尿素甲醛预缩液(UFC)生产技术及产品特点

张华民

1 概述

脲醛预缩液(UFC) 是尿素和甲醛溶液进行预聚反应生成的预聚溶液。该预聚体系在化学结构上是羟甲基脲和甲醛的混合物水溶液。该预聚溶液最高浓度可达85% ，即UFC85 (尿素和甲醛含量为85%，水和其他为15%)。UFC主要有两大应用，一种应用是作为化肥尿素颗粒的包覆，另一种应用就是作为人造板用脲醛胶的原料。UFC用于脲醛胶的生产，在欧洲、俄罗斯和南美比较普遍。在中国也有少数厂家尝试过，但至今没有形成规模化生产和应用。

2 UFC 生产工艺

UFC 的连续生产工艺基于铁钼法生产甲醛的工艺（如图1），是目前全球广泛采用的UFC典型生产工艺。国内广泛使用的银法甲醛工艺无法用来生产UFC。国内有厂家尝试使用反应釜生产UFC,但该方法制得的UFC浓度较低，且每批次UFC量不易保持一致。

UFC工艺流程可以概括为：首先新鲜空气由加压风机吸入系统，再经过循环风机和从吸收塔出来的废气进行混合，以降低系统内的氧气含量；此混合气体在蒸发器中与甲醇气体进行混合，甲醇气化所需的热量来自于装置本身的余热，无需外部热源；甲醇和空气的混合气体进入反应器，经铁钼催化剂氧化为甲醛；反应后的气体进入吸收塔，甲醛或UFC产品由塔底泵出，废气从塔顶排出，一部分经循环风机和新鲜空气混合再次进入系统，另一部分被送往尾气处理单元（ECS），经催化剂处理达到洁净排放。

图1 典型的铁钼法甲醛和UFC工艺原理Fig.1 Typical process of iron molybdenum formaldehyde and UFC

该工艺的主要步骤之一：甲醇工艺气体氧化转化为甲醛是一个放热反应，在此过程中，利用导热油（HTF）的气化移走反应器内所产生的热量，控制反应温度。HTF通过与锅炉给水换热而冷凝，所回收的热量用于生产蒸汽。反应器出口的工艺气体首先在蒸发器内由反应器的进料冷却，然后进入吸收塔。在吸收塔内，甲醛若被水吸收，则得到的是甲醛溶液（甲醛含量37%～57%）。若将吸收用工艺水改为尿素溶液，同时严格控制吸收塔各段的pH值，则在塔底可直接获得UFC产品。UFC最高浓度可达85%，即UFC85。然后，气体循环返回风机。惰性气体和在副反应中生成的少量有机物通过排放控制系统（ECS）处理后排出。在ECS中，预热后的气体流经一个贵金属催化剂床，使可能存在的污染物含量降到环境可接受的极低水平。清洁气体中的热量被回收，可用于生产额外的蒸汽或使蒸汽过热。由于在工艺设计中的精细开发，加上采用了优选的催化剂装填方案，系统压降较低，因而在整个范围内电耗很低。通常情况下，使用两级离心风机进行循环，配套罗茨风机实施加压。这种组合很适合速度控制，并且单位电耗较低。此外，在很宽的操作范围内运转良好，从而使装置具有优异的操作灵活性。

3 UFC 的优缺点

UFC 性状稳定，浓度高（UFC85，甲醛和尿素总含量为85%），主要优点为：1）性状稳定方便运输，可作为普通化学品（非危险品）运输；2）运输的经济性远远高于37%甲醛溶液，可实现常温下长距离运输；3）存储时间长，通常为3～5个月，最长可达6个月；更容易安排生产计划；4）制胶过程无需脱水，尤其是生产高固含量的胶水时其优势更为明显，不但节约了能耗，而且无含稀醛废水的产生，同时缩短了每批制胶的时间；5）制胶工艺和使用甲醛溶液相似，可使用现有制胶设备；6）本身无甲醛挥发，改善制胶车间环境，大大降低总VOC排放；7）连续法生产，产品质量稳定一致，更容易制备质量一致的胶水。但是UFC 也有其缺点，主要是只能用于生产脲醛胶，不能用于生产酚醛胶/树脂等。

4 UFC 国内外应用现状

在欧洲、俄罗斯和南美广泛采用UFC生产脲醛胶。如德国爱格板所用的脲醛胶都是采用此工艺生产的UFC85作为原料，由于该工艺确保了UFC85的产品质量一致，因此制胶车间就容易保证胶水的质量一致，进而确保板材质量的一致性。

俄罗斯地域辽阔，且气温较低，不利于甲醛的存储和运输，因此在俄罗斯，主要采用UFC85制备脲醛胶，且UFC85是由几家大型化工公司生产，然后通过火车运送到板厂附近的制胶车间。

我国人造板工业起步较晚，产能比较分散，相应的甲醛产能也比较分散；且由于之前经济发展水平限制，采用铁钼法甲醛技术困难较大，因而一直没有UFC产品真正被应用。但随着消费者对健康和环保的需求越来越高，国家也越来越重视，相应的法规对甲醛释放量、生产中的废水以及VOC排放等要求越来越严格，这就提高了对胶黏剂品质以及其生产过程的要求，基于UFC85 的优点，其应该得到国内厂商的重视。另一方面，一些小型甲醛生产装置被要求关停，同时已有一些地方政府要求甲醛生产装置作为危险化工装置必须进入化工园区，因此甲醛产能会越来越集中，对大型的甲醛生产装置的需求将增加。考虑到铁钼法甲醛的运行经济性，大型的甲醛生产厂家应该考虑采用铁钼法甲醛工艺技术，同时可生产UFC85，这样就为市场上获得UFC产品提供了很好的条件。