加鋅尿素試生產工藝研究

李雙雙

摘 要：系統論證了在尿素系統中試生產加鋅尿素的工藝可行性，并討論了鋅肥種類、鋅肥加入量、加入流程對生產工藝的影響，通過對加鋅尿素反應原理、工藝流程、過程控制進行分析，表明在系統中規模生產加鋅尿素是可行的。

關鍵詞：鋅;尿素;氮利用率

中圖分類號： TQ262.3 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-176-2

0 ?引言

氮肥在保障我國糧食安全和農產品供應過程中發揮了重大作用，但也造成了環境問題。氮肥的氮利用率在30%-60%，未被植物及時利用的氮化合物，隨著下滲的土壤水轉移至根系密集層而造成污染，造成土壤酸化、土地板結，進一步引起河川、湖泊、內海的富營養化。

因此探索尿素產品的改型，提供氮的利用率很有必要。開發加鋅尿素既可提高氮的利用率，又可以解決土壤缺鋅問題，還可以為企業產品多元化、增加產品附加值提供了新的途徑。加鋅尿素是直接以尿素為配體，鋅為中心原子，在強配位條件下反應、結晶、分離而得到的一種配合型微量元素復合肥料。鋅與尿素中的氮原子發生了配位，使鋅更易被植物吸收，使氮緩釋。因而加鋅尿素是一種具有前途的水溶性緩釋肥料。

加鋅尿素比普通尿素具有以下優點：

①省肥。平衡施肥，提高氮的利用率。

②增產。可有效地補充土壤缺鋅地區作物所需的鋅，使作物根多根壯、莖粗葉大、枝芽粗壯、穗大粒滿，提高作物產量;

③省力。將鋅肥與氮肥摻混施肥，可促進鋅肥均勻分布，提高鋅在土壤中的有效性和作物吸收;

④改善作物品質。通過施加鋅肥增加作物鋅和蛋白質含量，進而改善人類營養。

某公司以生產尿素為主，實際產能為96萬噸。本研究以現有尿素生產線為基礎，通過改造一套尿素系統，優化現有設備、工藝，試生產加鋅尿素。

1 ?影響因素選定

1.1 鋅肥的選擇

常見的鋅肥主要有氧化鋅、一水硫酸鋅、七水硫酸鋅、Zn-EDTA，成本ZnO<ZnSO4<Zn-EDTA。氧化鋅是水難溶性的，不利于加入系統。而硫酸鋅具有高溶解性和低成本，故選用硫酸鋅。

1.2 鋅加入量的確定

根據一些企業試驗結果[1]：尿素系統加入ZnSO4·7H2O后，在尿素含Zn%小于1%范圍內，對不銹鋼腐蝕影響不大，但隨著濃度上升，腐蝕趨于明顯，見如下表1。

從方案核算成本以及加鋅后對系統腐蝕的影響程度來考慮，加鋅量控制在0.5%至1%范圍內為宜。若在尿素系統外加鋅，比如上大顆粒尿素裝置，可以根據市場需求情況，加鋅量可調整至2%。

另外，根據農科院提供數據，每畝地施鋅肥1-2.5kg，而每畝地約施20kg的尿素，本次試驗生產含鋅量0.3%-1%四種規格的加鋅尿素。

1.3 加入流程選擇

①在蒸發后造粒塔前添加無水硫酸鋅，與尿液混合溶解后通過熔融泵送入造粒塔。

②在一級蒸發前加入經過計量、溶解狀態的ZnSO4·7H2O，與來自閃蒸工序的尿液充分混合后，一起進入一級蒸發、二級蒸發、造粒系統。

第一種方法設備腐蝕小，但原料要求嚴格（無水硫酸鋅），產生粉塵較多，生產環境差，硫酸鋅與尿液反應時間短，混合不均勻，效率低。第二種方法在蒸發前加入硫酸鋅，尿液與硫酸鋅混合均勻，反應時間長，經過一級蒸發濃縮過程，濃縮后進入二級蒸發可以充分蒸發水分，提高產品收率。

本項目采用第二種方法。

2 ?系統生產過程

2.1 反應原理

尿素溶液與ZnSO4·7H2O發生如下反應：

ZnSO4·xH2O+nCO（NH2）2→ZnSO4·7CO（NH2）2

或ZnSO4·xH2O·xCO（NH2）2

ZnSO4·7CO（NH2）2為半絡合物，是目的產物，ZnSO4·xH2O·xCO（NH2）2是中間產物，因此嚴格控制蒸發條件限制中間產物含量。生成的ZnSO4·7CO（NH2）2是半絡合物，尿素鋅產品中不含游離尿素，降低尿素水解，因此可以控制氮的釋放率，達到緩控釋放效果。

2.2 工藝流程

在一級蒸發前加溶解槽、計量罐，將硫酸鋅加入溶解槽，加蒸汽冷凝液進行溶解，經計量槽、計量泵后與來自前工序的尿素溶液，在真空下混合、溶解、反應后，進入一級、二級蒸發送入造粒塔造粒、包裝。

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2.3 設備選型

加鋅尿素裝置基本上屬于常壓設備，管道、設備均采用不銹鋼。設備規格滿足工序連續運行要求。

2.4 過程控制

①溫度控制。尿素系統正常操作溫度128-132℃，溫度過低會出現結晶堵塞的危險。因此，在試生產過程中要保持料液較高溫度，以穩定生產。

②負荷控制。

為了避免帶入生產中過多的水，保證產品合格。在進行料液配制過程中，保持溶劑較高溫度，增加鋅肥的溶解量，從而減少帶入系統水的量。

系統中投料負荷不能過高，因為帶入系統的鋅肥溫

度相對較低，投料負荷越高，吸收的熱量越多，需要補充的熱量也越多。原有蒸汽未做相應調整，易導致產品含水量高。

③實時監督各工藝指標，根據系統負荷變化及時作出調整。

3 ?結語

此次試生產出的加鋅尿素外觀光滑、致密、球形好，無多顆粒尿素粘結現象。試生產的結果表明，在系統中規模生產加鋅尿素是可行的。

參 考 文 獻

[1] 王國柱.利用尿素系統生產尿素鋅的試驗[J].中氮肥， 1991（3）：44-45.

[2] 徐衛忠，付磊.多種類增效尿素生產工藝探討[J].中氮肥，2016（02）：42-45.