尿素貯存過程中出現流液現象的原因分析及探討

李 進，胡洪英，田一波，何 斌，牛海宏

(中國石油塔里木油田分公司塔西南勘探開發公司化肥廠 新疆澤普 844804)

自開展用戶回訪以來，中國石油塔里木油田分公司塔西南勘探開發公司化肥廠(以下簡稱塔西南化肥廠)生產的尿素在南疆三地的庫存點(室內貯存除外)或多或少地存在尿素流液現象(圖1)，即袋裝尿素在當地貯存一段時間后因未知原因而導致原本是顆粒狀的尿素變成溶液并從包裝袋中滲出，進而又凝固成不同形狀的固體。為查明尿素流液的原因，先后開展了尿素生產過程中影響尿素粒子水分含量的測試、模擬貯存條件下尿素堆放試驗及對比試驗等，基本查明了尿素在貯存過程中出現流液現象的原因。

圖1 尿素流液現象

1 尿素生產過程中影響尿素粒子水分含量的測試

塔西南化肥廠的尿素生產裝置采用斯塔米卡邦公司的CO2汽提法工藝，通過對尿素生產各環節的排查和分析，發現只有蒸發沖洗環節有可能對尿素粒子水分含量有影響。為此，連續3 d對每個白班蒸發沖洗過程中尿素粒子水分含量進行了連續測試。

1.1 測試結果

1.1.1 取樣要求

裝置于12：00開始進行沖洗，沖洗期間每分鐘取樣1次(整個沖洗時間約16 min)，第1 d實際取樣17個，第2 d和第3 d各取樣20個，測試期間共取樣57個。

1.1.2 尿素粒子水分含量分析結果

(1)測試數據

連續3 d尿素粒子水分含量測試結果如圖2和表1所示。

圖2 連續3 d尿素粒子水分含量測試結果

由圖1和表1可看出，在57個樣品中，尿素粒子含水質量分數最大值為0.24%，最小值為0.18%，平均值為0.21%，表明在沖洗過程中尿素水分含量均在優級品指標范圍內。

(2)工藝過程數據

10月20日至10月23日，對正常生產過程中的尿素粒子水分含量進行了統計(不包括蒸發沖洗環節的取樣)，結果尿素粒子含水質量分數最大值為0.22%，最小值為0.16%，平均值為0.19%，均在優級品指標范圍內。

1.1.3 工藝控制記錄

在沖洗取樣期間，每隔1 min對二段溫度和二段真空度進行了跟蹤記錄，結果表明在沖洗過程中工藝指標也控制在要求范圍內。

1.2 測試結果分析

根據以上數據，對10月20日至10月23日沖洗與不沖洗期間的尿素粒子含水質量分數進行了對比，結果如表2所示。

表2 沖洗與不沖洗期間的尿素粒子含水質量分數對比 %

通過對比可以發現：①沖洗期間確實對尿素粒子含水量有一定的影響，但影響很小，不至于造成尿素粒子水分含量超標甚至引起流液現象；②按沖洗期間尿素粒子含水質量分數平均上升0.05%計，夏季水分含量相對較高，非沖洗期間的質量分數最大值可達0.32%，那么沖洗期間的取樣分析值應該在0.38%以下，仍處于優級品指標范圍內。

2 尿素堆放試驗

為查明南疆三地的庫存點總是間斷性出現尿素流液現象的原因，編制了自產尿素堆放試驗方案并實施，耗時近7個月。試驗中采用了6家企業生產的7種編織袋合計2 000條，分別包裝小顆粒尿素和SODm尿素，并模擬用戶庫存條件進行堆放。

2.1 試驗材料

將南疆尿素市場上比較常見的宜化牌、大象牌、華錦牌、大河牌、錦疆牌和自產昆侖牌編織袋各300條作為試驗用袋，另外將未涂膜的200條自產昆侖牌編織袋也納入試驗用袋。

2.2 試驗內容

根據國家標準《尿素》(GB 2440—2001)和《塑料編織袋通用技術要求》(GB/T 8946—2013)的要求分別開展了暴曬試驗、抗氧化試驗、跌落試驗等。

2.2.1 尿素堆放試驗前的準備

8月6日17：56開始用宜化牌編織袋包裝當日生產的小顆粒尿素160袋，至8月8日17：20完成6個品牌編織袋的包裝及堆放；8月25日完成SODm尿素的包裝，均堆放在成品西南角處。為更接近用戶的儲存條件，增大堆放的面積和密集程度，合并為兩堆。尿素入袋溫度為40～46 ℃，環境溫度為30～32 ℃，天氣晴，微風。

2.2.2 試驗結果

在雨天過后的不到5 d時間內，采用不同品牌編織袋包裝的尿素袋口均有尿素流液結晶物出現，暴露在露天堆放的袋裝尿素更易出現流液現象，即便有防雨篷布遮蓋的袋裝尿素仍會出現流液現象。試驗結果表明，尿素流液現象與降水量有較強的相關性。

