尿素硝銨溶液（UAN溶液）生產總結

陸勝云，黃積候，黃年孫

（柳州化工股份有限公司，廣西 柳州 545002）

0 引 言

尿素硝銨溶液（簡稱UAN溶液）同時含有銨態氮、硝態氮和酰胺態氮3種形態的氮元素，具有速效肥和緩效肥的功效，可通過滴灌或噴灌送到植物根部，有利于植物高效吸收，提高氮肥的利用率，在現代化農業發達的美國、法國等西方國家，UAN溶液早已被大量使用。

近年來，我國農業大力推廣水肥一體化技術，UAN溶液作為全水溶性氮肥，可滿足規模化、機械化種植要求，節約人力成本。廣東農業生產應用水肥一體化技術比廣西早，通過在香蕉、馬鈴薯、柑桔、甘蔗等作物上應用水溶肥滴灌施肥，節肥、省工效果非常顯著，推廣速度很快。廣西農業設施發展較好，香蕉、葡萄、柑桔、蔬菜等作物已推廣滴灌技術，對水溶肥的需求旺盛。據廣西壯族自治區土肥站提供的數據，按目前水肥一體化推廣面積約35萬畝測算，UAN溶液的市場需求量在30～40kt／a（實物量）；若按100萬畝噴灌和滴灌面積全部推廣水肥一體化，UAN溶液的市場需求量將達100kt／a（實物量），而且出口市場（面向東南亞、美國等）前景看好，因此柳州化工股份有限公司（簡稱柳化）于2014年就啟動了UAN溶液生產項目。

柳化硝銨產能600kt／a、尿素產能300kt／a，是全國18家同時擁有尿素裝置和硝銨裝置的企業之一，具有生產UAN溶液的先天優勢，通過生產UAN溶液，可節約尿素裝置和硝銨裝置蒸發造粒系統的能耗，減少固體粉塵的排放，對優化公司產品結構、緩解國內尿素和硝銨產能過剩有重大意義，且符合我國現代農業發展和生態文明建設的戰略需要。以下對柳化UAN溶液生產中原料計量、產品酸堿度控制、產品穩定性保證、產品雜質去除、UAN溶液含氮量分析等生產過程中關鍵性問題的解決辦法作一總結，以供同行參考與借鑒。

1 UAN溶液生產工藝及設備簡介

柳化UAN溶液項目從2014年下半年開始實施，設計產能360kt／a，采用溶液二次混配工藝生產。從尿素閃蒸工序抽出濃度為76%～86%的尿素溶液，從硝銨裝置801蒸發工序抽出濃度為92%～93%的硝銨溶液，二者經過濃度測定和流量計量后與軟水按比例混合，并添加緩蝕劑，之后經冷卻器（列管換熱器）冷卻降溫后得到UAN溶液，最后送成品庫貯存（外售）。UAN溶液生產工藝流程框圖見圖1，生產裝置主要設備見表1。

圖1 UAN溶液生產工藝流程框圖

表1 UAN溶液生產裝置主要設備一覽表

2 生產中關鍵參數的控制

2.1 原料計量

UAN溶液生產過程中，首先要測定出原料——尿素溶液和硝銨溶液的濃度，然后根據各自的濃度控制尿素溶液和硝銨溶液的流量（實際上是先設定硝銨溶液的流量，再根據比例設定尿素溶液的流量），2種原料的流量均采用氣動調節閥遠程自動調控，尿素溶液、硝酸銨溶液和軟水的流量計量準確與否，直接影響UAN產品各形態氮的含量。

UAN溶液生產裝置安裝在尿素界區，距離硝銨裝置較遠，硝銨溶液輸送距離長，因而有蒸汽伴熱管保溫，這樣硝銨溶液輸送管道內容易產生氣泡，影響流量計量的準確性。為此，在硝銨溶液輸送管線送出點和UAN溶液生產點各安裝1個流量計量表，一旦2只流量計讀數相差超過±0.5m3／h，立即聯系儀表人員對流量計進行校正；同時，各流量計的安裝采取由低往高流的“低進高出”方式，避免流量計內氣體停留影響物料計量的精確度，進而影響產品的氮含量。

2.2 產品酸堿度控制

按照《尿素硝酸銨溶液》（NY2670—2015）的要求，UAN溶液產品的pH應在5.5～7.0，即中偏酸性。但在項目投產之初，UAN溶液產品的pH達到8.0甚至更高。經分析與論證，認為硝銨裝置801蒸發工序引出的硝銨溶液濃度基本上穩定在92%～93%，其pH也相對穩定；而項目投產之初，為了減少尿素蒸發系統的能耗，沒有將出閃蒸系統尿素溶液的濃度提到82%以上，導致尿素溶液濃度變化范圍較大，相應的其游離氨含量變化也較大，即尿素溶液中游離氨含量高最終導致了UAN溶液產品pH偏高。為此，對尿素閃蒸系統真空度進行調整，將閃蒸出液溫度控制在90～95℃，確保引出尿素溶液濃度在82%以上，從而解決了UAN溶液產品pH偏高的問題。

