我國高濃度n、p、k復(fù)合肥生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢

我國高濃度n、p、k復(fù)合肥生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢

近年來，中國的康復(fù)生產(chǎn)工藝中增加了一支新軍。換句話說，用造粒塔噴霧劑生產(chǎn)濃度氮、磷、鉀的復(fù)合肥料。該生產(chǎn)工藝一提出，由于其無法彌補的優(yōu)點，深受制造商和用戶喜愛。1高爐造粒生產(chǎn)的特點相對于其他傳統(tǒng)的復(fù)合肥生產(chǎn)工藝而言,高塔造粒生產(chǎn)N、P、K復(fù)合肥生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下幾個方面:①產(chǎn)品養(yǎng)分均勻;②在高氮含量的基礎(chǔ)上,磷和鉀的含量可任意調(diào)節(jié);③產(chǎn)品外觀為光滑的圓球形,不易結(jié)塊,強度大,利于施肥;④利用高塔噴淋造粒,集造粒、干燥、冷卻于一體,簡化了生產(chǎn)流程;⑤產(chǎn)品水溶性好,肥效高;⑥產(chǎn)品顆粒上有一小孔是天然的防偽標(biāo)志;⑦生產(chǎn)過程中幾乎無返料,生產(chǎn)成本低;⑧生產(chǎn)投資少、規(guī)模大,產(chǎn)品產(chǎn)量高。鑒于上述優(yōu)點,這種生產(chǎn)工藝成為很多氮肥生產(chǎn)企業(yè)(尿素、硝銨)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略首選,而一些不生產(chǎn)氮肥的企業(yè)也采用將尿素或硝銨重新熔融的方法進(jìn)行高塔造粒生產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國采用這種新工藝,生產(chǎn)能力已經(jīng)形成一定規(guī)模的企業(yè)有十幾家,而在建或擬建的單位也有十來家?？梢哉f,高塔造粒生產(chǎn)高濃度N、P、K復(fù)合肥工藝的出現(xiàn),是復(fù)合肥行業(yè)的一次革命,它將淘汰掉一些成本高、產(chǎn)量低、品質(zhì)差、投資大的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝,迅速形成一個新的復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)格局。2尿基復(fù)配元素來源高塔造粒生產(chǎn)高濃度尿基N、P、K復(fù)合肥的工藝流程簡圖如圖1所示。高濃度復(fù)合肥中的氮元素來自尿素和硝酸銨,其中以尿素為主,故通稱為尿基復(fù)合肥;磷元素的來源是磷酸一銨(磷酸二氫銨);而鉀元素的來源是氯化鉀(氯基)或硫酸鉀(硫基)。生產(chǎn)中將粉狀的磷酸一銨、氯化鉀和添加劑(輔料)等加熱后,加入到熔融尿素中,充分混合后進(jìn)入造粒塔造粒,霧狀液滴在空氣中結(jié)晶、固化、冷卻成成品顆粒。3藝術(shù)中的問題圖1所示的工藝流程是高塔造粒的基本工藝流程,各企業(yè)和研究機構(gòu)據(jù)其不同情況對相關(guān)環(huán)節(jié)的具體處理方法不同。就整體生產(chǎn)工藝而言,從生產(chǎn)的連續(xù)性和工業(yè)規(guī)?；紤],還存在著相當(dāng)多的問題,還有很多細(xì)節(jié)方面的處理也不能達(dá)到令人滿意的程度,尤其是對一些關(guān)鍵問題的認(rèn)識,還需要從更深層次的理論高度來解釋和分析。這些問題若得不到完善的解決,勢必會影響到整個工藝的生產(chǎn)前景。筆者就有關(guān)高塔造粒生產(chǎn)N、P、K復(fù)合肥生產(chǎn)工藝的問題提出了一些自己的觀點和看法,經(jīng)生產(chǎn)驗證得到了較好的效果。3.1長酸鈉中多磷酸鹽的合成相關(guān)資料中介紹高塔造粒生產(chǎn)高濃度尿基N、P、K復(fù)合肥的工藝原理,都是基于熔融尿素和磷酸一銨、氯化鉀(或硫酸鉀)可以形成低共熔點化合物的特點,而實際上,這幾種物料在混合時不能形成所謂的“低共熔點化合物”。將磷酸一銨和氯化鉀加入到尿液中(尿液溫度通常為135℃),在此溫度條件下,氯化鉀非常穩(wěn)定,既不與尿素反應(yīng),也不會和磷酸一銨發(fā)生反應(yīng)。實際上參加化學(xué)反應(yīng)的只是部分的磷酸一銨和部分尿素,游離酸的反應(yīng)是可以忽略不計的。首先,由于磷酸一銨和尿素本身溫度等的關(guān)系,會產(chǎn)生自身的分解反應(yīng),這是不可避免的。