柳化30萬噸合成氨點火成功

1月21日柳化30萬噸合成氨點火儀式順利舉行，標志著總投資15億元廣西重點工程——以殼牌煤氣化技術為核心柳州化學工業集團30萬噸合成氨技改工程完工投產。此工程完工也說明了柳化已經掌握了當今世界上最先進煤氣化技術，為公司今后進一步做強做大主業、重點發展煤化工奠定了堅實基礎。柳化合成氨技改工程包括鍋爐、空分、氣化、污水處理、供電、信息自動化控制等12個子項目，是當今世界上以煤為原料生產合成氨技術最先進工程。該工程所有工序均采納了當今合成氨生產工藝中高新技術。其中信息系統采納基于浙大中控ESP-iSYS實時數據庫中控實時監控系統。總投資15億元，經過3年多的時間，廣西重點工程——以殼牌煤氣化(25.82,-0.44,-1.68%)技術為核心的柳州化學工業集團30萬噸合成氨技改工程，昨日完工投產。這標志著柳化已經掌握了當今世界上最先進的煤氣化技術，為公司今后進一步做強做大主業、重點發展煤化工奠定了堅實的基礎。該項目是廣西目前最大的國債貼息技改項目、國家重點示范項目；是廣西化工史上投資最大、技術最先進的工程。其將國際上最先進的殼牌粉煤加壓氣化技術用于生產化肥，在我國尚屬首次。項目投產后，使該公司合成氨產量由過去的30萬噸增加到60萬噸，各種化肥化工產品將達到200萬噸，產品品種多達近40種。為柳化躋身全國氮肥龍頭企業行列，參加國際競爭打下了堅實基礎。柳化合成氨技改工程包括鍋爐、空分、氣化、污水處理、供電、信息自動化控制等12個子項目，是當今世界上以煤為原料生產合成氨最先進、最完美的工程。該工程所有工序均采納了當今合成氨生產工藝中的高新技術。工程工藝復雜、設備龐大、單體設備最重超過1000噸，最高達78米。在此之前已取得了試車成功，而且運行平穩。柳化是廣西最大的氮肥生產基地，也是華南地區最大的化工化肥生產基地，氮肥生產占全區產量的一半以上，總資產32億元。熔體塔式造粒制高濃度氮磷鉀復混肥料技術1、項目概況

熔體塔式造粒制高濃度尿基氮磷鉀復合肥料是上海化工研究院近年研究開發的合適于尿素生產廠和復合肥生產廠技術改造和產品升級的新技術，為國內首創，具有國際先進水平。2、技術特點

熔體造粒工藝的特點是物料處于高溫熔融狀態，含水量很低且可流動的熔體直接噴入冷媒〔冷媒通常是空氣或熔體物料不溶解的液體，如礦物油等〕中，物料在冷卻時固化成球形顆粒；或者可流動的熔體噴入機械造粒機內的返料粒子上，使之在細小的粒子表面涂布或粘結成符合要求的顆粒。溶液的蒸發或濃縮固要需要消耗能量，但在能量利用方面遠較干燥顆粒產品有效，更何況在某些生產工藝中還可以充分利用反應熱來蒸發部分甚至全部水分；一般的造粒工藝，干燥機通常是造粒裝置中最大的而且也是最昂貴的設備，熔體造粒工藝無需干燥，節省了投資和能耗。

熔體造粒法治復合肥技術最早應用于磷酸一銨〔MAP〕、硝酸磷酸銨〔APN〕，尿素磷酸銨〔UAP〕，在這些生產方法中，可以加入鉀鹽或其它固體物料生產顆粒狀氮磷鉀復合肥產品。按造粒方式的不同，熔體造粒法治復合肥工藝主要可分為：造粒塔噴淋造粒工藝，油冷造粒工藝，雙軸造粒工藝，轉鼓造粒工藝，噴漿造粒工藝，盤式造粒工藝，鋼帶造粒工藝等。

造粒塔噴淋造粒工藝應用最早、最廣泛的是單一氮肥〔如尿素、硝酸銨等〕的造粒，現已擴展到氮磷及氮磷鉀復合肥料的造粒。荷蘭斯塔米卡本公司曾用造粒塔噴淋造粒工藝生產硝酸磷酸銨鉀；挪威海德魯用造粒塔噴淋造粒制尿素磷酸銨及尿素磷酸銨鉀。

