高塔硝基復(fù)合肥結(jié)塊原因分析及應(yīng)對(duì)措施

金杰理，曹 瀟

（甘肅靖煤劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 白銀新天化工分公司，甘肅 白銀 730900）

復(fù)合肥的理化性質(zhì)特殊，在生產(chǎn)以及使用過(guò)程中與單養(yǎng)分肥料相比涉及的問(wèn)題更多，如復(fù)合肥料的吸濕、溶解結(jié)晶和顆粒結(jié)塊性，原料之間相容性等。尤其是硝基高氮、高濃度復(fù)合肥易吸濕結(jié)塊問(wèn)題，一方面給產(chǎn)品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸帶來(lái)困難，另一方面給機(jī)械化施肥等造成諸多困難。因此，復(fù)合肥結(jié)塊是影響我國(guó)復(fù)合肥發(fā)展的重要因素之一，也是一個(gè)迫切需要解決的實(shí)際問(wèn)題。

1 硝基復(fù)合肥生產(chǎn)裝置簡(jiǎn)介

甘肅靖煤劉化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司白銀新天化工分公司（以下簡(jiǎn)稱公司）25萬(wàn)t/a高塔硝基復(fù)合肥裝置于2015年建成投產(chǎn)，采用太原柏悟化工科技有限公司專利技術(shù)。高塔硝基復(fù)合肥原料硝酸銨經(jīng)管式反應(yīng)器中和、初蒸發(fā)后質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到92%，用高壓泵輸送至高塔，與1.3 MPa蒸汽加熱的高溫空氣熱交換進(jìn)行二次蒸發(fā)，硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到98%，進(jìn)入混合槽作為高塔生產(chǎn)硝基復(fù)合肥的液相。外購(gòu)原材料磷酸一銨、硫酸鉀、填充料計(jì)量后用斗提機(jī)提升至高塔進(jìn)入混合槽與硝酸銨溶液混合制漿，進(jìn)行二元或三元硝基復(fù)合肥高塔生產(chǎn)。造粒塔塔高114 m，造粒高度為90 m，塔徑為18 m，成品工段采用兩級(jí)冷卻滾筒進(jìn)行降溫冷卻，在包裹滾筒加入防結(jié)塊劑后包裝成品。對(duì)于難以降溫的高鉀產(chǎn)品，塔底粒子溫度最高可達(dá)70℃，包裝溫度最高（夏季高溫時(shí)期）可達(dá)50℃，大部分產(chǎn)品結(jié)塊嚴(yán)重，加之產(chǎn)品存放時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品結(jié)塊和粉化問(wèn)題更加嚴(yán)重。

2 高塔硝基復(fù)合肥結(jié)塊的影響因素分析

2.1 原料

2.1.1 原料的溶解結(jié)晶導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)塊

所用的生產(chǎn)原料硝酸銨、磷酸一銨、硫酸鉀、填充料都含有一定水分，生產(chǎn)過(guò)程由于工藝條件，無(wú)法做到產(chǎn)品完全不含水分，且肥料儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)吸濕，這樣就在粒子表面產(chǎn)生了肥料溶液。儲(chǔ)存期間溫度的變化會(huì)使肥料中化學(xué)物質(zhì)結(jié)晶、溶解不斷交替進(jìn)行，顆粒之間就會(huì)發(fā)生“鹽橋”現(xiàn)象，這是導(dǎo)致硝基復(fù)合肥結(jié)塊的重要原因［1］。原料性質(zhì)對(duì)產(chǎn)品結(jié)塊影響很大，溶解度大的原料導(dǎo)致結(jié)塊的概率更大［2］。高塔硝基復(fù)合肥含有硝酸銨組分，則結(jié)塊程度更加嚴(yán)重；高養(yǎng)分含量的復(fù)合肥料所用的原料可溶性強(qiáng)，鹽類因在水中溶解度較高極易導(dǎo)致顆粒間因結(jié)晶而粘連結(jié)塊。

