硫酸脲氨化法生产尿基复合肥工艺技术及应用.doc

硫酸脲氨化法生产尿基复合肥工艺技术及应用来源： 作者：发布者： 发布日期：2010-09-26硫酸脲氨化法生产尿基复合肥工艺技术及应用摘要： 对脲硫酸氨化法生产尿基复合肥工艺的原理和影响造粒的主要因素进行了分析，总结了生产过程中出现的主要问题，提出了解决办法和应对措施，为蒸汽团粒法、尿液喷浆法、氨酸法造粒装置技术升级和改造提供了可借鉴的思路。关键词：硫酸脲；氨化造粒；尿基复合肥；技术改造1.0概述目前，随着我国复合肥和复混肥标准的分别制定和实施，我国蒸汽团粒法和尿液喷浆法复混肥工艺急需改造，升级为有化学反应的复合肥生产工艺，目前一般采用最简单的氨酸法。但是氨酸法主要适用于高磷肥和平衡型肥料的生产，工艺的适应性不强。随着对硫酸脲氨化法生产复合肥的工艺技术研究的不断深入，已有多个生产厂家采用硫酸脲氨化工艺进行了工业化的生产，并取得了相当的成果，同时在生产中也暴露出一些问题，经过我们深入的分析，提出了解决办法和改进措施，并取得了满意效果。2.0.硫脲氨化法生产尿基复合肥工艺原理2.1硫酸脲的基本性质 1934年Ddlman.L等研究了CO(NH)2-H2SO4-H2O三元系统相图，提出尿素和硫酸可以形成不同的加合物，可以形成低温共熔物，最低共熔点为10。图1尿素-硫酸二元体系相图尿素与硫酸的加合为放热反应，且第一个摩尔尿素与硫酸结合时放出大量热量，导致温度剧升，而第2个摩尔的尿素溶解时放热则较少，另外，由于尿素与硫酸加合过程的放热，酸解液配制时所产生的热量可能使系统过热而发生缩合等副反应，甚至有可能引起爆炸。因而要求酸解液配制温度最高不超过130，一般控制在110以下，并在配制过程中控制合适的尿素和硫酸的比例，同时加入适量的水以降低硫脲的粘度和保持硫脲的稳定。图2 10、25尿素-硫酸-水三元体系相图2.2. 硫酸脲溶液的配制固体尿素经破碎机破碎大块后经斗提进入料仓，然后经皮带秤计量送到配制罐，浓硫酸、工艺水按比例计量后加入配制罐搅拌混合制得硫酸脲溶液，在配制过程中通过外置换热器用冷却水降温保持硫酸脲溶液温度在正常操作范围内，配制好的硫脲溶液泵送到造粒系统。2.3硫酸脲氨化法生产尿基复合肥的工艺流程硫酸脲溶液通过加压、计量后进入造粒机，在特定的喷嘴作用下均匀的喷洒在料层上，液氨（气氨）经加压、计量后通过氨喷嘴加入料层内，与各种原材料、返料一起混合造粒，同时用洗涤液和蒸汽调节造粒机物料温度和湿度。尾气经风机引到洗涤系统用稀硫酸洗涤回收氨和粉尘后排放，洗涤水用于返回造粒机调节造粒。固体尿素 浓硫酸工艺水 冷却水破碎机斗提机料仓皮带计量称配制罐换热器出水造粒机雾化喷头硫脲溶液泵压缩空气图3 硫酸脲氨化法生产尿基复合肥的工艺流程示意图2.4主要工艺技术指标硫脲溶液温度：80-110造粒机物料温度：60-70造粒机出口物料含水量：2.5-4返料比：1-2物料PH值：5.5-6.53.0硫酸脲氨化造粒的机理和主要影响因素3.1硫脲氨化造粒的机理硫酸脲均匀喷洒在料层上作为粘结剂强化造粒，随后进入料层的液氨、MAP与硫酸进行反应生成DAP和硫酸铵，同时放出反应热，使物料迅速升温。利用尿素和反应物的粘性把物料层层包裹，在机械的作用下形成合格的粒子。主要化学反应：2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4+QNH4H2PO4+NH3=（NH4）2HSO4+Q 在造粒过程中发生化学反应增加物料间的溶解、吸附、分子间作用力等作用，使得物料的粘性增加，产品的致密度和强度提高，尤其是可以降低物料存储过程中的再次反应和晶型转变，使得产品的性质稳定，不容易发生粉化和结块。