二氧化碳气提法尿素合成工艺的安全因素剖析

石正国，王涛玉

(1.贵州应用技术职业学院，贵州 福泉 550500;2.广工揭阳理工学院，广州 揭阳 522031)

尿素，又称碳酰胺(carbamide)，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物是一种白色晶体。最简单的有机化合物之一，是哺乳动物和某些鱼类体内蛋白质代谢分解的主要含氮终产物。也是目前含氮量最高的氮肥。

尿素可以用来制取高聚物合成材料、生产塑料漆料及胶合剂，也可用作利尿剂、镇静剂、止痛剂等。临床用30%高渗尿素溶液作为脱水剂。由经肾小球滤过后，约50%从肾小管中再吸收，其余50%留在肾小管内。如给予足够剂量，可在小管内产生高渗压而有利尿作用。该药主要用于降低颅内压治疗脑水肿，降低眼内压治疗青光眼。尿素的脱水作用迅速，15～30min起作用，可维持3～6 h。可明显改善颅内高压症状。但由于尿素能逐渐穿透血脑屏障而进入脑脊液及脑组织中，带入水分，故有“反跳”现象，颅内压回升，脑脊液压力甚至可超过治疗前水平。所以注射尿素后，须加用其他脱水利尿药物。外用尿素软膏或乳膏可使皮肤软化，防止手足皲裂。

截止目前，已经开发了50多种尿素合成生产工艺，但工业上尿素生产的核心工艺是用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成，经二氧化碳气提法分离回收未转化物后，在甲醛的辅助下，在造粒塔内喷洒造粒的尿素产品。

中国是世界上最大的化肥生产和消费大国。消费高峰期一个月的生产量可达到200万吨。尿素属于微毒类物质，对眼睛、皮肤和黏膜有刺激作用，对环境也可能有危害，也可能造成水体污染。尿素生产过程中的工艺及设备方面的安全风险不容小视，如叶凯[1]、刘建章[2]对尿素生产的设备风险进行了广泛的研究。本文结合工艺及设备的管理要求，对尿素生产工艺进行剖析。从安全生产与职业健康的角度对尿素生产合成工艺的安全因素作初步的剖析，并制定一定的应对措施，与业界一并交流。

1 原料二氧化碳的安全风险及应对措施。

尿素的原料二氧化碳是碳原子与氧原子以1∶2的比例结合而形成的化合物，化学符号表示为CO2。在常温常压下是无色无味气体，为空气重量的1.5倍。二氧化碳气体是一种窒息性气体，即使在氧气浓度正常的情况下，高浓度的二氧化碳也会使呼吸系统失效。当其浓度为10%或更高时，会使人失去知觉或死亡。

应对措施：①加强通风，通过通风来降低空气中的二氧化碳浓度，最大限度降低泄漏二氧化碳带来的危害。②加强生产现场二氧化碳贮罐、管道的压力监测，监测并及时发现可能的二氧化碳泄漏。

参照二氧化碳安全技术说明书，使用二氧化碳气体的预防措施：应回避热源；禁止在靠近热源或明火处使用或贮存；贮存于密封的容器中；置于阴凉处；在运输中钢瓶上要加装安全帽和防震橡皮圈；穿防护服和戴手套。

事故响应：万一发生吸入性事故，将患者移至新鲜空气处并保持安静；如呼吸停止，进行人工呼吸，如果呼吸困难，供给氧气；皮肤接触：若有冻伤，就医；眼睛接触：若有冻伤，就医。

2 尿素生产中的易燃易爆因素及应对措施

生产尿素的原料液氨本身不具备燃烧性，常温下氨是一种可燃气体，但较难点燃。爆炸极限为16%～25%，最易引燃浓度为17%。产生最大爆炸压力时的浓度为22.5%。

氨基甲酸铵为化学工业中尿素生产过程的生成物，被加热为尿素。氨基甲酸铵为有毒物品，毒性分级是中毒，急性毒性为静脉-大鼠LD50值为毫克/公斤，静脉-小鼠LD50值为77毫克/公斤。氨基甲酸铵可燃，燃烧放出有毒氮氧化物和氨气。

氨气-氢气-氧气的混合气体具有爆炸性。成为潜在的不安全因素。生产过程中氧化为防腐蚀的一种有效手段，要预防这种混合型爆炸气体的形成，只能是降低氢气的含量，杜绝合成体系中的氢气产生。

3 设备防腐与高压操作的防护

尿素生产合成的压力维持在14MPa左右，属于典型的中压容器(M)范畴。从生产管理来看，容器有压力要求，并且内容物有一定的毒性和腐蚀性。故设备的制造、操作均需要有特种设备的相应资质许可。作为压力设备，使用过程中进行压力监测和泄漏测试，都是必不可少的常规手段。

此外，由于生产期间设备是带压运行。所以，设备的防腐蚀及维护就显得特别的重要。根据尿素合成生产中的不同腐蚀机制，主要的防护工作就是要确保生产容器内部的氧化膜保护层的完整性，通过工艺中使用氧气、过氧化氢来确保氧化膜的完整。生产结束或开始前进行必要的钝化操作，确保设备在使用前的氧化膜是完整的，对于设备的防护具有十分重要的意义。关于设备的钝化，有一点需要提出来讨论，那就是不锈钢设备本身在常温下，也有一定的氧化膜的形成，但是其不够致密。所以一般工艺中认为125℃的温度进行钝化是能够满足工艺要求的。既然设备表面的钝化处理是为了满足工艺要求而进行的，而且设备的最高温度可达170℃，那么在条件最差的情况下进行试验，考虑到氧化膜的致密性要求，是否有必要提高钝化温度到175℃？这样就可以获得更好的钝化膜致密性，也就减少了设备维护保养的频繁钝化操作。

4 甲醛的使用与防护措施

在尿素生产的造粒阶段，尿素熔融液造粒时要加入少量甲醛，以提高尿素成品的造粒质量[3]。甲醛为原生质毒素，属于毒性较高的物质，被世界卫生组织列为致癌和致畸物质，接触后对皮肤、黏膜产生强烈的刺激作用。甲醛与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为7%～73%。

综上所述，尿素合成中的材料具有易燃易爆性，生产现场需要避免明火、电火花，并防止静电的产生。此外，甲醛、氨基甲酸铵对人体有毒，再者这两个物料与产品尿素仪器对皮肤和黏膜有明显的刺激作用。在生产过程中，任何阶段应严禁裸手操作，做好生产操作人员的防护，生产管理中，还要注意设备制造商、生产操作人员的高压特种设备资质许可，应能满足管理的要求。