上海化工研究院進行了以熔融尿素、磷酸一銨、氯化鉀等為原料，造粒塔噴淋造粒制尿基氮磷鉀復合肥的生產技術研究和開發，并已實現了工程化。造粒塔式離心噴淋造粒工藝生產高濃度復合肥的差動造粒裝置孔亦周一、粒狀氮肥的生產簡介：目前粒狀的氮肥〔尿素或硝酸銨〕產品其成粒方式大致分為兩大類，一類是造粒塔式的噴淋造粒工藝，另一類是沸騰流化床造粒工藝。我國絕大部分的中小型尿素或硝酸銨生產廠商采納的是第一類即造粒塔式的噴淋造粒工藝。造粒塔式的噴淋造粒工藝又分為兩大類形式，一類是空心圓柱形結構的造粒塔，其頂部中心配置機械旋轉式造粒噴頭，采納的是離心噴淋造粒工藝；另一類是空心矩形結構的造粒塔，其頂部等間距配置多臺的靜止噴壺式造粒噴頭，采納的是靜壓噴淋造粒工藝。我國的尿素或硝銨生產廠商絕大部分采納的是第一類即空心圓柱形造粒塔頂部中心配置機械旋轉式造粒噴頭離心噴淋造粒工藝。現以第一類造粒塔式噴淋造粒工藝為例：符合各項工藝指標〔如熔融溫度、濃度等〕的尿素C0(NH2)2或硝酸銨NH4NO3熔融液進入位于數十米高的造粒塔頂部，經過濾裝置后進入其安裝軸線與塔軸線相重合的旋轉著的且已經充分預熱過的造粒噴頭，熔融液受造粒噴頭旋轉作用產生一個水平狀的離心力，經造粒噴頭的空心回轉錐體母面上分布的假設干個噴孔呈圓周切線方向射出。經噴孔射出的細流狀態的熔融液受細流在空氣中的波動特性、遇空氣的阻力以及熔液自身粘度和表面張力等原因而斷裂成一定體積的液滴，液滴在降落過程中與造粒塔內的上升氣流進行接觸的過程中被迅速冷卻收縮成球狀顆粒。二、高塔熔體工藝粒狀高濃度復合肥的生產簡介：我國是一個農業大國，同時也是一個化肥生產和使用大國。當前我國化肥工業正處于產品升級換代、技術不斷革新、肥料生產朝深層次的二次加工和農化服務、科學施肥等方向發展的新時期。隨著國內尿素或硝酸銨產成品生產能力的日趨擴展以及化肥使用者對科學施肥熟悉的提升，單一養份的化學肥料〔尿素或硝酸銨〕直接施肥已不能適應現今科學施肥的要求：比如化肥中有效元素的利用率偏低、環境污染、土壤板結以及農作物對其他元素的日益需求等，這些不夠之處隨著多元素的復合肥料的不斷推出，勢必將縮小這類產品在化肥市場上的份額比例，故而將尿素或硝酸銨用于二次深加工以生產高濃度高氮比的高效復合肥便是國內中小型氮肥企業勢在必行的發展趨勢。用傳統的生產單一養份氮素化學肥料〔尿素或硝酸銨〕的造粒塔噴淋造粒工藝加以改善后用以生產復合的氮-磷〔N-P〕或氮-鉀(N-K)兩元肥以及三元的氮-磷-鉀(N-P-K)復合肥技術在國外早已獲得商業成功，上海化工研究院于1996年起開始了熔體法治高濃度復合肥技術的研發工作并相繼開發成功多項熔體造粒工藝技術，這些技術的關鍵是制備流動性能優良的熔體料漿和將這一熔體料漿通過專用設備制成顆粒產品的工業生產裝置。本文作者供職的企業—寶雞建光流體設備廠是國內生產塔式離心噴淋造粒設備的專業制造廠，至今已為國內近200家中小型尿素或硝酸銨生產廠商提供了多種型號或規格的造粒設備。1998年我們有幸應邀參加了上海化工研究院N-P-K熔體造粒工藝項目的有關造粒生產裝置的研發工作。生產粒狀復合肥的方法有很多種，本文僅就在造粒塔上、采納上海化工研究院的熔體法復合肥制漿工藝，生產顆粒狀的兩元N-P或N-K復合肥以及三元N-P-K復合肥所需的專用噴淋造粒設備作一簡單闡述。在尿素或硝銨熔融液中配入一定比例的經過加熱的磷、鉀元素以及填料等固態的粉狀物料使其與熔融液混合，在熔融液自身的溫度及機械攪拌的作用下迅速復合成具有一定流動性的低溫共熔體，然后經造粒噴頭噴淋造粒，復合熔融液出造粒噴孔后的成粒原理和過程與尿素的制造工藝相同。由于熔體法復合肥工藝的三元素物質在熔融復合過程中其粘度比純硝銨或尿素熔液的粘度大數百乃至數千倍且含有相當數量的固相懸浮顆粒，因此傳統噴淋造粒工藝的造粒設備根本無法維持生產〔噴孔很快即被堵塞〕，常規的離心式造粒噴頭用加大噴孔直徑的方法，也可以相對的延長設備的工作時間,但隨之而來的問題是增大孔眼必定增大液滴斷裂后的體積，增大液滴體積的后果是必定延長了顆粒冷卻的時間，延長顆粒冷卻的時間即等于要延長顆粒降落的路徑〔造粒塔的有效高度〕，為了確保顆粒不致于在未完全固化時就落至塔底而形成所謂的粘塔底事故，就必需增加造粒塔的直徑、高度或通風量〔但這一方案關于肥料生產廠商來講肯定不是首選的方案〕。為解決高粘度的、含有一定比例的固相懸浮顆粒的熔融物料在塔式旋轉噴淋造粒工藝中既能達到對產量、粒徑、合格率以及顆粒強度、粉塵排放等指標，又能滿足工業化生產對單機連續工作時間的要求，除了需要研制相應的工藝流程和指標外，還必需研發一種能適應上述要求的全新結構的造粒裝置。從1998年至今，經過不間斷的艱難努力，經過上海化工研究院以及眾多用戶廠商的無私援助，借鑒國外的成功經驗，我們相繼開發出了幾款不同型號規格的差動造粒機。三、差動造粒機特點：差動造粒機有兩個工作主軸，我們把它叫做內軸和外軸，內軸負責驅動布料機構〔物料分配裝置〕，外軸負責驅動造粒噴頭，二軸同心設置，通過各自的電器裝置來控制兩個傳動機構驅動其各自的主軸以工藝需要的旋轉速度以及旋轉方向工作。為其配套的造粒噴頭的噴孔直徑較傳統的尿素造粒噴頭的噴孔直徑大了許多，視工藝配方的不同〔配方與熔融液的粘度有關〕差動造粒噴頭的單個噴孔開孔面積較傳統的尿素造粒噴頭噴孔開孔面積約大3至10倍。四、差動造粒噴頭的造粒原理：在介紹差動旋轉造粒噴頭的成粒原理前，有必要簡單介紹一下傳統的旋轉造粒噴頭的成粒原理：當熔融液進入旋轉的造粒噴頭空心回轉錐體的內腔時，由于受旋轉運動的作用而產生一個與噴頭旋轉軸線垂直的離心力，從而在造粒噴頭空心錐體的內腔形成一個其斷面近似拋物線狀的液態回轉體〔如圖一〕，該液態回轉體的液層厚度取決于造粒噴頭的轉速、進料量及噴出量的大小等因素的變化，造粒噴頭的錐體內壁面將承受這一液層的離心壓力，液層越厚其造粒噴頭錐體內壁面承受的離心壓力也就越大，熔融液正是在此離心壓力下自造粒噴頭空心錐體母面放射狀開設的假設干噴孔中噴出的。我們已知：①、不管是固態、液態、還是氣態的流體，在脫離旋轉體時的運動軌跡均是沿旋轉體端點呈切線方向運動的〔如圖二〕。

