1、第49卷第1期2011年2月化肥設計Chemical Fertilizer DesignFeb2011氨酸法造粒工藝在尿基復合肥生產裝置的應用羅斌1,束維正1,2(1中鹽安徽紅四方股份有限公司,安徽合肥230022;2合肥市新型肥料工程技術研究中心,安徽合肥230022摘要:簡述了采用氨酸法造粒生產工藝的尿基復合肥裝置的生產原理、工藝流程、主要設備、工藝指標、技術特點及生產成本。結果表明,采用氨酸法造粒工藝可使尿基復合肥裝置獲得降低成本、減少消耗、改善質量、提高產量以及穩定運行的良好效果。關鍵詞:氨酸法造粒工藝;管式反應器;尿基復合肥;應用中圖分類號:TQ444文獻標識碼:B文章編號:1004

2、8901(201101003503Application of Prilling Process by Ammonia/Acid Method in Productive Plant of Urea BaseCompound FertilizerLUO Bin,SHU Wei-zheng(1Zhongyan Anhui Hongsifang Stock Company Ltd,Hefei Anhui230022China;2Hefei City New Type Fertilizer Engineering Technology Research Centre,Hefei Anhui23002

3、2ChinaAbstract:Author has briefly described the productive principle,process flow,main equipment,process index,technical features and production cost for the urea base compound fertilizer plant in which the ammonia/acid method was adopted for the prilling production processUsing prilling process by

4、ammonia/acid method can make the cost to be decreased,consume to be reduced,quality to be improved,production to be increased and running effect to be good and stable for the urea base compound fertilizer plantKey words:prilling process by ammonia/acid method;tube type reactor;urea base compound fer

5、tilizer;application為改善尿基復合肥裝置生產質量,降低制造成本,提高產品競爭力,筆者以10萬t/a尿基復合肥裝置為例,介紹一種氨酸管式反應器噴漿造粒新技術。采用該工藝技術后,尿基復合肥裝置可生產高氮、高磷、高鉀和均衡型等多種規格復合肥,且在造粒工況、生產能力、產品質量、操作彈性、制造成本等方面具有顯著優勢。1生產原理液氨與稀釋后的濃硫酸在管式反應器內進行中和反應,生成高溫低濕硫酸銨料漿并釋放出大量熱量;造粒機內的磷一銨、氯化鉀等原料溫度得到提高,加快了磷一銨與氯化鉀進行復分解反應生成磷酸二氫鉀和氯化銨的速度,反應生成的氯化銨和原料氯化銨共同與氯化鉀形成氯化銨鉀復鹽固溶體(NH

6、4,KCl;同時硫酸銨料漿又與氯化鉀發生復分解反應生成硫酸鉀和氯化銨,反應生成的硫酸鉀再與硫酸銨形成硫酸銨鉀固溶體(NH4,K2SO4;反應生成的磷酸二氫鉀與磷一銨又形成磷酸銨鉀固溶體(NH4,KH2PO41;另外尿素與氯化銨反應生成復鹽CO(NH22NH4Cl,過量液氨與磷酸一銨反應生成磷酸二銨2。造粒機內多種原料間發生化學反應生成的物料,改善了造粒原料的物性,能滿足造粒所需液相和黏性,在造粒過程中起到團聚成粒作用,提高造粒成球率3。2工藝流程(1磷酸一銨、氯化銨、氯化鉀等原料經計量、破碎、混勻后與系統返料一起進入造粒機內構成造粒床層,由尿素溶融裝置送來的尿液經計量后,由特制霧化噴嘴均勻地噴

7、灑到造粒床層上。(2稀硫酸和液氨分別經過計量后同時進入管式反應器,瞬間產生中和反應,生成溫度較高的基金項目:安徽省科技攻關計劃重大項目(08010302117、安徽省科技攻關計劃項目(08010302177、2010年度中國鹽業總公司重點資助項目。作者簡介:羅斌(1963年,男,安徽合肥人,工程師,碩士,公司常務副總經理,從事化工企業生產技術管理和企業管理等工作。53硫酸銨料漿,并產生壓力將硫酸銨料漿噴入造粒床層上,粉狀物料與尿液、硫酸銨料漿混合,在高溫下各物料間發生復分解反應生成復鹽,形成一定液相的固溶體,進入轉鼓造粒機內滾動造粒。(3造粒后物料經一段干燥、二段冷卻和粗細篩分,合格顆粒經防結

