高塔复混肥生产工艺技术(含图)

塔式喷淋造粒工艺(高塔) 熔融法（熔体法）的一种。造粒塔喷淋造粒工艺应用最早、最广泛的是单一氮肥（如 尿素、硝酸铵、硝酸钠等）的造粒，现已扩大到氮磷、氮磷钾复合肥料的造粒。 造粒塔有圆形和方形两种，而以圆形居多。塔内具体条件可采用自然通风或强制通风。 塔的有效调度按照熔体的液滴冷却固化所需时间而定，故与物料特性、粒子大小 和通风方 式等有关。造粒设备有旋转式喷头和固定式喷头两类，固定式喷头主要应用于单质熔体造粒。 此方法主要有：荷兰斯塔米卡本法硝酸磷酸铵钾生产流程、挪威海德鲁法尿素磷酸铵 及尿素磷酸铵钾中试流程、我国尿基塔式熔体造粒制二元、三元复肥成套技术三种。本文主 要叙述我国尿基塔式熔体造粒制二元、三元复肥成套技术。 （我国尿基塔式熔体造粒制二元、三元复肥成套技术） 1、 概述 我国尿基塔式熔体造粒复合肥技首先由上海化工研究院于 1996 年进行开发研究，从实 验室试验、模拟、扩试、中试，一直到年产 10 万吨的尿基高塔造粒装置于 2004 年正式投产 并一次性开车成功，长期稳定运行，从此高塔造粒技术正式在我国实现了产业化。工厂生产 的产品规格有：24-12-12、23-11-11、25-10-16、20-10-10、30-5-5、20-5-20、24-0-24、18-5-22 等。该技术随后在全国各地得到了推广，已建设了 130 多套装置，生产能力达到了 2475 万 旽(2009 年) 造粒塔喷淋造粒工艺制造高浓度复合肥料的优点可归纳如下。 （1） 直接利用尿素浓溶液，省去了尿素溶液的喷淋造粒过程，以及固体尿素制复 混肥料时的破碎操作，简化了生产流程。（本人认为中国现有的高塔，多数 没有这一优点。） （2） 熔体造粒工艺充分利用原熔融尿素的热能，物料水份含量很低，无需干燥过 程，大大节省了能耗。 （3） 工艺流程简单，设备少，易操作。 （4） 可以生产高氮复合肥，最高氮含量产品为颗粒尿素的生产。 （5） 合格产品百分含量很高。（本人认为还是要看具体的品位规格） （6） 产品性能好，颗粒表面光滑、圆润，水份低，只要包装好，产品不结块，具 有很高的市场竞争力。（至少我在仓库见过有结块的，理论上不结块吧，对 有些品位规格的产品，颗粒并不好看，比如 17-17-17） （7） 操作环境好，无三废排放，属清洁生产工艺。（这个到没注意过哟） （8） 造粒塔喷淋造粒装置设备投资和操作费用通常比其他的复合肥造粒装置要 低，生产规模大的装置更是如此。 造粒塔喷淋造粒的主要缺点如下： （1） 工艺参数要求高，物料配比、温度混合时间等的控制要求比较严格。 （2） 原料和产品规格受到一定的限制，因为混合物必须能够形成可流动的熔体才能 进行喷淋造粒。（一旦产品规格配比超过限制，产品颗粒细小、颗粒不均、破碎 现象严重比如 17-17-17） （3） 产品颗粒大小调节范围较窄，特别是颗粒较大的产品生产有一定的难度。 （4） 造粒必须有一定的高度，对小型生产装置来说，投资费用并不节省。 2、 工艺原理 熔体造粒技术是利用熔融尿素和氯化钾、磷酸一铵可以形成低共熔点化合物的特点，将 预热后的粉状磷酸一铵、氯化钾及填充剂与熔融尿素充分混合，形成流动性良好的 NPK 熔 体料浆。该料浆通过专用喷头喷入造粒塔后，在空气中冷却固化成颗粒，从而获得养分分布 均匀、形状良好的颗粒复合肥。该技术的关键点在于流动性良好的熔融料浆的制备。混合 槽温度、停留时间及料浆液固化比是工艺过程的主要参数，参数控制得好有助于降低料浆 的黏度，保证其流动性，减少副反应，降低氨损。 3、 生产工艺流程 以固体尿素、磷酸一铵、氯化钾及填充剂为原料，塔式熔融造粒制高浓度尿基复合肥 生产工艺流程见图： 固体尿素经斗提升机提升至尿素振动筛，除去杂质后进入经计量秤计量后进入尿素熔融 器，熔融后的脲液流入缓冲槽，再经泵送到塔顶混合槽；粉状氯化钾和硫酸一铵经人工拆包 后各自经提升机提升至振动筛筛分去除杂质、然后计量与填充剂一起经输送皮带至混料提升 机提至塔顶，进入混料加热器用蒸汽预热。预热后的物料筛除大粒后于混合槽中，在此与脲 液充分混合，混合后的熔融料浆自流入专用造粒机造粒；在塔顶从喷头喷洒下来的物料通过 空气冷却在塔底成型后经输送带输送到冷却机冷却，冷却处理后，颗粒肥料经成品振动筛筛 分，合格品通过包膜处理后计计量包装；冷却尾气经除尘后通过尾气风机排放。 