我國尿素行業研究知識圖譜分析

郭和剛

中國成達工程有限公司 成都 610041

我國糧食產量的增加與氮肥施用存在正相關關系[1]，其中尿素是我國糧食增產和不斷發展的重要基礎。雖然尿素生產是一門古老而傳統的生產技術，但大型尿素生產裝置的工程配套技術卻是尖端技術工程化的結晶。分析近年來我國尿素行業相關文獻，厘清領域內的研究熱點及其演化，有利于掌握尿素相關技術的發展動態，對提高尿素行業整體技術水平、環保水平和優化尿素相關產品結構有重要的指導意義。

1 研究數據與方法

以“尿素生產”為研究主題在中國知網進行文獻檢索，檢索時間范圍為2010～2020年，共檢索出3500篇期刊論文，作為本研究樣本文獻。

Citespace是由美國陳超美教授[2]研發的一款學術動態追蹤軟件，運用文獻計量學的方法，從大量文獻中給出熱點技術領域及其研究趨勢和演化方向，并以可視化圖譜的方式加以呈現。

2 知識圖譜分析

基于3500篇文獻生成的知識圖譜見圖1。

可見近十年我國尿素行業共形成了尿素工藝、尿素裝置(裝備)兩個重點技術領域。圖中X軸為文獻發表年份，Y軸為技術領域，節點大小代表相關研究的文獻數量，文獻數量越多則節點越大。如果檢測到某個節點的文獻數量在短期內迅速增加，則認為該節點為近期研究熱點，并以紅色標記。知識圖譜為我們了解各領域的演進路徑提供了非常直觀而準確的參考。

圖1 我國尿素行業研究知識圖譜

3 尿素工藝技術領域研究熱點分析

由圖1可知，尿素工藝領域的相關研究由2010年持續到2020年，在2010年附近形成第一個研究熱點“二氧化碳汽提法”，在2011年附近形成第二個研究熱點“水溶液全循環法”，2015年附近形成了第三個研究熱點“尿素增值技術”。

3.1 二氧化碳汽提法

在“二氧化碳汽提法”這一研究熱點中，中煤鄂爾多斯能源化工有限公司武志寬[3]從工藝設計、工藝操作、工藝安全、設備防腐、能耗以及項目投資等方面對比分析了二氧化碳汽提法尿素生產工藝與氨汽提法尿素生產工藝的特點，結果表明，Stamicarbon的Urea 2000PlusTM二氧化碳汽提法工藝優于氨汽提法工藝和改良二氧化碳汽提法工藝。中國五環工程有限公司夏炎華[4]介紹了高效合成、低能耗尿素技術(THESES)的工藝流程和技術特點，從能耗、設備布置、操作、維護和技術風險等方面闡述了THESES的技術優勢。北京眾聯盛化工工程有限公司廖容波[5]對二氧化碳汽提尿素裝置擴能改造進行總結，采用中壓分流的CO2汽提尿素增產節能技術對原尿素裝置進行擴能改造，改造后，CO2汽提尿素裝置的產能從1350t /d 提高至1800t /d，取得了顯著的增產、節能、降耗效果。

“二氧化碳汽提法”這一熱點主題引導了尿素工藝技術領域低能耗尿素技術、降低投資成本、增產節能技改和環保安全等方面的研究進展。

3.2 水溶液全循環法

在“水溶液全循環法”這一研究熱點中，中國石油和化工報記者劉鵬程[6]將JX節能型1000t/d尿素工藝與傳統水溶液全循環法工藝進行比較，認為前者具有流程簡單、操作容易、運行穩定、安全可靠、環保、節能等優點，處于同類裝置領先水平，適合用于現有水溶液全循環法尿素裝置改造和新建尿素裝置。該技術也因此被列為國家發改委公告的第三批重點推廣節能項目。該技術包括高轉化率液相逆流換熱式新型尿素合成塔、尿素新型中壓吸收塔以及分梯度逐級回收熱能的中低壓分解、回收新工藝，是這三部分的集成體，解決了本領域關鍵性、共性的技術難題，能耗水平和傳統二氧化碳汽提工藝相當，投資省20%～30%，具有極好的市場前景。湖南智成化工有限公司錢鏡清[7]從預分離-預蒸餾工藝流程、一蒸加熱能回收率、閃蒸加熱器及相關的工藝調整等角度介紹了我國原創的節能型水溶液全循環法尿素生產工藝，并將其與Stamicarbon工藝進行對比，同等條件下可節省一半的建設費用。中化吉林長山化工有限公司薛壽田[8]的文章描述：針對中國五環工程有限公司(原化四院)設計的兩套水溶液全循環法尿素生產裝置出現的尿素系統加工能力與合成氨產能不匹配問題，工廠進行綜合改造，改造后尿素產能大幅增加，年凈節約資金人民幣800余萬元。

“水溶液全循環法”這一熱點主題引導了尿素工藝技術領域自主研發、節能降耗和環保安全等方面的研究進展。

3.3 尿素增值技術

我國為尿素生產大國，尿素生產與施用現狀目前存在的主要問題有：產能過剩、肥料利用率低和環境污染，基于此，在“尿素增值技術(也叫尿素增效技術)”這一研究熱點中，中海石油化學股份有限公司曲均峰[9]綜述了國內近期硫包衣尿素、多肽尿素、腐植酸尿素等7種增值尿素的科研開發及應用概況，并對我國增值尿素肥料產業未來的發展提出了建議。安陽化學工業集團有限責任公司金興玲[10]研究發現世界上許多國家都在開發肥料增效劑，對尿素產品進行改性增效。國內尿素生產企業在原有產品的基礎上陸續推出了多種具有發展前景的尿素增值產品，為傳統尿素行業增添了新的活力。調整尿素企業產品結構，提高市場競爭力，實現農業生產與生態協調發展，開發成本低、利用率高、工藝簡單的尿素增值新產品勢在必行。