其次,磷酸一銨與尿素長時間接觸后會促使尿素分解和形成多磷酸鹽,反應(yīng)式為:(NH2)2CO+2NH4H2PO4→(NH4)2H2P2O7+CO2+2NH3(1)(ΝΗ2)2CΟ+2ΝΗ4Η2ΡΟ4→(ΝΗ4)2Η2Ρ2Ο7+CΟ2+2ΝΗ3(1)由式(1)可見,尿素分解放出氨氣,會導(dǎo)致氮養(yǎng)分損失;同時放出CO2,會在液體表面形成大量的氣泡而導(dǎo)致混合器溢流或憋壓。復(fù)合肥產(chǎn)品顆粒上的小孔也是由于該反應(yīng)在結(jié)晶過程中不斷進(jìn)行,氣體由內(nèi)向外釋放而形成的。另外,多磷酸鹽是一種黏度很大的物質(zhì),若產(chǎn)生的多磷酸鹽過多,會增大料漿的黏度,直接影響料漿的流動性,從而影響噴頭造粒的正常進(jìn)行。影響該反應(yīng)的主要因素是溫度和水分,溫度越高,水分越高,則反應(yīng)越快。所以應(yīng)嚴(yán)格控制這2項工藝指標(biāo),同時混合時間的長短也需要嚴(yán)格控制。因此,實際上這幾種物質(zhì)在一起混合所形成的應(yīng)該只是一種混合物,而不應(yīng)該說是一種化合物,低共熔點的說法也是不確切的。由于向尿素熔融液中加入了大量的“雜質(zhì)”,才使得結(jié)晶溫度有所下降,但下降值并不會太多。若在尿素的結(jié)晶溫度(132.6℃)以下進(jìn)行復(fù)合肥生產(chǎn)的溫度控制,往往會因為尿素的析出、分離而結(jié)晶,從而影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。3.2原料的吸濕性原料的預(yù)處理對整個生產(chǎn)工藝流程是至關(guān)重要的:一是原料中的水分含量,二是原料在加入到尿液前的溫度控制,三是原料的細(xì)度。有研究者認(rèn)為由于水分含量高可以直接降低尿素的結(jié)晶溫度和黏度,會使造粒過程相對簡捷、通暢一些。其實不然,水分高有三大害處:首先,物料輸送困難,由于磷酸一銨和氯化鉀具有很強的吸濕性,這2種原料中的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)往往高達(dá)5%左右,在其輸送過程中會發(fā)生黏附現(xiàn)象,時間長了會結(jié)成硬塊而導(dǎo)致設(shè)備故障;其次,水分高會加劇尿素同磷酸一銨的負(fù)反應(yīng),使得氨損失增加和多磷酸鹽的增加;第三,由于原料水分高,會直接導(dǎo)致成品水分高。30℃時,尿素的臨界相對濕度雖達(dá)75%,但配有磷銨和鉀肥后,其臨界相對濕度卻只有40%～50%,屬于特別吸濕肥料,再加上本身的水分含量高,會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此,在該工藝流程的開始就要去除原料中的水分,使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1%左右。另外,為了防止過冷的原料加入到尿素熔融液中瞬間激冷而造成局部尿素結(jié)晶,磷酸一銨、氯化鉀和輔料在進(jìn)混合器前必須進(jìn)行預(yù)熱,這樣可以在加熱原料的同時去除水分。既要控制含水量,也要避免溫度過高,溫度以100～110℃為宜,因為超過110℃時,磷酸一銨就會加快分解速度而致使氨損失。另外,原料的細(xì)度應(yīng)控制為0.3～0.8mm,因為過大的顆粒會堵塞噴頭,而過細(xì)的顆粒又會增加其混合難度。3.3對于概念性設(shè)計的幾點建議造粒是整個高塔造粒生產(chǎn)尿基N、P、K復(fù)合肥生產(chǎn)工藝的核心。復(fù)合肥的造粒與尿素的造粒有著很大的區(qū)別。尿素是單一物料,結(jié)晶溫度相對穩(wěn)定,各項物化數(shù)據(jù)齊全,設(shè)計計算理論也很完善。而復(fù)合肥由于N、P、K各養(yǎng)分變化大,很難取得如結(jié)晶溫度、密度、黏度、熵、焓等各項物化數(shù)據(jù),因此在復(fù)合肥的造粒方面并沒有嚴(yán)格的理論計算,都是比照尿素生產(chǎn)而進(jìn)行的概念性估算,包括造粒塔在內(nèi)的一系列設(shè)備也都是采用概念性設(shè)計。筆者提出有以下幾個問題需要重視:(1)充分混合物料是流暢造粒的基礎(chǔ)。這就要求所采用的設(shè)備的混合效率一定要高。(2)嚴(yán)格控制物料溫度。如前所述,由于并沒有形成所謂的低共熔點化合物,物料的溫度就不能夠控制得過低,這樣會導(dǎo)致局部的尿液析出結(jié)晶而堵塞噴頭。(3)造粒用的造粒機和噴頭都要經(jīng)過改造才能適用于復(fù)合肥的造粒生產(chǎn)。尤其是噴頭的結(jié)構(gòu),其內(nèi)部一定要帶有防止物料分層和粘壁的特殊結(jié)構(gòu),形式可以是多種多樣的。噴頭的噴孔直徑要比尿素用的噴頭噴孔直徑大,大部分直徑尺寸選用2.5～