硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝及發(fā)展建議

汪家銘

（川化集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610301）

硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝及發(fā)展建議

汪家銘

（川化集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610301）

硝基復(fù)合肥是近十年來(lái)我國(guó)正在迅速發(fā)展的一種高效、環(huán)保的化肥新品種。隨著農(nóng)用硝酸銨的改性，硝基復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)不斷獲得發(fā)展。硝基復(fù)合肥安全可靠、使用方便、環(huán)保性能好、養(yǎng)分含量高，既保留了原有硝酸銨的基本特性，含有氮磷鉀等作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，養(yǎng)分均衡，有效成分含量高，又能滿足傳統(tǒng)化肥市場(chǎng)的需求。本文介紹了硝基復(fù)合肥的性能特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝及近期技術(shù)進(jìn)展，并提出了國(guó)內(nèi)今后硝基復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一些建議。

硝基復(fù)合肥；性能；生產(chǎn)工藝；技術(shù)進(jìn)展

隨著國(guó)內(nèi)各種單一化肥的需求趨于飽和，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，經(jīng)濟(jì)作物在農(nóng)業(yè)種植業(yè)中所占的比例日趨增加，市場(chǎng)對(duì)各種復(fù)合肥的需求量越來(lái)越大。硝基復(fù)合肥同時(shí)含有氮磷鉀等作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，養(yǎng)分均衡，有效成分含量高，可用于各種經(jīng)濟(jì)作物、油料作物、旱地作物的基肥和追肥，廣泛適用于各種類(lèi)型的土壤，還可以節(jié)省大量的肥料包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)及施肥的費(fèi)用［1］，是一種增產(chǎn)效果顯著，具有良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的優(yōu)質(zhì)氮肥。

1 性能特點(diǎn)

氮肥按其中所含氮素養(yǎng)分的形態(tài)，可分為銨態(tài)氮肥、硝態(tài)氮肥、酰胺態(tài)氮肥以及經(jīng)過(guò)改性的長(zhǎng)效氮肥，其種類(lèi)特性見(jiàn)表1。在硝態(tài)氮肥中，真正可稱為“硝態(tài)氮肥”的只有硝酸鈉、硝酸鈣等少數(shù)品種。實(shí)際上硝酸銨、硝酸銨鈣是硝、銨態(tài)氮肥，硝酸磷肥是氮磷兩元復(fù)合肥，硝酸鉀是氮鉀兩元復(fù)合肥，硝基復(fù)合肥是氮磷鉀三元復(fù)合肥，所以現(xiàn)在可以用“含硝態(tài)氮肥”把以上品種都包括在內(nèi)。

硝態(tài)氮NO3－和銨態(tài)氮NH4＋是植物吸收氮素營(yíng)養(yǎng)的兩種主要形態(tài)，在土壤中，銨態(tài)氮主要被土壤膠體吸附，也存在于土壤溶液中，氨揮發(fā)是其主要損失途徑。而硝態(tài)氮主要存在于土壤溶液中，淋溶和反硝化是其主要損失途徑［2］。作為植物的氮源，銨態(tài)氮進(jìn)入植物體后必須盡快與有機(jī)酸結(jié)合，形成氨基酸或酰胺，銨態(tài)氮的積累對(duì)植物有毒。硝態(tài)氮進(jìn)入植物體后，一部分還原成銨態(tài)氮，其余可暫時(shí)貯存在細(xì)胞的液胞中。其特點(diǎn)就是肥效快。氮肥本身就是肥效快的肥種，硝態(tài)氮肥又是在氮肥中肥效最快的，適用于生長(zhǎng)期短的作物。

表1 氮肥的主要種類(lèi)及特性

硝基復(fù)合肥是以硝酸銨為氮源，添加磷、鉀等復(fù)肥原料，對(duì)肥料進(jìn)行二次加工生產(chǎn)出的N＋P205＋K20＞40%的高濃度復(fù)合肥料。在生產(chǎn)硝基復(fù)合肥的原料中，硝酸銨含氮量高、來(lái)源廣、易得價(jià)廉。我國(guó)磷礦資源豐富，原料磷完全可以滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。原料鉀國(guó)際市場(chǎng)供應(yīng)充足，而且進(jìn)口不受配額限制。因此具有各種原料資源的化肥企業(yè)完全可以有條件因地制宜地開(kāi)發(fā)生產(chǎn)硝基復(fù)合肥［3］。

