復合肥生產(chǎn)工藝綜述

1、自然科學研究復合肥生產(chǎn)工藝綜述李玉峰(攀枝花學院化工系,攀枝花617000摘要本文認為復合肥的生產(chǎn)方法有多種,主要應根據(jù)所產(chǎn)復合肥的配料體系和一些實際情況來進行選擇。目前常用復合肥的生產(chǎn)工藝有團粒法、料漿法、熔體造粒法、摻混法、擠壓法、涂布選粒法等。關鍵詞復合肥;生產(chǎn)工藝;配料體系,生產(chǎn)實際化肥工業(yè)是世界上發(fā)展速度較快的工業(yè)之一,科技進步和相關學科的發(fā)展以及市場需求變化和自然界生態(tài)平衡與調控,對化肥工業(yè)技術研究和進步也提出了更新更高的要求。復合肥是指至少含有氮、磷、鉀三種成分中的任何兩種的肥料。其生產(chǎn)工藝較之基礎肥料要復雜一些。目前,肥料的復合化、專用化已成為化肥工業(yè)發(fā)展的趨勢和方向。專用復合

2、肥在提高作物產(chǎn)量和質量等方面起著巨大的作用。復合肥的生產(chǎn)方法有多種,主要根據(jù)所生產(chǎn)的配料體系和一些實際情況來進行選擇。目前常用復合肥的生產(chǎn)工藝有團粒法、料漿法、熔體造粒法、摻混法、擠壓法、涂布造粒法等。1團粒法該方法是國內外復合肥生產(chǎn)的主要方法,根據(jù)使用造粒設備的不同,可分為圓盤成粒、轉鼓成粒、雙漿混合成粒等工藝。前兩種方法是目前復合肥料廠生產(chǎn)中廣為采用的方法。其技術成熟、質量可靠。111團粒法工藝成粒的基本原理團粒法工藝成粒的基本原理是一定顆粒細度(粉粒狀的基礎肥料借助肥料鹽類的液相粘聚成粒,再借助外力使粘聚的顆粒產(chǎn)生運動,相互間的擠壓、滾動使其緊密而成型。112團粒法復合肥生產(chǎn)典型流程袋裝

3、或散裝的基礎肥料在進入生產(chǎn)系統(tǒng)前應盡可能破碎成小于20mm 的物料。由一臺或多臺斗式提升機將它們分別提送至各自的貯斗中。用一臺斗式的帶有電腦控制的電子秤進行各工位的基礎肥料的配料,每一批配料自動卸入中間貯斗,在貯斗的底部由一帶調速皮帶的輸送機將物料連續(xù)加入破碎機進行粉碎,通常采用臥式鏈條破碎機,經(jīng)過粉碎達到一定細度,由一臺式提升機送至造粒機,通過添加少量水或蒸汽使物料成粒。造粒機卸出的濕物料由一條皮帶機送入回轉干燥機,由燃燒爐產(chǎn)生的煙道氣與濕物料成順流方式進入干燥機。燃燒供熱系統(tǒng)附設一臺噴射引風器,其結構和工作原理均和“文氏管”類似,射流所產(chǎn)生的負壓,抽吸熱爐氣并與噴射冷風混合后進入干燥機的進

4、料端。噴射引風工藝使燃燒爐在負壓下操作,能穩(wěn)定供熱工況。用于中小型復合肥作業(yè)的進口爐氣溫度要根據(jù)復肥體系、配方、物料性質等情況而定,一般控制在150200?；剞D干燥機的直徑一般在112212米,長度1018米。筒體進料端設置螺旋形抄板可將濕物料盡快地向筒深移動,減少物料與高溫氣流的接觸時間,防止熔化和減少粘料現(xiàn)象。筒體的中段設置升舉式揚料板,將物料撒揚在干燥空間與熱氣進行充分的熱交換,完成傳熱傳質過程使物料的水分蒸發(fā)。顆粒肥料的水分蒸發(fā)的速度,是受水分從顆粒中心向表層的擴散速度控制。由于顆粒較為致密,擴散速度較慢,因此要有足夠的干燥時間和合適的顆粒度及適當?shù)念w粒與熱氣流接觸。物料在干燥機內的停

