(shí)的溫度，溶解所用時(shí)間不能超過10 min。

控制全溶料漿冷卻時(shí)的降溫速率，使結(jié)晶不能過細(xì)，放料之前盡量降低重結(jié)晶冷卻釜的放料溫度，提高單釜產(chǎn)量，減少母液循環(huán)率。烘干過程中應(yīng)控制烘干溫度，烘干氣體的溫度小于或等于100 ℃。需匹配好烘干機(jī)進(jìn)出風(fēng)量，防止物料帶出。

3.2.7 做好物料平衡分析

定期對(duì)系統(tǒng)物料進(jìn)行物料平衡分析，找出消耗的關(guān)鍵，分析、評(píng)估合成效率，利用投料量的總氮和合成釜出料時(shí)物料中總氮及氨基磺酸含量，來判斷合成工序中尿素轉(zhuǎn)化率和因副反應(yīng)所造成的尿素分解量，保證合成時(shí)尿素轉(zhuǎn)化率大于或等于90%。找出適合生產(chǎn)裝置的最佳投料溫度、發(fā)煙硫酸與尿素投料配比、升溫速率和保溫時(shí)間。每班次需對(duì)循環(huán)母液中的硫酸和氨基磺酸加以分析，并定期分析廢酸濃度和廢酸中氨基磺酸和銨鹽含量，使系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

4 結(jié)語

尿素法生產(chǎn)氨基磺酸工藝中合成反應(yīng)對(duì)消耗影響最大?？刂拼制妨Ｗ又睆绞翘岣叽制焚|(zhì)量的重要手段，粗品分離方法不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和母液質(zhì)量，而且是體現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)識(shí)之一。精制、烘干和包裝不僅影響產(chǎn)品消耗，而且決定最終產(chǎn)品品質(zhì)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家應(yīng)相互合作交流，縮短與國(guó)外生產(chǎn)廠家在設(shè)備、材質(zhì)方面的差距。國(guó)內(nèi)先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)在發(fā)煙硫酸、尿素、電、水等消耗以及產(chǎn)品質(zhì)量方面與國(guó)外先進(jìn)水平相當(dāng)，但許多小型生產(chǎn)企業(yè)仍需進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)能力。

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[4] 鄭建國(guó).尿素法生產(chǎn)氨基磺酸[J].硫酸工業(yè)，2002(3)：51-52．

Sulfamicacidproductionprocessbyureaandmeasuresofimprovingqualityandreducingconsumption

FEIWangdong

(Jiangsu Yangheng Chemical Co., Ltd., Nantong, Jiangsu, 226532, China)

Domestic and foreign sulfamic acid production process flow and equipment selection are introduced, with respects to agitated reactor, centrifuge and filtration equipment, dilution cooling device, drying plant, safety and environmental protection status. On the base of product quality and consumption comparative analysis, measures of improving quality and reducing consumption are put forward, of which improving quality includes improving product quality, crude sulfamic acid quality, dewatering efficiency in high-quality goods process, preventing xenembole generating, ensuring particle uniform, reducing consumption includes paying attention to material quality, controlling temperature, rate of charge, retention period;, dilution temperature and concentration, solution temperature and solution time, completing material balance analysis.

sulfamic acid； production； quality； consumption； equipment

2017-07-12。

費(fèi)望東，男，江蘇陽恒化工有限公司高級(jí)工程師，主要從事硫酸及衍生產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝工作。電話：13861860085；E-mail：fei@yangheng.com。

TQ247.56

B

1002-1507(2017)10-0014-07