第6期2017年11月
中氮肥
M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress
No.6
许耀辉
(安阳化学工业集团有限责任公司，河南安阳455133)
[摘要]探讨尿素生产企业以尿液为原料生产车用尿素溶液的工艺，分析缩二脲、游离氨、金属离子 含量对尿液引料口选择的影响，发现闪蒸罐后、一段蒸发器前某处作为尿液引料口最为合适。小试和中试 试验表明，采用闪蒸罐后、一段蒸发器前某处作为尿液引料口，通过结晶、过滤、配制等工艺得到的车用 尿素溶液产品可满足国标要求，且能降低车用尿素溶液的生产成本。
[关键词]尿液；车用尿素溶液；生产工艺；引料口选择；缩二脲；游离氨；金属离子；质量控制 [中图分类号]T Q441.41 [文献标志码]B[文章编号]1004 -9932(2017)06 -0018 -03
东风日产纯电动汽车〇引言
近年来，国家通过持续深化重点行业污染减 排工程建设、加大落后产能淘汰力度、实施机动 车污染防治，大气污染防治成效显著，但大气环 境质量仍然不容乐观[1]。2016年冬季，全国多 个地方PM2.5爆表，固体颗粒污染引起人们更 多关注。据统计，柴油车是氮氧化合物和PM颗 粒物排放的主要贡献者，柴油车排放的氮氧化合 物占全国机动车排放总量的60%以上，PM颗粒 物排放量占比则接近100%；重型载货车辆排放 的氮氧化合物和颗粒物明显高于其他机动车，其 氮氧化合物和颗粒物排放量占比分别为47. 1% 和61.4%[2]。
目前，我国柴油车尾气处理主要采用SCR 技术，SCR技术主要通过强化燃料在发动机内的 燃烧来降低PM颗粒物，再通过车用尿素溶液与 氮氧化合物在SCR催化剂的作用下反应生成氮 气来消除废气中氮氧化合物。与EGR + DPF技 术相比，SCR技术具有应用方便和可提高燃油效 率的优势，同时也兼顾到技术的延续性及我国柴 油质量的特性[-4]。
车用尿素溶液产品质量控制指标主要有尿 素、缩二脲、金属杂质等的含量。因为尿素会缩 聚生成熔点高达300 °C的三聚氰胺；而不易分解 的缩二脲则粘附在SCR催化剂上，造成SCR催
[收稿日期]2017-05-22
[作者简介]许耀辉（198—）男，河南新密人，硕士，助理工 程师。化剂失活；金属离子等物质可以造成车用尿素溶 液管道、喷嘴和SCR催化剂孔道堵塞，降低催 化剂效率[5]。
现阶段车用尿素生产工艺主要有2种：一种 是以农用尿素或工业尿素为原料，将尿素颗粒溶 解于高纯水中配制成饱和溶液，再通过降温使尿 素结晶析出，然后通过过滤、干燥得到高纯固体 尿素[6]；另一种直接以尿素装置的尿液为原料，通过结晶、过滤、配制等过程生产出车用尿素溶 液。第2种方法具有节能、产品利用率高等优 点，但仅适合于尿素生产企业采用。
目前国内尿素产能严重过剩，尿素生产企业 的生存与发展受到极大挑战，而化解尿素产能过 剩，生产车用尿素溶液不失为一种选择，可提高 企业产品的多样性，降低市场销售压力，提高企 业的经济效益。
1车用尿素溶液生产工艺研究
我公司采用尿素装置中的尿液为原料，经降 温结晶、过滤、溶解配制、灌装等工序制得车用 尿素溶液产品。车用尿素溶液生产中主要需控制 尿素含量、碱度、缩二脲含量、不溶物含量、金 属离子含量等指标，本课题主要探讨如何通过原 料尿液引料口的选择和生产工艺优化来控制车用 尿素溶液产品的质量。
11尿液引料口的选择
1.1.1缩二脲含量对引料口选择的影响
一汽丰田汽车价格表缩二脲为尿素生产过程中的副产物。在尿素 生产系统中，熔融态尿素在高温条件下发生缩合
第6期许耀辉：尿液生产车用尿素溶液的工艺研究• 19 •
