二氧化碳氣提法尿素合成工藝的安全因素研究

陳慶鶴

【摘 要】尿素生產包括多種工藝，常見的有氨氣提法及二氧化碳氣提法等，二氧化碳氣提法在尿素生產中的適用范圍廣泛，產量較高。但二氧化碳氣提法在使用過程中，也會面對一些安全因素，主要是使用的氣體一般是可燃性或者毒性氣體，在二氧化碳氣提法合成尿素中，應當注意安全防護，采取有效的措施，降低其中的風險性因素，保證尿素合成質量。本文分析二氧化碳氣提法基本原理，提出二氧化碳氣提法尿素合成工藝的安全因素及處理措施，為尿素安全生產奠定堅實的基礎。

【關鍵詞】二氧化碳氣提法;尿素合成工藝;安全因素

尿素也叫做碳酰胺，其中包括碳、氮、氧、氫，屬于有機化合物白色晶體。尿素在生活中較為常見，主要是應用于農業生產，也是含氮量最高的氮肥。尿素能制作成膠合劑，也能作為利尿劑及止痛劑。臨床使用30%的高滲尿素溶液作為脫水劑。經過腎小球過濾后，自腎小管吸收，50%殘留在腎小管中。給予足夠劑量的尿素后，有利于降低腎小管壓力，從而改善患者水腫的癥狀[1]。尿素脫水速度較快，在15-30min作用明顯，作用時間可保持在3-6h。但尿素能穿透腦屏障，進入腦卒中，容易發生顱內壓增高的問題。尿素在生產過程中，常見的工藝是二氧化碳氣提法，該工藝將液氨及二氧化碳作為原料，在高溫狀態下合成，融入甲醛后，使用造粒塔可以形成尿素顆粒。中國作為世界上較大的化肥生產大國。消費高峰期是一個月生產量達到200萬噸，尿素作為有毒性的微生物，對眼睛及皮膚會產生刺激作用，對環境也會產生影響，甚至發生水體污染[2]。尿素在生產過程中，應當關注生產中的安全因素，從而把握其中的風險性，采取安全應對措施，保證尿素生產的安全性。

1.二氧化碳氣提法基本原理

在二氧化碳氣提法生產尿素過程中，合成塔中的合成液自塔底進入管路，進入汽提塔，在融合過程中，控制氨分增長量，使甲銨不斷分解，達到尿素生產的目的。在操作過程中，為提升生產效率，應當關注加熱蒸汽量、氣液比、汽提塔液[3]。在蒸汽加壓過程中，可保證熱量增高。在實際測算中，一旦蒸汽壓力高，容易對汽提塔產生腐蝕作用，對生產安全性產生影響。蒸汽溫度低也會導致系統操作難度增加，對此，蒸汽壓力及溫度應當根據實際生產情況進行調節。汽提塔液在一定區間中增加或者縮減，不會對生產效率產生影響。汽提塔氣液分布不均勻主要是分布孔發生腐蝕及阻塞，導致汽提管氣液發生不良反應，無法保證設備穩定運行。

2.二氧化碳氣提法尿素合成工藝的安全因素及處理措施

2.1原料二氧化碳安全風險及處理措施

尿素在生產過程中，二氧化碳的碳原子及氧原子以1：2的比例合成，化學符號是二氧化碳，在常溫常壓情況下，屬于無色無味氣體，是空氣質量的1.5倍。二氧化碳氣體作為一種能讓人窒息的氣體，在氧氣濃度處于正常的狀態下，高濃度的二氧化碳也會導致呼吸系統喪失效果，濃度達到10%的情況下，容易讓人喪失知覺，也可能讓人死亡。對此，面對此類安全因素，在管理過程中，應當關注通風質量，通過通風的方式降低二氧化碳濃度，降低二氧化碳危害。加強生產現場管理，對管道壓力進行控制，及時發現二氧化碳泄露，一旦發生泄露及時處理。根據二氧化碳安全技術標準，應當注意二氧化碳預防的措施，比如，注意回避熱源，避免二氧化碳靠近火源，將二氧化碳儲存在密封容器中，放在陰涼處，或者在運輸過程中，注意加裝安全帽及防震橡皮圈，加工人員注意穿戴防護手套。一旦發生二氧化碳吸入性事故，應當將患者轉移到新鮮空氣處，若發生呼吸暫停，及時對患者進行人工呼吸，將患者送往醫院。

2.2尿素生產中的易燃易爆炸因素及處理措施

在尿素生產過程中，尿素本身不具備燃燒性，在常溫條件下屬于可燃氣體，點燃較為困難。爆炸極限在16%-25%，發生爆炸的極限是17%，發生爆炸壓力濃度在22.6%[4]。氨基甲酸銨作為化學生產的產物，加熱后形成尿素。氨基甲酸銨屬于有毒物質，毒性分為不同的等級，氨基甲酸具有可燃性，燃燒后可以釋放有毒氣體及氨氣。氨氣、氫氣及氧氣在混合后容易爆炸，這也是其中的不安全要素，在生產過程中關注防腐措施，注意混合后的氣體發生爆炸，降低其中的氫氣量，避免其中產生大量的氫氣。

