尿素溶液喷浆造粒工艺各种改进技术特点的比较.doc

尿素溶液喷浆造粒工艺各种改进技术特点的比较石学勇，王金铭 摘要分析尿素溶液喷浆造粒生产复合肥工艺改进的必要性，对引进的TVA、KT、Hydro、Inero等公司的尿基复合肥生产工艺，国内改良氨酸法，台湾改良TVA法以及国内开发的硫酸铵管式反应器工艺、转鼓氨化硫基复合肥工艺等尿基复合肥生产工艺的技术特点进行了比较，为国内现有尿液喷浆造粒或蒸汽团粒法生产复合肥的厂家技术改造提供参考。关键词尿基复合肥；喷浆造粒；工艺技术特点中图分类号TQ 444 文献标识码A 文章编号10076220(2007)06004603我国尿素原料充足，加上硝铵禁用的政策出台，尿基复合肥已经成为我国复合肥市场的主要品种。目前蒸汽(水)团粒造粒工艺已经很少采用，尿素溶液喷浆造粒工艺是现有复合肥厂家的主流工艺。但是随着市场竞争的愈发激烈，顾客对产品的质量要求越来越高，现有的尿素溶液喷浆造粒工艺的产品质量已经难以达到市场的要求。1尿素溶液喷浆造粒生产复合肥工艺存在的问题1) 产品颗粒强度低，颗粒疏松，在储存、运输过程中容易吸湿、粉化。2) 成粒率低，返料高，导致系统粉尘量大，除尘系统负荷大，除尘效率低，污染环境。3) 没有反应热，干燥负荷大，生产能耗高。4) 生产尿基高氮复合肥非常困难，产品质量很差，如采用湿法洗涤系统不能实现水平衡，环保压力大。因此，尿素溶液喷浆造粒生产复合肥工艺产品的质量和成本已经缺乏市场竞争力。2. 尿基复合肥生产技术各种改进方案比较在原有装置的基础上进行改造提升，目前有以下几个工艺方案可供选择。21 氨酸法工艺1)技术来源为在尿基复合肥生产中引入反应热，欧美早就开发了氨酸法尿基复合肥造粒技术，辽通化工公司引进美国的TVA埋床式酸、氨双喷管+尿液喷浆造粒工艺；中原大化公司引进了法国KT公司硫酸喷淋氨化+尿液喷浆造粒工艺，浙江镇海炼化东海复合肥公司引进了挪威Hydro公司的硫酸喷淋氨化+尿液喷浆(或磷铵管式反应器+尿液喷浆)造粒工艺，乌鲁木齐石化公司引进了西班牙Incro公司的硫酸喷淋氨化+尿液喷浆(或硫酸铵管式反应器+尿液喷浆)造粒工艺。近几年， 国内参照引进的氨酸法工艺进行了改进，并得到了较好的推广，主要措施是将W(H2SO4 )降到60以下。台湾肥料公司对引进的美国TVA埋床式酸、氨双喷管+尿液喷浆造粒工艺进行了改良，称为“台湾改良TVA法”。2) 技术成熟度经引进、消化、吸收、创新，已经成熟，改进提高余地不大。3) 核心技术TVA埋床式双喷管+尿液喷浆造粒工艺流程：质量分数93 (或98)的浓硫酸经一根埋在料床中的带喷嘴的喷液管喷出，与物料均匀混合；氨和蒸汽在造粒机外混合后通过埋在酸喷管后的另一根喷氨管喷出，对游离硫酸、MAP等进行氨化中和；洗涤水经喷头雾化喷洒在料床上用于调节造粒的温度和湿度。(NH2)2CO92的尿素溶液经喷头直接喷人造粒机内的粉体料床上，与固体原料和返料一起造粒。KT硫酸喷淋氨化+尿液喷浆造粒工艺的流程：硫酸经喷嘴喷洒在料床上，与物料均匀混合；氨和蒸汽在造粒机外混合后通过埋在酸喷管后的另一根喷氨管喷出，对游离硫酸、MAP等进行氨化中和，过磷酸钙、重钙需要提前氨化；(NH2)2CO为80的尿液和洗涤水分别经喷头雾化喷洒在料床上用于调节造粒的温度和湿度。