4、 主要设备 固体尿素熔融高塔造粒工艺的主要设备见表 编号 设备名称 数量/台 编号 设备名称 数量/台 1 斗式提升机 4 16 加热振动筛 1 2 贮斗 4 17 除尘器 2 3 振动筛 3 18 除尘风机 2 4 大粒破碎机 2 19 混合槽 1 5 计量秤 4 20 造粒机 1 6 尿素熔融器 1 21 造粒塔 1 7 尿素缓冲槽 1 22 成品输送带 2 8 尿素输送泵 2 23 冷却机 1 9 输送带 1 24 成品斗式提升机 1 10 除尘器 2 25 成品振动筛 2 11 风机 2 26 成品料仓 1 12 混料斗提机 1 27 成品包装机 2 13 混料贮斗 1 28 旋风除尘器 1 14 螺旋输送器 1 29 袋式除尘器 1 15 混料加热器 1 30 包装机 1 5、 工艺参数 （1） 原料要求如下 尿素（N）≥46%，（H2O）≤1.0%,颗粒状 磷酸一铵（N）≥11%,(P2O5)≥44%，（H2O）≤1.5%，粒度≤0.8mm 占 90% 氯化钾(K2O)≥60%，（H2O）≤1.5%，粒度≤0.8mm 占 90% 硫酸钾(K2O)≥50%，（H2O）≤1.5%，粒度≤0.8mm 占 90% 填充剂（白去石或碳酸钙粉）细度-80 目（0.175mm）占 100%，（H2O）≤1.5% （2） 工艺指标如下 尿液温度：134-1380C 混料加热器物料控制温度: 40-900C(由混合槽料浆温度决定) 混合槽熔融料浆温度：115-1250C 造粒成品颗粒粒径 1～4.5mm，要求<1mm 的细粒少于 3%。（应该是我们常说的每 100 斤成品粉状产品要少于 3 斤。我以前工作的时候在中华人民共和国国家标准复混肥料 2009 或者 2001 版本中总找不到这个关于产品粉状量的要求，原来是在工艺指标中有明确规定。） 6、 装置主要设备功能及特点 （本人主要搜集配料秤、混料加热器、造粒塔、冷却机、混合槽这 5 个设备的资料） 配料秤:生产装置的原料配料系统选用了集控变频调速配料系统，以实现自动配料、确 保产品养分比例和品位，提高生产装置的自动化水平。 混料加热器: 为了制得流动性良好的料浆，加入尿液熔体的固体物料温度有一定的要 求。加热过程中应满足：1、物料不能出现团聚、结块、结片等现象；2、物料的加热温度稳 定，温度的波动范围应控制在±30C 之内；3、物料通过加热器后，流量稳定；4、物料加热 时，不能出现物料的分解现象；5、当混合槽出现工艺波动时，加热器具有贮料和立即停料 功能；6、粉体物料在加热过程中，应控制物料的粉尘污染。 装置所选用的加热器为空心桨叶式。 造粒机（喷头）:由于熔体法复合肥工艺的三元素物质在熔融过程中其黏度是尿素熔融 体的数百至数千倍且含有相当数量的固体悬浮颗粒，故一般的喷淋造粒方法无法保证喷孔不 被堵塞。常规的离心喷头采用加大喷孔直径的方法仍不能解决喷孔被堵塞的问题。生产装置 选用大直径喷孔的差动双速旋转造粒机。 与以往离心式造粒机原理截然不同，差动双速旋转造粒机有两套（内轴和外轴）各自 独立的传动机构，两套传动机构可同向异步差动双速旋转，或可逆向差动双速旋转，当然也 可以像传统的塔式旋转造粒机那样同向同步旋转。差动双速旋转造粒机的内轴负责将高黏度 的带有固相悬浮颗粒的复合熔液分配给造粒喷头的布料机构，外轴则负责将熔液从喷头锥体 母面上开设的喷孔内射出。射出的熔融液遇空气阻力断裂收缩成一定直径范围的球形颗粒。 高黏度的熔融液极易堵塞造粒喷头的喷孔，故造粒喷头的喷孔只能尽量的大才能较长时间不 被堵塞以满足连续生产的要求，大的喷孔还必须能造出工艺要求的一定直径范围的球形颗 粒。 造粒塔: 造粒塔形式有圆形和方形两种，复合肥造粒采用圆柱开（高 40-130M，直径 8-22M）的高大混凝土或金属构筑物。造粒塔通风有机械和自然通风两类。早期的造粒塔均 采用机械通风，但增加了运行成本。20 世纪 60 年代初开始应用空气热压头进行自然通风。 在同样的颗粒落程下，自然通风比机械通风大约少 20%～30%，因而传热温差小，出料温度 高。为了达到同样的冷却效果则需要增加塔高，故基建成本高。自然通风由于热压头小，尽 量减少进出风阻力，进出口尽可能敞开做到横向尺寸大于纵向，并应考虑防风、防雨和调节 风量的措施。 