尿素贮存过程中出现流液现象的原因分析及探讨

Analysis and Discussion on the Causes of Moisture Absorption, Dissolution and Reconsolidation of Urea During Storage

李进 Jin LI , 胡洪英 Hongying HU , 田一波 Yibo TIAN , 何斌 Bin HE , 牛海宏 Haihong NIU

中国石油塔里木油田分公司塔西南勘探开发公司化肥厂新疆泽普 844804 Chemical Fertilizer Plant, Taxinan Exploration and Development Co., PetroChina Tarim Oilfield Co., Zepu 844804, China

摘要：

通过对尿素生产各环节的排查、开展多种模拟试验以及运用尿素吸潮和干燥原理，分析了尿素贮存过程中出现流液现象的原因，并采用对比试验验证了分析结果的准确性。根据分析结果，提出了消除尿素贮存过程中出现流液现象的建议和措施。

关键词：

尿素; 流液; 原因分析; 建议; 措施;

Abstract：

Through checking the urea production links, carrying out various simulation tests and using urea moisture absorption and drying principle, the causes of moisture absorption, dissolution and reconsolidation of urea in the process of storage is analyzed. And contrast experiment is used to verify the accuracy of analysis results. According to analysis results, suggestions and measures to eliminate the moisture absorption, dissolution and reconsolidation in urea storage are proposed.

Keyword：

urea; moisture absorption, dissolution and reconsolidation; cause analysis; sugge-stion; measure;

自开展用户回访以来，中国石油塔里木油田分公司塔西南勘探开发公司化肥厂(以下简称塔西南化肥厂)生产的尿素在南疆三地的库存点(室内贮存除外)或多或少地存在尿素流液现象(图 1)，即袋装尿素在当地贮存一段时间后因未知原因而导致原本是颗粒状的尿素变成溶液并从包装袋中渗出，进而又凝固成不同形状的固体。为查明尿素流液的原因，先后开展了尿素生产过程中影响尿素粒子水分含量的测试、模拟贮存条件下尿素堆放试验及对比试验等，基本查明了尿素在贮存过程中出现流液现象的原因。

图 1

尿素流液现象

1 尿素生产过程中影响尿素粒子水分含量的测试

塔西南化肥厂的尿素生产装置采用斯塔米卡邦公司的CO₂汽提法工艺，通过对尿素生产各环节的排查和分析，发现只有蒸发冲洗环节有可能对尿素粒子水分含量有影响。为此，连续3 d对每个白班蒸发冲洗过程中尿素粒子水分含量进行了连续测试。

1.1 测试结果

1.1.1 取样要求

装置于12：00开始进行冲洗，冲洗期间每分钟取样1次(整个冲洗时间约16 min)，第1 d实际取样17个，第2 d和第3 d各取样20个，测试期间共取样57个。

1.1.2 尿素粒子水分含量分析结果

(1) 测试数据

连续3 d尿素粒子水分含量测试结果如图 2和表 1所示。

图 2

连续3 d尿素粒子水分含量测试结果

表 1

连续3 d尿素粒子含水质量分数测试结果 %

项目	10-21	10-22	10-23
最大值	0.24	0.24	0.24
最小值	0.20	0.21	0.18
平均值	0.21	0.22	0.20

由图 1和表 1可看出，在57个样品中，尿素粒子含水质量分数最大值为0.24%，最小值为0.18%，平均值为0.21%，表明在冲洗过程中尿素水分含量均在优级品指标范围内。

(2) 工艺过程数据

10月20日至10月23日，对正常生产过程中的尿素粒子水分含量进行了统计(不包括蒸发冲洗环节的取样)，结果尿素粒子含水质量分数最大值为0.22%，最小值为0.16%，平均值为0.19%，均在优级品指标范围内。

1.1.3 工艺控制记录

在冲洗取样期间，每隔1 min对二段温度和二段真空度进行了跟踪记录，结果表明在冲洗过程中工艺指标也控制在要求范围内。

1.2 测试结果分析

根据以上数据，对10月20日至10月23日冲洗与不冲洗期间的尿素粒子含水质量分数进行了对比，结果如表 2所示。

表 2

冲洗与不冲洗期间的尿素粒子含水质量分数对比 %

项目	冲洗	不冲洗
最大值	0.24	0.22
最小值	0.18	0.16
平均值	0.21	0.19

通过对比可以发现：①冲洗期间确实对尿素粒子含水量有一定的影响，但影响很小，不至于造成尿素粒子水分含量超标甚至引起流液现象；②按冲洗期间尿素粒子含水质量分数平均上升0.05%计，夏季水分含量相对较高，非冲洗期间的质量分数最大值可达0.32%，那么冲洗期间的取样分析值应该在0.38%以下，仍处于优级品指标范围内。

2 尿素堆放试验

为查明南疆三地的库存点总是间断性出现尿素流液现象的原因，编制了自产尿素堆放试验方案并实施，耗时近7个月。试验中采用了6家企业生产的7种编织袋合计2 000条，分别包装小颗粒尿素和SODm尿素，并模拟用户库存条件进行堆放。

2.1 试验材料

将南疆尿素市场上比较常见的宜化牌、大象牌、华锦牌、大河牌、锦疆牌和自产昆仑牌编织袋各300条作为试验用袋，另外将未涂膜的200条自产昆仑牌编织袋也纳入试验用袋。

2.2 试验内容

根据国家标准《尿素》(GB 2440—2001)和《塑料编织袋通用技术要求》(GB/T 8946—2013)的要求分别开展了暴晒试验、抗氧化试验、跌落试验等。

2.2.1 尿素堆放试验前的准备

8月6日17：56开始用宜化牌编织袋包装当日生产的小颗粒尿素160袋，至8月8日17：20完成6个品牌编织袋的包装及堆放；8月25日完成SODm尿素的包装，均堆放在成品西南角处。为更接近用户的储存条件，增大堆放的面积和密集程度，合并为两堆。尿素入袋温度为40~46 ℃，环境温度为30~32 ℃，天气晴，微风。