②、由于熔融液在出噴孔時受到液層的離心壓力，故此時的熔融液必將是完全充滿噴孔的。③、經噴孔射出的細流狀態的熔融液受細流的運動速度、細流在空氣中的波動特性、遇空氣的阻力以及熔液自身的粘度和表面張力等原因而很快就斷裂成了一定體積范圍內的液滴，液滴收縮冷卻后即成為固態的球狀顆粒。液滴的體積決定了成品顆粒的圓球直徑。④、液滴從熔融狀態到固體狀態的過程就是從造粒塔頂部向塔底降落的過程，在這一過程中液滴需要同造粒塔內的上升空氣充分地進行熱交換來冷卻自身。液滴的體積即顆粒的圓球直徑決定著其從液態冷卻到固態所必需的時間，而造粒塔的有效高度則決定著液滴降落的時間。從上述幾個已知中我們就基本可以知道了高塔噴淋造粒工藝的顆粒成粒原理，同時我們還可以總結出：在造粒塔的有效高度已確定的狀況下液滴的體積將受到限制！超出造粒塔冷卻能力的顆粒將由于其內部仍未完全冷卻固化而將粘附在造粒塔的底部，粘附在造粒塔底部的現象就是化工生產常說的“粘塔底事故〞，這是一個必需馬上停產處理的事故。差動旋轉造粒噴頭成粒原理：差動旋轉造粒機有兩套〔內軸和外軸〕各自獨立的傳動機構，兩套傳動機構在同一軸心上工作，視工藝需要，兩套機構可同向異步差動旋轉，或可逆向差動旋轉，當然也可以像傳統的塔式旋轉造粒機那樣同向同步旋轉。差動造粒機的內軸負責將高粘度的帶有固相懸浮顆粒的復合熔液分配給造粒噴頭的布料機構，外軸則負責將熔液從噴頭錐體母面上開設的噴孔內射出。射出的熔液在降落過程中斷裂并收縮成一定直徑范圍的球型顆粒。由于熔融液的高粘度以及帶有固相懸浮顆粒的特征，極易造成造粒噴頭噴孔的堵塞，故造粒噴頭的噴孔直徑還必需盡量的加大才干比較容易通過這種高粘度的流體，同時大直徑的噴孔還不得出現造粒塔的高度不夠以能夠冷卻的液滴，這就要從差動造粒獨特的造粒原理來解釋了〔請參照圖三和圖四〕：由于造粒噴頭的內部還有一個同軸的旋轉體，故差動旋轉造粒噴頭的腔體里面沒有像傳統的旋轉造粒噴頭那樣的液態回轉體液層。從圖三可以看出，造粒噴頭的內壁面主要承受的是布料機構在旋轉時產生的熔融液自布料機構端點呈切線方向射出的液體沖刷力而不是傳統造粒噴頭那樣的液體離心壓力。①、