3.2湿度的影响。造粒的液相量与物料湿度有最直接的关系，随着湿度的提高各种物料的溶解量增加，液相量增多。不同的物料体系成粒性与液相量密切相关，在相同的生产条件下，尿磷铵系物料较其他物料体系的含水量要求更低，最佳的水分含量在3%左右。3.3温度的影响提高造粒温度，无机盐之间的化学反应变得活跃，物料间化学键结合的机会增加。而且，无机盐的溶解度一般随温度的升高而增大，所以造粒温度高时体系的液相量随之增多，相互的溶解和反应生成复盐量增加、均匀程度提高，这时外加液相量应适当减少，造粒湿含量（水分）应随温度和原料的溶解度变化而调整，例如尿磷铵造粒温度由60改为90时，其物料湿含量应从3.2%降为1.2%。升高温度也使液相粘度和表面张力减小，从而在机械外力作用下可获得更结实的颗粒。3.4物料溶解度的影响物料的溶解度对造粒有很大的影响，在相同温度和湿度的情况下，溶解度大的物料形成的液相量大。在硫酸脲喷浆造粒工艺中常用的原料主要有尿素、硫铵、氯化铵、碳铵，MAP、普钙、氯化钾、硫酸钾，常温下（20）的溶解度如下：表1常温下（20）常用无机肥料的溶解度g/100ml水尿素硫铵氯化铵碳铵MAP普钙氯化钾硫酸钾106.675.437.2173563411.1随着温度的升高溶解度会加大，例如尿素、硫酸铵、氯化铵、氯化钾、硫酸钾在水中的溶解度随温度变化的情况如下：表2 不同温度下常用无机肥料的溶解度变化g/100ml水温度020406080100120尿素69.5106.6164.5259.7415.5754.72122.2硫酸铵70.675.481.088.095.3103.3氯化铵29.437.245.855.265.677.3氯化钾28.034.040.345.851.156.0硫酸钾7.3511.114.818.121.424.2在脲硫酸复肥的配方中，由于尿素的溶解度较大，因此高氮复合肥中的液相量很高。如部分尿素以粉状尿素的形式加入会有所改善，但要注意的是尿素溶解吸热会使造粒温度变低、操作难度加大，所以配方中粉状尿素的加入比例一定要掌握好。3.5物料酸碱度（PH）的影响PH是物料体系的配伍性是否合适的重要指标，物料PH过低造粒易成大球，PH过高物料粘结性差不易成粒。在有磷铵存在的造粒体系中，根据生产经验造粒机内物料PH在5.56.5之间时比较适宜。3.6物料熔点对粘度的影响混合物料的共熔点一般会低于熔点最低组分的熔点，尿素、氯化钾、MAP体系的共熔点约为115，这样体系温度高于共熔点时也会造成物料的液相量增加，同时粘性增加，混合物料体系的共熔点称为粘滞温度。在造粒机内物料应该在粘滞温度附近，而在干燥机内则必须要低于粘滞温度。3.7返料的影响返料数量、返料的质量（如稳定性、粒度分布、温度、含水量等）对造粒有重要的影响，主要是对温度、湿度和造粒核心的影响，增加返料量使得造粒温度、湿度降低、核心增加。采用热返料技术可以提高返料温度，进而提高造粒的温度。一般控制系统返料比（返料量：投料量）在1-2之间，造粒机物料的液固比（液体投料：固体投料+返料量）根据造粒温度一般控制在0.1-0.2之间。4.0硫酸脲氨化法工艺的主要优点4.1.