利用料漿法磷酸銨生產(chǎn)裝置生產(chǎn)三元復合肥

王 磊

(威海恒邦化工有限公司 山東威海 264501)

威海恒邦化工有限公司(以下簡稱恒邦化工公司)目前擁有100 kt/a氨化造粒復合肥生產(chǎn)系統(tǒng)、150 kt/a和60 kt/a料漿法磷酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)各1套。近年來，隨著國內(nèi)磷復肥企業(yè)產(chǎn)能的擴大，導致國內(nèi)磷酸銨總產(chǎn)能嚴重過剩，給磷肥生產(chǎn)企業(yè)帶來很大的銷售壓力，產(chǎn)品大部分作為原料供復合肥生產(chǎn)使用。

通過對噴漿造粒復合肥、氨化造粒復合肥[1]及料漿法磷酸銨[2]生產(chǎn)工藝和設備配置的詳細研究，發(fā)現(xiàn)三者存在極大的相似性。鑒于此，從市場需求角度出發(fā)，為緩解市場壓力，恒邦化工公司考慮在現(xiàn)有磷復肥生產(chǎn)裝置的基礎上，結(jié)合工藝物料衡算情況，適當調(diào)整磷酸銨、復合肥生產(chǎn)工藝流程并增加相關(guān)反應器等設備，使60 kt/a料漿法磷酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)具備既可生產(chǎn)磷酸銨又可生產(chǎn)復合肥的能力。

1 生產(chǎn)工藝對比

氨化造粒復合肥生產(chǎn)工藝是將氯化鉀與硫酸加入反應槽加熱并在一定條件下反應，逸出的HCl氣體經(jīng)水吸收后可制得一定濃度的鹽酸，生成的硫酸氫鉀與稀磷酸混合后形成混酸。將混酸與氣氨按比例在管式反應器中反應，生成的復合肥料漿直接噴入轉(zhuǎn)鼓造粒機中制得氮、磷、鉀一定比例的硫基復合肥。

噴漿造粒復合肥生產(chǎn)工藝是將制備好的料漿在反應器內(nèi)與氨氣按比例進行反應，使料漿中的水分汽化并分離，生成的中和料漿經(jīng)泵、噴槍霧化后進入轉(zhuǎn)鼓造粒機中制得氮、磷、鉀一定比例的硫基復合肥。

料漿法磷酸銨生產(chǎn)工藝是用低濃度的工業(yè)稀磷酸先與氨在強制中和反應器內(nèi)反應制得較稀的中和料漿，然后進行料漿的蒸發(fā)濃縮,有效避免了傳統(tǒng)法磷酸濃縮的難題，得到的濃縮料漿經(jīng)泵、噴槍霧化后進入轉(zhuǎn)鼓造粒機中制得氮、磷一定比例的磷酸銨類肥料。

氨化造粒復合肥、料漿法磷酸銨及噴漿造粒復合肥生產(chǎn)工藝和設備配置對比如表1所示。

表1 生產(chǎn)工藝和設備配置對比

2 工藝設計方案

通過對表1中所涉及的生產(chǎn)工藝進行系統(tǒng)對比可看出，在氨化造粒復合肥及料漿法磷酸銨之間進行適當?shù)墓に嚰夹g(shù)調(diào)整，可滿足噴漿造粒復合肥的生產(chǎn)要求，整體設計思路是氫鉀共享-2次配酸-區(qū)別造粒，具體工藝設計方案如下。

2.1 氫鉀共享

通過對表1中的設計工序進行對比，無論采用氨化造粒工藝或是噴漿造粒工藝生產(chǎn)復合肥，共同點是均設置了氫鉀轉(zhuǎn)化工序。考慮到恒邦化工公司現(xiàn)有氫鉀轉(zhuǎn)化槽是按照200 kt/a復合肥生產(chǎn)能力設計，設計余量完全能滿足后期生產(chǎn)要求，因此氫鉀轉(zhuǎn)化工序無需調(diào)整。

