尿素硝銨溶液（UAN溶液）生產(chǎn)總結(jié)

陸勝云，黃積候，黃年孫

（柳州化工股份有限公司，廣西 柳州 545002）

0 引 言

尿素硝銨溶液（簡稱UAN溶液）同時含有銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和酰胺態(tài)氮3種形態(tài)的氮元素，具有速效肥和緩效肥的功效，可通過滴灌或噴灌送到植物根部，有利于植物高效吸收，提高氮肥的利用率，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)達的美國、法國等西方國家，UAN溶液早已被大量使用。

近年來，我國農(nóng)業(yè)大力推廣水肥一體化技術(shù)，UAN溶液作為全水溶性氮肥，可滿足規(guī)模化、機械化種植要求，節(jié)約人力成本。廣東農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用水肥一體化技術(shù)比廣西早，通過在香蕉、馬鈴薯、柑桔、甘蔗等作物上應(yīng)用水溶肥滴灌施肥，節(jié)肥、省工效果非常顯著，推廣速度很快。廣西農(nóng)業(yè)設(shè)施發(fā)展較好，香蕉、葡萄、柑桔、蔬菜等作物已推廣滴灌技術(shù)，對水溶肥的需求旺盛。據(jù)廣西壯族自治區(qū)土肥站提供的數(shù)據(jù)，按目前水肥一體化推廣面積約35萬畝測算，UAN溶液的市場需求量在30～40kt／a（實物量）；若按100萬畝噴灌和滴灌面積全部推廣水肥一體化，UAN溶液的市場需求量將達100kt／a（實物量），而且出口市場（面向東南亞、美國等）前景看好，因此柳州化工股份有限公司（簡稱柳化）于2014年就啟動了UAN溶液生產(chǎn)項目。

柳化硝銨產(chǎn)能600kt／a、尿素產(chǎn)能300kt／a，是全國18家同時擁有尿素裝置和硝銨裝置的企業(yè)之一，具有生產(chǎn)UAN溶液的先天優(yōu)勢，通過生產(chǎn)UAN溶液，可節(jié)約尿素裝置和硝銨裝置蒸發(fā)造粒系統(tǒng)的能耗，減少固體粉塵的排放，對優(yōu)化公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、緩解國內(nèi)尿素和硝銨產(chǎn)能過剩有重大意義，且符合我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略需要。以下對柳化UAN溶液生產(chǎn)中原料計量、產(chǎn)品酸堿度控制、產(chǎn)品穩(wěn)定性保證、產(chǎn)品雜質(zhì)去除、UAN溶液含氮量分析等生產(chǎn)過程中關(guān)鍵性問題的解決辦法作一總結(jié)，以供同行參考與借鑒。

1 UAN溶液生產(chǎn)工藝及設(shè)備簡介

柳化UAN溶液項目從2014年下半年開始實施，設(shè)計產(chǎn)能360kt／a，采用溶液二次混配工藝生產(chǎn)。從尿素閃蒸工序抽出濃度為76%～86%的尿素溶液，從硝銨裝置801蒸發(fā)工序抽出濃度為92%～93%的硝銨溶液，二者經(jīng)過濃度測定和流量計量后與軟水按比例混合，并添加緩蝕劑，之后經(jīng)冷卻器（列管換熱器）冷卻降溫后得到UAN溶液，最后送成品庫貯存（外售）。UAN溶液生產(chǎn)工藝流程框圖見圖1，生產(chǎn)裝置主要設(shè)備見表1。

圖1 UAN溶液生產(chǎn)工藝流程框圖

表1 UAN溶液生產(chǎn)裝置主要設(shè)備一覽表

2 生產(chǎn)中關(guān)鍵參數(shù)的控制

2.1 原料計量

UAN溶液生產(chǎn)過程中，首先要測定出原料——尿素溶液和硝銨溶液的濃度，然后根據(jù)各自的濃度控制尿素溶液和硝銨溶液的流量（實際上是先設(shè)定硝銨溶液的流量，再根據(jù)比例設(shè)定尿素溶液的流量），2種原料的流量均采用氣動調(diào)節(jié)閥遠程自動調(diào)控，尿素溶液、硝酸銨溶液和軟水的流量計量準確與否，直接影響UAN產(chǎn)品各形態(tài)氮的含量。

