喷浆和氨化造粒法生产硫基复合肥的工艺技术研究.doc

喷浆和氨化造粒法生产硫基复合肥的工艺技术研究曹广峰王恒涛 (临沂市复合肥研究所276700)在硫基复合肥生产方面，国外传统的生产方法是将硫酸钾、尿素、磷铵进行粉碎、混合、造粒制 成，而硫酸钾又是由氯化钾与硫酸在曼海姆炉中加热到60800制各，国内临沂红日集团首创把硫 酸氢钾的制备与合成氨、磷酸的生产直接结合起来生产硫基复合肥。而临沂市复合肥研究所完成的采 用部分过磷酸钙为磷源喷涂和氨化造粒法生产多种农作物专用型或多功能型专用硫基复合肥项目，与 国内外传统硫基复合肥生产工艺有所不同，本文就此作一简述。1硫基复合肥的反应原理 (1)脱氯反应制备硫酸氢钾 浓硫酸经预热后与定量的氯化钾在单槽四室溢流反应槽中连续反应，生成硫酸氢钾和氯化氢气体并放出热量，氯化氢气体经三级吸收生成盐酸。其化学反应方程式：H2SO+m+KCI100-130KHS04+HClf+Q (2)混酸反应 若生产中、低浓度硫基复合肥全部采用过磷酸钙为磷源时，过磷酸钙料浆与硫酸氢钾和过量的硫酸在混酸槽中进行混酸反应，其化学反应方程式：Ca(H2P04)2+H2S04 t 2H3P04+CaSO Ca(H2PO,)2+2KHS04+2H20=2H3PO,+K2SO,+CaS042H20 (3)氨化中和反应 混酸料浆与氨通过管道反应器进行氨化中和反应，其化学反应式为：2NH3+2KHS04=(Nl-h)2SO+K2SO+ H2SO+2NH3=(NH4)2SO+ H3P04+2NH3=(NHl)zHPO,2H3P04+2NH3+CaS04=Ca0-12POD2+(NIghS042工艺方案的选择 将一定量浓硫酸在加热釜中加热至90(2后，再与定量的氯化钾在反应槽中进行反应，生产的硫酸氢钾溶液溢流至混酸槽，产生的氯化氢气体经冷却、吸收后放空。然后将定量的过磷酸钙或磷酸一铵 料浆与硫酸氢钾在混酸槽中进行混酸反应形成混酸溶液。喷浆造粒法是将一部分混酸溶液用气氨在管 式反应器中进行中和反应，制备出一定中和度的硫基复合肥料浆。经喷浆泵在烘干造粒机内再进行喷 浆涂布造粒；氮化造粒法是将一部分混酸溶液经混酸泵输送至管式反应器内与气氨进行中和反应，利 用其反应热产生的背压直接喷入转鼓造粒机内与配料岗位输送的干物料混合滚动造粒。无论喷浆造粒还是转鼓造粒在造粒过程中所产生的尾气均经文丘里洗涤器进行洗涤后排空，其物料经造粒烘干雁再进行冷却、筛分、包装，粗料经粉碎和细料一起返回造粒机重新造粒。若生产多功能型专用肥，可在包衣机内加农药或植物生长调节剂进行药膜包农处理。其工艺流程图(略)。3实施方案的确定 (1)原硫基复合肥的设备安装均采用三层楼以上立式安装，存在着建设投资大、施工周期长等问题。本公司经过反复考察论证，确定采用平面布局安装。结果仅土建就节约投资200万元，建设工期 缩短2个月，丽实践证明平面布局具有操作方便、能耗低、开车率高、投资省等优点。(2)脱氯及喷浆造粒工段设备的选型一一一 全里壅鱼!塑!兰堑三苎垫查堡坌叁墨皇主垫堕丝墼奎亟叁 !原设计脱氯工段用间歇操作或两釜连续操作，设备投资大、保温效果差、蒸汽耗量大。临沂市 复合肥研究所通过工艺核算，采用了单槽(四室)代替多釜，连续操作，不仅节省投资，而且操作方便、生产稳定、反应效果好。原盐酸吸收系统冷却器采用换熟面积为如1112的改性聚丙烯，经常出现列管抽瘪现象。经分析 这是由于盐酸出口温度高、冷却效果差造成。现采用纯石墨材料的冷却塔，换热面积60 m2就能达到 冷却要求而且还解决了列管抽瘪现象。为保证氯化氢气体的达标排放，在盐酸吸收系统尾气放空塔 中填充比表面积大的外形球状的叶片型聚丙烯填料，大大提高氯化氢气体的吸收效率。喷浆造粒工段中原文丘里循环槽设计是采用碳钢内村橡胶，经常出现橡胶板脱落现象。现改用316 L材质，不仅解决防腐问题，而且延长了该设备的使用寿命。引风机功率由75 kW增至90 kW， 提高了产量，稳定了生产。由于混酸介质中含有磷酸、硫酸、盐酸，在80X2条件下腐蚀性极强，且介质中含有的小颗粒 对泵的磨损严重。因此，选用了超高分子聚乙烯泵，该泵耐酸、耐磨、耐高温，使用效果很好。原硫酸预热设备多采用板式换热器。