8、塊包裹處理后,包裝得產品。(4篩分后的大顆粒物料經粉碎后與篩下的粉狀物料一起返回造粒機內重新造粒。(5造粒過程中產生的尾氣均經文丘里洗滌器洗滌后放空,洗滌液送配酸工序予以回收,干燥與冷卻的尾氣分別經旋風除塵器和濕法除塵器除塵處理,回收的粉塵直接返回造粒機內。氨酸法造粒生產復合肥工藝流程見圖1 。圖1氨酸法造粒生產復合肥工藝流程3技改方案10萬t /a 尿基復合肥裝置采用氨酸法造粒工藝進行技改時,需增設1套管道反應器系統,并對造粒機系統和造粒尾氣處理系統實施技術改造。3.1增設管式反應器為保證硫酸與氨的充分反應,安裝1根固定好的耐酸腐蝕程度高的管道反應器,操作溫度可達350,操作壓力為02 03

9、MPa 。為方便檢修,管式反應器的入口端恰好位于造粒機進料端的外面,反應器出口管與造粒機呈水平狀伸進造粒機內。氨和硫酸在管式反應器內進行反應并產生壓力,在高壓氣流作用下,將生成的硫酸銨料漿霧化均勻地噴涂于造粒物料表面,且料漿流量穩定,能與物料按一定比例充分混合團聚成粒,從而有效提高造粒成球率。若氨酸反應采用懸埋式雙噴管技術,易造成物料反應不完全,進而產生局部物料粘結、堵塞等現象。另外懸管容易彎曲變形,氨酸流動受阻,導致管道開裂,中和反應無法正常進行,影響造粒成球。為解決管式反應器中硫酸、液氨的計量問題,分別在硫酸、液氨輸送管線上增加1臺流量計。針對管式反應器操作不正常或停車時的堵塞問題,增設1

10、套蒸汽吹掃系統,在管式反應器上設計1個蒸汽入口,原造粒機內的蒸汽管最好保留(不用氨酸法造粒時,可切換生產。3.2造粒機系統改造原造粒機內壁襯有不銹鋼鋼板,由于液氨與硫酸反應劇烈,生成的料漿很黏稠,極易粘結內壁,需經常停車清理,影響設備的正常運轉和有效開車時間。為避免內壁粘壁和腐蝕,需對造粒機進行改造。技改措施是在造粒機內壁增設1層由若干塊耐酸、耐磨、耐高溫天然橡膠板組成的橡膠內襯,并在造粒機筒體上設置數個氣孔。當造粒機運轉時,橡膠襯板在物料重力和氣體鼓動的作用下,產生周期性的抖動,粘壁的物料自然脫落,防粘壁效果非常明顯。為便于收集和處理氨酸法造粒產生的廢氣,在造粒機的頭、尾兩端分別增加了密封裝

11、置。3.3造粒尾氣處理系統改造硫酸與氨在管式反應器中發生劇烈反應,放出大量的熱量,使水分得到閃蒸,產生大量的水蒸氣,同時有過量的氣氨逸出,如果不經處理直接排放,既浪費資源又污染環境,為此增加1臺造粒尾氣引風機和1套文丘里洗滌裝置(包括洗滌塔、洗滌液槽、洗滌液泵。造粒尾氣用稀硫酸作吸收洗滌液處理,可提高氨的回收率,減少環境污染。若采用水進行循環洗滌,由于循環液溫度較高,尾氣中的氨在洗滌液中溶解度小,且容易飽和而造成污染事故。該洗滌液自身內部循環使用,達到一定濃度后,通過泵輸送至配酸工序,使資源得到充分利用,并改善現場環境。4工藝指標10萬t /a 尿基復合肥裝置采用氨酸法造粒工藝時,其主要工藝指

12、標如下。4.1配酸工段濃硫酸質量分數98%,稀釋時間40 50min ,稀酸液位1/2 2/3,稀釋溫度25 35,稀硫酸質量分數50% 60%。4.2造粒工段每噸固體物料需液氨15 30kg 、稀硫酸16 40kg 、尿漿90 300kg 。管式反應器溫度90 130,造粒物料溫度60 85,造粒物料pH 值為58 70,造粒物料成球率75% 90%,造粒機出口物料水分20% 30%。4.3干燥、冷卻和包膜工段干燥熱空氣進口溫度220 280,尾氣出口溫度60 85,冷卻機出口物料溫度45 55,包膜機出口物料溫度40,粒徑100 475mm 。63化肥設計2011年第49卷5氨酸法造粒技術

