工業(yè)級(jí)磷酸一銨濾渣生產(chǎn)硫基復(fù)合肥

廖國(guó)剛，張曉紅，陳德高，鄧永達(dá)，游光剛，張洪緒

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 福泉 550501）

甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司擁有30 kt/a工業(yè)級(jí)磷酸一銨（MAP）生產(chǎn)裝置和2 套100 kt/a 粒狀硫酸銨生產(chǎn)裝置。工業(yè)級(jí)磷酸一銨生產(chǎn)采用預(yù)處理酸或萃余酸（濕法磷酸凈化萃取后剩余濃磷酸）與液氨反應(yīng)，經(jīng)過濾除雜、濃縮結(jié)晶、離心干燥得產(chǎn)品。工業(yè)級(jí)磷酸一銨副產(chǎn)物濾渣含有五氧化二磷和氮，此前副產(chǎn)濾渣由磷酸二銨（DAP）及粉狀磷酸一銨裝置在生產(chǎn)過程中養(yǎng)分調(diào)整時(shí)進(jìn)行消化。隨著公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)調(diào)整，目前粉狀磷酸一銨裝置停產(chǎn)，磷酸二銨裝置難以完全消化工業(yè)級(jí)磷酸一銨濾渣，濾渣有效利用成為困擾生產(chǎn)的難題。

粒狀硫酸銨裝置是公司的環(huán)保裝置，主要用于消耗合成氨裝置產(chǎn)生的硫酸銨料漿。硫酸銨裝置有使用萃余酸聯(lián)產(chǎn)16-20-0-13（S）硫基復(fù)合肥的成功經(jīng)驗(yàn)，而工業(yè)級(jí)磷酸一銨濾渣再漿后的渣漿性質(zhì)與萃余酸相近，為此使用工業(yè)級(jí)磷酸一銨濾渣試生產(chǎn)16-20-0-13（S）硫基復(fù)合肥，既可解決濾渣利用問題，又可實(shí)現(xiàn)硫酸銨裝置柔性化生產(chǎn)。

1 原料及流程

1.1 原料指標(biāo)

使用的原料主要為硫酸銨料漿、萃余酸、濃磷酸以及工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿，具體分析結(jié)果如表1、表2所示。

表1 濃磷酸、萃余酸化學(xué)組成 %

表2 工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿、硫酸銨料漿分析結(jié)果

1.2 渣漿消耗流程

在工業(yè)級(jí)磷酸一銨生產(chǎn)過程中，壓濾產(chǎn)生的濾渣通過再漿的形式形成渣漿，儲(chǔ)存于渣漿槽內(nèi)，通過泵輸送進(jìn)入硫酸銨裝置反應(yīng)槽，參與中和反應(yīng)形成硫基復(fù)合肥料漿，再進(jìn)行噴漿造粒，最后得到硫基復(fù)合肥（見圖1）。

2 試生產(chǎn)

根據(jù)現(xiàn)有原料和硫酸銨裝置的功能及條件，要生產(chǎn)硫基復(fù)合肥16-20-0-13（S），硫元素由合成氨裝置送來的硫酸銨料漿提供，磷元素由工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿和再漿使用的磷酸提供，氮元素由硫酸銨料漿和中和水溶磷所用的氨提供。

2.1 工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿階段

轉(zhuǎn)產(chǎn)之初，系統(tǒng)母料為粒狀硫酸銨，向反應(yīng)器中加入渣漿，通入一定量的氨進(jìn)行中和反應(yīng)，制得的硫基復(fù)合肥料漿通過料漿泵輸送進(jìn)入造粒干燥機(jī)進(jìn)行噴漿造粒。轉(zhuǎn)產(chǎn)采用小噴漿量方式進(jìn)行生產(chǎn)置換，經(jīng)過約20 h的生產(chǎn)置換，產(chǎn)品過程樣指標(biāo)基本接近16-20-0-13（S）指標(biāo)需求（見圖2），連續(xù)生產(chǎn)3 d，共計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品330 t。

由圖2可知，在實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)品總磷與總氮負(fù)相關(guān)。從過程產(chǎn)品點(diǎn)樣統(tǒng)計(jì)看，每個(gè)點(diǎn)樣均有單項(xiàng)指標(biāo)不合格，甚至2項(xiàng)及以上指標(biāo)不合格。產(chǎn)品不合格最根本的原因?yàn)楣I(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿雜質(zhì)含量高、水溶磷含量低。雜質(zhì)含量高，影響產(chǎn)品的整體養(yǎng)分含量。水溶磷含量低，用于與氨反應(yīng)的磷量少，導(dǎo)致反應(yīng)過程固氮能力較差，氮含量偏低；要保證產(chǎn)品中的氮含量，必須增加硫酸銨料漿的添加量，但硫酸銨料漿的增加，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中五氧化二磷含量降低。

