氨酸法造粒工艺在尿基复合肥生产装置的应用

1、第49卷第1期2011年2月化肥设计Chemical Fertilizer DesignFeb2011氨酸法造粒工艺在尿基复合肥生产装置的应用罗斌1,束维正1,2(1中盐安徽红四方股份有限公司,安徽合肥230022;2合肥市新型肥料工程技术研究中心,安徽合肥230022摘要:简述了采用氨酸法造粒生产工艺的尿基复合肥装置的生产原理、工艺流程、主要设备、工艺指标、技术特点及生产成本。结果表明,采用氨酸法造粒工艺可使尿基复合肥装置获得降低成本、减少消耗、改善质量、提高产量以及稳定运行的良好效果。关键词:氨酸法造粒工艺;管式反应器;尿基复合肥;应用中图分类号:TQ444文献标识码:B文章编号:1004

2、8901(201101003503Application of Prilling Process by Ammonia/Acid Method in Productive Plant of Urea BaseCompound FertilizerLUO Bin,SHU Wei-zheng(1Zhongyan Anhui Hongsifang Stock Company Ltd,Hefei Anhui230022China;2Hefei City New Type Fertilizer Engineering Technology Research Centre,Hefei Anhui23002

3、2ChinaAbstract:Author has briefly described the productive principle,process flow,main equipment,process index,technical features and production cost for the urea base compound fertilizer plant in which the ammonia/acid method was adopted for the prilling production processUsing prilling process by

4、ammonia/acid method can make the cost to be decreased,consume to be reduced,quality to be improved,production to be increased and running effect to be good and stable for the urea base compound fertilizer plantKey words:prilling process by ammonia/acid method;tube type reactor;urea base compound fer

5、tilizer;application为改善尿基复合肥装置生产质量,降低制造成本,提高产品竞争力,笔者以10万t/a尿基复合肥装置为例,介绍一种氨酸管式反应器喷浆造粒新技术。采用该工艺技术后,尿基复合肥装置可生产高氮、高磷、高钾和均衡型等多种规格复合肥,且在造粒工况、生产能力、产品质量、操作弹性、制造成本等方面具有显著优势。1生产原理液氨与稀释后的浓硫酸在管式反应器内进行中和反应,生成高温低湿硫酸铵料浆并释放出大量热量;造粒机内的磷一铵、氯化钾等原料温度得到提高,加快了磷一铵与氯化钾进行复分解反应生成磷酸二氢钾和氯化铵的速度,反应生成的氯化铵和原料氯化铵共同与氯化钾形成氯化铵钾复盐固溶体(NH

6、4,KCl;同时硫酸铵料浆又与氯化钾发生复分解反应生成硫酸钾和氯化铵,反应生成的硫酸钾再与硫酸铵形成硫酸铵钾固溶体(NH4,K2SO4;反应生成的磷酸二氢钾与磷一铵又形成磷酸铵钾固溶体(NH4,KH2PO41;另外尿素与氯化铵反应生成复盐CO(NH22·NH4Cl,过量液氨与磷酸一铵反应生成磷酸二铵2。造粒机内多种原料间发生化学反应生成的物料,改善了造粒原料的物性,能满足造粒所需液相和黏性,在造粒过程中起到团聚成粒作用,提高造粒成球率3。2工艺流程(1磷酸一铵、氯化铵、氯化钾等原料经计量、破碎、混匀后与系统返料一起进入造粒机内构成造粒床层,由尿素溶融装置送来的尿液经计量后,由特制雾化

7、喷嘴均匀地喷洒到造粒床层上。(2稀硫酸和液氨分别经过计量后同时进入管式反应器,瞬间产生中和反应,生成温度较高的基金项目:安徽省科技攻关计划重大项目(08010302117、安徽省科技攻关计划项目(08010302177、2010年度中国盐业总公司重点资助项目。作者简介:罗斌(1963年,男,安徽合肥人,工程师,硕士,公司常务副总经理,从事化工企业生产技术管理和企业管理等工作。·53·硫酸铵料浆,并产生压力将硫酸铵料浆喷入造粒床层上,粉状物料与尿液、硫酸铵料浆混合,在高温下各物料间发生复分解反应生成复盐,形成一定液相的固溶体,进入转鼓造粒机内滚动造粒。(3造粒后物料经一段干燥