2.1.2 原料之間的反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)塊

高塔硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)存在化學(xué)反應(yīng)，原料pH值是影響制漿過(guò)程化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是造成產(chǎn)品結(jié)塊的因素之一。高塔硝基復(fù)合肥在原料配方設(shè)計(jì)方面要避免各種原料混合發(fā)生反應(yīng)或者讓反應(yīng)變得完全。

（1）硝基肥生產(chǎn)中有Ca（NO3）2生成。

生產(chǎn)硝酸銨鈣（硝酸銨和碳酸鈣的混合物）時(shí)，石粉和硝酸銨溶液長(zhǎng)時(shí)間高溫接觸，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

磷酸一銨中游離酸偏高，系統(tǒng)中含有石粉時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

NH4H2PO4+HNO3； （3）2HNO3+CaCO3

H3PO4+NH4NO3

Ca（NO3）2+CO2+H2O。 （4）

因硝酸鈣的臨界濕度（CRH）為46.7%，吸濕性強(qiáng)，和NH4NO3的混合物CRH為23.5%，從而導(dǎo)致產(chǎn)品表面易吸濕結(jié)塊。不同基礎(chǔ)肥料混合后，CRH降低，使產(chǎn)品吸濕結(jié)塊加劇。如：硝基肥和尿素不能混合，純NH4NO3的CRH為59.4%，尿素和硝酸銨混合物的CRH只有18.1%，在多數(shù)地區(qū)會(huì)吸潮溶化、結(jié)塊［2-4］。

（2）曼海姆法硫酸鉀，含有KCl較多時(shí)（w（Cl-）大于1.0%），容易發(fā)生以下發(fā)應(yīng)：

NH4NO3·2KNO3這種復(fù)鹽CRH比硝酸銨低，顆粒表面形成鹽溶液，重結(jié)晶導(dǎo)致結(jié)塊。同時(shí)，由于化學(xué)反應(yīng)放熱，很容易使顆粒溫度在32℃左右波動(dòng)，導(dǎo)致硝酸銨的晶型轉(zhuǎn)換，顆粒膨脹、收縮，從而引起結(jié)塊。

2.2 包裝溫度

包裝溫度高加快粒子重結(jié)晶和水分蒸發(fā)。硝基復(fù)合肥中含有大量硝酸銨，硝酸銨有5種晶型，每一種晶體，都只在一定溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。晶型轉(zhuǎn)換過(guò)程伴隨熱效應(yīng)（吸熱、放熱），晶體的結(jié)構(gòu)、密度、比熱容也隨之變化，引起顆?；販?、體積變化、強(qiáng)度降低，長(zhǎng)期存放就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品由于晶變而發(fā)生粉化結(jié)塊。硝基復(fù)合肥產(chǎn)品在包裝之后溫度高存在晶變的現(xiàn)象，即產(chǎn)品在包裝入庫(kù)之后，由于溫度的變化粒子內(nèi)部會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。正常情況下，硝基復(fù)合肥的包裝溫度應(yīng)該控制在硝酸銨晶變溫度以下。

2.3 存儲(chǔ)

硝基復(fù)合肥長(zhǎng)期儲(chǔ)存，會(huì)使肥料在自身水分、吸濕水分、溫度不斷變化下形成鹽溶液重結(jié)晶。存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng)就會(huì)使肥料顆粒受到擠壓變形越嚴(yán)重，尤其是沒有冷卻透的粒子長(zhǎng)期在一定壓力下形變，粒子之間接觸面積越大，結(jié)塊的趨勢(shì)越明顯。

實(shí)踐表明，硝基復(fù)合肥袋層碼放高度對(duì)硝基復(fù)合肥結(jié)塊有重要影響。對(duì)于易結(jié)塊產(chǎn)品，碼放25層，上面10層產(chǎn)品相對(duì)松散，下面15層、最低5層結(jié)塊就比較嚴(yán)重，堆放壓力越大、時(shí)間越長(zhǎng)，粒子間接觸面積增大，越易結(jié)塊。

