硫酸脲氨化造粒复合肥料的生产技术

硫酸脲氨化造粒复合肥料的生产技术

1987年，临贤县磷肥厂开发了采用分段收获机生产装置的硫酸和硫酸钠（硫酸t），采用碳酸氢铵或钙、镁、磷肥料处理的复混肥生产工艺。近年来,随着行业的技术进步,该工艺渐渐又被人们重视和改进。2013年2月,山东金山化肥有限公司在其年产20万t转鼓蒸汽造粒复混肥生产装置上采用硫酸脲氨化造粒技术进行改造,新增硫酸脲反应设备、管式反应器、造粒尾气处理系统以及硫酸储槽、氨站等,研制了硫酸脲氨化造粒复合肥料,目前已连续运行4月,达产达标,取得了良好的效果。1造粒机内氯化钾和磷酸的复分解反应将定量的尿素和硫酸在反应釜中进行反应生成液态硫酸脲并放出热量。其反应式如下:将定量的硫酸脲与气氨在管式反应器中进行反应生成硫酸铵脲料浆,并释放出大量的反应热。其反应式如下:从配料岗位输送到造粒机内的氯化钾和磷酸一铵可进行复分解反应生成磷酸二氢钾和氯化铵,但常温下其反应缓慢,当硫酸铵脲与气氨反应放出大量热量时其反应加速;同时硫酸铵脲中的硫酸铵又与物料中的氯化钾发生复分解反应生成硫酸钾和氯化铵。其化学反应式如下:造粒物料中反应生成的氯化铵又与原料中的氯化钾形成氯化铵钾复盐固溶体[(NH4,K)Cl],硫酸铵又与硫酸钾形成硫酸铵钾固溶体[(NH4,K)2SO4];磷酸二氢钾与原料中磷酸一铵又形成磷酸铵钾固溶体[(NH4,K)H2PO4]。这些固溶体将是该肥料的主要成分,并在造粒过程中起到成球作用。2硫酸-氨化剂-复肥生产工艺2.1填充料及调剂硫酸脲氨化造粒生产复合肥的主要原料有尿素、工业硫酸、液体无水氨、磷酸一铵、氯化铵、氯化钾(或硫酸钾)、填充料(白云石粉)等,必要时也可增加中微肥。其产品为15-15-15、20-10-15、18-15-12。其原辅材料消耗见表1。2.2管式反应器生产工艺硫酸脲氨化造粒复合肥生产工艺流程见图1。按比例将尿素溶解于水中,然后将定量的浓硫酸与尿素水溶液进行反应生成硫酸脲溶液(温度(90±10)℃)。该溶液经计量后进入管式反应器,同时液氨经气化、计量后也进入管式反应器,瞬间产生剧烈的反应,生成温度较高的硫酸铵脲料浆,并产生背压将其喷射到转鼓造粒机内的固体料床上。将配料岗位经计量后的氯化钾、磷酸一铵、氯化铵或尿素进行混合、粉碎输送到转鼓造粒机内,与尚未固化的硫酸铵脲料浆进行混合,形成一定液相的固溶体,使其在温度60～80℃、pH5.5～6.5下滚动团聚成粒,同时在高温下各物料间发生复分解反应生成复盐。在造粒过程中产生的尾气经文丘里洗涤器洗涤后放空;反应岗位过多的硫酸稀释热采用循环冷却水进行冷却移走。造粒后的物料再经烘干、冷却、筛分、包膜、计量、包装后成为产品;其中筛分后的大颗粒物料经粉碎后与筛下的小颗粒物料一起返回造粒机内重新造粒。3管网生物处理和造粒装置的选择考虑硫酸与尿素反应后具有特殊的腐蚀性及工艺上需要移走部分反应热,选择了搪瓷夹套反应釜。该釜夹套内可通入循环水,满足工艺上的冷却要求。在硫酸脲氨化造粒生产复合肥的氨酸反应过程中可采用2种反应器,即悬埋管式反应器或管式反应器。悬埋管式反应器的优点是容易控制、便于操作;缺点是易出现由反应不完全造成的局部物料粘结或过成球现象,同时悬管在高温下易弯曲变形,不但阻挡物料,还会导致酸管断裂。因此,选用了316L材质的管式反应器,并安装在造料机入口,平行伸入造粒机内。该设备物料反应充分,维修量小,使用效果好。采用上海横河电机有限公司生产的电磁流量计,其中硫酸和硫酸脲采用SE204MM电磁流量计计量,气氨采用DY040涡街流量计计量。实践表明,所选流量计计量精确,防腐可靠,使用效果好。由于在硫酸脲与气氨反应过程中有过量的气氨逸出,若直接排放既浪费资源又污染环境,为便于对该废气收集、处理,需在造粒机的两端增加封头,并用管道与造粒尾气处理装置连接,使其在负压状态工作,无漏气现象。造粒尾气处理装置由1台4-72No12C离心鼓风机、1台防腐泵和1套文丘里洗涤器组成。考虑造粒过程尾气温度较高,因氨吸收率受温度的影响较大,采用水作吸收洗涤液处理尾气时容易饱和,致使尾气排放不达标,故用稀硫酸作为气氨的吸收洗涤液对尾气进行处理。该洗涤液使用一定时间后,可送到反应工序作为溶解尿素的工艺水使用。4硫酸氨化造粒瑶散肥的制造技术特点4.1增加氨站及硫酸罐区在转鼓蒸汽造粒复混肥生产装置上采用硫酸脲氨化造粒技术改造生产复合肥,投资少,仅需增加硫酸脲反应设备、管式反应器、尾气洗涤和氨、酸计量装置,对原造粒机仅需增加密封装置即可。对无氨站和硫酸储槽的企业,需增加氨站及硫酸罐区,虽然投资相对较大,但可提升产品档次。该装置当不需用硫酸脲氨化造粒生产复合肥料时,不经改动通入蒸汽即可转产转鼓蒸汽造粒复混肥料产品。4.2硫酸铵温度降解法粉状物料需在一定的液相、温度和一定黏性物料的条件下方能造粒,一般情况下物料水分、温度越高其成球速率越快,但水分高时将增加烘干负荷,浪费能源,同时产量降低,成本增加。该工艺在生产过程中利用其反应热可提升造粒物料的温度,提高造粒物料的成球速率;利用其尚未固化的硫酸铵脲料浆增加造粒物料的液相,不需向造粒物料中外加水分或蒸汽,从而减少造粒物料水分含量,减轻烘干负荷,节能效果显著(见表2)。实践表明,采用硫酸脲造粒法生产复合肥比采用蒸汽造粒生产同等养分的复混肥提高能效1.3～1.5倍。4.3添加膨润土或凹凸棒土硫酸与尿素反应生成的硫酸脲料浆可代替黏性的造粒添加剂,生产中不需加入膨润土或凹凸棒土等黏结剂,并且比添加黏结剂的造粒成球率高,物料返料比低,可大大提高装置生产能力,降低生产成本。5低能耗、节能环保的特点硫酸脲氨化造粒复合肥在原复混肥生产装置上改造生产,具有投资省、施工周期短、工艺先进、技术成熟、生产易于控制、“三废”污染物经处理后能达标排放等优势,还可充分利用反应热,提高系统热能利用率,使能源消