二氧化碳气提法尿素合成工艺的安全因素研究

陈庆鹤

【摘 要】尿素生产包括多种工艺，常见的有氨气提法及二氧化碳气提法等，二氧化碳气提法在尿素生产中的适用范围广泛，产量较高。但二氧化碳气提法在使用过程中，也会面对一些安全因素，主要是使用的气体一般是可燃性或者毒性气体，在二氧化碳气提法合成尿素中，应当注意安全防护，采取有效的措施，降低其中的风险性因素，保证尿素合成质量。本文分析二氧化碳气提法基本原理，提出二氧化碳气提法尿素合成工艺的安全因素及处理措施，为尿素安全生产奠定坚实的基础。

【关键词】二氧化碳气提法;尿素合成工艺;安全因素

尿素也叫做碳酰胺，其中包括碳、氮、氧、氢，属于有机化合物白色晶体。尿素在生活中较为常见，主要是应用于农业生产，也是含氮量最高的氮肥。尿素能制作成胶合剂，也能作为利尿剂及止痛剂。临床使用30%的高渗尿素溶液作为脱水剂。经过肾小球过滤后，自肾小管吸收，50%残留在肾小管中。给予足够剂量的尿素后，有利于降低肾小管压力，从而改善患者水肿的症状[1]。尿素脱水速度较快，在15-30min作用明显，作用时间可保持在3-6h。但尿素能穿透脑屏障，进入脑卒中，容易发生颅内压增高的问题。尿素在生产过程中，常见的工艺是二氧化碳气提法，该工艺将液氨及二氧化碳作为原料，在高温状态下合成，融入甲醛后，使用造粒塔可以形成尿素颗粒。中国作为世界上较大的化肥生产大国。消费高峰期是一个月生产量达到200万吨，尿素作为有毒性的微生物，对眼睛及皮肤会产生刺激作用，对环境也会产生影响，甚至发生水体污染[2]。尿素在生产过程中，应当关注生产中的安全因素，从而把握其中的风险性，采取安全应对措施，保证尿素生产的安全性。

1.二氧化碳气提法基本原理

在二氧化碳气提法生产尿素过程中，合成塔中的合成液自塔底进入管路，进入汽提塔，在融合过程中，控制氨分增长量，使甲铵不断分解，达到尿素生产的目的。在操作过程中，为提升生产效率，应当关注加热蒸汽量、气液比、汽提塔液[3]。在蒸汽加压过程中，可保证热量增高。在实际测算中，一旦蒸汽压力高，容易对汽提塔产生腐蚀作用，对生产安全性产生影响。蒸汽温度低也会导致系统操作难度增加，对此，蒸汽压力及温度应当根据实际生产情况进行调节。汽提塔液在一定区间中增加或者缩减，不会对生产效率产生影响。汽提塔气液分布不均匀主要是分布孔发生腐蚀及阻塞，导致汽提管气液发生不良反应，无法保证设备稳定运行。

2.二氧化碳气提法尿素合成工艺的安全因素及处理措施

2.1原料二氧化碳安全风险及处理措施

尿素在生产过程中，二氧化碳的碳原子及氧原子以1：2的比例合成，化学符号是二氧化碳，在常温常压情况下，屬于无色无味气体，是空气质量的1.5倍。二氧化碳气体作为一种能让人窒息的气体，在氧气浓度处于正常的状态下，高浓度的二氧化碳也会导致呼吸系统丧失效果，浓度达到10%的情况下，容易让人丧失知觉，也可能让人死亡。对此，面对此类安全因素，在管理过程中，应当关注通风质量，通过通风的方式降低二氧化碳浓度，降低二氧化碳危害。加强生产现场管理，对管道压力进行控制，及时发现二氧化碳泄露，一旦发生泄露及时处理。根据二氧化碳安全技术标准，应当注意二氧化碳预防的措施，比如，注意回避热源，避免二氧化碳靠近火源，将二氧化碳储存在密封容器中，放在阴凉处，或者在运输过程中，注意加装安全帽及防震橡皮圈，加工人员注意穿戴防护手套。一旦发生二氧化碳吸入性事故，应当将患者转移到新鲜空气处，若发生呼吸暂停，及时对患者进行人工呼吸，将患者送往医院。

2.2尿素生产中的易燃易爆炸因素及处理措施

在尿素生产过程中，尿素本身不具备燃烧性，在常温条件下属于可燃气体，点燃较为困难。爆炸极限在16%-25%，发生爆炸的极限是17%，发生爆炸压力浓度在22.6%[4]。氨基甲酸铵作为化学生产的产物，加热后形成尿素。氨基甲酸铵属于有毒物质，毒性分为不同的等级，氨基甲酸具有可燃性，燃烧后可以释放有毒气体及氨气。氨气、氢气及氧气在混合后容易爆炸，这也是其中的不安全要素，在生产过程中关注防腐措施，注意混合后的气体发生爆炸，降低其中的氢气量，避免其中产生大量的氢气。