5、留時間一般在1530分鐘。干燥筒體的尾部不設抄板而是光筒。這是為了防止粉塵的散揚,減少尾氣帶塵。完成熱交換的含濕含熱尾氣由出料箱尾氣管進入除塵器,再由風機引入洗滌系統(tǒng),經(jīng)洗氣后排空。出干燥機的物料溫度在7090,尾氣溫度在7595。該兩項溫度指標與產(chǎn)品的水分要求有直接關系。干后的物料由斗式提升機送篩分系統(tǒng),篩出的大于4mm 的顆粒經(jīng)破碎后與篩出的小于117mm 的細粒一起38第19卷第5期V ol 1191N o 15攀枝花學院學報Journal of Panzhihua University 2002年10月Oct 12002返回造粒系統(tǒng),合格的14mm 的顆粒經(jīng)一臺回轉冷卻筒冷卻至小于45

6、后送包裝工段。冷卻可使滯留在顆粒肥料表層的水汽散逸,防止水汽冷凝,減少結塊,克服熱物料對包裝塑料內袋的損傷,以保證產(chǎn)品的包裝質量。2料漿法211硫酸銨磷酸銨系復合肥料由硫酸銨與磷酸銨、鉀鹽組成的一系列硫磷銨系復合肥料具有吸濕性小,呈微酸性,對堿性土壤有改良的作用,對茶葉、甘蔗有其獨特的肥效,適用于多種土壤和作物特點。20世紀70年代中期,美國國家肥料開發(fā)中心研究成功的管道反應器用氨中和磷酸、硫酸的技術首先應用于硫磷銨系復合肥的生產(chǎn),該法已在我國的復合肥生產(chǎn)中得到廣泛的應用。原料濕法磷酸(小于40%P 2O 5加入尾氣洗滌系統(tǒng)洗滌轉鼓氨化?；?、回轉干燥機回轉冷卻筒等,抽出含氨、含塵尾氣,得到的

7、洗滌酸經(jīng)過酸預熱器加熱,經(jīng)計量后加入管道反應器。硫酸經(jīng)計量后從反應管的另一側加入。液氨和少量水從反應管的端部加入。酸和氨在管道里高速流通時迅速混合和反應。反應熱使物料溫度上升到料液的沸點以上(130150,產(chǎn)生的蒸汽使管內物料處于013014MPa 的壓力狀態(tài)。高溫度使磷酸銨的溶解度增大。所用原料磷酸的濃度可以稍高一些。這就意味著隨磷酸進入生產(chǎn)系統(tǒng)的水量減少,中和反應熱用來蒸發(fā)物料帶入水分的比例增高。管道反應器工藝的造粒物料干燥負荷顯著降低。212硝酸銨磷酸銨系復合肥料硝酸銨磷酸銨系復合肥料生產(chǎn)多數(shù)是把硝酸銨濃溶液加入磷酸與氨反應器的預中和器,或者把濃硝銨溶液加入回轉鼓氨化粒化器,與預中和器來

8、的磷酸銨料漿一起在氨化粒化器內造粒。少數(shù)工廠把硝酸和磷酸的混合酸用氨中和,生成的N -P 料漿返料造粒,或者再加鉀鹽制造N -P -K 復合肥料。硝酸銨的溶解度大,硝磷銨料漿的造粒更是一個典型的料漿造粒過程。20世紀60年代后期,荷蘭S tarmicarbon 公司和挪威N orsk Hydro 公司均開發(fā)了復合肥料適用的熔融體塔式噴淋?；に嚰夹g,硝磷銨和硝酸磷肥工廠設計為塔式造粒的比例增多。在這種工藝技術中,硝酸銨或硝酸磷肥中和料漿濃縮至大于96%的濃度,把濃料漿用泵送至造粒塔頂,在一個快速混合的攪拌槽里把料漿和加入的鉀鹽細粉、返料細粉混合,料漿經(jīng)旋轉噴灑器從塔頂噴下,在空氣流中凝固成粒。