硝基復(fù)合肥是一種含銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷的高濃度復(fù)合肥，與傳統(tǒng)復(fù)合肥相比，肥效快、吸收率高，還具有抗土壤板結(jié)的特點(diǎn)。與尿素相比，其養(yǎng)分流失少，尿基氮要先變成硝基氮后才能被農(nóng)作物吸收，在變換過(guò)程中，一部分尿基氮流失了，既造成肥料損失，又污染了生態(tài)環(huán)境。而硝態(tài)氮不需經(jīng)過(guò)二次轉(zhuǎn)換就可直接被作物根部吸收。硝態(tài)氮肥廣泛用于各種作物的基肥和追肥，適用于各種類(lèi)型的土壤［4］，因此受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的大力扶持。

2 生產(chǎn)工藝

硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法有固體團(tuán)粒法、部分料漿法和熔融造粒法三種［5］，其中熔融造粒法生產(chǎn)硝基復(fù)合肥可直接利用熔融硝酸銨加入磷酸銨、硫酸鉀、氯化鉀等復(fù)肥原料和防爆添加劑后形成混合熔體，在造粒過(guò)程中邊冷卻邊團(tuán)聚成粒，并逐步解決了高粘度固液混合物流動(dòng)不暢、易堵塞造粒噴頭、產(chǎn)品防爆等技術(shù)難題，適合于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，目前應(yīng)用最為廣泛。

熔融造粒法生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1［6］。其過(guò)程可分為4個(gè)工序進(jìn)行：①液體原料蒸發(fā)。來(lái)自造粒硝酸銨裝置蒸發(fā)工段的溫度為170～175℃，濃度≥ 97.5%的硝酸銨熔融液，在蒸發(fā)器中于150～175℃溫度下真空蒸發(fā)濃縮至濃度為98.0%～99.7%。②固體原料預(yù)熱。將粉狀干燥的磷、鉀復(fù)肥原料經(jīng)過(guò)預(yù)熱器用0.5 MPa的蒸汽進(jìn)行加熱，預(yù)熱到85～110℃。③原料攪拌混配。熔融硝酸銨和磷、鉀復(fù)肥原料及防爆添加劑按約定比例在混合攪拌器中攪拌均勻，并用熔融泵送至造粒塔高位槽。④塔式噴頭造粒?；旌先廴谝涸谠炝Ｋ炝C(jī)內(nèi)，經(jīng)噴頭噴淋造粒，球狀液滴在造粒塔內(nèi)落下時(shí)與塔內(nèi)冷卻空氣逆向接觸，冷卻至40～70℃結(jié)晶成白色固體顆粒且不具爆炸性的硝基復(fù)合肥產(chǎn)品，經(jīng)造粒塔下錐體下料漏斗落入皮帶運(yùn)輸機(jī)，經(jīng)回轉(zhuǎn)篩送到成品包裝機(jī)進(jìn)行包裝。

圖1 硝基復(fù)合肥高塔熔融造粒生產(chǎn)工藝流程圖

與其他幾種硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法相比，熔融造粒法的優(yōu)點(diǎn)是：①可直接利用硝酸銨裝置生產(chǎn)的硝酸銨溶液，省去了硝酸銨的二次運(yùn)輸、二次粉碎等工序，既簡(jiǎn)化了工藝流程，又最大限度地降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時(shí)也確保了生產(chǎn)的安全性；②熔融造粒充分利用了硝酸銨熔融液所產(chǎn)生的熱量，混合熔體水分含量低，無(wú)需干燥過(guò)程，節(jié)省了大量能源，且裝置建設(shè)投資和操作費(fèi)用低；③合格成品顆粒百分含量高，生產(chǎn)過(guò)程返料量少，操作環(huán)境好，無(wú)三廢排放，屬清潔生產(chǎn)工藝；④可以生產(chǎn)出高氮、高濃度的硝基氮磷鉀復(fù)合肥，產(chǎn)品顆粒表面光滑、合格率高、不易結(jié)塊、成分穩(wěn)定、養(yǎng)分均勻、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。