UAN溶液生產(chǎn)裝置安裝在尿素界區(qū)，距離硝銨裝置較遠，硝銨溶液輸送距離長，因而有蒸汽伴熱管保溫，這樣硝銨溶液輸送管道內(nèi)容易產(chǎn)生氣泡，影響流量計量的準確性。為此，在硝銨溶液輸送管線送出點和UAN溶液生產(chǎn)點各安裝1個流量計量表，一旦2只流量計讀數(shù)相差超過±0.5m3／h，立即聯(lián)系儀表人員對流量計進行校正；同時，各流量計的安裝采取由低往高流的“低進高出”方式，避免流量計內(nèi)氣體停留影響物料計量的精確度，進而影響產(chǎn)品的氮含量。

2.2 產(chǎn)品酸堿度控制

按照《尿素硝酸銨溶液》（NY2670—2015）的要求，UAN溶液產(chǎn)品的pH應(yīng)在5.5～7.0，即中偏酸性。但在項目投產(chǎn)之初，UAN溶液產(chǎn)品的pH達到8.0甚至更高。經(jīng)分析與論證，認為硝銨裝置801蒸發(fā)工序引出的硝銨溶液濃度基本上穩(wěn)定在92%～93%，其pH也相對穩(wěn)定；而項目投產(chǎn)之初，為了減少尿素蒸發(fā)系統(tǒng)的能耗，沒有將出閃蒸系統(tǒng)尿素溶液的濃度提到82%以上，導(dǎo)致尿素溶液濃度變化范圍較大，相應(yīng)的其游離氨含量變化也較大，即尿素溶液中游離氨含量高最終導(dǎo)致了UAN溶液產(chǎn)品pH偏高。為此，對尿素閃蒸系統(tǒng)真空度進行調(diào)整，將閃蒸出液溫度控制在90～95℃，確保引出尿素溶液濃度在82%以上，從而解決了UAN溶液產(chǎn)品pH偏高的問題。

2.3 產(chǎn)品穩(wěn)定性保證

常溫下，UAN溶液性質(zhì)穩(wěn)定，其含有的少量游離氨的自然揮發(fā)不會影響產(chǎn)品的養(yǎng)分，但當(dāng)UAN溶液溫度在70℃以上時，產(chǎn)品中的尿素水解速率加快，生成氨和CO2逸出，就會使產(chǎn)品總氮含量下降，產(chǎn)品的養(yǎng)分受到影響。為此，我們在二次攪拌混合后（二次攪拌混合后UAN溶液溫度高達110℃）設(shè)置了冷卻器，將UAN溶液冷卻至70℃以下（如果是用塑料袋包裝運輸，UAN溶液產(chǎn)品溫度需降至60℃以下），從而避免了UAN溶液的高溫分解，保證了產(chǎn)品質(zhì)量（養(yǎng)分）的穩(wěn)定性。

2.4 雜質(zhì)去除

UAN溶液項目投產(chǎn)初期，UAN溶液產(chǎn)品中含有一些固體雜質(zhì)，對產(chǎn)品外在質(zhì)量造成一定影響。經(jīng)分析，其主要原因有二：一是攪拌槽為敞口設(shè)備，外界灰塵等雜質(zhì)易進入攪拌槽；二是軟水也可能將設(shè)備和管道內(nèi)的雜質(zhì)帶進系統(tǒng)。為此，我們從兩方面著手進行改進：一是將一級攪拌槽和二級攪拌槽由敞口式改為封閉式，防止外界灰塵等雜質(zhì)進入；二是在成品槽出口設(shè)置精細過濾裝置，用聚酯濾袋作為過濾介質(zhì)對UAN溶液成品進行過濾——經(jīng)兩級過濾后，大部分細小固體雜質(zhì)被過濾掉，UAN溶液的濁度由約80 NTU降至約10NTU（1NTU＝0.13mg／L），產(chǎn)品外觀完全達到無色透明，滿足了UAN溶液產(chǎn)品出口的質(zhì)量要求。

