腐植酸尿素在線工藝技術研究

鄭繼亮，王彥軍，王 靜，胡艷飛，鄂玉聯，劉成龍，鄒向東，馬 超

（新疆心連心能源化工有限公司，新疆維吾爾自治區瑪納斯 832200）

0 引言

腐植酸對尿素的增效作用已被大量研究應用所證實。尿素與腐植酸在一定條件下發生復雜的化學反應，形成有機絡合鹽、羰基加成物、酯基取代物等物理化學性質穩定的腐脲復合物，對土壤中分解尿素的脲酶和硝化細菌活性有抑制作用，進而抑制尿素的快速轉化損失，提高尿素利用效率，其刺激作物生長方面的作用也被不少研究證實。

根據尿素生產裝置的特點，可在尿素溶液一段蒸發、二段蒸發和造粒工序加入所需腐植酸增效劑，實現腐植酸尿素的生產。但在生產過程中會有其他不利因素，如在尿液二段蒸發中加入腐植酸水溶增效濃縮液生產腐植酸尿素，存在腐植酸水溶增效濃縮液的制備中間過渡料較多、更換品種不靈活、生產成本相對較高等諸多問題。

如今許多尿素企業正在研究通過對連續裝置的柔性化改造，在尿素熔體造粒管道上增加輔助設備用于直接添加腐植酸，使腐植酸在熔融尿素中均勻分散，并通過尿素裝置連續生產質量穩定、均勻性好、成本合適的差別化腐植酸尿素產品，從而有效解決大型連續性裝置難以完成多品種改性尿素產品生產的問題。

隨著尿基復合肥由無機化肥向有機化增效改性發展，腐植酸及添加劑在線添加技術現已成為實現尿素增效差別化、功能化的主要途徑。尿素新版國家標準GB/T 2440—2017 自2018 年7 月1 日起正式實施以后，對農業用肥料級尿素產品總氮含量指標適當下調，為添加少量或者微量增效物質的增值型尿素新產品的開發預留了技術接口。

目前，通過腐植酸及添加劑在線添加技術實現連續式柔性化生產的功能性尿素品種很多，如含腐植酸尿素、含海藻酸尿素、微量及稀有元素尿素、氨基酸尿素等。然而，腐植酸及添加劑在線添加技術的實施需要解決添加點選擇的問題。

1 腐植酸添加點選擇

尿素合成裝置中尿液蒸發采用的是兩段真空蒸發生產工藝。來自二分塔底部的尿液（質量分數約67%）進入閃蒸槽，進行減壓閃蒸，溫度降到90 ℃左右，在閃蒸槽內進行氣液分離，頂部氣體與一段蒸發分離器來的氣體混合進入洗滌塔吸收，閃蒸槽的底部尿液靠真空差進入一段蒸發加熱器底部管內。

尿液在真空壓力0.034 MPa，溫度128 ℃下，經一段蒸發加熱器，其質量分數從71%左右增至95%左右，氣液混合物進入一段蒸發分離器進行氣液分離，氣相經過洗滌塔洗滌后進入一段蒸發表面冷凝器，尿液靠真空差流至二段蒸發加熱器底部，在真空壓力0.003 MPa，溫度138 ℃下，尿液被加熱蒸發后，于二段蒸發分離器中進行氣液分離，氣體經升壓器進入二段蒸發表面冷凝器冷凝，尿素質量分數從95.0%左右增至99.7%，熔融尿素自分離器底部由熔融泵送至尿素造粒塔進行造粒。

根據尿素生產裝置的工藝要求，尿素生產裝置可選的添加點有3 個，見圖1。在選擇添加點時，需要考慮尿素裝置生產的尿液主要由熔體輸送管道輸送，其尿液在不同工段管道中往往處于不同高溫、真空或正壓狀態，且適應不同水含量。因此，對腐植酸添加點有著很高的要求，主要體現在添加點必須合理，一方面不能對尿液一段蒸發加熱器和分離器、二段蒸發加熱器和分離器的熱傳導、真空壓力、溫度、水含量造成較大影響；另一方面不能對一段蒸發分離器、二段蒸發分離器裝置的水、氨循環系統造成較大影響。