Hydro硫酸喷淋氨化+尿液喷浆造粒工艺流程：在不使用磷铵管式反应器时与KT T艺流程基本一致，只是尿液(NH2)2CO为97。Incro硫酸喷淋氨化+尿液喷浆(或硫酸铵管式反应器+尿液喷浆造粒)造粒工艺流程：在不使用硫酸铵管式反应器时，与KT工艺流程类似，区别是增加了1台预造粒机，固体原料从预造粒机加入，硫酸、氨、尿液、洗涤液、蒸汽从预造粒机和主造粒机2点加入，尿液(NH2)2CO为92 95。硫酸铵管式反应器设在主造粒机中，使用时将部分洗涤液、硫酸和氨通人管式反应器进行反应形成硫酸铵料浆直接喷洒在料床上，NH3与H2SO4的n(N)n(S)约为17，在料床上进一步通氨中和游离的H2SO4。国内改良氨酸法工艺流程与KT工艺艺基本相同，主要改进是硫酸用洗涤水稀释到60以下，有的厂家将氨和蒸汽提前混合喷人料床，减少了氨的逸出量，尿液(NH2)2CO一般为92-95。台湾改良TVA法工艺流程同TVA埋床式双喷管+尿液喷浆造粒工艺的区别是，用套管结构的氨酸管式反应器(埋床式管式反应器)替代独立的氨、酸喷管，氨酸通过多个套管式分布喷口均匀分布在料床上进行反应，反应更加充分、温和。4) 技术优势 氨与硫酸、MAP的中和反应热提高了造粒温度，降低了造粒机出口物料水分含量，降低了干燥能耗；造粒过程中有化学反应发生，颗粒的致密度高，产品内外在质量提高；流程简单，改造投资小。5)技术劣势 由于硫酸是在物料床层中与氨反应，因此不可避免地出现游离硫酸与其它原料的副反应。KC1+H2SO4 KHSO +HC1 (1)(NH2)2CO+H2SO4一(NH2)2COH2SO4 (2)上述副反应对造粒有较大的副作用，特别是副反应(2)会导致造粒机内发生“和泥”现象，造粒无法进行；但是对于黏性不足的配方，副反应(2)有利于增加物料的黏度，提高成粒率，因此更适合生产中、低氮肥品种，生产高氮肥仍然困难。副反应(1)导致HC1挥发产生淡黄色的泡沫，造成物料损失及环境恶化。副反应(1)、(2)受造粒温度、湿度、返料量的影响较大，氨、酸量必须及时调节，否则容易出现过度氨化(造成物料黏性不足，不成粒)、氨化不足(过度酸化，容易成大球甚至和泥)的情况，操作比较复杂，造粒的波动较大，氨的损失也比较大；洗涤水不平衡，需要外排。因此，上述引进的氨酸法工艺都没有获得很好的运行。国内改进后的氨酸法工艺在很多小复合肥厂得到了较好的推广。由于将H2SO4降到60以下，基本上控制了副反应(1)的发生；但副反应(2)却更加严重，水平衡控制仍然困难，硫酸的添加量受到限制，仅有投料量的5左右，带人的反应热有限。尽管有的厂家将氨和蒸汽提前进行了混合，氨的逸出量有所降低，但总的来说氨化的效率不高，氨的损失大，容易出现过度氨化和氨化不足2种状况，增加了操作难度，可应用的品种较少，但产品质量有一定的改善。台湾改良TVA法较为成功。由于采用套管式反应器，氨酸同时喷出，分布较为均匀，反应较为及时，过度氨化和氨化不足的状况得到很大的改善，氨酸反应较为充分，氨利用率提高，但是由于喷出硫酸和氨仍然是在料床上反应，无法完全避免副反应(1)、(2)的发生，添加量仍然受到较大的限制。由于管式反应器埋在料床中，喷口容易结疤、堵塞，需要经常吹扫和清理，运行不很稳定。