2.3設備防腐及高壓操作

設備合成壓力保持在14.0Mpa，屬于典型的高壓容器，自管理角度上看，容器具有壓力要求，內容物具有毒性及腐蝕性。在設備制造及操作中應當關注設備是否具有許可證，在壓力設備管理過程中，應當關注氣體是否發生泄漏。在生產過程中應當關注設備運行，在設備防腐蝕過程中，采取有效的防腐方法具有重要意義。根據尿素合成生產中的腐蝕因素，在防護過程中，應當關注氧化膜的保護性，在工藝過程中可積極使用氧氣、過氧化氫等，保持氧化膜的完整性。在生產開始后續展開鈍化處理，保證設備氧化膜完整性。在鈍化設備管理過程中，應當讓設備在常溫條件下形成氧化膜，也要注意設備的致密性。在一般工藝中，在125℃溫度環境下完成鈍化，從而滿足工藝要求。在設備溫度達到170℃時，可在條件差的環境下試驗，應當關注鈍化膜致密性，縮減設備維護的繁瑣程序。

2.4含水量問題

在尿素生產過程中，一旦成品中的水分較大，會對尿素成品質量產生影響，導致產品發生泄露。在實際生產加工過程中，尿素中的水含量及溶液水分具有緊密的關系。面對此類安全性問題，應當在生產過程中引起足夠的重視，降低尿素溶液在管路及設備中的停留時間，提升合成系統的反應功能，從而提升整體汽提率，在此過程中也要合理規劃氨碳比。最后對壓力進行調整，降低夏季溫度帶來的影響，從而降低尿素中的成品含水量，使尿素成品質量得以有效控制。

2.5汽提塔出液超溫問題

二氧化碳氣提法在生產尿素過程中，液氣比是汽提塔熱烈管合成與加熱管二氧化碳的比例，二氧化碳氣提法在使用過程中，生產負荷對應合成塔出液量及原料二氧化碳的含量，一般情況下液氣比無需調節。在汽提塔運行過程中，加熱管進入合成液及二氧化碳氣量均勻，汽提塔中的每根加熱列管進入的液體及二氧化碳不均勻，容易導致汽提塔工作效率降低，出現液溫升高或者超高的情況，可能產生危險因素，導致汽提塔爆炸或者無法運行。為滿足汽提塔的進料要求，保證汽提塔進液上形成合理的液位，在控制過程中，負壓保持在70%-110%，尿素裝置出液量過低的情況下，合成塔出液量縮減，無法在汽提塔上花板上形成淹沒液位，導致汽提塔進液偏流，一旦尿素裝置負荷超標，合成塔中的出液量過多，會導致液膜中心二氧化碳孔徑縮減，加熱管中的內鉀銨無法充分分解，產生大量的熱量，對汽提塔運行產生影響。對此，在生產過程中，應當對低壓汽包壓力進行控制，合理把握高壓系統中的水分量及二氧化碳量，合理控制氮氣及二氧化碳量，對進水量及溫度進行控制，高調水的功能在于將高壓洗滌器樂觀中的內鉀銨反應消除，通過冷水系統控制，可以將高調水分控制在110-130℃，保持水溫平衡及參數比例平衡，有利于保持汽提塔穩定運行，降低超溫率。

2.6調節閥失靈問題

液位調節閥故障會導致汽提塔液位降低，液位極限一般在二氧化碳串氣后，發生液位調節失靈，二氧化碳進入系統，導致汽提塔系統壓力增高，安全閥起跳，若無法控制容易發生封塔。汽提塔加熱蒸汽后會產生劇烈波動，汽提塔是降膜式結構，液體自汽提管分布孔中上升，降低氨分壓，使甲銨快速分解，但甲銨需求量的熱，導致蒸汽量降低，也容易導致蒸汽管網發生異常。高壓系統調節閥發生故障對生產產生重大的安全威脅，在生產過程中，工作人員應當作出準確的判斷，降低封塔停車及系統波動率。一旦發生洗滌器放空調節閥失靈問題，可以反復開啟調節閥，觀察調節閥是否發生卡澀，通過高壓沖水泵及時沖洗，若調節閥是結晶卡澀，通過該方法處理效果較好。在生產過程中，也要對元件進行檢查，通過千斤頂進行泄壓。在正常生產過程中，應當觀察故障情況，分析是否發生調節障礙，及時處理系統負荷，控制氨碳比、水碳比等，使各項參數處于正常范圍。汽提塔液位調節閥故障容易控制，工作人員應當對工藝參數進行關注，結合過往的操作經驗，可以降低系統運行安全因素，保持系統穩定運行。

結束語

總而言之，在尿素生產過程中，使用的材料具有易燃易爆炸的特點，在生產過程中應當規避明火或者電火花，避免發生靜電。氨、氨基甲酸銨對人體產生毒性作用，兩種物料及產品尿素儀器對皮膚黏膜產生刺激。在生產過程中，任何階段都應當禁止不佩戴防護工具操作，防護措施是保證安全生產的基礎。在安全因素管理過程中，應當關注設備制造商及操作人員的高壓特種設備許可資質，滿足相關的管理要求。

參考文獻：

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[3]石正國，王濤玉. 二氧化碳氣提法尿素合成工藝的安全因素剖析[J]. 山東化工，2020，49（20）：121-122.

[4]張鵬偉. CO_2汽提法尿素的工藝技術及提高CO_2轉化率的措施[J]. 化工設計通訊，2020，46（02）：5+8.

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