尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)淺析

羅玉民，楊振軍，蔣舉衛(wèi)，吳沿博，王海川

（中國(guó)-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066003）

0 前言

尿基復(fù)合肥因其水溶性好、成本相對(duì)低廉、養(yǎng)分含量高和肥效周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)深受廣大用戶的喜愛(ài)，但由于尿基復(fù)合肥的氮源主要是尿素，所以必須考慮尿素分解溫度低和溶解度高等特點(diǎn)。尿基高氮復(fù)合肥中尿素用量一般占總投料量的30%～50%，故其對(duì)溫度和水分十分敏感。中國(guó)-阿拉伯化肥有限公司（以下簡(jiǎn)稱中阿公司）的尿基高氮型復(fù)合肥系列產(chǎn)品養(yǎng)分含量不均衡，尿素對(duì)中和造粒過(guò)程和產(chǎn)品養(yǎng)分含量的影響尤為突出。中阿公司生產(chǎn)的尿基高氮復(fù)合肥多以氯型為主，主要包括以26-14-6及其衍生品為代表的尿基小麥肥系列、以24-6-12及其衍生品為代表的尿基玉米肥系列、以20-12-14 及其衍生品為代表的尿基水稻肥系列、以26-11-13為代表的尿基穩(wěn)定肥系列、以19-19-19為代表的尿基水溶肥系列。經(jīng)過(guò)30 多年的生產(chǎn)實(shí)踐，中阿公司在尿基高氮復(fù)合肥的生產(chǎn)方面總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，筆者對(duì)生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行分析總結(jié)，僅供參考。

1 尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題

尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題主要包括環(huán)保、質(zhì)量、操作和設(shè)備等方面的問(wèn)題。中阿公司有一套遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)要求的內(nèi)控質(zhì)量體系，后續(xù)所說(shuō)不合格，均指不符合內(nèi)控指標(biāo)。①環(huán)保問(wèn)題，洗滌系統(tǒng)內(nèi)洗滌液pH 偏高導(dǎo)致排放尾氣中氨含量偏高；②質(zhì)量問(wèn)題，涉及的方面較多，包括成品顆粒強(qiáng)度低、成品中有尿素顆粒、生產(chǎn)過(guò)程中有縮二脲產(chǎn)生、顆粒圓潤(rùn)度不好、產(chǎn)品易結(jié)塊等問(wèn)題；③操作問(wèn)題，參數(shù)控制不好，會(huì)導(dǎo)致造粒機(jī)或干燥機(jī)內(nèi)顆粒粒徑兩極分化嚴(yán)重；④設(shè)備問(wèn)題，生產(chǎn)該品級(jí)時(shí)，由于物料酰胺態(tài)氮含量高，物料濕度大使得系統(tǒng)各設(shè)備結(jié)疤快，易堵塞溜槽以及振動(dòng)篩孔，同時(shí)破碎機(jī)負(fù)荷加重?，F(xiàn)筆者根據(jù)尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中易出現(xiàn)的各種問(wèn)題討論其生產(chǎn)注意事項(xiàng)。

2 生產(chǎn)前期策劃

尿基高氮復(fù)合肥所用的原輔材料較多，其中尿素所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于25%，為避免成品中出現(xiàn)尿素顆粒，應(yīng)使用磨機(jī)將尿素磨碎一部分，另考慮到對(duì)造粒的影響，一般應(yīng)將尿素總量的30%～70%過(guò)磨機(jī)磨碎。

復(fù)合肥中酰胺態(tài)氮分布不均和含量增加時(shí)，如果終產(chǎn)品儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能產(chǎn)生一定的結(jié)塊，而且伴隨著酰胺態(tài)氮含量增加，復(fù)合肥結(jié)塊程度加重。由于尿基高氮復(fù)合肥產(chǎn)品酰胺態(tài)氮含量高，故前期設(shè)計(jì)生產(chǎn)配方時(shí)，應(yīng)在滿足產(chǎn)品氮含量的情況下，盡量降低產(chǎn)品的酰胺態(tài)氮含量。一般尿基高氮復(fù)合肥品級(jí)酰胺態(tài)氮占總氮的60%左右［1］。