3 技術(shù)進(jìn)展

自2002年9月30日國(guó)務(wù)院辦公廳下發(fā)國(guó)辦發(fā)［2002］52號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)民用爆炸物品安全管理的通知》的文件，明確將硝酸銨納入民用危險(xiǎn)爆炸物品進(jìn)行管理后，未改性的硝酸銨被嚴(yán)禁作為農(nóng)業(yè)肥料進(jìn)行銷(xiāo)售和使用，硝酸銨更加成為國(guó)家生產(chǎn)安全和治安安全雙重監(jiān)管的特殊產(chǎn)品，企業(yè)的產(chǎn)量和市場(chǎng)結(jié)構(gòu)因國(guó)家政策的驟變發(fā)生了根本性的變化［7］。

經(jīng)過(guò)8年多來(lái)硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)和有關(guān)科研院所的共同努力，農(nóng)用硝酸銨的改性工作取得了很大的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)30余家硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)，除小部分廠家轉(zhuǎn)產(chǎn)尿素或工業(yè)硝酸銨外，不少?gòu)S家都充分利用自身的優(yōu)勢(shì)，將造粒硝酸銨經(jīng)過(guò)改動(dòng)不多的工藝過(guò)程，增添部分設(shè)備，生產(chǎn)出了硝酸銨鈣、硝銨鋅、硝磷銨、硝基復(fù)合肥等多種硝酸銨改性肥料，由此不僅按國(guó)家的有關(guān)要求解決了農(nóng)用硝酸銨具有爆炸性的安全隱患，使國(guó)內(nèi)硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的突破［8］，同時(shí)也促進(jìn)了企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和增強(qiáng)了企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。

川化集團(tuán)有限責(zé)任公司在國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始硝酸銨改性及硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)。2003年開(kāi)發(fā)成功了塔式硝基復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)，可充分利用原有造粒硝銨生產(chǎn)裝置，只需添加固體稱量設(shè)備和固液混合器，改造造粒噴頭，即可生產(chǎn)硝基復(fù)合肥產(chǎn)品［9］。2003年10月15日公開(kāi)了專(zhuān)利號(hào)為CN03117288.1的一種顆粒硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法，其原料包括：液體硝酸銨，含磷、鉀的復(fù)肥原料，添加劑。經(jīng)以下工序制成成品：液體原料蒸發(fā)，固體原料預(yù)熱，原料混配，造粒，包裝得成品。該發(fā)明生產(chǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)是：直接利用熔融硝酸銨，加入復(fù)肥原料和添加劑，采用現(xiàn)有造粒硝銨生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行復(fù)肥造粒。工藝簡(jiǎn)單，易于操作，投資省，見(jiàn)效快，適合于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)；產(chǎn)品為白色顆粒，粒度在1.0～4.0 mm之間，強(qiáng)度高，不結(jié)塊，總養(yǎng)分為35%～40%；產(chǎn)品彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)硝態(tài)氮肥料缺口，不具有爆炸性，便于施用和運(yùn)輸。

四川金象化工產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司2003年引進(jìn)了世界最先進(jìn)的生產(chǎn)線和設(shè)備，采用了目前世界最先進(jìn)的加壓中和、常壓高溫空氣氣提、電腦自動(dòng)配料、高速混融、熔融復(fù)合、高塔造粒等工藝，將液態(tài)硝酸銨與磷、鉀、鈣、鋅、防爆劑等原材料高速混合在熔融狀態(tài)下進(jìn)行復(fù)合，生產(chǎn)硝酸和硝基系列磷、鉀、鈣等硝基復(fù)合肥，開(kāi)發(fā)了硝基復(fù)合肥系列產(chǎn)品，如硝酸銨磷、硝酸銨鈣、硝酸銨鉀、硝酸銨磷鉀等多種二元和三元復(fù)合肥［10］。生產(chǎn)裝置還采用了西班牙花王公司最先進(jìn)的防結(jié)塊劑，成功解決了硝基復(fù)合肥易潮解結(jié)塊的問(wèn)題，產(chǎn)品保持松散顆粒狀態(tài)和施用極為方便的特點(diǎn)。四川金象產(chǎn)業(yè)集團(tuán)通過(guò)自主研發(fā)的硝基復(fù)合肥清潔節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)，在生產(chǎn)硝基復(fù)合肥方面目前擁有“硝酸制造工藝、硝酸銨生產(chǎn)工藝、高塔造粒生產(chǎn)復(fù)合肥”三大國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)，并且該公司具有自己專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)部門(mén)。