公司庫(kù)存硝基產(chǎn)品在存放過(guò)程中由于屋頂透光，陽(yáng)光直射到產(chǎn)品，上層產(chǎn)品出現(xiàn)粉化結(jié)塊，下層產(chǎn)品則沒有結(jié)塊粉化現(xiàn)象。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 把好原料質(zhì)量關(guān)

由于高塔硝基復(fù)合肥工藝特點(diǎn)，選擇優(yōu)質(zhì)原料，降低原料自身水含量。首先要嚴(yán)格控制進(jìn)入混合制漿槽的硝酸銨水含量，硝酸銨在二次蒸發(fā)過(guò)程中，增加熱風(fēng)量提高硝酸銨濃度，進(jìn)入混合槽前w（H2O）控制在2%以下。對(duì)于原料磷酸一銨、硫酸鉀在采購(gòu)環(huán)節(jié)就要嚴(yán)格控制水含量，選用優(yōu)級(jí)品原料，保證w（H2O）在2%以下，在生產(chǎn)過(guò)程中公司采用粉體加熱器預(yù)先加熱蒸發(fā)固體物料中水分，使固體物料中w（H2O）在1%以下。水含量越低，制得的粒子強(qiáng)度越高，同時(shí)產(chǎn)品包裝后減少粒子表面溶液形成，肥料結(jié)塊的程度就越輕。通過(guò)多年實(shí)踐，最終控制產(chǎn)品w（H2O）在0.5%以內(nèi)，極大改善了由于水含量原因造成的高塔硝基復(fù)合肥結(jié)塊。

在生產(chǎn)中，要嚴(yán)格控制原料中游離酸含量，選購(gòu)的原料磷酸一銨、硫酸鉀pH要≥4，若磷酸一銨中游離酸偏高要預(yù)先進(jìn)行中和，石粉中w（H2O）要嚴(yán)格控制在1%以下以減少Ca（OH）2產(chǎn)生，石粉盡可能添加在離造粒機(jī)最近的混合槽，減少石粉與硝酸銨高溫接觸時(shí)間，其他產(chǎn)品盡可能更換為與硝酸銨不反應(yīng)的元明粉等惰性物質(zhì)。

降低生產(chǎn)過(guò)程中料漿的水含量，同時(shí)減少硝酸銨和氯化鉀高溫接觸時(shí)間，曼海姆法硫酸鉀一定要添加到離造粒機(jī)最近的混合槽，降低氯化鉀與硝酸銨在高溫下的反應(yīng)時(shí)間，可以有效避免肥料結(jié)塊。

3.2 降低包裝溫度

裝置配套設(shè)備一定要按照難以冷卻的產(chǎn)品來(lái)設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)冷卻設(shè)備要滿足難以降溫產(chǎn)品的需要，才能應(yīng)對(duì)各種復(fù)合肥產(chǎn)品、各種極端天氣［5］。

目前，塔后冷卻裝置的配套方式主要有以下4種：①塔后配置2個(gè)冷卻滾筒（φ2 600 mm×φ28 000 mm），②1個(gè)冷卻滾筒和1個(gè)流化床，③1個(gè)冷卻滾筒和1臺(tái)粉體流冷卻器，④1個(gè)冷卻滾筒和超過(guò)50 m的包裝距離。相應(yīng)的配套風(fēng)機(jī)風(fēng)量也要滿足工藝要求，單臺(tái)滾筒風(fēng)量應(yīng)大于60 000 m3/h。同時(shí)需要配套除濕機(jī)，才能應(yīng)對(duì)高溫高濕天氣。從冷卻、節(jié)能、環(huán)保方面來(lái)講，應(yīng)優(yōu)先選擇第三種方案。上述第三種方案是多家企業(yè)比較完善的選擇，可使產(chǎn)品顆粒“透心涼”，即使肥料包裝碼垛后溫度不會(huì)發(fā)生變化，結(jié)塊現(xiàn)象大大減少。