綜上所述，工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿不適宜生產(chǎn)16-20-0-13（S）硫基復(fù)合肥。

2.2 萃余酸+硫酸銨料漿+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿階段

對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，采用萃余酸+硫酸銨料漿+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿作為生產(chǎn)原料進(jìn)行生產(chǎn)。首先采用萃余酸和硫酸銨料漿進(jìn)行生產(chǎn)，調(diào)整系統(tǒng)母料指標(biāo)，待產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)滿足市場(chǎng)需求后，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際逐步添加工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿。萃余酸+硫酸銨料漿作為原料連續(xù)生產(chǎn)24 h之后，逐步添加工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿，記錄生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量分析指標(biāo)（見圖3）。本批次試生產(chǎn)產(chǎn)品共計(jì)316 t。

圖3 萃余酸+硫酸銨料漿+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿模式過程樣質(zhì)量趨勢(shì)

由圖3 可以看出，前期采用萃余酸+硫酸銨料漿作為原料進(jìn)行指標(biāo)調(diào)整，能夠快速生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。但養(yǎng)分無調(diào)整空間，試著向反應(yīng)器中添加一定量的工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿，過程樣即出現(xiàn)不合格，無法滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的需求。

綜上所述，萃余酸+硫酸銨料漿可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的16-20-0-13（S）硫基復(fù)合肥，但不宜再添加工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿調(diào)整養(yǎng)分。

2.3 濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿階段

為了消化工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿，按照萃余酸的性質(zhì)及指標(biāo)分析數(shù)據(jù)，采用濃磷酸混配渣漿（使得指標(biāo)接近萃余酸）替代萃余酸。系統(tǒng)母料基本滿足質(zhì)量需求，直接調(diào)整反應(yīng)器進(jìn)料，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，共生產(chǎn)產(chǎn)品1 398 t，消耗濃磷酸476.5 t、工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿417.8 t（回收利用渣漿中的P2O5113.4 t、N 9.71 t）。生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量分析指標(biāo)見圖4。

圖4 濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫銨料漿模式過程樣質(zhì)量趨勢(shì)

由圖4 可以看出，采用濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿的生產(chǎn)模式，產(chǎn)品質(zhì)量能很好滿足市場(chǎng)需求，工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿與濃磷酸用量配比超過45%，產(chǎn)品過程樣養(yǎng)分存在較大富余，渣漿比例還有大的增加空間。

工業(yè)級(jí)磷酸一銨生產(chǎn)根據(jù)原料質(zhì)量情況，噸產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生濾渣0.6～1.2 t（以下計(jì)算按0.9 t/t 進(jìn)行）。生產(chǎn)工業(yè)級(jí)磷酸一銨產(chǎn)品2.0 萬t，產(chǎn)生濾渣1.8萬t，對(duì)應(yīng)需要生產(chǎn)超過6萬t的硫基復(fù)合肥，對(duì)于現(xiàn)裝置的生產(chǎn)能力以及市場(chǎng)對(duì)硫基復(fù)合肥的需求，完全可以滿足工業(yè)級(jí)磷酸一銨生產(chǎn)所產(chǎn)生的渣漿消耗。

綜上所述，采用濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的16-20-0-13（S）硫基復(fù)合肥，可以確保消耗工業(yè)級(jí)磷酸一銨產(chǎn)生的濾渣超過2萬t/a，拓寬了公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)渠道。

使用濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿代替萃余酸，硫基復(fù)合肥產(chǎn)品質(zhì)量得到一定提高，但是產(chǎn)品的一次合格率還有很大的提升空間。工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿同步得到消化，但渣漿引入磷占總磷不足50%，渣漿消耗仍有提升空間。為此，在后續(xù)生產(chǎn)中建議：轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)先用萃余酸或濃磷酸調(diào)整系統(tǒng)指標(biāo)至合格，再視養(yǎng)分情況，添加工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿進(jìn)行生產(chǎn)；為完全、同步消化渣漿，使用濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿進(jìn)料模式，穩(wěn)定控制生產(chǎn)負(fù)荷，提高產(chǎn)品的一次合格率。

3 試生產(chǎn)中存在的問題及對(duì)策措施

試生產(chǎn)過程中，因?yàn)檫M(jìn)入反應(yīng)器的原料性質(zhì)發(fā)生改變，生產(chǎn)工藝和控制參數(shù)也隨之進(jìn)行一定的微調(diào)，導(dǎo)致生產(chǎn)過程出現(xiàn)波動(dòng)。在參數(shù)調(diào)整過程中，出現(xiàn)系統(tǒng)料被拉空、系統(tǒng)造粒粉化、造粒干燥機(jī)機(jī)頭嚴(yán)重結(jié)疤等問題。經(jīng)過研究分析，找到問題的原因并采取有效措施進(jìn)行解決。

