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100kt/a硫基NPK复肥生产线设计总结严长松 ，王开朗（江苏恒盛化肥有限公司 磷铵厂，江苏 新沂 221400）关键词 硫基；复肥；总结；喷浆造粒；盐酸摘 要 叙述江苏恒盛化肥有限公司磷铵厂100kt/a硫基NPK复肥生产线的工艺流程、关键设备、操作指标及生产运行的情况。实践证明，自行设计开发的生产线，能够满足生产要求，达产达标，效益显著。作者简介 严长松（1963-），男，江苏盐城人，工程师，磷铵厂设备技术科科长。硫基NPK复肥，因含Cl-3.0，能够适用于绝大多数作物生长的需要，自20世纪90年代中期上市以来，深受农民的欢迎。为适应市场需求，调整产品结构，我公司在吸取兄弟厂家经验的基础上，投资1200多万元，自行设计开发了一条100kt/a硫基NPK复肥生产线，于2003年2月18日建成投产。经过近两年时间的生产实践证明，生产线设计能够满足生产要求，设备可靠、布局合理、达产达标、效益显著。1 生产原理硫基NPK复肥生产过程： 用硫酸将氯化钾转化成硫酸氢钾； 硫酸氢钾与磷酸混合； 合格的混酸与气氨中和； 含水30左右的硫基-NPK料浆去喷浆造粒。其反应方程式为：KCl+H2SO4=KHSO4+HCl+ QH2SO4+ NH3=(NH4)2SO4KHSO4+NH3=K2SO4+(NH4)2SO4H3PO4+ NH3=NH4H2PO4 +(NH4)2HPO42 工艺流程 2.1氯化钾转化及料浆中和部分工艺流程如图1所示：氯化钾经电动葫芦提吊料仓螺旋输送机转化反应槽与来自硫酸地槽的硫酸在搅拌下发生反应，生成的KHSO4溶液溢流至混酸槽，KHSO4溶液在混酸槽内与来自磷酸地槽的磷酸混合后，由混酸泵打入管式反应器与氨站送来的气氨中和，生成(NH4)2HPO4和(NH4)2SO4的混合料浆，温度高达140左右，通过中和闪蒸槽脱除汽化水后溢流至料浆收集槽，由料浆泵打去喷浆造粒；生成的HCl气体送到盐酸吸收系统吸收。氯化钾转化及料浆中和部分主要设备见表1。表1 氯化钾转化及料浆中和部分主要设备序号设备名称规格型号数量生产厂家备注1电动葫芦提吊CD12-18 1南京起重机械厂2螺旋输送机300X30001自制3转化反应槽23500X30001自制CG+防腐4混酸槽2500X20001自制CG+防腐5混酸泵65FUH-54-C33宜兴工程塑料设备厂6混酸储槽A3000X36001自制CG+防腐7混酸储槽B4000X46001自制CG+防腐8管式反应器4001泰安金泰山石墨设备厂9中和闪蒸槽3000X30001自制不锈钢10料浆收集槽3000X20001自制不锈钢2.2盐酸吸收部分工艺流程如图2所示：氯化钾与硫酸反应生成的HCl气体，由吸收风机引出依次经一吸塔、降膜吸收嚣、降膜吸收嚣、二吸塔、三吸塔吸收达标后从尾气筒排空；成品盐酸自一降循环槽由成品酸泵引出输送到成品盐酸库；一吸塔循环酸因含有SO42-等杂质作为粗盐酸由一吸循环酸泵输入粗盐酸槽；水从三吸塔补充，从后向前依次串酸以保持各槽的液位稳定和系统的酸水平衡。吸收风机设置在降膜吸收嚣与降膜吸收嚣之间，有利于保护聚丙烯风机不受高温损坏。石墨换热器、降膜吸收嚣换热用水经GBNL-300型冷却塔冷却后循环使用。盐酸吸收部分主要设备见表2。表2 盐酸吸收部分主要设备序号设备名称规格型号数量生产厂家备注1吸收塔1600X93003常州武进恒丰玻璃钢厂玻璃钢2石墨换热器GH45-50m21泰安金泰山石墨设备厂3石墨降膜吸收器GX874-100m22泰安金泰山石墨设备厂4循环吸收泵80FUH-35-K8宜兴工程塑料设备厂5盐酸吸收风机ZH-11 9.2C 左OO1济南风机厂特种风机分厂聚丙烯6粗盐酸槽6000x66001河北中意玻璃钢有限公司玻璃钢7盐酸高位槽3000x46001常州武进恒丰玻璃钢厂玻璃钢8成品盐酸库8000x88002河北中意玻璃钢有限公司玻璃钢2.3喷浆造粒部分工艺流程如图3所示：硫基-NPK料浆由料浆泵打到喷枪经压缩空气压入喷浆造粒干燥机雾化造粒，造粒后经斗式提升机提到滚筒筛筛分；成品经振动筛复筛后，由小皮带机送入冷却机，冷却后由自动计量包装机包装入库存放；粗粒经破碎机破碎后与细粉由返料括板机返回到造粒机头；热风炉燃烧的热能经喷浆造粒干燥机与物料顺流换热后由尾气风机引出，在喷浆造粒干燥机出口与尾气风机之间设置了文氏管洗涤装置，回收气相粉尘。