2.5 含氮量分析

2.5.1 總氮含量的測定

復(fù)合肥料中，總氮含量的分析方法主要有2種：一種是蒸餾后返滴定法，其原理是在試樣中加入硫酸和鉻粉將酰胺態(tài)氮和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，再將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨蒸餾出來并用硫酸吸收，然后用氫氧化鈉標準滴定溶液滴定，最后計算得出復(fù)合肥中的總氮含量；另一種是蒸餾后直接滴定法，其原理是在酸性介質(zhì)中將硝酸鹽還原成銨鹽，然后在混合催化劑作用下用濃硫酸進行消化，將有機氮或酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨鹽，再在堿性狀態(tài)蒸餾出氨，然后用硼酸吸收，用硫酸標準滴定溶液直接滴定，最后計算出復(fù)合肥中的總氮含量。此2種分析方法均存在操作步驟多、裝置接口多、氣密性差、分析時間長（3～4h）、消化溫度高（380℃）、含硫酸溶液蒸餾時暴沸易造成人員傷害等缺點。

為簡化UAN溶液總氮分析步驟、提高分析安全性，通過探索及試驗，我們發(fā)明了一種UAN溶液總氮含量的測定方法：先在UAN溶液中加入濃硫酸，將溶液中的酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，然后加入定氮合金，在全自動凱氏定氮儀內(nèi)加入氫氧化鈉，用蒸汽加熱蒸餾，將各種形態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氨并蒸餾出來，然后用硼酸吸收，利用硫酸標準滴定溶液直接滴定，最后計算出UAN溶液中的總氮含量。該方法具有分析步驟少（硝態(tài)氮還原和蒸餾同時進行）、分析時間短（0.7h）、操作安全性高等優(yōu)點，應(yīng)用于生產(chǎn)實踐后取得了良好的效果。

2.5.2 銨態(tài)氮含量的測定

目前，復(fù)合肥中銨態(tài)氮含量的測定方法為：在弱堿性條件下蒸餾，將氨吸收在過量的硫酸溶液中，在甲基紅-亞甲基藍混合指示劑存在下，用氫氧化鈉標準滴定溶液返滴定，得出銨態(tài)氮含量。該方法存在步驟多、分析流程長、設(shè)備氣密性要求高、抗干擾能力弱、分析時間長（1.5h）等缺點。

為簡化UAN溶液銨態(tài)氮分析步驟、提高分析結(jié)果的準確性，通過探索及試驗，我們發(fā)明了一種UAN溶液中銨態(tài)氮含量的測定方法：在UAN溶液中加入中性甲醛溶液，生成六次甲基四胺和相當(dāng)于銨鹽含量的酸，在指示劑的存在下，用氫氧化鈉標準滴定溶液滴定至pH為8.4～8.5，最后通過計算得出UAN溶液中的銨態(tài)氮含量。本方法通過控制溶液pH與滴定速度有效地避免尿素與甲醛的反應(yīng)，從而確保分析結(jié)果的準確性。本方法相較于上述復(fù)合肥中銨態(tài)氮含量的測定方法，分析流程大大縮短，過程更加簡便快速（分析時間只需0.5h），且避免了共存組分以及人為操作等因素的影響，應(yīng)用于生產(chǎn)實踐后取得了良好的效果。

3 結(jié)束語

柳化UAN溶液生產(chǎn)裝置自2015年建成投產(chǎn)以來，經(jīng)過不斷的技術(shù)攻關(guān)和優(yōu)化調(diào)整，已成功生產(chǎn)出總氮含量≥32%的UAN溶液產(chǎn)品，裝置產(chǎn)能達到1200t／d，產(chǎn)品質(zhì)量達到《尿素硝酸銨溶液》（NY2670—2015）的要求，客戶反映良好，既豐富了公司的產(chǎn)品品種，又促進了生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能減排，取得了經(jīng)濟效益和社會效益的雙豐收。