2.2 2次配酸

氨化造粒工藝和噴漿造粒工藝的另一個共同點就是混酸制備，但考慮到2種生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品配方不同，生產(chǎn)過程中應通過2次配酸來解決此問題。氫鉀轉(zhuǎn)化工序所制備的合格硫酸氫鉀溶液送至一次混酸配制槽，向槽內(nèi)加入磷酸進行第1次混酸配制，得到的合格混酸部分供氨化造粒工藝使用；剩余的混酸送至二次混酸配制槽，同樣向槽內(nèi)加入磷酸進行第2次混酸配制，指標達到要求后送至料漿法磷酸銨生產(chǎn)裝置供噴漿造粒工藝使用。

2.3 區(qū)別造粒

自混酸制備工序以后，與原生產(chǎn)工藝相比，復合肥的生產(chǎn)方式發(fā)生了變化。一次混酸配制槽中的混酸經(jīng)泵送至管式反應器內(nèi)與氨氣發(fā)生中和反應，形成的高壓將反應料漿噴入造粒機內(nèi)與機內(nèi)料幕混合造粒；二次混酸配制槽中的混酸經(jīng)泵送至中和反應器內(nèi)與氨氣發(fā)生中和反應、蒸發(fā)除去部分水分后，得到的中和料漿依次經(jīng)二次中和槽、料漿過料槽、料漿泵送至造粒機，被壓縮空氣霧化后與造粒機內(nèi)料幕進行造粒。

2.4 其他

在該工藝設計方案中，涉及到2套不同的生產(chǎn)系統(tǒng)，實施的關(guān)鍵點在于2次配制混酸，即如何利用磷酸成為重點。若磷酸分多路進入2套生產(chǎn)系統(tǒng)，其指標控制點隨之增加，不利于實際生產(chǎn)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。為解決該問題，進行了如下設計：磷酸進入料漿法磷酸銨生產(chǎn)裝置的尾洗系統(tǒng)對尾氣進行酸洗處理，一次酸洗液經(jīng)循環(huán)泵送至氨化造粒復合肥生產(chǎn)裝置的尾洗系統(tǒng)對尾氣進行酸洗(之前采用水洗)處理，產(chǎn)生的二次酸洗液對氨化造粒復合肥生產(chǎn)裝置的造粒尾氣進行最終洗滌，酸洗液最終經(jīng)循環(huán)泵送至混酸制備工序。

按照上述流程對磷酸的使用進行調(diào)整，在保證2套生產(chǎn)系統(tǒng)尾氣指標符合要求的同時，使過程磷酸規(guī)格始終穩(wěn)定。工藝設計方案流程框圖如圖1所示。

圖1 工藝設計方案流程框圖

3 設計方案的實施

以硫基15- 15- 15氨化造粒復合肥與料漿法磷酸一銨(11- 49)配套聯(lián)合生產(chǎn)硫基12- 18- 15噴漿造粒復合肥為例，工藝設計方案的實施情況及控制要求介紹如下(部分指標為該方案物料及熱量衡算獲取，不再進行贅述)。

3.1 氫鉀轉(zhuǎn)化

如前所述，氨化造粒和噴漿造粒兩大復合肥生產(chǎn)工藝在氫鉀轉(zhuǎn)化工序的各項指標要求基本一致，完全可以按照氨化造粒復合肥生產(chǎn)工藝要求進行控制。如果是進行系統(tǒng)改造，則需要考慮氫鉀轉(zhuǎn)化槽的生產(chǎn)能力能否滿足2套生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)負荷要求。

3.2 一次配酸

一次配酸的主要目的是保證混酸指標滿足氨化造粒復合肥生產(chǎn)的要求，配酸依據(jù)為硫基15- 15- 15氨化造粒復合肥物料衡算得出的混酸P2O5、K2O等指標要求，根據(jù)要求將尾洗磷酸按照配方比例與氫鉀轉(zhuǎn)化工序所制備的硫酸氫鉀溶液充分混合均勻。硫基15- 15- 15氨化造粒復合肥混酸指標如表2所示。

表2 硫基15- 15- 15氨化造粒復合肥混酸指標

3.3 二次配酸

二次配酸主要是在一次配酸的基礎上調(diào)節(jié)混酸中有效磷的含量，以此調(diào)節(jié)混酸中的磷鉀比。第1次配制的混酸一部分泵送至氨化造粒管式反應器進行中和反應，其余與尾洗磷酸按照配方比例進行充分混合，制備符合硫基12- 18- 15噴漿造粒復合肥衡算指標要求的混酸，具體指標如表3所示。