8、、二段冷却和粗细筛分,合格颗粒经防结块包裹处理后,包装得产品。(4筛分后的大颗粒物料经粉碎后与筛下的粉状物料一起返回造粒机内重新造粒。(5造粒过程中产生的尾气均经文丘里洗涤器洗涤后放空,洗涤液送配酸工序予以回收,干燥与冷却的尾气分别经旋风除尘器和湿法除尘器除尘处理,回收的粉尘直接返回造粒机内。氨酸法造粒生产复合肥工艺流程见图1 。图1氨酸法造粒生产复合肥工艺流程3技改方案10万t /a 尿基复合肥装置采用氨酸法造粒工艺进行技改时,增设管式反应器为保证硫酸与氨的充分反应,安装1根固定好的耐酸腐蚀程度高的管道反应器,操作温度可达350,操作压力为02 03MPa 。为方便检修,管式反应器的入口端恰

9、好位于造粒机进料端的外面,反应器出口管与造粒机呈水平状伸进造粒机内。氨和硫酸在管式反应器内进行反应并产生压力,在高压气流作用下,将生成的硫酸铵料浆雾化均匀地喷涂于造粒物料表面,且料浆流量稳定,能与物料按一定比例充分混合团聚成粒,从而有效提高造粒成球率。若氨酸反应采用悬埋式双喷管技术,易造成物料反应不完全,进而产生局部物料粘结、堵塞等现象。另外悬管容易弯曲变形,氨酸流动受阻,导致管道开裂,中和反应无法正常进行,影响造粒成球。为解决管式反应器中硫酸、液氨的计量问题,分别在硫酸、液氨输送管线上增加1台流量计。针对管式反应器操作不正常或停车时的堵塞问题,增设1套蒸汽吹扫系统,在管式反应器上设计1个蒸汽

10、入口,造粒机系统改造原造粒机内壁衬有不锈钢钢板,由于液氨与硫酸反应剧烈,生成的料浆很黏稠,极易粘结内壁,需经常停车清理,影响设备的正常运转和有效开车时间。为避免内壁粘壁和腐蚀,需对造粒机进行改造。技改措施是在造粒机内壁增设1层由若干块耐酸、造粒尾气处理系统改造硫酸与氨在管式反应器中发生剧烈反应,放出大量的热量,使水分得到闪蒸,产生大量的水蒸气,同时有过量的气氨逸出,如果不经处理直接排放,既浪费资源又污染环境,为此增加1台造粒尾气引风机和1套文丘里洗涤装置(包括洗涤塔、洗涤液槽、洗涤液泵。造粒尾气用稀硫酸作吸收洗涤液处理,可提高氨的回收率,减少环境污染。若采用水进行循环洗涤,由于循环液温度较高,

11、尾气中的氨在洗涤液中溶解度小,且容易饱和而造成污染事故。该洗涤液自身内部循环使用,达到一定浓度后,通过泵输送至配酸工序,使资源得到充分利用,并改善现场环境。4工艺指标10万t /a 尿基复合肥装置采用氨酸法造粒工艺配酸工段浓硫酸质量分数98%,稀释时间40 50min ,稀酸液位1/2 2/3,稀释温度25 35,稀硫酸质造粒工段干燥、冷却和包膜工段干燥热空气进口温度220 280,尾气出口温度60 85,冷却机出口物料温度45 55,包膜机出口物料温度40,粒径100 475mm 。·63·化肥设计2011年第49卷5氨酸法造粒技术主要特点尿基复合肥原料中通常使用尿素较多