在尾气风机出口设置了洗涤塔，尾气经洗涤达标后由排气筒排出。文氏管洗涤用循环液由洗涤塔循环泵补给，待到循环液比重达1.4时，由循环泵输送到闪蒸槽。喷浆造粒部分主要设备见表3。 表3 喷浆造粒部分主要设备序号设备名称规格型号数量生产厂家备注1热风炉GRF-6001靖江市鑫盛特种干燥机厂2喷浆造粒干燥机4250x160001山东恒成机械制造厂3斗式提升机HL4001江苏海安机械厂4滚筒筛HS型1北京市海淀晨光机械厂5返料刮板机KS-5001江苏海安机械厂6冷却机1500x100001江苏海安机械厂7自动定量包装机LSC-502无锡锦宏包装机械厂8尾气风机F9-28 20F1临沂风机厂不锈钢9循环洗涤泵150FUH-26-K2宜兴工程塑料设备厂10空气压缩机SA20W1北京复盛机械有限公司3. 关键设备3.1 转化反应槽 反应槽的结构及防腐是氯化钾转化工序的关键，槽体结构为3500x3000双槽长圆筒型，之间设有2m高的溢流隔墙，有效容积为45m3。外壳采用钢板焊制，内衬：槽壁：2x2mm层予硫化丁基橡胶；30mm层瓷板；113mm层瓷砖。槽底：2x2mm层予硫化丁基橡胶；2x65mm层瓷砖。槽盖采用KP1双向钢筋耐酸混凝土浇筑，标号C25，厚度200mm。搅拌装置安装在基础钢架上与槽体分离，避免动荷载对槽体的振动。3.2 混酸泵 KHSO4溶液与磷酸混合后，液相组成复杂，固体含量大、温度高达80以上、腐蚀性强，普通泵均不能胜任混酸的输送。选用由宜兴工程塑料设备厂生产的65FUH30-C3型超高分子量聚乙烯（UHMWPE）泵，过流部件耐磨性强，轴封可靠，完全能够胜任工况要求。3.3 喷浆造粒干燥机喷浆造粒干燥机是S-NPK复肥生产的关键设备之一，具有内筛分、内返料结构、体积大、使用温差高。选用由山东恒成机械制造厂设计制造的4250x16000型喷浆造粒干燥机，设计合理、密封严密、同心度高、运行平稳。3.4 热风炉 热风炉是为喷浆造粒干燥机提供热源的设备，干燥能力的大小、热源的稳定性、煤炭消耗量与热风炉的性能关系密切。由靖江市鑫盛特种干燥机厂设计制造的GRF-600型热风炉，采用了二次燃烧室和高温除尘室结构，燃料燃烧充分，烟尘量低，蓄热量大，有利于提高产品表观质量。3.5吸收风机 吸收风机是盐酸吸收工序的关键设备，由于HCl气体在吸收过程中，温度高、湿度大、强腐蚀，对风机的材质和制造质量要求高，选用济南风机厂特种风机分厂设计制造的聚丙烯风机，使用效果较好。4. 工艺控制4.1氯化钾转化部分影响转化反应的重要因素有反应时间、反应温度、 硫酸浓度及过量程度等参数。根据兄弟厂家的经验，结合本厂的实际确定氯化钾转化操作指标为： 反应时间：4h。 反应温度：A区：1301；B区：1101。 硫酸浓度：98 硫酸与氯化钾配比过量系数为：1.08-1.15。 氯化钾转化率为：80-90。4.2混酸中和部分 磷酸质量：浓度21；石膏含量1.5。 混酸比重：因磷酸变化而有所不同，控制在1.4-1.5之间。 中和度：控制在1.1-1.3。 混酸中P2O5控制在12-14；K2O控制在9-11。 反应温度：130-150。 反应压力：0.5MPa。4.3喷浆造粒部分 喷浆造粒干燥机的机头温度控制在450-600；机尾温度控制在70-85为宜。 喷浆造粒干燥机的机尾负压：控制在0.20-0.35KPa。4.4盐酸吸收部分 控制一吸塔进口HCl气体温度80； 控制吸收风机进口HCl气体温度50； 控制成品盐酸浓度为31； 盐酸吸收率99.5。 5. 运行情况硫基-NPK复肥生产线自2002年9月18日破土动工，至2003年2月18日正式建成投产，满负荷情况下，平均日产量可达：330-360t，实现了一次性开车成功、达产达标的目标。受磷酸产量及销售市场的限制，硫基-NPK复肥生产线的生产负荷一直限制在70左右。2003年开车153天，计生产成品硫基-NPK复肥2.76万吨，回收31的成品盐酸8205吨。2004年开车158天，计生产成品硫基-NPK复肥3.72万吨，回收31的成品盐酸9701吨。成品有效成份为：w（N）12；w（P2O5）19-20；w（K2O）13.5-14.5；总养份45；Cl-2.5左右；H2O1.5。