表3 硫基12- 18- 15噴漿造粒復合肥混酸指標

3.4 噴漿造粒

二次配酸制備的合格混酸經(jīng)泵送至中和反應器，與氣氨按照配方比例要求進行中和反應，中和度控制在1.15～1.25，在反應過程中蒸發(fā)除去部分水分；然后中和料漿進入料漿法磷酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)的二次中和槽(后續(xù)涉及設備均為磷酸銨系統(tǒng)配置)，經(jīng)緩沖進入料漿過料槽，與其他熔融原料[3]混合均勻，由噴漿泵將料漿送至造粒機，被壓縮空氣完全霧化后與母料混合造粒，產(chǎn)品再經(jīng)烘干、篩分、冷卻等工序后包裝入庫。

3.5 尾洗系統(tǒng)

為保證2套生產(chǎn)系統(tǒng)的水平衡[4]，同時保證生產(chǎn)過程中磷酸各項指標穩(wěn)定，原料磷酸首先按照料漿法磷酸銨生產(chǎn)工藝流程對造粒尾氣進行酸洗，洗滌產(chǎn)生的一次酸洗液送至氨化造粒復合肥干燥冷卻的尾洗系統(tǒng)，改水洗為酸洗，洗滌產(chǎn)生的二次酸洗液進入氨化造粒復合肥生產(chǎn)裝置的造粒尾洗系統(tǒng)，最終洗滌磷酸被泵送至混酸制備工序，用作混酸的一、二次配酸。

4 方案預期效果

按照上述設計方案，實際生產(chǎn)可完全達到最初的設計意愿，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，2套生產(chǎn)系統(tǒng)可根據(jù)市場的需求，靈活生產(chǎn)各種規(guī)格的硫基復合肥及磷酸銨產(chǎn)品。

在硫基12- 18- 15復合肥物料衡算過程中，其料漿帶入造粒機的水分(烘干負荷)質(zhì)量分數(shù)高達35%，遠高于料漿法磷酸銨生產(chǎn)控制要求的25%。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標準《復混肥料(復合肥料)》(GB/T 15063—2009)的要求，采取降低系統(tǒng)生產(chǎn)負荷的方式以確保烘干效果，降低產(chǎn)品水分含量。

5 結(jié)語

(1)工藝設計簡短，投資省。僅在氨化造粒復合肥及料漿法磷酸銨生產(chǎn)工藝間稍作調(diào)整，增設中和反應器、二次配酸槽等設備即可實現(xiàn)改造目標。

(2)單生產(chǎn)系統(tǒng)，多規(guī)格產(chǎn)品。通過生產(chǎn)工藝調(diào)整，使料漿法磷酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)具備復合肥生產(chǎn)能力，同時增加諸多規(guī)格復合肥產(chǎn)品的生產(chǎn)[5]，彌補了氨化造粒復合肥生產(chǎn)裝置產(chǎn)品規(guī)格單一的不足。

(3)根據(jù)市場需求，靈活生產(chǎn)。在磷肥市場低迷期，磷酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)可在保證磷酸銨[6]產(chǎn)量滿足自用情況下，改產(chǎn)復合肥產(chǎn)品，增強企業(yè)的市場競爭能力。

我國磷肥產(chǎn)能過剩問題尖銳，新增產(chǎn)能持續(xù)投產(chǎn)，落后產(chǎn)能退出緩慢，行業(yè)利潤率下降嚴重，虧損面擴大；同時，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、新型產(chǎn)品占比不高等問題，限制了當前磷肥行業(yè)的進一步發(fā)展。對于既有復合肥生產(chǎn)系統(tǒng)又有磷肥生產(chǎn)系統(tǒng)的企業(yè)，采用上述改造方案，當磷肥市場處于低迷期時，磷肥生產(chǎn)系統(tǒng)可在生產(chǎn)部分磷酸銨產(chǎn)品滿足自有復合肥生產(chǎn)系統(tǒng)的需求后，迅速轉(zhuǎn)入復合肥生產(chǎn)狀態(tài)，擺脫市場限制，將有助于提升企業(yè)綜合經(jīng)濟效益。