二氧化碳氣提法尿素合成工藝的安全因素剖析

石正國，王濤玉

(1.貴州應用技術職業學院，貴州 福泉 550500;2.廣工揭陽理工學院，廣州 揭陽 522031)

尿素，又稱碳酰胺(carbamide)，是由碳、氮、氧、氫組成的有機化合物是一種白色晶體。最簡單的有機化合物之一，是哺乳動物和某些魚類體內蛋白質代謝分解的主要含氮終產物。也是目前含氮量最高的氮肥。

尿素可以用來制取高聚物合成材料、生產塑料漆料及膠合劑，也可用作利尿劑、鎮靜劑、止痛劑等。臨床用30%高滲尿素溶液作為脫水劑。由經腎小球濾過后，約50%從腎小管中再吸收，其余50%留在腎小管內。如給予足夠劑量，可在小管內產生高滲壓而有利尿作用。該藥主要用于降低顱內壓治療腦水腫，降低眼內壓治療青光眼。尿素的脫水作用迅速，15～30min起作用，可維持3～6 h。可明顯改善顱內高壓癥狀。但由于尿素能逐漸穿透血腦屏障而進入腦脊液及腦組織中，帶入水分，故有“反跳”現象，顱內壓回升，腦脊液壓力甚至可超過治療前水平。所以注射尿素后，須加用其他脫水利尿藥物。外用尿素軟膏或乳膏可使皮膚軟化，防止手足皸裂。

截止目前，已經開發了50多種尿素合成生產工藝，但工業上尿素生產的核心工藝是用液氨和二氧化碳為原料，在高溫高壓條件下直接合成，經二氧化碳氣提法分離回收未轉化物后，在甲醛的輔助下，在造粒塔內噴灑造粒的尿素產品。

中國是世界上最大的化肥生產和消費大國。消費高峰期一個月的生產量可達到200萬噸。尿素屬于微毒類物質，對眼睛、皮膚和黏膜有刺激作用，對環境也可能有危害，也可能造成水體污染。尿素生產過程中的工藝及設備方面的安全風險不容小視，如葉凱[1]、劉建章[2]對尿素生產的設備風險進行了廣泛的研究。本文結合工藝及設備的管理要求，對尿素生產工藝進行剖析。從安全生產與職業健康的角度對尿素生產合成工藝的安全因素作初步的剖析，并制定一定的應對措施，與業界一并交流。

1 原料二氧化碳的安全風險及應對措施。

尿素的原料二氧化碳是碳原子與氧原子以1∶2的比例結合而形成的化合物，化學符號表示為CO2。在常溫常壓下是無色無味氣體，為空氣重量的1.5倍。二氧化碳氣體是一種窒息性氣體，即使在氧氣濃度正常的情況下，高濃度的二氧化碳也會使呼吸系統失效。當其濃度為10%或更高時，會使人失去知覺或死亡。

應對措施：①加強通風，通過通風來降低空氣中的二氧化碳濃度，最大限度降低泄漏二氧化碳帶來的危害。②加強生產現場二氧化碳貯罐、管道的壓力監測，監測并及時發現可能的二氧化碳泄漏。

參照二氧化碳安全技術說明書，使用二氧化碳氣體的預防措施：應回避熱源；禁止在靠近熱源或明火處使用或貯存；貯存于密封的容器中；置于陰涼處；在運輸中鋼瓶上要加裝安全帽和防震橡皮圈；穿防護服和戴手套。

事故響應：萬一發生吸入性事故，將患者移至新鮮空氣處并保持安靜；如呼吸停止，進行人工呼吸，如果呼吸困難，供給氧氣；皮膚接觸：若有凍傷，就醫；眼睛接觸：若有凍傷，就醫。

2 尿素生產中的易燃易爆因素及應對措施

生產尿素的原料液氨本身不具備燃燒性，常溫下氨是一種可燃氣體，但較難點燃。爆炸極限為16%～25%，最易引燃濃度為17%。產生最大爆炸壓力時的濃度為22.5%。

氨基甲酸銨為化學工業中尿素生產過程的生成物，被加熱為尿素。氨基甲酸銨為有毒物品，毒性分級是中毒，急性毒性為靜脈-大鼠LD50值為毫克/公斤，靜脈-小鼠LD50值為77毫克/公斤。氨基甲酸銨可燃，燃燒放出有毒氮氧化物和氨氣。

氨氣-氫氣-氧氣的混合氣體具有爆炸性。成為潛在的不安全因素。生產過程中氧化為防腐蝕的一種有效手段，要預防這種混合型爆炸氣體的形成，只能是降低氫氣的含量，杜絕合成體系中的氫氣產生。

3 設備防腐與高壓操作的防護

尿素生產合成的壓力維持在14MPa左右，屬于典型的中壓容器(M)范疇。從生產管理來看，容器有壓力要求，并且內容物有一定的毒性和腐蝕性。故設備的制造、操作均需要有特種設備的相應資質許可。作為壓力設備，使用過程中進行壓力監測和泄漏測試，都是必不可少的常規手段。

此外，由于生產期間設備是帶壓運行。所以，設備的防腐蝕及維護就顯得特別的重要。根據尿素合成生產中的不同腐蝕機制，主要的防護工作就是要確保生產容器內部的氧化膜保護層的完整性，通過工藝中使用氧氣、過氧化氫來確保氧化膜的完整。生產結束或開始前進行必要的鈍化操作，確保設備在使用前的氧化膜是完整的，對于設備的防護具有十分重要的意義。關于設備的鈍化，有一點需要提出來討論，那就是不銹鋼設備本身在常溫下，也有一定的氧化膜的形成，但是其不夠致密。所以一般工藝中認為125℃的溫度進行鈍化是能夠滿足工藝要求的。既然設備表面的鈍化處理是為了滿足工藝要求而進行的，而且設備的最高溫度可達170℃，那么在條件最差的情況下進行試驗，考慮到氧化膜的致密性要求，是否有必要提高鈍化溫度到175℃？這樣就可以獲得更好的鈍化膜致密性，也就減少了設備維護保養的頻繁鈍化操作。

4 甲醛的使用與防護措施

在尿素生產的造粒階段，尿素熔融液造粒時要加入少量甲醛，以提高尿素成品的造粒質量[3]。甲醛為原生質毒素，屬于毒性較高的物質，被世界衛生組織列為致癌和致畸物質，接觸后對皮膚、黏膜產生強烈的刺激作用。甲醛與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為7%～73%。

綜上所述，尿素合成中的材料具有易燃易爆性，生產現場需要避免明火、電火花，并防止靜電的產生。此外，甲醛、氨基甲酸銨對人體有毒，再者這兩個物料與產品尿素儀器對皮膚和黏膜有明顯的刺激作用。在生產過程中，任何階段應嚴禁裸手操作，做好生產操作人員的防護，生產管理中，還要注意設備制造商、生產操作人員的高壓特種設備資質許可，應能滿足管理的要求。