2.3设备防腐及高压操作

设备合成压力保持在14.0Mpa，属于典型的高压容器，自管理角度上看，容器具有压力要求，内容物具有毒性及腐蚀性。在设备制造及操作中应当关注设备是否具有许可证，在压力设备管理过程中，应当关注气体是否发生泄漏。在生产过程中应当关注设备运行，在设备防腐蚀过程中，采取有效的防腐方法具有重要意义。根据尿素合成生产中的腐蚀因素，在防护过程中，应当关注氧化膜的保护性，在工艺过程中可积极使用氧气、过氧化氢等，保持氧化膜的完整性。在生产开始后续展开钝化处理，保证设备氧化膜完整性。在钝化设备管理过程中，应当让设备在常温条件下形成氧化膜，也要注意设备的致密性。在一般工艺中，在125℃温度环境下完成钝化，从而满足工艺要求。在设备温度达到170℃时，可在条件差的环境下试验，应当关注钝化膜致密性，缩减设备维护的繁琐程序。

2.4含水量问题

在尿素生产过程中，一旦成品中的水分较大，会对尿素成品质量产生影响，导致产品发生泄露。在实际生产加工过程中，尿素中的水含量及溶液水分具有紧密的关系。面对此类安全性问题，应当在生产过程中引起足够的重视，降低尿素溶液在管路及设备中的停留时间，提升合成系统的反应功能，从而提升整体汽提率，在此过程中也要合理规划氨碳比。最后对压力进行调整，降低夏季温度带来的影响，从而降低尿素中的成品含水量，使尿素成品质量得以有效控制。

2.5汽提塔出液超温问题

二氧化碳气提法在生产尿素过程中，液气比是汽提塔热烈管合成与加热管二氧化碳的比例，二氧化碳气提法在使用过程中，生产负荷对应合成塔出液量及原料二氧化碳的含量，一般情况下液气比无需调节。在汽提塔运行过程中，加热管进入合成液及二氧化碳气量均匀，汽提塔中的每根加热列管进入的液体及二氧化碳不均匀，容易导致汽提塔工作效率降低，出现液温升高或者超高的情况，可能产生危险因素，导致汽提塔爆炸或者无法运行。为满足汽提塔的进料要求，保证汽提塔进液上形成合理的液位，在控制过程中，负压保持在70%-110%，尿素装置出液量过低的情况下，合成塔出液量缩减，无法在汽提塔上花板上形成淹没液位，导致汽提塔进液偏流，一旦尿素装置负荷超标，合成塔中的出液量过多，会导致液膜中心二氧化碳孔径缩减，加热管中的内钾铵无法充分分解，产生大量的热量，对汽提塔运行产生影响。对此，在生产过程中，应当对低压汽包压力进行控制，合理把握高压系统中的水分量及二氧化碳量，合理控制氮气及二氧化碳量，对进水量及温度进行控制，高调水的功能在于将高压洗涤器乐观中的内钾铵反应消除，通过冷水系统控制，可以将高调水分控制在110-130℃，保持水温平衡及参数比例平衡，有利于保持汽提塔稳定运行，降低超温率。

2.6调节阀失灵问题

液位调节阀故障会导致汽提塔液位降低，液位极限一般在二氧化碳串气后，发生液位调节失灵，二氧化碳进入系统，导致汽提塔系统压力增高，安全阀起跳，若无法控制容易发生封塔。汽提塔加热蒸汽后会产生剧烈波动，汽提塔是降膜式结构，液体自汽提管分布孔中上升，降低氨分压，使甲铵快速分解，但甲铵需求量的热，导致蒸汽量降低，也容易导致蒸汽管网发生异常。高压系统调节阀发生故障对生产产生重大的安全威胁，在生产过程中，工作人员应当作出准确的判断，降低封塔停车及系统波动率。一旦发生洗涤器放空调节阀失灵问题，可以反复开启调节阀，观察调节阀是否发生卡涩，通过高压冲水泵及时冲洗，若调节阀是结晶卡涩，通过该方法处理效果较好。在生产过程中，也要对元件进行检查，通过千斤顶进行泄压。在正常生产过程中，应当观察故障情况，分析是否发生调节障碍，及时处理系统负荷，控制氨碳比、水碳比等，使各项参数处于正常范围。汽提塔液位调节阀故障容易控制，工作人员应当对工艺参数进行关注，结合过往的操作经验，可以降低系统运行安全因素，保持系统稳定运行。

结束语

总而言之，在尿素生产过程中，使用的材料具有易燃易爆炸的特点，在生产过程中应当规避明火或者电火花，避免发生静电。氨、氨基甲酸铵对人体产生毒性作用，两种物料及产品尿素仪器对皮肤黏膜产生刺激。在生产过程中，任何阶段都应当禁止不佩戴防护工具操作，防护措施是保证安全生产的基础。在安全因素管理过程中，应当关注设备制造商及操作人员的高压特种设备许可资质，满足相关的管理要求。

参考文献：

[1]赵旭升. 二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗分析[J]. 云南化工，2020，47（11）：143-145.

[2]周程，苏礼勇. 合成氨高温变换催化剂制备废液生產尿素硝酸铵液体肥[J]. 中氮肥，2020，（06）：38-41.

[3]石正国，王涛玉. 二氧化碳气提法尿素合成工艺的安全因素剖析[J]. 山东化工，2020，49（20）：121-122.

[4]张鹏伟. CO_2汽提法尿素的工艺技术及提高CO_2转化率的措施[J]. 化工设计通讯，2020，46（02）：5+8.

[5]吾买尔江·卡瓦，姚刚，张腾飞，曹广法. CO_2气提法尿素装置两段蒸发换热器改造前后对比[J]. 石化技术，2019，26（06）：13-14.