12、,由于尿素溶解度较大,尿素与磷铵生成的尿素磷酸盐等加合物的溶解度更大,易造成干燥机、溜槽、破碎机等设备结垢和堵塞,采用氨酸法造粒工艺可较好地解决上述问题。按氨酸法造粒的工艺要求,先用尿液造粒,再在成型颗粒上涂布1层硫酸铵料浆,由于硫酸铵不能与磷铵生成低温共熔物,与其他原料也有良好的配伍性,这样的颗粒外层有硫酸铵保护,颗粒之间的尿素与磷铵反应机会将显著降低4。同时采用氨酸管式反应器可防止硫酸与尿素、氯化钾等原料发生的不良副反应,避免给生产带来诸多问题;二次氨化生成了部分磷酸二铵,也可有效改善造粒物料特性,保证装置的稳定运行。粉状原料需在一定的水分、温度和粘结剂条件下才能成球。一般情况下水分、温度

13、越高,物料成球速度越快,但水分过高会增加干燥负荷,浪费能源,降低生产量,增加生产成本。采用氨酸法造粒,管式反应器喷出的高温低湿硫酸铵料浆使得造粒物料温度上升,熔融液相量增高,无需再向造粒机内补充蒸汽,从而降低了造粒物料水分,减轻了干燥负荷;同时造粒成粒率明显提高,使系统返料比下降,提高了装置的生产能力,有效地减少了煤、电和蒸汽消耗;另外,洗涤液的循环使用,又降低了原料消耗。5.3设备投资小,操作弹性大该技改项目建设周期短,投资不大。主要技改措施是在原尿基复混肥装置上增加管式反应器、造粒尾气洗涤装置、氨酸计量装置以及对造粒机内衬进行改造,技改后即可采用价格低廉的工业硫酸和液氨进行氨酸法造粒的氯基

14、或硫基复合肥料生产。该技改装置的设备操作范围大,当不需要氨酸法造粒时,装置仍能进行尿基喷浆蒸汽造粒,实现一机双用。尿基复合肥生产过程中的造粒、干燥过程通常不易控制,设备操作弹性小。氨酸法造粒工艺则可通过调节进入管式反应器中液氨、硫酸用量,保证装置在不同品种、不同原料和不同季节等情况下具有良好的造粒工况条件,有效地提高了装置的生产操作弹性,产品市场适应性强。5.4配料成本低,产品质量好氨酸中和反应生成的硫酸铵料浆可代替凹凸棒土或膨润土等造粒粘结剂,另造粒物料的pH值可由液氨调节,故产品配方中无需增加造粒粘结剂和pH值调理剂,有效降低了配料成本。氨酸法造粒工艺制得的产品颗粒洁白、光滑、圆润,强度高

15、,水分低,不结块,不粉化,溶解无残渣,产品质量稳定,产品一次合格率高,质量指标优于国家标准。6生产成本分析以总养分45%、规格为201510含氯型复合肥产品为例,尿液喷浆造粒工艺与氨酸法造粒工艺的生产成本对比见表1。表12种造粒工艺生产成本对比序号项目原料价格/元·t1新工艺单耗/t成本/元传统工艺单耗/t成本/元1氯化钾26500168445201764664 2磷一铵21700339735603417400 3氯化铵7500213159801651238 4尿液19500248483602855558 5液氨28000022616006稀硫酸200002448007碳铵78000

16、00524068凹凸棒粉2100037789防结块剂30000005150150 10配料成本小计1905619494 11燃煤118000151770020236 12电042(元/kW·h18(kW·h7624(kW·h101 13蒸汽15001101650118177 14煤电汽小计418514 15总差额/元·t1534注:氮磷钾肥等原料价格参考2010年1月份市场价,原料及煤电汽消耗依据实际测算数据。由表1可知,采用氨酸法造粒工艺生产的产品比传统工艺的吨肥配料成本低438元,煤电汽消耗低96元,吨肥制造成本低534元,10万t/a尿基复合肥生产装置每年可节约534万元;另外,产量可由原班产10