公司針對(duì)包裝溫度高采取了一定措施。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備以及不同季節(jié)環(huán)境溫度，采取兩級(jí)冷卻滾筒開一停一、調(diào)節(jié)進(jìn)入滾筒冷卻風(fēng)量、棧橋120 m成品皮帶運(yùn)輸長(zhǎng)廊高溫季節(jié)開窗通風(fēng)、間隔一段距離采用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)等措施降低包裝溫度，高溫季節(jié)（夏季）盡可能不安排生產(chǎn)難以降溫的高鉀產(chǎn)品。采取措施后高鉀產(chǎn)品包裝溫度由50℃降低至35℃以下。另外考慮粉體流冷卻器的優(yōu)勢(shì)，2021年將對(duì)成品冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，安裝粉體流冷卻器，使成品粒子“透心涼”，降低難以冷卻產(chǎn)品包裝溫度，有效減少產(chǎn)品結(jié)塊。

3.3 縮短存儲(chǔ)時(shí)間，降低碼放高度，降低儲(chǔ)存環(huán)境溫度

高塔硝基復(fù)合肥儲(chǔ)存時(shí)間一般不超過(guò)3個(gè)月，因此，應(yīng)開拓硝基肥市場(chǎng)，加快肥料周轉(zhuǎn)，盡量縮短復(fù)合肥料的儲(chǔ)存時(shí)間。

庫(kù)存碼放高度不宜過(guò)高。碼放高度增加，會(huì)使產(chǎn)品粒子壓力增加，粒子變形，接觸面積增大，加速粒子重結(jié)晶結(jié)塊，硝基復(fù)合肥碼放應(yīng)不高于10層。

針對(duì)儲(chǔ)存環(huán)境溫度，庫(kù)房四周不能封閉，保證透風(fēng)降溫。碼垛后上部覆蓋一層篷布，避免陽(yáng)光直射產(chǎn)品。碼放產(chǎn)品區(qū)間留有1 m通風(fēng)空間，增加通風(fēng)量［2］。

3.4 其他措施

不同型號(hào)的硝基復(fù)合肥產(chǎn)品，原料投加順序會(huì)對(duì)制漿造成影響，如磷酸一銨、硫酸鉀、填充劑應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)及相容性，按照一定順序投加，會(huì)改善料漿流動(dòng)性，提高產(chǎn)品造粒質(zhì)量。

調(diào)節(jié)硝酸銨與固體粉料在混合槽混合后溫度、酸堿度，有效提高粒子強(qiáng)度，不同配方添加固體粉料不同，造粒溫度就要做適度調(diào)整，制漿后pH要大于5，料漿流動(dòng)性好，粒子強(qiáng)度高。

曼海姆鉀肥和羅布泊鉀肥在不同配方按照一定比例合理搭配，能夠提高強(qiáng)度，減少結(jié)塊。

嚴(yán)格控制造粒后成品過(guò)篩分級(jí)，尤其是要篩去成品中夾帶的1 mm以下的細(xì)小顆粒，提高顆粒均勻性，減少產(chǎn)品粒子接觸表面積，減少結(jié)塊現(xiàn)象發(fā)生。

公司高塔硝基復(fù)合肥生產(chǎn)中，在采取一系列措施的同時(shí)，使用最新研制的防結(jié)塊劑，提高了產(chǎn)品的均勻性和疏散性［6］。通過(guò)近幾年生產(chǎn)實(shí)踐，公司先后使用不同廠家的防結(jié)塊劑，蘇州豐倍生物科技有限公司研制的硝基專用防結(jié)塊膏劑FB-011、防結(jié)塊粉劑FB-023，對(duì)高塔硝基復(fù)合肥產(chǎn)品防結(jié)塊具有很好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

高塔硝基復(fù)合肥結(jié)塊是綜合因素導(dǎo)致的，單方面去尋找是何種因素造成的結(jié)塊都是片面的、不科學(xué)的，只有綜合分析，對(duì)癥采取措施，才能降低產(chǎn)品結(jié)塊性。幾年來(lái)，公司不斷實(shí)踐、總結(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化工藝、認(rèn)真預(yù)防、嚴(yán)格管理，一定程度上解決了大部分產(chǎn)品結(jié)塊問(wèn)題，保障了硝基復(fù)合肥的連續(xù)化生產(chǎn)。