反应而释放出氨气，并生成主要产物缩二脲。缩 二脲的生成率与尿液温度、尿液中尿素浓度、尿 液中氨分压以及尿素在生产系统中的停留时间等 有关。研究表明，尿液温度、尿液中尿素浓度、尿液在生产系统中的停留时间与缩二脲生成率成 正比关系[7]。在尿素的生产过程中，每个工序 都会有缩二脲产生并累积，各工序物料中缩二脲 含量详见表1。
表1尿素装置各工序物料中缩二脲含量 ％
项目缩二脲含量备注合成塔出液0.3 ~0.4累计含量
汽提塔出液0.4-0.5累计含量
低压分解系统出液0.5 ~0.6累计含量
一段蒸发出液0.6 ~0.7累计含量
二段蒸发出液0.7 -0. 8累计含量
造粒塔尿液0.8 ~0.9累计含量
成品尿素0.9累计含量
由表1可以看出，尿素生产系统越靠前的工
序，其尿液中所含缩二脲越少。因此，要选择缩
二脲含量低的尿液作为车用尿素溶液的生产原
料，应尽可能将尿液引料口选在较靠前的工序。
1.1.2游离氨（碱度）对引料口选择的影响
在车用尿素溶液质量标准中，碱度以NH3
的质量分数计算，为保证碱度符合标准要求，本 课题主要探讨通过降低产品中的N H含量来控 制碱度。
在尿素生产工艺流程中，液氨和二氧化碳进 入尿素合成塔反应生产尿素，反应产物尿素以及 未反应物——氨基甲酸铵和氨、二氧化碳等，从 合成塔进入预分离器，再依次通过精馏塔、中压 分解塔、低压分解塔。在此过程中，氨基甲酸铵 在高温环境下分解为氨和二氧化碳，并将大部分 的氨和二氧化碳分离出来，随后尿液进入闪蒸罐 再次对二氧化碳和氨进行分离，之后尿液依次经 过一段蒸发、二段蒸发系统脱除大部分水，浓缩 后的尿液最后进入造粒塔喷洒造粒，得到尿素颗 粒产品[]。
总而言之，尿液从尿素合成塔出来以后，随着流程的往后推移，预分离器、精馏塔、中压分 解塔、低压分解塔和闪蒸罐都可起到很好地脱除 游离氨的作用，尿液中的游离氨含量逐渐减少，使得出闪蒸罐后尿液中的游离氨已基本除尽。因此，为保证车用尿素溶液产品中游离氨含量合格，尿液引料口位置应尽可能选在闪蒸罐以后。
1.1.3金属离子含量对引料口选择的影响
尿液中的金属离子主要是由原料液氨等带入 以及生产过程中尿液对设备、管道腐蚀和冲刷而 引入的。本课题主要研究尿素生产过程中其对车 用尿素溶液产品质量的影响，暂不涉及原料液氨 品质方面的分析。
虽然尿素生产系统中设备、管道大部分为不 锈钢材料，但尿液对设备、管道的腐蚀、冲刷不 可避免，工艺流程中，尿液所经过的设备、管道 越多，因腐蚀和冲刷而带入的金属离子也就越 多。因此，尿液
引料口应尽可能地往前移，越靠 近尿素合成塔越好。
综上所述，为保证车用尿素溶液产品较低的 缩二脲和金属离子含量，引料口位置越靠前越好，即越靠近合成塔越好；但与此同时，为保证车用 尿素溶液产品较低的游离氨含量，引料口的位置 却又越靠后越好，即越靠近造粒塔越好。因此，综合考虑，将尿液引料口确定在一段蒸发系统前、闪蒸罐后某个位置较为适宜。本课题将尿液引料 口选定在闪蒸罐罐底的尿液泵出口管线上。
1.2车用尿素溶液生产工艺流程
车用尿素溶液生产原料为尿素生产系统的尿 液，其缩二脲、游离氨和金属离子含量均较农用 尿素颗粒低，故采用一次结晶后再配制车用尿素 溶液的工艺路线，其工艺流程见图1。
图1车用尿素溶液生产工艺流程框图
尿液从尿素生产系统的引料口引出，通过管 道输送至尿素结晶器，保持结晶器内温度在20 〜50 °C，使尿液中尿素结晶析出，然后将悬浮 液输送至过滤器进行固液分离，得到固体尿素晶 体和滤液。固体尿素晶体加入一定比例的超纯水 配制成车用尿素溶液，灌装后得到车用尿素溶液 产品；滤液则通过泵输送至尿素生产系统，回收 其中的尿素，提高尿液利用率。
生产过程中，可据尿液含水量的不同适当调 整结晶器内的结晶温度，从而调整固液比，
使尿
• 20 •中氮肥
续表3第6期
素晶体处于悬浮状态。此外，由于原料尿液中缩