但浓硫酸在90以上对板式换热器的材质有严格要求， 只有哈氏D合金才能保证其使用寿命，但价格昂贵。因此采用内衬搪瓷的加热釜代替板式换热器，投 资仅为板式换热器的20，且安装操作简单，并能满足其工艺要求。该设备我公司使用4年后至今未 出现任何问题。调整喷枪解决造粒过程中的“结疤”问题。由于过磷酸钙具有很强的粘结性，在造粒过程中， 料浆不易雾化，自成粒现象严重，产品水分不易控制，且未成粒的料浆极易粘结在烘干机壁上出现“结 疤”现象。我公司通过反复试验。将空气压力由原来的02 MPa，提高到O35 MPa，增大了喷枪出口 物料的流速同时调整了喷枪与喷舌的间距，还调整了喷枪与料幕的距离，料浆得到很好地雾化，以 此使成球率提高了30。采用大孔径筛网增加返料量，提高产品质量和产量。由于硫基复合肥的造粒原理是涂布造粒， 用过磷酸钙为原料生产硫基复合肥时，由于料浆粘性大，易自成粒，所以产品的成球率高，造成返料 量少，导致喷浆量低，从而又影响了产品的质量和产量。我公司将筛分设备进行改进，小网孔由原来 的15 mm改为25 mm，增加了返料量，确保有足够的小颗粒为核心，从而提高所需喷浆量，确保了 产品的产量和质量。(3)氨化造粒工艺装置的改造。我公司原有50 kta复混肥生产装置三套。本公司经分析、论证， 确定采用硫基复合肥车间来的混酸料浆与气氨直接进行氮化反应，采用转鼓造粒机造粒生产硫基复合 肥，以此在复混肥装置上开发出硫复合肥新品种，且项目投资少、生产成本低。该装置在不生产硫基复合肥时还能生产出复混肥或专用肥，实现一机多用。新增管式反应器。原喷浆造粒工艺装配的管式反应器直径为巾426ira，内衬聚四氟材料，而 氨化造粒的管式反应器的直径仅为巾108 mm(考虑增加其反应压力)。为保证设备的使用寿命，我们 选用了内衬一种耐热、耐酸、耐腐蚀的硅酸盐类玻璃材质实践证明，使用效果非常好。造粒工序的改造。考虑造粒过程中有过量的气氨逸出。我公司将转鼓造粒机两头增加了密封装 置，井新增1台9-19N08C型内村橡胶的高压离心风机和文丘里洗涤吸收装置一套。我公司喷浆造粒 装置的文丘里洗涤器和循环槽采用316 L材质虽能耐腐蚀，但设备造价高，在此基础上我们又进行了 改进采用环氧酚醛树脂玻璃钢代替316 L不锈钢。这样不仅解决了设备腐蚀问题，而且还降低了设 备投资。(4)多功能型硫基复合肥的生产设备选型。当生产多功能专用硫基复合肥时，为避免农药与肥料 间发生不利反应，我们采取氮，磷、钾三元素造粒，物料经烘干、筛分后，再用SLH：取螺旋锥型包 膜机进行包药膜处理。考虑所用农药量较小，可先用惰性粉状物料将农药进行稀释处理。122 全屋复合(混)肥新工艺技术推介会暨生产技改经验交流会4 项目建设工期和投资 该项目分二期工程。一期工程新上脱氧工段和喷浆造粒工段，脱氯工段设计规模为100kta(以硫基复合肥实物量计，下同)，喷浆造粒工段设计规模为50 kta；二期工程在原有的复混肥生产装置上改 造了一套50 k-ta的氨化造粒硫基复合肥项目。一期工程从开工到建成投产用了4个月的时间，其投资 情况见表1，二期工程从开工到投产仅用了20天的时间，其投资情况见表2。表1一期工程主要投资览表工程名称 工程造价(力兀)备注 设备购置 355电气仪表 96 土建51 设备安装 33 防腐保温 50 总计 585表2二期工程主要投资一览表工程名称 工程造价(力兀) 备注 设备购置 105电气仪表 4土建05设各安装 25含管道 防腐保温 2总计195S 工艺操作指标的确定 传统的硫基复合肥产品有效养分含量均为45(N：P：K=135：16：155)，而我公司全部采用不同含量的过磷酸钙或重钙为磷源时可生产出中、低浓度的硫基复合肥。现以喷浆法生产有效养分38(121214)的中浓度硫基复合肥为例，其工艺操作指标如下： (1)反应岗位硫酸加入量：16 m2h 氯化钾加入量：2000 kgh 反应温度：1204-10 反应时间：60 min 蒸气总管压力：044-002 MPa 反应槽汽管压力；O25士002 MPa(2)吸收岗位 循环上水压力：02 MPa 一、二吸循环泵出口压力：03 MPa 备用泵出口压力：03 MPa 尾气吸收循环泵出口压力：04MPa 冷却塔气体出口温度：455 一吸降膜吸收塔气体出口温度：354-5 盐酸风机进口气体温度：254-5。