硝基復(fù)合肥生產(chǎn)原料的開(kāi)發(fā)利用方面也取得了一些進(jìn)展。山東聯(lián)合化工股份有限公司、四川金象化工集團(tuán)根據(jù)三聚氰胺尾氣特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化傳統(tǒng)的硝酸銨生產(chǎn)流程、中和蒸發(fā)設(shè)備設(shè)計(jì)，適當(dāng)加大了中和器設(shè)計(jì)容積，調(diào)整中和室液位高度，在內(nèi)筒增設(shè)一定數(shù)量的破泡板，并對(duì)蒸發(fā)器設(shè)置等進(jìn)行了改進(jìn)，成功回收利用三聚氰胺尾氣生產(chǎn)硝酸銨或硝基復(fù)合肥。目前，工業(yè)化裝置已經(jīng)在山東聯(lián)合化工有限公司和四川金象化工集團(tuán)兩個(gè)企業(yè)分別建成了13萬(wàn) t／a硝基復(fù)合肥裝置、60萬(wàn) t／a硝基復(fù)合肥裝置，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。利用三聚氰胺尾氣生產(chǎn)硝基復(fù)合肥，原料利用率高，不僅不需要消耗大量熱能，還可以利用中和反應(yīng)熱及尾氣顯熱來(lái)蒸發(fā)濃縮硝銨溶液，能耗和產(chǎn)品的升值都優(yōu)于其他尾氣利用路線［11］。

山東史丹利化肥股份有限公司努力攻關(guān)，大膽創(chuàng)新，在尿基高塔復(fù)合肥生產(chǎn)裝置完成技術(shù)改造并實(shí)現(xiàn)升級(jí)的基礎(chǔ)上，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)切換，既可以生產(chǎn)尿基復(fù)合肥，又可以利用硝銨磷作為氮元素，生產(chǎn)硝基復(fù)合肥。實(shí)現(xiàn)了一塔多用，彌補(bǔ)了高塔肥料品種單一的局限性。取得了高塔熔融造粒技術(shù)創(chuàng)新的突破。該工藝的成功應(yīng)用，進(jìn)一步奠定了史丹利高塔復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)和品種的優(yōu)勢(shì)，打破了國(guó)際復(fù)合肥高新技術(shù)的封鎖，顛覆了傳統(tǒng)復(fù)合肥工藝，無(wú)水分引入，無(wú)烘干流程，采用“空氣”造粒，節(jié)能降耗達(dá)到40%以上，為高塔復(fù)合肥生產(chǎn)工藝技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間，全面提升了我國(guó)復(fù)合肥的外觀形象和內(nèi)在質(zhì)量，使我國(guó)復(fù)合肥技術(shù)開(kāi)始達(dá)到國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平［12］。

4 發(fā)展建議

4.1 必須達(dá)到國(guó)家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)

在當(dāng)前國(guó)家對(duì)包括農(nóng)用硝酸銨在內(nèi)的危險(xiǎn)化學(xué)品管理和限制日趨嚴(yán)格的情況下，農(nóng)用硝酸銨改性勢(shì)在必行。值得注意的是，改性硝酸銨產(chǎn)品只是農(nóng)用硝酸銨的替代品，既要滿足防爆的要求，又要考慮到農(nóng)民的利益，不能忽視了其本身是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的本質(zhì)。2006年2月20日，由國(guó)防科技工業(yè)委員會(huì)牽頭起草制定的農(nóng)用硝酸銨改性產(chǎn)品強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WJ9050－2006《農(nóng)用硝酸銨抗爆性能試驗(yàn)方法及判定》，作為民用爆破器材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布實(shí)施，使硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)對(duì)硝酸銨改性肥料的爆炸性能有了明確的判定依據(jù)，也為硝基復(fù)合肥產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)［13］。硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)一定要結(jié)合企業(yè)自身?xiàng)l件和具體情況，認(rèn)真研究生產(chǎn)工藝和技術(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)文件，穩(wěn)妥地采用切實(shí)可行的技術(shù)改造方法，使改性后的硝基復(fù)合肥既能滿足化肥市場(chǎng)對(duì)硝態(tài)氮肥的需求，又能促使企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.2 采用先進(jìn)技術(shù)增強(qiáng)應(yīng)變能力