6) 品种适应性 可生产各种配比的复合肥，品种规格齐全，但生产高氮肥，氮钾肥仍困难。7) 产品质量 产品的强度、致密度提高，内外在质量有改善。8) 改造内容 新加氨罐、硫酸罐各1台；增加洗涤泵、硫酸泵、氨泵各1台，增加相应的计量、调节设备和管线；造粒尾气风机需要加大；增加蒸汽和氨的混合装置；造粒机内需要增加喷酸、喷氨系统；增加湿法水洗涤系统。9) 改造投资 10万ta装置改造总投资约60万元，投资省，见效快。22 硫酸铵管式反应器工艺1)技术来源 2001年中阿化肥有限公司、2002年辽通化工公司先后进行了试验开发，并获得工艺上的成功，之后辽通公司解决了管式反应器的腐蚀问题，实现了工业化应用。2)技术成熟度该技术经辽通化工公司3年多的生产较为成熟，在鄂中开封公司应用效果显著，正处于工业化推广阶段，并有改进提高的潜力。3)核心技术硫酸铵管式反应器是硫酸与气氨(或液氨)同时分别进人管式反应器，在管式反应器中，二者充分反应，同时将湿法除尘回收的洗涤液加人管式反应器中，反应管中生成的硫酸铵料浆通过与反应管成直角的肘管喷头喷出，均匀地喷洒在造粒机内的料床上进行造粒。(NH2)2CO为92-95的尿素溶液经喷头直接喷进造粒内的粉体料床上，或者尿素以粉体形式与其他固体原料连同返料一起加人造粒机造粒。4) 技术优势硫酸铵管式反应器工艺， 由于硫酸与氨进行充分反应，NH3与H2SO4的摩尔比为2，一次反应成为硫酸铵料浆，无游离硫酸存在，从而避开了高温硫酸铵料浆与尿素的不良反应，在料床上根据需要可选择是否通氨进行二次氨化，有效地保证了造粒的平稳，生产尿基肥尤其是高氮肥、氮钾肥、高磷肥等品种更具有优势。造粒机中氨逸出量小，尾气不需要稀硫酸洗涤，只需一级水洗即可满足环保要求。由于硫酸、氨的反应产生大量的反应热，管式反应器喷出高温含水量低的料浆使得造粒床层温度上升到65以上，造粒出口物料水分由35降至25以下，造粒成粒率可达60以上，从而降低了造粒蒸汽用量和干燥负荷，提高了装置的生产能力；生产过程中粉尘少，采用湿法除尘可保持水平衡，洗涤液能全部回收利用，降低了物料消耗，有利于减少污染。由于有高质量的料浆作为黏结剂造粒，颗粒致密度、强度显著提高，尿基高氮复合肥颗粒强度可达20N以上，产品抗结块能力增强，对解决产品易吸湿、易粉化的问题有一定的效果。应用管式反应器，通过调节酸、氨及洗涤液比例及管式反应器的运行负荷，保证在品种、原料、季节等不同情况下的造粒热量、水分等指标得到有效控制，提高了装置的生产操作弹性。由于不使用填料和生产产量提高，原料损失和生产费用摊销大幅度下降，综合成本下降。5) 技术劣势 硫酸铵养分含量低，高养分品种加量少；使用硫酸、氨的直接原料成本超过加固体硫酸铵。6) 品种适应性 氮源选择面广，除个别养分含量高的配方外，受品种和造粒的限制少，可以生产各种适合硫酸作填料的品种；硫酸用量低于30kgt的复合肥品种不适合生产。7) 产品质量 大部分品种的强度、致密度、圆润度高，产品的内外在质量好。8) 改造条件和内容 需要新加硫酸罐、氨罐、输送计量系统、管式反应器，改造量不大。9)装置改造投资 10万ta装置改造总投资约80万元，投资省，见效快。23 转鼓氨化硫基复合肥生产工艺1) 技术来源 由国内红日公司完成工业化应用的开发，后经进一步完善。