300 kt/a硝基復(fù)合肥項目工藝選擇及經(jīng)濟性比較

程相龍，郭晉菊，曹 敏

(河南開祥精細化工有限公司 河南義馬 472300)

300 kt/a硝基復(fù)合肥項目工藝選擇及經(jīng)濟性比較

程相龍，郭晉菊，曹 敏

(河南開祥精細化工有限公司 河南義馬 472300)

硝基復(fù)合肥具有肥效快、養(yǎng)分吸收率高等特點，近年來獲得了廣泛的關(guān)注。以300 kt/a硝基復(fù)合肥項目為研究對象，從技術(shù)、經(jīng)濟性對部分料漿法、硝-磷混酸中和法和熔體塔式造粒法進行了比較，結(jié)果表明熔體塔式造粒法具有能耗低、產(chǎn)品多樣且穩(wěn)定、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。

硝基復(fù)合肥；部分料漿法；混酸中和法；熔體塔式造粒法；經(jīng)濟性

按照國務(wù)院辦公廳頒發(fā)的《關(guān)于進一步加強民用爆炸物品安全管理的通知》，明確將硝酸銨納入民用危險爆炸物品進行管理后，未改性的硝酸銨嚴禁作為農(nóng)用肥料進行銷售和使用，硝酸銨成為國家生產(chǎn)安全和治安安全雙重監(jiān)管的特殊產(chǎn)品，銷售形勢不容樂觀[1- 5]。為此，硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)必須根據(jù)國家政策的變化進行相應(yīng)的調(diào)整，以尋求出路。

硝基復(fù)合肥是以硝酸銨為氮源，添加磷、鉀等原料，生產(chǎn)出的含氮、磷、鉀的高濃度復(fù)合肥料。根據(jù)產(chǎn)品中N，P2O5和K2O含量的不同，常見的硝基復(fù)合肥品種見表1。

與傳統(tǒng)復(fù)合肥相比，硝基復(fù)合肥具有肥效快、養(yǎng)分吸收率高、抗土壤板結(jié)、養(yǎng)分流失少、可直接被作物根部吸收等特點[5- 7]，因此生產(chǎn)硝基復(fù)合肥成為硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)的可選之路[6- 8]?，F(xiàn)以190 kt/a硝酸銨生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)300 kt/a硝基復(fù)合肥項目為研究對象，從技術(shù)優(yōu)缺點、單耗、經(jīng)濟性等對部分料漿法、硝-磷混酸中和法和熔體塔式造粒法進行比較。

表1 常見的硝基復(fù)合肥品種

1 主要的生產(chǎn)工藝技術(shù)

按照主要設(shè)備的不同，目前硝基復(fù)合肥生產(chǎn)方法可分為轉(zhuǎn)鼓造粒法和塔式造粒法，轉(zhuǎn)鼓造粒法又可分為團粒法和部分料漿法，塔式造粒法可分為硝-磷混酸中和法和熔體塔式造粒法[5- 14]。

1.1 轉(zhuǎn)鼓造粒法

1.1.1 團粒法

團粒法是以硝酸銨、磷酸一銨和鉀鹽固體顆粒為原料，經(jīng)粉碎至規(guī)定的細度后送入轉(zhuǎn)鼓造粒機或圓盤造粒機，在其滾動床內(nèi)通過增濕、加熱進行團聚造粒。由于產(chǎn)品強度等問題，目前很少有企業(yè)選擇團粒法。

1.1.2 部分料漿法

部分料漿法是在團粒法基礎(chǔ)上改進而成，硝酸銨濃溶液直接噴入造粒機床層，采用兩段干燥返料流程造粒。部分料漿法對原料的要求：硝酸銨溶液的質(zhì)量分數(shù)在83%～85%(若濃度過高，管線難以保溫，易析出結(jié)晶，從而造成管道堵塞)，對應(yīng)的溫度為105～130 ℃；磷酸銨粉體，11- 44- 0；結(jié)晶氯化鉀，含K2O質(zhì)量分數(shù)大于60%。

在整個造粒過程中，物料的溫度和水分含量是最重要的控制指標。在相應(yīng)的操作溫度下，出造粒機物料的含水質(zhì)量分數(shù)為4%～6%。此外，必須維持返料溫度在50 ℃左右，以減小液相與固體顆粒間的溫差，有助于提高成粒率。采用兩段并流的干燥方式，可以防止物料在干燥機頭部出現(xiàn)熔融結(jié)料。干燥溫度必須低于230 ℃，防止硝酸銨分解。在尾氣處理時，應(yīng)控制好最低溫度，防止細粉物料在旋風(fēng)分離器、袋式過濾器內(nèi)出現(xiàn)黏結(jié)。