3.1 造粒干燥機(jī)機(jī)頭位置結(jié)疤、造粒效果差

工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿雜質(zhì)含量高，反應(yīng)生成的硫基復(fù)合肥料漿黏度大，在進(jìn)行噴漿造粒過程中，料漿會(huì)附著在造粒干燥機(jī)機(jī)頭的抄板上，形成結(jié)疤；與此同時(shí)，料漿黏度的增加，會(huì)導(dǎo)致物料顆粒相互黏結(jié)，物料極易形成大粒子，在經(jīng)過破碎機(jī)破碎后，就會(huì)出現(xiàn)大量不規(guī)則物料，噴漿造粒成球率低，導(dǎo)致造粒效果變差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

因?yàn)楸仨毾脑鼭{，反應(yīng)產(chǎn)生的硫基復(fù)合肥料漿的高黏度就無法避免，生產(chǎn)過程主要采取調(diào)整壓縮空氣量，保證在噴漿造粒過程中，料漿能夠達(dá)到最佳的霧化效果。保證噴槍噴出的料漿能夠與母料形成的料幕充分接觸，既保證料漿不大面積附著在抄板上，又確保造粒顆粒粒徑在需求范圍內(nèi)。同時(shí)，增加對(duì)造粒物料和料漿密度的分析頻率，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)。

3.2 養(yǎng)分控制不合格

主要矛盾點(diǎn)在于產(chǎn)品中P2O5和N的平衡。工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿的添加量控制不穩(wěn)定，以及養(yǎng)分調(diào)整不及時(shí)等會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品養(yǎng)分出現(xiàn)波動(dòng)。

采取的措施主要是調(diào)整生產(chǎn)配方，穩(wěn)定工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿的添加量，建立工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿添加與養(yǎng)分控制變化的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)產(chǎn)品過程樣結(jié)果修正配比參數(shù)，并及時(shí)調(diào)整工藝操作參數(shù)。

3.3 產(chǎn)品溫度高

為了控制產(chǎn)品水分，需要對(duì)物料進(jìn)行高溫干燥，干燥后的物料未能得到及時(shí)有效的冷卻就進(jìn)入到產(chǎn)品包裝線，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)吸潮、結(jié)塊現(xiàn)象。

為了確保產(chǎn)品的水分，必須提高干燥溫度。在生產(chǎn)硫基復(fù)合肥期間，干燥后的物料溫度較生產(chǎn)粒狀硫酸銨增加了5～8 ℃。為了降低產(chǎn)品溫度，主要通過控制生產(chǎn)負(fù)荷減少干燥物料量，修復(fù)板式冷卻器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)制冷卻等手段，保證后續(xù)產(chǎn)品包裝溫度。

3.4 尾氣排放指標(biāo)波動(dòng)

主要是由于工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿與硫酸銨料漿在氨的作用下會(huì)發(fā)生反應(yīng)，加上硫酸銨料漿中溶解有大量亞硫酸銨，在經(jīng)過噴漿造粒及干燥之后，就會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等尾氣。當(dāng)尾氣洗滌液pH 值偏低時(shí)，二氧化硫不能很好進(jìn)行洗滌回收，后續(xù)會(huì)與尾氣中的其他成分反應(yīng)形成氣溶膠，嚴(yán)重影響濕式電除塵器的運(yùn)行，導(dǎo)致尾氣排放指標(biāo)出現(xiàn)波動(dòng)。

為避免生產(chǎn)過程中二氧化硫的產(chǎn)生，在中和反應(yīng)階段，適當(dāng)增加氨的用量，提高硫基復(fù)合肥料漿的pH 值，減少二氧化硫在噴漿造粒干燥過程的逸出；加強(qiáng)尾氣洗滌液的循環(huán)置換，保證洗滌效果。

4 結(jié)束語

硫基復(fù)合肥在東南亞市場(chǎng)需求量巨大，而當(dāng)前工業(yè)級(jí)磷酸一銨的產(chǎn)品中五氧化二磷附加值大。因此，消耗工業(yè)級(jí)磷酸一銨副產(chǎn)物渣漿，用于聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥不失為當(dāng)前生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的較好選擇。

采用濃磷酸+工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿+硫酸銨料漿進(jìn)料模式，消耗工業(yè)級(jí)磷酸一銨渣漿聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥，在滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)需求同時(shí)，為粒狀硫酸銨裝置柔性化生產(chǎn)提供了可行的方案。