配方設(shè)計(jì)中，為保證尿基高氮復(fù)合肥的肥效，須將產(chǎn)品的n（N）/n（P）設(shè)定在1.3 ～1.6，這樣產(chǎn)品的pH 接近中性，而農(nóng)作物在接近中性的環(huán)境中對(duì)養(yǎng)分的吸收率最高。管式反應(yīng)器（以下簡(jiǎn)稱GPR）中物料n（N）/n（P）應(yīng)控制在1.7 左右，不能太高，否則影響造粒機(jī)內(nèi)物料的氨化效果；n（N）/n（P）也不能太低，否則會(huì)有游離酸產(chǎn)生，游離酸易與尿素反應(yīng)生成硫酸脲和磷酸脲，其溶解度大，會(huì)導(dǎo)致造粒機(jī)內(nèi)“和泥”現(xiàn)象發(fā)生。

為保證洗滌系統(tǒng)尾氣氨排放量達(dá)標(biāo)，應(yīng)控制洗滌液pH 小于5.0。工程師在設(shè)計(jì)配方時(shí)，應(yīng)合理分配磷酸和硫酸在管式反應(yīng)器和洗滌系統(tǒng)的加入量，一般管式反應(yīng)器所加的磷酸為磷酸總量的60%，所加的硫酸為硫酸總量的80%。

合理的尿基高氮復(fù)合肥配方，除需要考慮熱平衡、水平衡和液固比外，還需考慮原料黏性的搭配。常見(jiàn)的高黏性物料主要包括尿素熔融液、磷酸二銨、膨潤(rùn)土、凹凸棒粉、海泡石和磷酸等；中等黏性物料主要包括尿素、磷酸一銨、氯化鉀、氯化銨和過(guò)磷酸鈣等；沙性物料主要包括硫酸鉀、硫酸銨、鈣鎂磷肥等。當(dāng)混合物料黏性合適時(shí)，有助于造粒；但如果黏性物料占比過(guò)多，則會(huì)降低整體物料的流動(dòng)性，引起物料在設(shè)備內(nèi)積料。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般黏性物料質(zhì)量占比在35%左右為宜，而沙性物料受總養(yǎng)分限制，質(zhì)量占比一般小于35%，沙性物料用量不影響成粒率，但與顆粒的圓潤(rùn)度有關(guān)［2］。比如中阿公司在生產(chǎn)26-14-6 復(fù)合肥時(shí)，因加入的尿素和磷酸一銨較多，配方反應(yīng)熱也較高，導(dǎo)致物料整體偏黏，糊篩和設(shè)備結(jié)疤快等現(xiàn)象頻發(fā)，后加入沙性物料硫酸銨（質(zhì)量占比10%），糊篩和設(shè)備結(jié)疤現(xiàn)象則減輕很多，同時(shí)產(chǎn)品的圓潤(rùn)度也有所改善。

3 過(guò)程控制

3.1 造粒溫度控制

一般鹽的溶解度隨溫度升高而增大，在造粒機(jī)內(nèi)，需要采用較高操作溫度來(lái)提高物料的溶解度，以增加液相量。因此造粒溫度高時(shí)液相量隨之增多，這時(shí)外加洗滌液的量應(yīng)適當(dāng)減少。由此可見(jiàn)造粒物料濕含量應(yīng)隨造粒溫度而定，例如磷銨造粒溫度由50 ℃改為85 ℃時(shí)，其物料濕含量（w（H2O））應(yīng)從10.5%降為4.0%，這種改變對(duì)減小產(chǎn)品干燥負(fù)荷也是十分有利的。升高造粒溫度也使液相黏度和表面張力減小，從而在機(jī)械外力的作用下可獲得強(qiáng)度更高的顆粒。每種肥料都有一個(gè)最高允許造粒溫度，高于此溫度則氨逸出，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，造粒溫度控制在低于肥料最高允許溫度1 ～5 ℃。尿素水溶液在80 ℃開(kāi)始水解和分解，但在磷酸一銨存在的條件下，此溫度會(huì)下降，當(dāng)溫度高于75 ℃時(shí)，尿素的溶解度會(huì)大幅度提高，外加洗滌液量減少，在系統(tǒng)熱風(fēng)條件不變的情況下，物料溫度會(huì)進(jìn)一步提高，造粒情況開(kāi)始惡化，當(dāng)溫度高于80 ℃時(shí)，基本無(wú)法外加洗滌液，所以尿基高氮復(fù)合肥的最高臨界造粒溫度為75 ℃。在尿基高氮復(fù)合肥實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)尿素占總原料的比例控制造粒溫度在60 ～73 ℃［3］。