部分料漿法的優(yōu)點：采用轉(zhuǎn)鼓設(shè)備對物料進行造粒、干燥，具有工藝成熟、運行穩(wěn)定、技術(shù)可靠、裝置操作彈性大、產(chǎn)品品位分布廣且容易調(diào)節(jié)的特點；直接采用來自硝酸銨生產(chǎn)車間的高溫濃硝酸銨溶液為原料，避免了使用固體硝酸銨的危險[15]；充分利用硝酸銨溶液的顯熱和結(jié)晶熱，為物料提供造粒所需熱量，降低了生產(chǎn)能耗；采用兩級串聯(lián)形式的低溫干燥，避免了高溫工況下復(fù)合肥的分解而導(dǎo)致的氮損失，并確保成品水分含量達到要求。

部分料漿法的缺點：設(shè)備數(shù)量多且復(fù)雜，工藝流程較長，占地面積大；由于正常運行時系統(tǒng)內(nèi)存在大量固相物料的循環(huán)，易出現(xiàn)結(jié)垢、黏結(jié)現(xiàn)象；在產(chǎn)品干燥、冷卻時，系統(tǒng)尾氣含塵量高，增大了降塵、環(huán)保以及生產(chǎn)操作的難度。

1.2 塔式造粒法

1.2.1 硝-磷混酸中和法

硝-磷混酸中和法是以硝酸溶液、磷酸溶液、氣氨和鉀鹽為主要原料，采用混酸中和、料漿濃縮摻鉀、高塔噴淋造粒、冷卻結(jié)晶工藝。硝-磷混酸中和法對原料的要求：磷酸w(P2O5)為32%～54%，硝酸w(HNO3)47%～54%，氯化鉀w(K2O)大于60%，氣氨φ(NH3)大于99.5%。

中和時，原料磷酸和硝酸在快速氨化器內(nèi)與氣氨進行中和反應(yīng)，中和條件為pH約3.0、溫度約118 ℃，中和后的料漿含水質(zhì)量分數(shù)26%～38%。濃縮時，多采用低壓蒸汽為熱源，料漿循環(huán)溫度為170 ℃，在一定真空條件下，經(jīng)加熱的循環(huán)料漿在閃蒸室脫除水分。添加粉狀氯化鉀時，經(jīng)加熱的氯化鉀在攪拌作用下與料漿快速混合，混合物料在混合槽停留時間為20～60 s。添加氯化鉀后的熔融體溫度為165～170 ℃，然后經(jīng)噴淋造粒、冷卻結(jié)晶，落至塔底的物料溫度約90 ℃，經(jīng)進一步冷卻降溫至37 ℃。合格的成品粒度為Φ1.5～3.0 mm，含水質(zhì)量分數(shù)控制在1.5%[16]。

硝-磷混酸中和法的優(yōu)點：能量利用率較高，設(shè)備簡單且布置緊湊，操作方便；由于物料中的水分基本在循環(huán)濃縮系統(tǒng)脫除，容積蒸發(fā)強度和熱效率遠高于回轉(zhuǎn)干燥，尤其容積蒸發(fā)強度高10～15倍；混合料漿的噴淋造粒是冷卻結(jié)晶過程，與部分料漿法相比，無需設(shè)置干燥等設(shè)備，不但減少了燃料消耗，而且簡化了操作，容易實現(xiàn)最優(yōu)化運行；成品中有效成分和水溶性P2O5含量高，粒度組成適宜[16]；幾乎沒有返料，因而可以取消部分返料流程中的設(shè)備。

硝-磷混酸中和法的缺點：只能生產(chǎn)有限的幾個品級的肥料；混合酸進行中和時，反應(yīng)介質(zhì)的pH范圍很窄(2.8～3.2)；氨化物從深度濃縮到熔融狀態(tài)亦有一定的難度。

1.2.2 熔體塔式造粒法

熔體塔式造粒法是以硝酸銨車間生產(chǎn)的高溫熔融硝酸銨以及磷酸銨、鉀鹽為原料，采用高塔造粒工藝。經(jīng)真空蒸發(fā)濃縮至質(zhì)量分數(shù)98.0%～99.7%的硝酸銨以及經(jīng)加熱至85～110 ℃的粉狀干燥的磷酸銨、氯化鉀(或硫酸鉀)按一定比例在混合攪拌器中攪拌均勻，然后用熔融泵送至造粒塔高位槽，混合熔融液經(jīng)噴頭噴淋造粒，球狀液滴在造粒塔內(nèi)下降時與塔內(nèi)冷卻空氣逆向接觸，冷卻結(jié)晶成不具爆炸性的白色硝基復(fù)合肥顆粒。