圖1 尿素生產裝置可選的3個腐植酸添加點

腐植酸與尿素大裝置“嫁接”的4種在線直接添加方法：第一種，腐植酸與尿素熔融液簡單物理混合造粒法；第二種，腐植酸溶于水的加入法；第三種，腐植酸溶于尿素水溶液的加入法；第四種，腐植酸干粉與熔融尿素的熔融反應加入法。

其中第一種和第四種方法適宜圖1 中添加點3，滿足添加點選擇條件要求，但第一種所得產品質量均一性不足。優點：水含量極低，操作過程簡單，無須蒸發濃縮，生產成本低，與尿素蒸發系統兼容性好，適于各種腐植酸尿素及復合肥。缺點：工藝難度較大，設備投入較大。

第二種方法適宜圖1 中添加點1，優點：技術成熟，操作簡單，工藝難度小，設備投入小，適于各種含水尿素溶液生產腐植酸尿素。缺點：水含量大，需蒸發濃縮，生產成本較高； 與尿素蒸發系統兼容性差。

第三種方法適宜圖1中添加點2，優點：技術成熟，操作簡單，工藝難度小，設備投入小，適于各種含水尿素溶液生產腐植酸尿素。缺點：水含量大，需蒸發濃縮，生產成本較高； 與尿素蒸發系統兼容性差。腐植酸與尿素大裝置“嫁接”的3個在線直接添加點比較見表1。

表1 腐植酸與在尿素大裝置“嫁接”的3個在線直接添加點比較

相對來說，選擇添加點1 比選擇添加點2 對尿素裝置的影響程度和范圍要大一些，且對腐植酸及添加劑的濃縮液要求水含量相對高一些，而選擇添加點2時對腐植酸及添加劑的濃縮液要求腐植酸含量高，水含量低。

2 腐植酸直接在線添加技術適用腐植酸尿素產品

腐植酸與尿素大裝置“嫁接”的4種方法，相對來說第二種和第三種目前已相對比較成熟。根據熔體管道添加點位置不同，主要適合對應產品如下：

（1）一段蒸發前在線管道式添加技術（對應圖1 的添加點1），主要適用于生產w（腐植酸）（干基計）0.1%～3.0%的含腐植酸尿素產品，如在一段蒸發濃縮前的管道中加入少量腐植酸及添加劑濃縮液，生產各種性能改善的尿素產品。

（2）二段蒸發前在線管道式添加技術（對應圖1 的添加點2），主要適用于生產w（腐植酸）（干基計）3%～6%的尿基含腐植酸水溶肥產品，如在二段蒸發濃縮前的管道中加入少量腐植酸及添加劑濃縮液，生產各種性能改善的尿素產品。

（3）二段蒸發分離器后在線管道式添加技術（對應圖1的添加點3），主要用于生產尿基腐植酸復合肥料產品，如在二段蒸發分離器的底部配管中引出熔融尿素，加入腐植酸、添加劑等，生產尿基高氮產品。

3 結論

腐植酸在線添加技術生產工藝簡單，品種變化靈活，適合于生產多種差別化、功能化腐植酸尿素產品。

腐植酸在線添加技術既充分利用了尿素裝置在線生成技術成本低、有利于開發多功能尿素的優勢，又有效地解決了尿素產品結構單一、同質競爭問題，并增強了尿素產品市場競爭力。隨著尿素裝置大型化，腐植酸尿素及尿基復合肥加工裝置向尿素熔體直接在線加工方向發展，腐植酸直接在線添加技術及配套設施將日益完善，并將成為解決尿素低差別化、低附加值、低利用率的有效措施和主要途徑。