可見，開發尿素增值技術符合國際上“緩效化、流體化、復合化、專用化、高效化”發展趨勢，對有效提高肥料利用率具有重要的指導意義。同時它必將對我國現代農業生產起到積極的推動作用，對實現我國經濟發展和減少氮素污染、達到“增產、增效、減污”的農業持續發展目標均具有重大的社會意義。

“尿素增值技術”這一熱點主題引導了消化產能過剩、尿素增值技術、增值肥料、緩/控釋化學肥料等方面的研究進展。

4 尿素裝置(裝備)領域研究熱點分析

由圖1可知，尿素裝置(裝備)領域的相關研究由2010年持續到2019年，在2011年附近形成第一個研究熱點“尿素合成塔”、2015年附近形成了第二個研究熱點“尿素水解解吸系統”。

4.1 尿素合成塔

在“尿素合成塔”這一研究熱點中，安徽六方深冷股份有限公司陳林[11]在尿素合成塔的主要破壞形式及預防措施研究和國家及行業相關標準規范的調研基礎上，論證了采用多層整體包扎技術制造尿素合成塔的可行性，通過對不銹鋼襯里、加強板、環焊縫等的檢測和氦檢漏試驗發現，與傳統尿素合成塔相比，無深環焊縫，減少了由應力集中造成的安全隱患，多層整體包扎尿素合成塔具有合理的結構設計、先進的制造工藝、較短的生產周期和低廉的制造成本，適合向產品大型化發展。錢鏡清[12]調研發現，上海海懋公司的駝峰式氣室型塔板、武漢綠寰公司的旋流式塔板、中國五環工程有限公司的折流式塔板等我國自行開發的尿素合成塔塔板，使CO2轉化率由引進工藝的63%提高至70%以上；魯南、中國五環工程有限公司、齊魯一化等研發的預分離器，使噸尿素汽耗降至900 kg。在上述尿素合成塔塔板和預分離工藝結合形成的預分離-預蒸餾工藝基礎上，增加中壓段多回收反應熱裝置(即為我國原創的Q-1100水溶液全循環法尿素工藝)，具有預分離效率高、擴能增產簡單、噸尿素耗能低等優點。四川天華股份有限公司譚瑋[13]調研了30多套引進的意大利斯那姆氨汽提尿素生產工藝，通過研究尿素合成塔的氨碳比、內襯材料、容積、塔盤，汽提塔的材料、填料、塔盤，中壓分解吸收裝置、防爆措施等工藝設計的變化，從中發現了氨汽提尿素工藝近期的工藝改進方向，為新建工廠的工藝設計和已建成工廠的工藝改進提供了有益參考。山東大學王威強教授[14]回顧總結了世界范圍內的哥倫比亞、美國路易斯安那、河北遷安、山東平陰、緬甸爆炸事故等尿素合成塔爆炸事故案例和分析報告，分別從塔體和上部構件分析爆炸原因并分類總結了爆炸研究進展，建議對大型壓力容器進行爆炸過程反演、爆炸原因溯源和模型試驗研究，以提出正確的防范尿素合成塔爆炸的有效措施，保障尿素合成塔的安全生產。

“尿素合成塔”這一熱點主題引導了尿素裝置(裝備)技術領域高效塔盤、設備防腐、檢漏系統和尿素高壓設備耐蝕材料的發展及選用等技術的研究進展。

4.2 尿素水解解吸系統

在“尿素水解解吸系統”這一研究熱點中，江蘇靈谷化工有限公司許昆嶺[15]等對尿素裝置采用的臥式水解系統大修前后運行情況進行調研，發現造成解析廢液電導率超標的主要原因是解吸塔上塔內規整填料嚴重腐蝕導致解吸效率下降。更換解吸塔上塔填料后，實際解吸超出設計負荷30%的情況下，解吸廢液仍能達標。由此，提出了解吸水解系統在運行中應注意的事項，實現了尿素裝置系統的擴容、優化和穩定運行。塔里木油田石化分公司王懷占[16]研究了該廠尿素裝置投產以來水解系統始終運轉不正常的原因是超負荷運行下發生液泛和單羥甲基脲系統失靈導致的甲醛殘留。采用立體高效傳質塔盤對解析塔進行改造，改造后水解系統處理液含氨和尿素質量濃度均降至合理水平，各項控制參數均處正常范圍，徹底解決了水解系統的液泛和甲醛殘留問題，最高負荷達135%下仍能達到設計指標要求且運行穩定。

“尿素水解解吸系統”這一熱點主題是由解決尿素裝置環保的問題發展而來，該系統不僅解決了環保問題，而且工藝冷凝液中氨和CO2的回收利用也使原料消耗大幅降低。

5 結語

結合citespace的知識圖譜分析發現，近十年我國尿素行業形成了尿素工藝研究和尿素裝置(裝備)研究兩大技術領域，尿素工藝技術領域的研究熱點為二氧化碳汽提法、水溶液全循環法和尿素增值技術；尿素裝置(裝備)技術領域的研究熱點為尿素合成塔和尿素水解解吸系統。已有研究者將其它行業的成熟技術應用到尿素裝置的改擴建當中，也有研究者在尿素工藝方面研發了新的專利技術并應用于項目中。綜上所述，目前我國尿素行業正處于創新發展、轉型升級的關鍵時期，提高行業整體技術水平、環保水平和優化產品結構，是未來行業發展的主要方向。