尾气吸收塔釜液温度：182C 盐酸、二吸循环量：5l m3m全国复台(混)肥新工艺技术推介会暨生产技改经验交流会123尾气吸收塔循环量：6I m 一次水加水量：31 m3，Il 尾吸补二吸量：1502 m哳l 二吸补一吸量：1,802 m3，Il 盐酸采出量：202 m3m 盐酸浓度；3l1 (3)溶解岗位 过磷酸钙与水的比：24：3 溶解水温；60(4)中和岗位 中和度：12一I25料浆含水量：2530料浆比重：14I54 g，cm3 配氨压力：03加4 MPa 料浆槽液位：I，32，3 (5)造粒岗位机头温度：380-450U(干燥气体温度) 机尾温度：6585(干燥气体温度) 喷浆空气压力：0-304 MPa 造粒烘干机内负压：一40-60 Pa 返料倍数：35(6)冷却岗位 机尾物料温度：40 机尾物料水份：25 (7)筛分岗位合格粒子粒径：25q mm90返料粒度组成：2 turn 7005225衄25q0(8)熟风岗位 炉膛温度：800-1100 炉出口温度：650900 (9)包装岗位 每袋包装质量：50l【g 包装精度：O5 kg6产品主要技术指标过磷酸钙为磷源喷浆法生产的硫基复合肥产品外观颗粒光滑、圆润、强度高且不易结块，其产品 主要技术指标见表3：氨化造粒法生产硫基复合肥产品外观颗粒不规则。含氮高且易溶于水其产品 主要技术指标见表玑表3产品主要技术指标()产品规格 技术指标NP2嘎KOH舢 Cl30910 ll212953610 12 14 2O2744012 13 15 1827745】317 】5 】7290全国复合(混)肥新工艺技术推介会暨生产技改经验交流会表4产品主要技术指标() 产品规格 技术指标NP205K，O H，O Cl3012 10 82，82743614 1111262854014 14 12 222734515 15 15 212。627多功能花生及多功能果树专用硫基复合肥的特点及肥效 多功能专用硫基复台肥是以肥为主，药肥结合的新型化肥品种，我公司开发研制的防治花生根结线虫病，兼治地下害虫，叉为花生提供多种营养元素的多功能花生专用肥，及具有化控功能的多功能 果树专用肥，在农科部门的协助下进行了多点小区试验，大量对比示范和大面积调查验证，都显示出 不同程度的增产作用。(1)调查与配方 花生根结线虫病是花生作物的毁灭性病害，在国内主要花生生产区均有分布。据l描沭县农技部门统计，该县2000年发病5,9万亩，2001年发病高达l 8万亩，发病地块轻者减产30-40，重者减产7080，有的甚至绝产给花生生产带来了极大危害。近年来，农技部门做了大量的防治研究，研 制出一种具有触杀、内吸、薰蒸等多种作用的有机复合杀线荆，并在农田进行了试验、示范，防治效 果可达855。较未施药的对照增产90，同时具有防治多种害虫作用。该药化学性能稳定，经实验、 分析，与硫基复合肥具有可混性。多功能花生专用肥的配方：是在对当地土壤进行调查分类、取土化验、建立土壤养分状况数据序 的基础上，根据施肥土壤的肥力状况结合花生需肥规律和病虫害情况进行配方(见表5)。 N P205 K20 ZnSO- B 防线剂一号12 810 O5O5078l10 10 10 056 lO 8 12 O8047(2)矮化密植是果树栽培的发展方向。我厂在果树肥舶开发试验中发现，果树施用专用肥后虽然 增产效果显著，但有些果树品种，如桃树施用后生长过旺，枝条长达半米以上，既浪费养分，又给修 剪带来了麻烦。因此，我们选用PP333、B9、助状素等几种植物生长调节荆掺入果树肥中进行化控试 验，结果证明在果树上使用PP333(多效唑)可控制植物的营养生长，促使植物的生殖生长，且增产 效果较为理想，同时我们又在多功能果树专用肥中增加了硼砂用以防治缩果病，增加了硫酸锌用以防 治小叶病，其配方见表6。NP205磁O ZnSolIB PP333l13 10 15 0505 0003 lO 12 16 050500024(1)试验及施肥方法多功能花生专用硫基肥试验在临沭县石门及泉埠镇发病较重的连片花生田内小区试验面积4 m2。