实践证明，生产线设计合理、工艺先进、能够满足生产要求。在试生产过程中，由于操作经验不足，出现了许多技术难题：5.1 一吸塔填料托架埸落、吸收风机打碎 原盐酸吸收系统的风机设置在一吸塔与降膜吸收器之间，由于HCl气体温度过高，引起一吸塔填料托架埸落，气体短路，导致吸收风机叶轮高温变形打碎。后将吸收风机改在降膜吸收器与降膜吸收器之间，控制进入一吸塔的HCl气体温度不超过80，避免了一吸塔填料、托架和吸收风机容易受高温损坏的问题。5.2 粗盐酸泵轴封泄漏 盐酸泵设计时均选用80FUH-35-K型泵，这种泵的密封形式是由3个氟橡胶油封组成的K型动力密封。由于粗盐酸温度高并含有一定的杂质，容易导致K密封损坏，后将K密封改为C3型机械密封后，克服了粗盐酸循环泵轴封泄漏的问题。5.3 搅拌浆腐蚀快 氯化钾转化反应时，固体含量大，操作温度高，腐蚀性强，对搅拌浆的要求比较高。由南京河大机械有限公司研制的HKJ型复合材质搅拌浆，具有使用寿命长的优势，但一次性投资大。为节省投资，选用搪玻璃搅拌浆使用寿命仅在1-2个月左右。根据观察：搅拌浆的使用寿命除与搅拌浆的材质、结构形式、防腐措施、耐磨性有关外，还与反应物料操作控制的稳定性有很大的关系。因此加强反应物料的监控，并在搪玻璃搅拌浆上缠绕玻璃钢，以克服氯化钾沉积及物性变化对搅拌浆的危害，使搅拌浆的使用寿命能够延长到3-4个月。5.4 出细粒 试生产期间，由于硫基-NPK料浆粘稠度小，喷浆后造粒细小长不大，在造粒机内循环积聚，导致生产无法继续进行。在氯化钾与硫酸配比正常的情况下，虽可以适当提高中和度来提高料浆的粘稠度，但提高的程度有限，因提高中和度后，氨耗高，氨损加大，不利于成本控制。据分析，原矿的亲水性和憎水性以及矿中镁的含量是决定硫基-NPK料浆粘稠度的关键。调整亲水性与憎水性矿的比例，控制矿浆中镁的含量在2-2.5后，使硫基-NPK料浆的粘稠度得到了好转，解决了喷浆造粒干燥机出细粒的问题。5.5成品氮含量低 喷浆造粒工艺生产硫基-NPK复肥显著的不足之处，是成品含氮量提不起来，一般只能维持在12.5左右。计划下一步在冷却工序采用尿素熔融后喷洒在颗粒上，以达到提氮的目的。6设计特点6.1 采用连续转化反应槽：氯化钾与硫酸低温转化的过程，是硫基NPK复肥生产的关键。随着生产技术的不断进步，转化的方法从釜式间歇操作法双釜连续转化法槽式连续转化法过渡。转化方法不同，设备选型、投资大小、生产成本有很大的差异。采用槽式连续转化法具有：6.1.1 连续生产，有利于生产线采用DCS自控系统，提高生产控制水平，稳定产品质量，降低劳动强度；6.1.2 槽式反应槽容积大，具有足够的气液分离空间，提高了盐酸的质量和产量；6.1.3 比搪瓷反应釜防腐能力强，使用寿命长，克服了搪瓷反应釜搪瓷容易损伤的缺陷。6.2 合理布局：硫基-NPK复肥生产物性独特，以据物料流向，充分利用立体空间合理布置设备。盐酸吸收系统、造粒机头均设计了混凝土框架平台；热风炉与电脑控制室紧靠造粒机头布置；4层20m高的提升楼从上而下顺序布置筛分、破碎、返料设备；40m高的尾气筒钢架紧沿提升楼墙壁直立。使得生产线占地最小、流程最短、投资最少、合理紧凑、方便操作。6.3 取消热风机：同行业硫基-NPK复肥生产线，在热风炉与喷浆造粒干燥机之间均设有热风机，用于克服热能输送阻力。但作用效果并不明显，输送热风温度高达800-950左右，对风机材质要求高，有些厂家建好未启用。取消热风机后，减少了不必要的阻损，降低了投资和运行费用。7经济分折7.1 投资情况 100kt/a硫基NPK复肥生产线总投资1200万元，其中土建：300万元；设备：600万元；安装费120万元；电仪：180万元。7.2 生产消耗100kt/a硫基NPK复肥生产线平均消耗见表4：表4 硫基NPK复肥平均消耗指标序号项目消耗指标1磷酸（P2O5，100，t）0.1932硫酸（100，t）0.1753氯化钾（K2O，60，t）0.2394液氨（99，t）0.1335尿素（N46，t）0.0356燃料煤（5500kcal/kg，t）0.0687蒸汽（0.8MPa，t）0.068电（kWh）92.219副产盐酸（31，t）0.27-0.297.3 经济效益 硫基NPK复肥近期的销售成本为1680元/t