孔佩佩
（河南能源化工集团中原大化公司，河南 濮阳457000）
［摘 要］车用尿素业内高纯度尿素主要通过工农业用尿素重结晶过滤法去除杂质及金属离子、缩二脲等制得，而河南能源化工集团中原大化公司利用现有气头尿素装置通过技术改造、优化操作，具备直接生产车用尿素颗粒或溶液的条件，相较于传统的尿素颗粒溶解重结晶过滤法生产车用尿素溶液，其产品成本更低、质量更优。简介中原大化车用尿素颗粒产品质量指标，阐述车用尿素颗粒质量的影响因素及中原大化为控制车用尿素颗粒的缩二脲、水分、阴/阳离子、亚甲基二脲、不溶物和固态杂质含量等所采取的管控措施，并展望车用尿素的发展趋势。
［关键词］车用尿素溶液；气头尿素装置；车用尿素颗粒；产品质量指标；影响因素；控制措施；车用尿素发展趋势
［中图分类号］TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0032-03
0 引 言
近年来，伴随机动车排放标准的提升，车用尿素溶液（尿素浓度为32.5%）用作柴油车SCR系统尾气净化液（催化还原柴油车尾气中的氮氧化物）的关注度逐年提高，市场前景广阔。车用尿素溶液由高纯度尿素溶于高纯水中制得，而工农业用尿素产品对缩二脲、金属离子、酸根等质量指标的要求相较于车用尿素产品要低。车用尿素业内高纯度尿素主要通过工农业用尿素重结晶过滤法去除杂质及金属离子、缩二脲等制得，而河南能源化工集团中原大化公司（简称中原大化）生产车用尿素所用的车用尿素颗粒，是利用现有氨汽提法尿素装置（上游合成氨装置以天然气为原料）通过优化工艺指标、严控生产过程直接制得的，下游用户只需将车用尿素颗粒溶于高纯水并经超滤膜过滤即可配得符合《柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液（AUS 32）》（GB 29518—2013）要求的浓度为32.5%的车用尿素溶液。以下就中原大化车用尿素颗粒生产及其质量管控作一介绍。
1 车用尿素颗粒产品质量指标
中原大化尿素产品（颗粒）质量执行国家标准《尿素》（GB/T 2440—2017），车用尿素颗粒质量（合格品）则执行企业标准（Q/ZYDH001—2016，Q/ZYDH001—2016是在GB 29518—2013基础上修订而得），具体质量指标如下：总氮（N）（以干基计）≥46.4%，缩二脲≤0.8%、水分≤0.7%、碱度（以NH3计）≤0.03%、水不溶物≤0.005%、磷酸盐（以PO43-计）≤1×10-6、亚甲基二脲（以HCHO计）≤12×10-6、钙≤1.0 mg/kg、铁（以Fe计）≤0.5 mg/kg、铜≤0.4 mg/kg、锌≤0.4 mg/kg、铬≤0.4 mg/kg、镍≤0.4 mg/kg、铝≤1.0 mg/kg、镁≤0.5 mg/kg、钠≤0.5 mg/kg、钾≤0.5 mg/kg，粒度（d=0.85～2.80 mm）≥90%。
总体而言，中原大化车用尿素颗粒相较于工业尿素（尿基复合肥原料）与农用尿素产品质量指标要求更严格，而工农业用尿素产品对大多数金属离子含量不作要求，这也就导致大多数尿素企业以生产工农业用尿素产品的标准生产车用尿素难以达到质量要求，不得不使用重结晶法去除尿素颗粒中多余的缩二脲和金属离子等，如此一来会增加车用尿素的生产成本，目前只有部分大型尿素装置通过优化改造与操作控制可直接生产出合格的车用尿素颗粒供用户配制车用尿素溶液。
2 车用尿素颗粒质量影响因素及控制措施
中原大化的氨汽提法尿素装置是从意大利斯纳姆公司成套引进的，设计产能为520 kt/a（1 760 t/d），上游合成氨装置（以天然气为原料）采用伍德公司的合成氨生产工艺，于1990年5月建成投产；中原大化于2015年开始利用现有氨汽提法尿素装置通过优化操作生产车用尿素颗粒，目前生产销售量达到200 kt/a，车用尿素颗粒质量影响因素及控制措施具体如下（碱度、磷酸盐、粒度这三项指标按照生产农用尿素的操作控制即可实现，在此不赘述）。
2.1 原料的选择
目前国内合成氨装置生产原料主要有煤炭与天然气两种。从工艺上来看，虽然车用尿素对原料纯度要求高于一般工业需求，但目前国内尿素生产工艺已能满足实际应用需求；从技术角度而言，气头合成氨装置相较于煤头合成氨装置，其产出的CO2和液氨纯度更高、副反应少、杂质含量低，生产出的尿素颗粒纯度高，后续处理更简单，在系统优化控制的条件下完全可达到生产车用尿素颗粒的要求，更适用于生产车用尿素。
2.2 缩二脲的控制
缩二脲是尿素生产过程中的副产品 ［2CO(NH2)2====NH2CONHCONH2+NH3］，其反应为吸热反应，温度越高，越有利于缩二脲的生成；尿素生成缩二脲的反应是一个副产氨的反应，尿液中的氨对缩二脲的生成有抑制作用；尿液浓度越高，越有利于生成缩二脲；缩二脲的生成还与尿液在设备内的停留时间成正比，停留时间越长，生成的缩二脲越多。在氨汽提法尿素装置高压、中压、低压系统中，虽然温度较高，但由于系统内游离氨含量较高，累计生成缩二脲的占比并不高；反而是在蒸发系统，虽然尿液温度相对更低，停留时间相对更短，但由于尿液浓度较高、游离氨含量少，蒸发系统生成缩二脲的速率远大于前系统，蒸发系统的优化控制对减少成品尿素颗粒缩二脲含量效果较明显。缩二脲微溶于水，易形成垢层而堵塞SCR催化还原系统喷嘴，而且缩二脲会使SCR催化剂中毒（降低催化剂活性），按照GB 29518—2013的要求，车用尿素溶液缩二脲含量≤0.3%，折合（车用尿素颗粒稀释约3倍得到浓度为32.5%的车用尿素溶液）为颗粒尿素缩二脲含量≤0.9%。中原大化车用尿素（颗粒）质量企业标准为缩二脲含量≤0.8%，近年来生产的车用尿素颗粒缩二脲含量可控制在0.8%以下（月均值在0.73%左右），为保证车用尿素颗粒产品质量，采取了如下措施控制成品中的缩二脲含量。
（1）尿素装置维持高负荷、稳定运行，系统内物料停留时间相对较短，出料快，工艺指标稳定且易控制，系统温度与液位波动小。现有生产条件下，据近年来的经验，中原大化尿素装置负荷（CO2流量）＞24 km3/h、造粒量＞45 t/h时可保证成品缩二脲含量＜0.8%，不影响车用尿素颗粒的生产。
（2）尿素装置高压、中压、低压系统各设备液位尽量维持在低限，尤其是蒸发预浓缩储槽液位和蒸发系统一段、二段液位，预浓缩器储槽液位（L104）控制在80%以下、蒸发二段分离器液位（L107）控制在50%以下，以减少尿液在设备内的停留时间。
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