3.2 造粒機(jī)物料水含量控制

造粒機(jī)出口物料水含量降低既可以減少干燥機(jī)干燥負(fù)荷，又可以提高尿基高氮復(fù)合肥的顆粒強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過(guò)以下幾個(gè)方法來(lái)改變?cè)炝C(jī)出口物料水含量。

（1）提高造粒引風(fēng)機(jī)頻率。通過(guò)提高造粒引風(fēng)機(jī)頻率，可以加大造粒機(jī)內(nèi)空氣流動(dòng)，提高傳質(zhì)和傳熱效率，使造粒機(jī)內(nèi)物料表面的水分快速移走，從而降低造粒機(jī)物料水含量，增強(qiáng)造粒機(jī)內(nèi)物料顆粒強(qiáng)度，也可以減少出造粒機(jī)的物料進(jìn)入干燥機(jī)后粉化現(xiàn)象。

（2）提高造粒機(jī)轉(zhuǎn)速。造粒機(jī)轉(zhuǎn)速提高，造粒機(jī)內(nèi)物料移動(dòng)速度變快，可以降低造粒機(jī)內(nèi)料床厚度，而在加入造粒機(jī)內(nèi)液相量不變的情況下，造粒機(jī)內(nèi)物料濕度增加。

（3）使用蒸汽造粒。蒸汽可以提高物料溫度并增加濕度，減少耗水量。但要注意蒸汽壓力要保持在0.6 MPa以上，最好用發(fā)電廠的干蒸汽。

但造粒機(jī)出口物料水分也并非越低越好，因?yàn)樾枰紤]水平衡。為保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的水平衡，尿基高氮復(fù)合肥造粒機(jī)內(nèi)洗滌液的加入量應(yīng)盡量多，但造粒機(jī)出口物料水含量太多會(huì)增加干燥負(fù)荷，最終也會(huì)使產(chǎn)品水含量超標(biāo)而導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)塊。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中，在投料量為50 t/h時(shí)，洗滌液加入量為3～6 m3/h［4］。

3.3 造粒注意事項(xiàng)

利用洗滌液和蒸汽成粒屬于黏結(jié)成粒，粒子致密度低、強(qiáng)度差；而管式反應(yīng)器噴漿造粒屬于涂布成粒，氨化料漿噴涂在固相原料形成的料幕上形成致密的“洋蔥皮結(jié)構(gòu)”，強(qiáng)度高。所以噴漿造粒要注重GPR 的料漿質(zhì)量，而料漿質(zhì)量主要包括料漿pH 值、黏度和氮磷比等指標(biāo)，這些指標(biāo)的好壞可通過(guò)GPR 壓力來(lái)反映。料漿質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致GPR 壓力偏高，而料漿質(zhì)量好時(shí)GPR 壓力一般小于0.25 MPa（50 t/h 的投料量）。實(shí)際生產(chǎn)中，如果GPR 壓力高于0.25 MPa，可通過(guò)提高GPR洗滌液加入量以及調(diào)節(jié)氮磷比等手段來(lái)降低壓力。

3.4 干燥溫度控制

造粒溫度適宜，可降低造粒機(jī)出口物料的水含量，物料干燥所需熱量隨之減少，干燥風(fēng)溫度降低后，亦可有效防止尿素分解產(chǎn)生縮二脲、干燥機(jī)內(nèi)二次成粒和干燥機(jī)內(nèi)顆粒粉化等現(xiàn)象的發(fā)生。干燥操作的必要條件是物料表面的水汽壓力大于干燥介質(zhì)中水汽分壓，所以干燥介質(zhì)應(yīng)及時(shí)將汽化的水分帶走，以維持一定的擴(kuò)散動(dòng)力。中阿公司尿基肥屬于熱敏性物質(zhì)，所以干燥系統(tǒng)采用低溫大風(fēng)量的并流干燥，既節(jié)能，亦可防止尿素分解生成縮二脲，更能及時(shí)將水分抽走以達(dá)到加快干燥的目的。在尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中，干燥機(jī)出口風(fēng)溫一般控制在70 ～100 ℃。