2.3 產品穩定性保證

常溫下，UAN溶液性質穩定，其含有的少量游離氨的自然揮發不會影響產品的養分，但當UAN溶液溫度在70℃以上時，產品中的尿素水解速率加快，生成氨和CO2逸出，就會使產品總氮含量下降，產品的養分受到影響。為此，我們在二次攪拌混合后（二次攪拌混合后UAN溶液溫度高達110℃）設置了冷卻器，將UAN溶液冷卻至70℃以下（如果是用塑料袋包裝運輸，UAN溶液產品溫度需降至60℃以下），從而避免了UAN溶液的高溫分解，保證了產品質量（養分）的穩定性。

2.4 雜質去除

UAN溶液項目投產初期，UAN溶液產品中含有一些固體雜質，對產品外在質量造成一定影響。經分析，其主要原因有二：一是攪拌槽為敞口設備，外界灰塵等雜質易進入攪拌槽；二是軟水也可能將設備和管道內的雜質帶進系統。為此，我們從兩方面著手進行改進：一是將一級攪拌槽和二級攪拌槽由敞口式改為封閉式，防止外界灰塵等雜質進入；二是在成品槽出口設置精細過濾裝置，用聚酯濾袋作為過濾介質對UAN溶液成品進行過濾——經兩級過濾后，大部分細小固體雜質被過濾掉，UAN溶液的濁度由約80 NTU降至約10NTU（1NTU＝0.13mg／L），產品外觀完全達到無色透明，滿足了UAN溶液產品出口的質量要求。

2.5 含氮量分析

2.5.1 總氮含量的測定

復合肥料中，總氮含量的分析方法主要有2種：一種是蒸餾后返滴定法，其原理是在試樣中加入硫酸和鉻粉將酰胺態氮和硝態氮轉化為銨態氮，再將銨態氮轉化為氨蒸餾出來并用硫酸吸收，然后用氫氧化鈉標準滴定溶液滴定，最后計算得出復合肥中的總氮含量；另一種是蒸餾后直接滴定法，其原理是在酸性介質中將硝酸鹽還原成銨鹽，然后在混合催化劑作用下用濃硫酸進行消化，將有機氮或酰胺態氮轉化為銨鹽，再在堿性狀態蒸餾出氨，然后用硼酸吸收，用硫酸標準滴定溶液直接滴定，最后計算出復合肥中的總氮含量。此2種分析方法均存在操作步驟多、裝置接口多、氣密性差、分析時間長（3～4h）、消化溫度高（380℃）、含硫酸溶液蒸餾時暴沸易造成人員傷害等缺點。

為簡化UAN溶液總氮分析步驟、提高分析安全性，通過探索及試驗，我們發明了一種UAN溶液總氮含量的測定方法：先在UAN溶液中加入濃硫酸，將溶液中的酰胺態氮轉化為銨態氮，然后加入定氮合金，在全自動凱氏定氮儀內加入氫氧化鈉，用蒸汽加熱蒸餾，將各種形態的氮轉化為氨并蒸餾出來，然后用硼酸吸收，利用硫酸標準滴定溶液直接滴定，最后計算出UAN溶液中的總氮含量。該方法具有分析步驟少（硝態氮還原和蒸餾同時進行）、分析時間短（0.7h）、操作安全性高等優點，應用于生產實踐后取得了良好的效果。

2.5.2 銨態氮含量的測定

目前，復合肥中銨態氮含量的測定方法為：在弱堿性條件下蒸餾，將氨吸收在過量的硫酸溶液中，在甲基紅-亞甲基藍混合指示劑存在下，用氫氧化鈉標準滴定溶液返滴定，得出銨態氮含量。該方法存在步驟多、分析流程長、設備氣密性要求高、抗干擾能力弱、分析時間長（1.5h）等缺點。

為簡化UAN溶液銨態氮分析步驟、提高分析結果的準確性，通過探索及試驗，我們發明了一種UAN溶液中銨態氮含量的測定方法：在UAN溶液中加入中性甲醛溶液，生成六次甲基四胺和相當于銨鹽含量的酸，在指示劑的存在下，用氫氧化鈉標準滴定溶液滴定至pH為8.4～8.5，最后通過計算得出UAN溶液中的銨態氮含量。本方法通過控制溶液pH與滴定速度有效地避免尿素與甲醛的反應，從而確保分析結果的準確性。本方法相較于上述復合肥中銨態氮含量的測定方法，分析流程大大縮短，過程更加簡便快速（分析時間只需0.5h），且避免了共存組分以及人為操作等因素的影響，應用于生產實踐后取得了良好的效果。

3 結束語

柳化UAN溶液生產裝置自2015年建成投產以來，經過不斷的技術攻關和優化調整，已成功生產出總氮含量≥32%的UAN溶液產品，裝置產能達到1200t／d，產品質量達到《尿素硝酸銨溶液》（NY2670—2015）的要求，客戶反映良好，既豐富了公司的產品品種，又促進了生產系統的節能減排，取得了經濟效益和社會效益的雙豐收。