不用蒸汽可以实现尿素溶解硫酸脲法充分利用尿素、硫酸、水形成硫酸脲的反应热，使固体尿素不需加热即能形成易流动的稳定的硫酸脲液体，相对尿素熔融法节省了溶解尿素所需的大量蒸汽，降低了生产成本。4.2生成缩二脲的副反应少硫酸脲的配制过程中，反应温度可较易的控制在低温范围内，相对其他高温熔融尿素的方法，可以有效的减轻尿素间的缩合反应，配制过程中生成缩二脲的副反应很少，产品中缩二脲的含量低，更加有效地保证产品的内在质量。4.3造粒成粒率高硫酸脲液体粘度较高，在60可达50cps，喷入造粒机中与其它基础肥料更易成粒，再加上硫酸氨化反应的成粒作用，造粒成粒率高，返料比在12范围内，优于尿液喷浆法返料比23的范围，可以实现无填料造粒，解决粉状硫酸铵成粒难的问题，特别是当品种要求硫酸铵加入量较多时，该工艺可以更好的发挥设备能力、节约能源、提高生产能力。同时由于反应温和，带入水少（氨酸法和尿液法），粘性强，造粒不易和泥，容易控制。4.4干燥能耗低充分利用了尿素、硫酸、水生成硫酸脲溶液的反应热，以及硫酸脲的氨化反应热，使得粒子系统水分含量较低，也大大降低了干燥机的热风负荷，对于某些配方可实现无干燥或少干燥即可达到水分含量的要求。4.5工艺适应性强在高温高湿情况下其他工艺生产尿基复合肥困难，但用该工艺进行生产时，硫酸脲的氨化产物及与其它基础肥料混合成粒后产品粒子的临界相对湿度可达60%以上，即使在高温、高湿的夏季生产也能实现正常连续开车，特别是生产高氮肥料时，效果更加明显。4.6产品质量高利用硫酸脲的生成反应热及硫酸脲的氨化反应热，可使造粒温度达到70，使粒子强度较传统造粒工艺要高，外观更圆润，如果外加管式反应器喷浆造粒使粒子强度更高。5.0产品质量检测5.1产品养分通过化验硫酸脲氨化造粒产品养分均匀，符合国家标准。5.2产品粒度产品粒度均匀，以MOP型3*15为例，2-4mm 成品粒子可达到90以上。5.3产品的圆润度产品圆润度可达85-95。5.4产品的含水量产品的水份含量较低（1-1.5%）。5.5产品中缩二脲的含量本工艺较其他尿基复合肥生产工艺，最大的优势是产品的缩二脲含量非常低，产品中缩二脲含量均在0.5以下，大部分产品在0.3以下。5.6产品的颗粒强度产品的颗粒强度达20N以上。6.0生产中常见的问题和应对措施6.1斗提机堵塞 由于造粒回路的物料的吸湿点、软化点都较低，在高温高湿的环境，如造粒操作不当，如干燥系统不能将造粒机出料粒子充分干燥，物料易产生结块现象，最终导致斗提机结疤、输送能力下降，严重时斗提机堵塞。措施：（1）控制物料氨化度，防止物料酸性过强容易粘滞，严格控制干燥温度和风量，保证物料干燥水分合格，提高生产的连续稳定性。（2）高温高湿期间，缩短系统清理周期，防止斗提机过载。6.2硫酸脲设备、管路腐蚀由于硫酸脲腐蚀性较强，生产厂家设备管路材质选型不当等原因，设备管路腐蚀较严重。管路焊接处表现更为明显。措施：（1）根据硫酸脲的特性，选用更为合适的罐体、管线、泵的材质，如工程塑料、增强聚丙烯、碳化硅等。（2）控制好硫酸脲配制罐的温度在规定范围内。6.3硫酸脲流量计及调节系统硫酸脲流量计采用电磁流量计，在试生产过程中可能受介质的电导率波动、管道安装形式的变化的影响，致使测量波动较大，调节困难。措施：选择质量流量计、转子流量计，最好采用计量泵计量。7.0结论总的来说，经不断改进提升，硫酸脲氨化法工艺技术已经日趋成熟，与目前其他尿基肥生产工艺相比，具有生产成本低、产品质量高、工艺适应性强等诸多优点，如现有氨酸工艺设备，则改造量很小，工艺和操作变化不大，但在产品质量、