2) 技术成熟度 磷源由最初使用稀磷酸逐步发展到MAP料浆，工艺路线由中和后闪蒸喷浆发展到管式反应器转鼓氨化造粒，几经改进，已较为成熟，进一步改进提高余地不大。3)核心技术 硫酸与氯化钾反应形成硫酸氢钾料浆，然后与稀磷酸(P2O5左右)混合形成混酸料浆(含水约30)，经预中和槽中和，然后闪蒸部分水分，用泵送到管式反应器中通氨进一步反应形成料浆，喷到造粒机料床上，在料床上通人蒸汽和气氨进行二次氨化造粒。或者用洗涤水在MAP溶解槽中与部分MAP混合形成料浆(含水40)，然后与硫酸氢钾料浆混合形成混酸料浆(含水2030)，用泵送到管式反应器中通氨一次氨化形成料浆，喷到造粒机料床上，在料床上通人蒸汽和气氨进行二次氨化造粒，其余MAP和尿素等其它粉状原料与返料一起进入转鼓造粒机进行造粒。4) 技术优势 引人高质量的硫酸钾铵、磷酸铵料浆，管式反应器效率高，反应热大，造粒温度高，操作灵活；产品养分均匀，内外在质量好。5) 技术劣势 为保证料浆的输送，磷酸或MAP料浆浓度很低，带人系统的水量大，返料比高，电耗和干燥燃料消耗大，洗涤水不能平衡需外排。氮含量的提高主要靠尿素，而尿素添加量大使得物性变差，不适合生产高氮肥。稀磷酸生产、硫酸氢钾转化、HC1吸收、造粒尾气洗涤等系统庞大，设备多，流程长，运行、维护费用高。产品成本随磷矿和硫酸价格变化大，仅适宜在有磷矿资源地区生产；对盐酸的销售市场有依赖性，盐酸的销量、售价对生产的连续性和产品成本影响较大。6) 品种适应性 生产高氮、低磷复合肥困难，生产低钾肥料装置的能力得不到充分发挥。7) 产品质量 产品的强度、致密度、圆润度高，内外在质量好。8) 改造内容 新增加氯化钾低温转化和尾气吸收装置，氨化管式反应器，氨罐，硫酸罐及其计量调节设备，输送系统；需配套稀磷酸生产装置或MAP溶解装置；洗涤系统需重新设计、改造。9) 改造投资 l0万ta装置改造总投资约600万元(如不建稀磷酸生产装置，而选择MAP溶解工艺路线约400万元)，改造投资较大。3 结束语上述技术改造方案都可以单独使用，也可以与原有的尿素溶液喷浆造粒工艺很好地结合使用，产品质量会得到不同程度的提高，其中硫酸铵管式反应器法技术先进，投资少，操作简单，配方灵活，产品质量好，综合投资性能比最高。对于蒸汽团粒造粒工艺，适当增加少量投资，也可以进行上述技术改造。各厂家可根据自有资源、现有装置、生产经验、市场情况、改造资金等条件进行选择。参考文献1 曾汉民l引进大型尿基NPK复合肥生产装置的技术特点J磷肥与复肥，2002，17(2)：53572 张军引进大型尿基复合肥生产装置的技术特点比较J磷肥与复肥，2004，19(6)：52533 崔晓明，李茂军乌石化高浓度尿基复合肥装置的工艺特点J.磷肥与复肥，2007，22(3)：37414 冯玉海，余章成硫酸、氨管式反应器造粒技术及应用实例c汤建伟首届全国磷复肥技术创新论坛论文集，郑州：全国磷肥与复肥信息站，2007：2332375 胡长胜，耿键，王洪进大型尿基复合肥装置试运行中的问题与技改J磷肥与复肥，2005，20(3)：48516 李圣君，翟保安，马志英KT尿基复合肥工艺在生产中的几点改进意见J磷肥与复肥，2005，20(4)：62637 耿建尿基复合肥KT工艺技术分析J磷肥与复肥，2006，21(3)：50