设4个处理：a亩施多功能花生专用硫基肥50 kg：b亩单施与多功能花生专用肥同等养分的花生 专用肥和农药；c亩施花生专用肥50蝇；d对照常规施肥(亩施碳铵40埏，磷肥40 kg)。随机排列-3次重复。一全璺墨童!堡!堑三苎垫查堡坌垒墅生主垫墼丝墼奎堕室 !垄旌肥方法：在播种前7lO天，起垄随犁施于播种行下1520 cm的垄内。多功能果树专用硫基肥试验设在沭河两岸肥沃的河潮土种植的4年生黄金桃树中，单株试验。 设6个处理：株施果树专用肥25 kg，区组含p333分别为3 g、4 g、5 g、6 g、7 g，对照与多功能果 树专用肥营养相同的果树专用肥25 kg，随机排列，重复3次。施肥方法；在树冠下外围4面开沟2030 cm深沟内，然后浇水盖土。 (2)调查方法多功能硫基花生专用肥：在苗期及生育期主要观察地上部植状表现，利用盆栽观察兼治地下害 虫的种类及效果，收获期进行测产考察，花生单打单收，田间管理均与大田相同。多功能果树硫基专用肥：第二年调查桃枝梢长度、节闻、座果率、收获期单株测产考察。 (3)结果与分析施用多功能花生专用硫基肥的地块，凡按技术要求施用的，出苗均正常，只是到团苗期以后才 表现出轻微的药害，但比单施相同数量农药的要轻，中期地上部主要性状与对照无明显差异，但根部 虫瘿相对较少，兼治地下害虫效果明显，这与采用单施相同数量的农药防治效果相一致。根据对30块不同肥力和发病程度的田块进行测产考察，亩施多功能花生专用硫基肥50蝇与常规 施肥对照相比，防病效果达78-85，兼治地下害虫达91，大面积示范平均亩增皮果1386 k，增 产8965，亩增纯收入3508元(见表7、8、9)。处理 III III 合计 平均 增产 多功花生专用硫基肥 289 3023 2885 8792 2932 1386 专用肥和农药单施 29l3037 2878817 2939 1399 花生专用肥 1407 20172095514 1838292CK(常规施肥)1456 161715654638 1546表8多功能花生专用硫基肥兼治地下害虫统计表 大黑蛴螬(3龄： 无翅蚜虫处理接虫(头) 残存虫(头) 效果() 接虫(头)残存虫(头)效果()1多功能花生专用肥15 2866150 O 100CK15 Il150 183袭9投肥效益核算表(元，亩)处理产量(kg庙)产值 化肥成本亩收入比对照亩增加纯收入l多功能花生专用硫基肥 2932 8796 1057746 3508花生硫基专用肥 18585574 85 4724 489CK1546 46318 404238在4年生黄金桃每株追施25 kg含5 g PP333的多功能果树硫基专用肥，对于生产和控制较为 理想。从长势看，桃树枝条长短粗细合适，花芽饱满。从产量来看，当年无差异，但第二年产量明显 提高效益显著。(见表1013)。表lO多功能果树专用硫基肥对桃树枝梢长度问的影响 区组处理(cm)394 E5 g6R 7 g CKI 474 430 366 463 303 60O Il 364 316 348 278 180 492 ffI 484 390 380 208 295 575平均数 443793653I6259557(下转第128页)128 全国复合(混)肥新工艺技术推介会暨生产技改经验交流会种田意识等多方面的问题。尽管在推广和发展缓，控施肥料方面也还有很多困难，但随着世界人口的增 长和可耕土地面积的退减，针对单位面积的产量和单位产量的投资会更受人们关注。包裹肥较其他几 种缓，控释肥更具备工业化生产可行性，尤其使用成本远远低于国外某些缓释工艺肥料，用后不会对土 壤造成任何污染，相对减轻土壤板结现象，从可持续发展角度来看不失为中国百姓实用的肥种。当然 这种新型肥料的普及推广需要企业、社会、政府、科普工作者和种田户共同去支持和努力。推广、示 范、应用能提高化肥利用率，节约能源的缓，控释复合肥确实是一件利国利民，泽被后世的好事。为了 悍卫这场化肥产业的革命，为了坚持做好利国利民的包裹型缓释肥料的推广示范工作，19年来三门蛱 市复合肥厂在曲折艰辛中将这项事业持之以恒地坚持了下来。从节约资源这一项就足以引起各级政府 和有关科研及科技推广部门的高度重视并正确去加以引导。最后我提议在缓释肥大发展