二脲、游离氨、金属离子等含量较低，在保证车 用尿素溶液产品质量合格的情况下，可以掺入适 量比例的滤液来配制车用尿素溶液，从而进一步 提高尿液的利用率。
2车用尿素质量检测
本课题分别进行了实验室小试和中试。其 中，小试产品送至南开大学进行金属离子含量的 分析，公司质检中心对小试产品进行缩二脲、游 离氨、尿素含量（均为质量分数）分析，分析 结果见表2。可以看出，以尿液为原料生产的车 用尿素溶液，其缩二脲、碱度、金属离子含量等 均能满足国标要求。
表2实验室小试产品质量分析数据
项目检测结果国标要求值备注奥迪a3价格
尿素/%32.931.8-33.2自测
缩二脲/%0.5容0.3自测
碱度（以N H计)/%0.容0.2自测
镁离子/m g•kg-0.227容0.5南开大学检测铁离子/m g•kg-0.8容0.5南开大学检测钙离子/m g•kg-*10.3容0.5南开大学检测钾离子/m g•kg-0.28容0.5南开大学检测铝离子/m g•kg-0.090容0.5南开大学检测锌离子/m g•kg-0.058容0.2南开大学检测铜离子/m g•kg-0.0 7容0.2南开大学检测镍离子/m g•kg-0.0容0.2南开大学检测铬离子/m g•kg—0.0093容0.2南开大学检测钠离子/m g•kg-0容0.5南开大学检测
2015年11月，公司建成1套5 000 t/a车用尿素中试装置，产品送SGS上海测试中心分析 检测，分析数据见表3。可以看出，以尿液为原 料生产的车用尿素溶液，产品质量能满足国标要 求，且5 000 t/a车用尿素中试装置生产的车用 尿素溶液质量指标远远优于国标要求。桑塔纳仪表盘
表3中试产品质量分析数据
项目检测方法检测结果尿素/%GB29518—2013 (Annex A)32.5
密度（20'^/k g•m-3ASTM D4052—111090.6
折光率（0尤）GB/T614—2006 1.3827
碱度（以N H计)/%GB29518—2013(Annex B)<0.1
摩托车驾照怎么考缩二脲/%GB29518—2013(Annex C)<0.1
铝离子/mg•kg-1GB29518—2013(Annex H)<0.1
钙离子/mg•kg-1GB29518—2013(Annex H)0.3
铬离子/mg•kg-GB29518—2013(Annex H)<0.1
项目检测方法 检测结果铁离子/m g •kg—1GB29518—2013(Annex H)<0.1
铜离子/m g •kg—1GB29518—2013(Annex H)<0.1
镁离子/mg •kg—1GB29518—2013(Annex H)<0.1
镍离子/m g •kg—1GB29518—2013(Annex H)<0.1
钾离子/m g •kg—1GB29518—2013(Annex H)<0.1
钠离子/m g •kg—1GB29518—2013(Annex H)0.4
锌离子/m g •kg—1GB29518—2013(Annex H)<0.1
3结论
(1)综合考虑缩二脲、游离氨、金属离子 含量等影响车用尿素溶液产品质量的因素，尿液
引料口选在闪蒸罐和一段蒸发系统之间的某个位
置最为合适。为输送尿液方便，本课题将尿液引
料口选在闪蒸罐底部的尿液泵出口管线上。
(2)相较于采用农用尿素产品作为车用尿 素溶液的生产原料，本工艺减少了一段蒸发、二
段蒸发、造粒塔等工序的能耗，降低了车用尿素
溶液的生产成本。
(3)以尿液作为车用尿素溶液的生产原料，其工艺系统内滤液可以返回尿素生产系统，与尿
素颗粒结晶法相比，提高了尿素的利用率。
综上所述，以尿液为原料生产车用尿素溶液
是可行的，其产品质量较好，且具有较大的成本
优势。
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