13、主要特點5.1解決生產過程中造粒物料物性差的問題尿基復合肥原料中通常使用尿素較多,由于尿素溶解度較大,尿素與磷銨生成的尿素磷酸鹽等加合物的溶解度更大,易造成干燥機、溜槽、破碎機等設備結垢和堵塞,采用氨酸法造粒工藝可較好地解決上述問題。按氨酸法造粒的工藝要求,先用尿液造粒,再在成型顆粒上涂布1層硫酸銨料漿,由于硫酸銨不能與磷銨生成低溫共熔物,與其他原料也有良好的配伍性,這樣的顆粒外層有硫酸銨保護,顆粒之間的尿素與磷銨反應機會將顯著降低4。同時采用氨酸管式反應器可防止硫酸與尿素、氯化鉀等原料發生的不良副反應,避免給生產帶來諸多問題;二次氨化生成了部分磷酸二銨,也可有效改善造粒物料特性,保證裝置的穩

14、定運行。5.2節能效果明顯粉狀原料需在一定的水分、溫度和粘結劑條件下才能成球。一般情況下水分、溫度越高,物料成球速度越快,但水分過高會增加干燥負荷,浪費能源,降低生產量,增加生產成本。采用氨酸法造粒,管式反應器噴出的高溫低濕硫酸銨料漿使得造粒物料溫度上升,熔融液相量增高,無需再向造粒機內補充蒸汽,從而降低了造粒物料水分,減輕了干燥負荷;同時造粒成粒率明顯提高,使系統返料比下降,提高了裝置的生產能力,有效地減少了煤、電和蒸汽消耗;另外,洗滌液的循環使用,又降低了原料消耗。5.3設備投資小,操作彈性大該技改項目建設周期短,投資不大。主要技改措施是在原尿基復混肥裝置上增加管式反應器、造粒尾氣洗滌裝置

15、、氨酸計量裝置以及對造粒機內襯進行改造,技改后即可采用價格低廉的工業硫酸和液氨進行氨酸法造粒的氯基或硫基復合肥料生產。該技改裝置的設備操作范圍大,當不需要氨酸法造粒時,裝置仍能進行尿基噴漿蒸汽造粒,實現一機雙用。尿基復合肥生產過程中的造粒、干燥過程通常不易控制,設備操作彈性小。氨酸法造粒工藝則可通過調節進入管式反應器中液氨、硫酸用量,保證裝置在不同品種、不同原料和不同季節等情況下具有良好的造粒工況條件,有效地提高了裝置的生產操作彈性,產品市場適應性強。5.4配料成本低,產品質量好氨酸中和反應生成的硫酸銨料漿可代替凹凸棒土或膨潤土等造粒粘結劑,另造粒物料的pH值可由液氨調節,故產品配方中無需增加

16、造粒粘結劑和pH值調理劑,有效降低了配料成本。氨酸法造粒工藝制得的產品顆粒潔白、光滑、圓潤,強度高,水分低,不結塊,不粉化,溶解無殘渣,產品質量穩定,產品一次合格率高,質量指標優于國家標準。6生產成本分析以總養分45%、規格為201510含氯型復合肥產品為例,尿液噴漿造粒工藝與氨酸法造粒工藝的生產成本對比見表1。表12種造粒工藝生產成本對比序號項目原料價格/元t1新工藝單耗/t成本/元傳統工藝單耗/t成本/元1氯化鉀26500168445201764664 2磷一銨21700339735603417400 3氯化銨7500213159801651238 4尿液19500248483602855

17、558 5液氨28000022616006稀硫酸200002448007碳銨7800000524068凹凸棒粉2100037789防結塊劑30000005150150 10配料成本小計1905619494 11燃煤118000151770020236 12電042(元/kWh18(kWh7624(kWh101 13蒸汽15001101650118177 14煤電汽小計418514 15總差額/元t1534注:氮磷鉀肥等原料價格參考2010年1月份市場價,原料及煤電汽消耗依據實際測算數據。由表1可知,采用氨酸法造粒工藝生產的產品比傳統工藝的噸肥配料成本低438元,煤電汽消耗低96元,噸肥制造成本低534元,10萬t/a尿基復合