2.2.2 试验结果

在雨天过后的不到5 d时间内，采用不同品牌编织袋包装的尿素袋口均有尿素流液结晶物出现，暴露在露天堆放的袋装尿素更易出现流液现象，即便有防雨篷布遮盖的袋装尿素仍会出现流液现象。试验结果表明，尿素流液现象与降水量有较强的相关性。

2.2.3 天气变化情况

为探明其中的原因，收集并整理了8月份泽普县降水量变化情况，结果如表 3所示。

表 3

8月份泽普县降水量变化情况

日期	雨水量/mm	持续时间/h	最大相对湿度/%	温度/℃
08-16	＜10	15	88	14~29
08-30	19	7	91	16~28
08-31	0		89	14~29

从表 3可看出，8月份降雨的天数虽不多，但降水量相对其他月份多，为年总降水量的41.91%；雨后环境的相对湿度并未直线下降，在8月30日14：00雨停后到18：00，环境相对湿度降至低点51%，但随后又逐渐上升，至31日09：00达到当日89%的高点后再次下降。

3 原因分析

3.1 尿素干燥与吸潮原理

尿素干燥与吸潮是指当尿素粒子表面水蒸气分压高于环境空气中水蒸气分压时，尿素粒子表面的水蒸气向环境中扩散，此时尿素粒子处于干燥过程；当尿素粒子表面水蒸气分压低于环境空气中水蒸气分压时，此时空气中的水蒸气向尿素粒子表面扩散，尿素粒子表现为吸潮过程。

经查阅文献^[1]并结合尿素干燥与吸潮原理以及堆放试验结果，分析认为尿素粒子的温度、天气情况及尿素包装袋所处的状态(封闭或非封闭)是导致尿素产生流液现象的主要原因。温度越高，尿素颗粒表面水蒸气分压越高，当温度降低后，即有部分水蒸气冷凝于颗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日大雨过后，环境温度在午后高于尿素粒子温度，加上环境湿度大(80%以上)，空气中的水蒸气在高温时向袋装尿素表面富集，尿素颗粒通过编织袋缝合的针孔吸潮，进而粉化变成溶液，夜晚温度降低时又凝固成固体，随着昼夜的交替，使编织袋中的尿素颗粒不断吸潮、粉化进而液化，并从合适的缝隙渗出。

3.2 流液组分分析

对尿素流液和用蒸汽冷凝液配置的模拟尿素溶液样品进行化验分析，分析结果如表 4所示。

表 4

尿素流液和模拟尿素溶液样品化验分析结果

项目	尿素流液	模拟样品	蒸汽冷凝液	脱盐水外供	新鲜水
pH	9.01	10.53	8.82	9.35	7.76
电导率/(μS·cm^-1)	2.5	119.9	1.8	7.0	892.0
密度/(g·cm^-3)	1.131	1.116	0.997	0.996
Cl^-/(mg·L^-1)	657.70	未检出	0.15	0.20	61.67
NH₄⁺/(mg·L^-1)	0.58			0.00
w(尿素)/%	54.90	50.00
总硬度(以CaCO₃计)/(mg·L^-1)	306.24				379.28
钙硬(以CaCO₃计)/(mg·L^-1)	281.70	2.50	2.50		250.45
镁硬(以Mg计)/(mg·L^-1)	24.54				128.83

从表 4可以看出：尿素流液除钙硬与新鲜水略接近外，Cl^-含量比新鲜水高3倍以上，而电导率和镁硬却远低于新鲜水，但电导率又接近蒸汽冷凝液和脱盐水外供；模拟样品与尿素流液相比，在密度和尿素浓度接近的情况下，模拟样品只检测出钙硬且其值远低于尿素流液，其余未检出。

化验分析结果说明尿素生产过程中的水分与尿素流液无明显的相关性，由此也验证了对尿素流液产生原因的分析是准确的。

4 结论、建议和措施

4.1 结论

(1) 尿素流液的产生与生产工艺过程无明显的相关性，但与运输、贮存条件及天气有密切的联系，特别是在夏季、秋季温差较大且恰逢下雨时，更易产生流液现象。

(2) 在采用不同企业生产的编织袋包装尿素的堆放试验中，发现尿素流液的产生与编织袋的质量有一定的关联，这主要体现在编织袋的涂膜均匀性和密封性方面。如果编织袋涂膜均匀和密封性能较好，可减少环境水分的进入，进而缓解流液的产生。

4.2 建议

(1) 在雨天运输或装卸尿素时，除路途中需加盖防雨篷布防护外，到达目的地时，表层的尿素建议单独存放，待淋湿的编织袋表面的水分及时挥发后再用篷布遮盖；已贮存的尿素，在环境湿度恢复正常后，应及时将贮存时遮盖的篷布打开1~2 d以通风散潮。

(2) 贮存尿素的库房尽量采用通风的彩棚方式，如条件不具备，应定期将遮盖的篷布打开以通风散潮。

(3) 建议根据市场销售情况调整生产情况，如改产中颗粒尿素，以减少尿素粒子因贮存时间过长而引起的板结和流液。

4.3 措施

(1) 因尿素结块、流液多出现在夏季等气温高的时期，因此可从进一步降低尿素入袋温度方面进行改进。

(2) 在条件具备时，可将编织袋的上封口缝边改为背离字面方折边，减少雨水通过针孔进入袋中的机会，以减少流液现象的发生。

ckwx 参考文献

刘传政.防止大颗粒尿素结块的方法研究[J].化学工程, 2012(11):74-78.