2.2.3 天氣變化情況

為探明其中的原因，收集并整理了8月份澤普縣降水量變化情況，結果如表3所示。

從表3可看出，8月份降雨的天數雖不多，但降水量相對其他月份多，為年總降水量的41.91%；雨后環境的相對濕度并未直線下降，在8月30日14：00雨停后到18：00，環境相對濕度降至低點51%，但隨后又逐漸上升，至31日09：00達到當日89%的高點后再次下降。

表3 8月份澤普縣降水量變化情況

日期雨水量/mm持續時間/h最大相對濕度/%溫度/℃08-16<10158814～2908-301979116～2808-3108914～29

3 原因分析

3.1 尿素干燥與吸潮原理

尿素干燥與吸潮是指當尿素粒子表面水蒸氣分壓高于環境空氣中水蒸氣分壓時，尿素粒子表面的水蒸氣向環境中擴散，此時尿素粒子處于干燥過程；當尿素粒子表面水蒸氣分壓低于環境空氣中水蒸氣分壓時，此時空氣中的水蒸氣向尿素粒子表面擴散，尿素粒子表現為吸潮過程。

經查閱文獻[1]并結合尿素干燥與吸潮原理以及堆放試驗結果，分析認為尿素粒子的溫度、天氣情況及尿素包裝袋所處的狀態(封閉或非封閉)是導致尿素產生流液現象的主要原因。溫度越高，尿素顆粒表面水蒸氣分壓越高，當溫度降低后，即有部分水蒸氣冷凝于顆粒表面而使尿素粒子粉化，而粉化的尿素更溶液吸潮。8月16日大雨過后，環境溫度在午后高于尿素粒子溫度，加上環境濕度大(80%以上)，空氣中的水蒸氣在高溫時向袋裝尿素表面富集，尿素顆粒通過編織袋縫合的針孔吸潮，進而粉化變成溶液，夜晚溫度降低時又凝固成固體，隨著晝夜的交替，使編織袋中的尿素顆粒不斷吸潮、粉化進而液化，并從合適的縫隙滲出。

3.2 流液組分分析

對尿素流液和用蒸汽冷凝液配置的模擬尿素溶液樣品進行化驗分析，分析結果如表4所示。

從表4可以看出：尿素流液除鈣硬與新鮮水略接近外，Cl-含量比新鮮水高3倍以上，而電導率和鎂硬卻遠低于新鮮水，但電導率又接近蒸汽冷凝液和脫鹽水外供；模擬樣品與尿素流液相比，在密度和尿素濃度接近的情況下，模擬樣品只檢測出鈣硬且其值遠低于尿素流液，其余未檢出。

表4 尿素流液和模擬尿素溶液樣品化驗分析結果

項目尿素流液模擬樣品蒸汽冷凝液脫鹽水外供新鮮水pH9.0110.538.829.357.76電導率/(?S·cm-1)2.5119.91.87.0892.0密度/(g·cm-3)1.1311.1160.9970.996Cl-/(mg·L-1)657.70未檢出0.150.2061.67NH+4/(mg·L-1)0.580.00w(尿素)/%54.9050.00總硬度(以CaCO3計)/(mg·L-1)306.24379.28鈣硬(以CaCO3計)/(mg·L-1)281.702.502.50250.45鎂硬(以Mg計)/(mg·L-1)24.54128.83

化驗分析結果說明尿素生產過程中的水分與尿素流液無明顯的相關性，由此也驗證了對尿素流液產生原因的分析是準確的。

4 結論、建議和措施

4.1 結論

(1)尿素流液的產生與生產工藝過程無明顯的相關性，但與運輸、貯存條件及天氣有密切的聯系，特別是在夏季、秋季溫差較大且恰逢下雨時，更易產生流液現象。

(2)在采用不同企業生產的編織袋包裝尿素的堆放試驗中，發現尿素流液的產生與編織袋的質量有一定的關聯，這主要體現在編織袋的涂膜均勻性和密封性方面。如果編織袋涂膜均勻和密封性能較好，可減少環境水分的進入，進而緩解流液的產生。

4.2 建議

(1)在雨天運輸或裝卸尿素時，除路途中需加蓋防雨篷布防護外，到達目的地時，表層的尿素建議單獨存放，待淋濕的編織袋表面的水分及時揮發后再用篷布遮蓋；已貯存的尿素，在環境濕度恢復正常后，應及時將貯存時遮蓋的篷布打開1～2 d以通風散潮。

(2)貯存尿素的庫房盡量采用通風的彩棚方式，如條件不具備，應定期將遮蓋的篷布打開以通風散潮。

(3)建議根據市場銷售情況調整生產情況，如改產中顆粒尿素，以減少尿素粒子因貯存時間過長而引起的板結和流液。

4.3 措施

(1)因尿素結塊、流液多出現在夏季等氣溫高的時期，因此可從進一步降低尿素入袋溫度方面進行改進。

(2)在條件具備時，可將編織袋的上封口縫邊改為背離字面方折邊，減少雨水通過針孔進入袋中的機會，以減少流液現象的發生。