熔體塔式造粒法的優(yōu)點：可生產(chǎn)高氮、高濃度的硝基復(fù)合肥，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；充分利用硝酸銨熔融液熱量，混合熔體水分含量低，無需干燥工序，工藝流程簡單；成品率高，大大減少返料量；可直接利用高溫硝酸銨熔融液，最大限度地降低了能耗和生產(chǎn)成本，同時避免使用固體硝酸銨帶來的危險；基本無三廢排放，生產(chǎn)過程清潔，現(xiàn)場環(huán)境良好。

2 工藝技術(shù)比較

幾種硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝技術(shù)的優(yōu)缺點比較如表2所示。

表2 幾種硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝技術(shù)的優(yōu)缺點比較

從經(jīng)濟上看，由于熔體塔式造粒法直接采用硝酸銨熔融液，無需干燥，簡化了后工序的操作，使生產(chǎn)過程容易實現(xiàn)最優(yōu)化運行，其裝置投資和銷售成本比轉(zhuǎn)鼓造粒法低。轉(zhuǎn)鼓造粒法原料易得，裝置操作彈性大，產(chǎn)品品位易于調(diào)節(jié)，工藝較為成熟、可靠，從國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運行實踐來看，運行比較安全，在經(jīng)濟上也是可行的。熔體塔式造粒法能耗低、產(chǎn)品種類多且成分穩(wěn)定，但需考慮原有的硝酸銨造粒裝置經(jīng)改造后是否可用于硝基復(fù)合肥的造粒[17]，或者保留原有的硝酸銨造粒裝置而新建硝基復(fù)合肥造粒裝置，實現(xiàn)產(chǎn)品的多元化。硝-磷混酸中和法因磷酸價格較高而使生產(chǎn)成本較高，且只能生產(chǎn)有限的幾個品級的肥料。

3 經(jīng)濟性比較

參考國內(nèi)投產(chǎn)裝置的投資情況，采用部分料漿法、硝-磷混酸中和法以及熔體塔式造粒法的300 kt/a硝基復(fù)合肥(22- 15- 8)裝置的估算投資分別約為1.1億元、1.0億元和0.8億元，噸產(chǎn)品原料消耗見表3，經(jīng)濟測算比較見表4。

表3 噸產(chǎn)品原料消耗

4 結(jié)語

硝基復(fù)合肥具有肥效快、養(yǎng)分吸收率高等特點，近年來獲得了廣泛的關(guān)注。硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)工藝主要有部分料漿法、硝-磷混酸中和法和熔體塔式造粒法，就300 kt/a硝基復(fù)合肥項目來看，宜選擇熔體塔式造粒法，具有能耗低、產(chǎn)品種類多、成分穩(wěn)定和經(jīng)濟效益好的優(yōu)點。選用熔體塔式造粒法時，企業(yè)可根據(jù)實際情況，將原有的硝酸銨造粒裝置改造后用于硝基復(fù)合肥的造粒。

表4 300 kt/a硝基復(fù)合肥裝置經(jīng)濟測算比較

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ComparisonofProcessesandEconomicsof300kt/aNitro-CompoundFertilizerProject

CHENG Xianglong, GUO Jinju, CAO Min

(Henan Kaixiang Fine Chemical Co., Ltd., Yima 472300, China)

Because the nitro-compound fertilizer has characteristics of quick fertilizer efficiency, high nutrient absorptivity rate etc., it has

wide attention in recent years. Taking 300 kt/a nitro- compound fertilizer project as research object, considering from aspects of technology and economics, a comparison is made of partly slurry process, nitrate- phosphorus mixed acid neutralization process and melt prilling process. Results show that melt prilling process has the advantages of low energy consumption, variety and stable of product and good economic benefits.

nitro-compound fertilizer; partly slurry process; mixed acid neutralization process; melt prilling process; economics

程相龍(1983—)，男，工程師，從事煤炭加工及其下游產(chǎn)業(yè)的研究開發(fā)；chengxianglong420@163.com

TQ444

A

1006- 7779(2017)02- 0007- 04

2016- 02- 02)