造粒塔的高度应是满足一定要求的最低塔高，从技术效果上说塔 愈高愈可靠。设计所 依据的条件是物料性质、大气温度、物料出塔温度以及颗粒直径等。大气温度应选择一年中 高温季节的平均温度，物料出塔温度不宜太高也不宜太低。物料出塔温度太高则物料未冷却 固化，极易黏附塔底，同时在后续的冷却过程中极易打磨出粉，影响产品质量；出料温度太 低，则在高湿季节晚出现产品吸潮。因此，必须根据当地的气候条件，通过计算或查图表确 定造粒塔的塔高和塔径。由于复合肥料浆的特殊性，其熔融料浆温度比单一氮肥要低，料浆 的冷却凝固时间也长，颗粒大。因此，复合肥造粒塔一般要比尿素、硝铵的造粒塔要高。 塔底集料装置采用 2 种方式：锥形斗和刮料机。锥形斗投资省，维修费用省，但占去 有效高度 9～12M，使实际塔更高；虽然刮料机占去的有效调度少 3～5M，但因维修费用高， 易刮碎料，在复合肥造粒塔一般不选用。 冷却机:我国 NPK 复合肥生产过程中因转鼓冷却机操作弹性大、产品颗粒均匀度要求 低、运行稳定可靠，一般选用转鼓冷却机。 混合槽:尿素（硝铵）为氮源生产二元复合肥。其熔融混合料浆黏稠、流动性差。如果 混合料浆流动性不好就极易堵塞喷头，所以制备料浆的混合槽是本工艺工程技术的重要设备 之一。控制好料浆制备质量是保证生产连续稳定运行和产品质量的重要保证，特别是细粉物 料与尿素熔融液在短时间内混合均匀有着一定的技术难度。 对尿基复合肥，由于尿素和磷铵会发生聚合反应： （NH4）2CO+2NH4H2PO4 = NH4H2PO4+CO2↑+2NH3↑,该反应会导致出现混合槽内混 合物起泡冒槽和料浆黏度急剧上升等现象。结命防止缩二脲超标等因素，所以在工艺上必须 设计合理加料工艺和混合时间，一般低于 5分钟。 7、 配料计算 计算条件 产品的化学组成如 N—P2O5—K2O;24-12-12,产品中水份含量 0.5% 原料的化学组成如下： 尿素（N）≥46%，（H2O）1.0% 磷酸一铵（N）11%,(P2O5)44%，（H2O）1.5% 氯化钾(K2O)60%，（H2O）1.5% 填充剂（白去石或碳酸钙粉）（H2O）1.5% 配比计算以 1吨产品为基准，产品规格为N—P2O5—K2O;24-12-12,产品中水份含量 0.5% 每吨产品中含 N=1000×24%=240KG P2O5=1000×12%=120KG K2O =1000×12%=120KG 每吨产品需要氯化钾量 120/60%=200KG带入的水份量 200×1.5%=3.0KG 每吨需要磷酸一铵量 120/44%=272.73KG带入的水份量 272.73×1.5%=4.09KG 每吨需要尿素量（240-272.73×11%）/46%=456.52KG 带入的水份量 456.52×1.0%=4.57KG 每吨产品中干盐含量 1000-1000×0.5%=995KG 每吨产品中水分含量 1000×0.5%=5KG 填充剂用量｛995-【（200-3）+（272.73-4.09）+(456.52-4.57)】/99%=77.41KG 考虑生产过程的机械损失，尿素分解和机械损失总量 2.0%，磷酸一铵、氯化钾、填充 剂机械损失 1.0%，则每吨产品实际投料如下 磷酸一铵 272.73/（1-1.0%）=275.48KG 尿素 456.52/（1-2.0%）=465.84 KG 氯化钾 200/（1-1.0%）=202.02 KG 填充剂 77.41/（1-1.0%）=78.19 KG 小时物料量（按年产 20 万吨计算）按 24-12-12 计算，主要原料小时投料量如下：（包 括系统物料损失） 磷酸一铵 7713.57 KG 氯化钾 5656.56 KG 尿素 13043.43 KG 填充剂 2189.37 KG 8、 消耗定额 吨产品的原料、公用工程消耗定额(N—P2O5—K2O;24-12-12,产品中水份含量 0.5%) 原材料： 尿素（N）≥46%，（H2O）1.0% 0.465 吨 磷酸一铵（N）11%,(P2O5)44%，（H2O）1.5% 0.275 吨 氯化钾(K2O)60%，（H2O）1.5% 0.202 吨 填充剂（白去石或碳酸钙粉）（H2O）1.5% 0.078 吨 公用工程： 蒸汽（0.5Mpa）0.20 吨，水 0.1 吨 电（三相 380V）15.0KW•h 包装袋（涂塑薄膜编织袋）20.5 只