原有的和新建的硝酸和硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本和能耗，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)情況，生產(chǎn)下游延伸配套產(chǎn)品。對(duì)于硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)，可采用高塔熔融造粒工藝，對(duì)添加的復(fù)肥原料進(jìn)行靈活的調(diào)整，不僅投資省，而且一套裝置能同時(shí)生產(chǎn)硝酸銨、硝基復(fù)合肥和尿基復(fù)合肥，化解了產(chǎn)品單一的風(fēng)險(xiǎn)，還具有產(chǎn)品品種和市場(chǎng)需求調(diào)節(jié)功能。計(jì)劃投資生產(chǎn)硝基復(fù)合肥的企業(yè)，一定要具有合成氨、硝酸原料優(yōu)勢(shì)和裝置的規(guī)模效益，及時(shí)形成完整的合成氨—硝酸—硝酸銨—硝基復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)鏈，并向其他硝酸下游產(chǎn)品發(fā)展，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)局面，有效地抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)［14］，使企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)也要注意目前在建和擬建的硝基復(fù)合肥裝置已超過(guò)800萬(wàn) t／a左右的規(guī)模，一定要謹(jǐn)慎投資，以規(guī)避可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 加大產(chǎn)品宣傳，大力開(kāi)拓市場(chǎng)

隨著國(guó)內(nèi)各種單一化肥的需求趨于飽和，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，經(jīng)濟(jì)作物在農(nóng)業(yè)種植業(yè)中所占的比例日趨增加，市場(chǎng)對(duì)各種復(fù)合肥的需求量越來(lái)越大。硝基復(fù)合肥的優(yōu)勢(shì)十分明顯，顆粒強(qiáng)度高，不易吸濕、結(jié)塊和粉化，總養(yǎng)分與普通硝酸銨相當(dāng)，既保留了原有硝銨的基本特性，滿足傳統(tǒng)化肥市場(chǎng)的需求和國(guó)家對(duì)硝酸銨作改性處理的要求［15］，同時(shí)經(jīng)改性后的硝基肥料又不具有爆炸性，使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存安全可靠。目前國(guó)內(nèi)20余家硝基復(fù)合肥企業(yè)的產(chǎn)量都不大，且推廣不夠，國(guó)內(nèi)不少地區(qū)如湖北、河南等地市場(chǎng)還是空白，因此生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在品牌宣傳、市場(chǎng)促銷(xiāo)上多下功夫，使硝基復(fù)合肥的使用在國(guó)內(nèi)盡快形成較為強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求，能有效地改善化肥資源的配置，使我國(guó)農(nóng)業(yè)的施肥水平逐步趨于合理化。

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［11］ 用尾氣生產(chǎn)硝基復(fù)合肥經(jīng)濟(jì)效益好［EB／OL］.［2010－9 －13］ http： ／／www.cheminfo.gov.cn ／static／temp＿h(yuǎn)gyw／20100913294040.htm.

［12］靖梅，史丹利.一塔兩用再上新高度，既能生產(chǎn)尿基復(fù)合肥又能生產(chǎn)硝基復(fù)合肥 ［EB／OL］.［2009－9－28］http： ／／www.fert.cn ／news／2009 ／9 ／28 ／2009928152245 22459.shtml.

［13］ 硝基 復(fù) 合 肥－－氮 肥 行 業(yè) 的 新興 革 命 ［EB／OL］.［2010－7－7］ http：／／bbs.hc360.com／thread－1091268－1－1.html.

［14］ 硝酸企業(yè)沿復(fù)合肥路線脫困［EB／OL］.［2008－12－26］http： ／／info.china.alibaba.com ／news／detail／v0－d10037 35818.html.

［15］ 2010 年硝基復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛 ［EB／OL］.［2010－8－11］ http： ／／info.chem.hc360.com ／2010 ／08 ／1108471 58201.shtml.

10.3969／j.issn.1007－2217.2011.01.002

2010－10－25