3.5 干燥機(jī)物料水含量控制

在尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中，進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)物料的水含量不能太高，否則會(huì)導(dǎo)致物料黏壁，后續(xù)篩分和破碎工序負(fù)荷過(guò)大，容易出現(xiàn)糊篩和破碎機(jī)溜槽結(jié)疤現(xiàn)象，更會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品水含量達(dá)不到內(nèi)控指標(biāo)要求，進(jìn)而在產(chǎn)品儲(chǔ)存和銷售環(huán)節(jié)出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。但干燥機(jī)內(nèi)物料的水含量也不能太低，一方面是因?yàn)槟蚧实母稍餃囟炔荒苓^(guò)高，另一方面水含量太低，會(huì)使干燥機(jī)內(nèi)粉塵量大，增加后面除塵工序的負(fù)荷，從而導(dǎo)致洗滌系統(tǒng)洗滌液密度過(guò)高，影響造粒的穩(wěn)定性。中阿公司內(nèi)控指標(biāo)規(guī)定尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中干燥機(jī)出口物料的w（H2O）低于1.5%即可。

3.6 系統(tǒng)返料量設(shè)定

系統(tǒng)返料量設(shè)定值應(yīng)從生產(chǎn)的穩(wěn)定性、產(chǎn)品的圓潤(rùn)度和能耗方面進(jìn)行考慮。系統(tǒng)返料量設(shè)定值高，系統(tǒng)平衡不易被打破，熱量散失也比較慢，這樣既有利于生產(chǎn)的穩(wěn)定，也有利于提高產(chǎn)品的圓潤(rùn)度；但從能耗方面考慮，系統(tǒng)設(shè)備負(fù)荷越高，能耗越高。所以系統(tǒng)返料量設(shè)定值應(yīng)適宜，中阿公司一般將尿基高氮復(fù)合肥裝置系統(tǒng)返料量設(shè)定在150 t/h。

4 設(shè)備維護(hù)

由于尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中尿素投入量大，配方反應(yīng)熱高，再加上物料中酰胺態(tài)氮含量高，導(dǎo)致物料在生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中易結(jié)疤，主要結(jié)疤點(diǎn)為破碎機(jī)、篩分機(jī)、振動(dòng)給料器以及各下料溜槽等設(shè)備。

當(dāng)出現(xiàn)糊篩情況時(shí)，造粒機(jī)出料量會(huì)明顯減少，此種問(wèn)題可用蒸汽吹掃篩網(wǎng)解決。同時(shí)車間規(guī)定每4 h 檢查一次設(shè)備結(jié)疤情況，當(dāng)結(jié)疤嚴(yán)重時(shí)，則可打開(kāi)旁路繼續(xù)生產(chǎn)，結(jié)疤的破碎機(jī)和篩分機(jī)等設(shè)備停車清理。破碎機(jī)的進(jìn)口溜槽也容易結(jié)疤，影響下料，可采用進(jìn)口溜槽加聚四氟乙烯襯板的方法減少結(jié)疤，同時(shí)日常巡檢時(shí)應(yīng)及時(shí)檢查和清理溜槽進(jìn)口結(jié)疤，防止結(jié)疤緩慢長(zhǎng)大。破碎機(jī)出口溜槽可設(shè)置可移動(dòng)襯板，巡檢人員定期晃動(dòng)襯板，使結(jié)疤脫落。經(jīng)驗(yàn)表明，這些方法均能起到很好的防結(jié)疤長(zhǎng)大效果。遇到停車清理時(shí)，須重點(diǎn)檢查破碎機(jī)錘頭間隙、磨損情況以及刮刀的狀況，從而保證使用時(shí)破碎機(jī)的狀態(tài)良好［5］。

5 小結(jié)

尿基高氮復(fù)合肥生產(chǎn)中會(huì)遇到各種問(wèn)題，但通過(guò)技術(shù)人員的精心策劃以及各崗位人員的通力配合，各種問(wèn)題均可減輕或避免。