這一液體沖刷力一方面將由于離心力原因而聚附在造粒噴頭內壁面孔與孔之間的物料沖散以防止由于時間關系而可能發生的化學聚合反應〔比如尿素同磷酸一銨接觸超出工藝規按時間則會分解和生成聚磷酸鹽，其化學反應式是:CO(NH2)2+2NH4H2PO4→(NH4)2H2P2O7+CO2+2NH3〕。另一方面布料機構將熔液從圓周運動的筋板端點切線方向射入造粒噴頭內壁面的噴孔〔如圖三〕。

②、

由于造粒噴頭與布料機構在旋轉方向或旋轉速度上存在著差異,加之熔液的射入角度關系，故造粒噴頭的噴孔內并不是完全充滿著熔液，也就是說，無論差動旋轉造粒噴頭的噴孔開孔直徑較傳統的旋轉造粒噴頭的噴孔開孔直徑大了許多，但由于它并不是在熔液完全充滿的狀態下工作，故自噴孔拋〔準確的講在這里應該用拋〕出的液體流并不是很粗，這一特性有兩個十分重要的意義：其一是可以最大限度的減少噴孔被堵塞的可能；其二是由此斷裂的液滴的體積仍在造粒塔對液滴冷卻能力的范圍之內，也就是說：因為有了差動造粒噴頭的特性，就不必為熔融液的高粘度而被迫改變造粒塔的現有數據〔塔高、塔徑及通風量〕！③、

最后，因為熔融液內帶有相當數量的固相懸浮顆粒，由于這些固相懸浮顆粒與熔融液的比重有差異加之是在一個類似旋流器原理的旋轉錐體內運動故而極易形成固、液相的分層離析。大量的實驗證實：固相物料的分層離析沉降亦是造成噴頭無法工作的重要原因。同時由于固、液相物料的分層沉降也將影響單顆顆粒的內在元素含量的比例！而差動旋轉造粒噴頭的布料機構與造粒噴頭由于在旋轉方向或旋轉速度上存在著差異，這樣布料機構就如同是一個混合漿葉攪拌裝置，固、液相物料的分層離析和沉降現象將被有效的遏制。有關差動造粒噴頭的原理在國外的專利文獻上已有公開，但國外的專利噴頭結構均比較復雜。我們通過長期的艱難施行，現已開發出了數種款式和規格的、在結構上有別于國外專利的、具有我們獨到特色的差動造粒裝置。目前已投入使用的差動造粒噴頭在內部結構上有兩種形式：一種是倒塔形多層不等徑水平園盤狀排列的布料結構，第二種是如圖三、圖四所示的自圓心放射狀等分排列的片狀筋板布料結構。施行證實：第二種布料結構比較有用。目前已投入使用的差動造粒噴頭在進料方式上有兩種形式，一種是中心進料形式，第二種是如圖四所示的側進料形式。施行證實：側進料結構形式比較有用。差動造粒的有用新型專利〔專利號〕以及發明專