9、法國鉀鹽工程公司(PEC 在該公司的硝酸磷肥和硝磷銨系復合肥料技術中大力推廣“成粒干燥器”(spherodizer 造粒技術在中國稱噴漿造粒技術。該技術是美國的化學與工業(yè)公司于20世紀50年代初應用于磷酸銨生產(chǎn)的,法國PEC 把該法用于濃度低的碳化法硝酸磷肥生產(chǎn)中。前蘇聯(lián)的料漿濃縮法磷酸銨,羅馬尼亞的磷酸銨生產(chǎn)也用這種方法把磷酸銨漿造粒干燥。中國安徽的銅陵磷銨廠及中國數(shù)十家料漿濃縮法磷銨廠均用此法來實現(xiàn)料漿的造粒干燥操作。在噴漿造粒干燥工藝中,含水15%30%的料漿被噴散成液沫,迎著轉筒中固體返料和鉀鹽粉粒自抄板下落的料幕形成“幕障噴涂”,又稱“幕簾噴涂”。干燥用的熱空氣自噴漿方向從轉筒的前端

10、吹入,其溫度視物料種類的不同在180380的范圍內選用。因為顆粒多次循環(huán)地通過噴涂后才移至轉筒中部,所以能夠得到多次涂層,并使涂上的料液的水分迅速蒸發(fā)。從轉筒出料端卸出的物產(chǎn)大部分顯著地增大了粒度,顆粒圓潤、堅硬。卸出物料的水分含量可籍控制熱空氣的流量、溫度達到預定的要求。硝磷酸銨系復合肥料和硝酸磷肥產(chǎn)品允許的水分含量一般小于110%。3熔體造料法熔體造料技術是料漿法造粒技術中的一種特殊形式,隨著復合肥生產(chǎn)技術的進步,熔體造粒技術逐漸演變成了一種獨立的復合肥料生產(chǎn)技術。熔體造粒工藝的特點是物料處于高溫熔融狀態(tài),含水量很低,可流動的熔體直接噴入冷媒體中,物料在冷卻時固化成球形顆粒;或者可流動熔體

11、噴入機械造粒機內的返料粒子上,使之在細小的粒子表面涂布或粒結成符合要求的顆粒。溶液的蒸發(fā)或濃縮需要消耗能量,但在能量利用方面遠較干燥顆粒產(chǎn)品有效,更何況在某些生產(chǎn)工藝中還可以充分利用反應熱來蒸發(fā)部分甚至全部水分;一般的造粒工藝,干燥機通常是造粒裝置中最大的而且也是最昂貴的設備,熔體造粒工藝無需干燥,節(jié)省了投資和能耗。熔體造粒法制復合把技術最早應用于磷酸一銨、硝酸磷酸銨、尿素磷酸銨,在這些生產(chǎn)方法中,可以加入鉀鹽或其他固體物生產(chǎn)顆粒狀氮磷鉀復合肥產(chǎn)品。按造粒方式的不同,熔體造粒法制復合肥工藝還可分為:造粒塔噴淋造粒工藝、油冷造粒工藝、雙軸造粒工藝、轉鼓造粒工藝、噴漿造粒工藝、盤式造粒工藝、鋼帶造

12、粒工藝等。48第19卷攀枝花學院學報第5期4摻混法把兩種以上的粒狀肥料配合干混而得到的肥料叫摻混肥。發(fā)展摻混肥可以提高施肥的科學性和經(jīng)濟性,并可以因地施肥、因作物施肥。1936年,美國馬里蘭州巴爾的摩地區(qū)的Willian Davis on 和P 1S 1Chappell 組成的公司最早從事粒狀肥料的摻混。摻混肥料商代農戶采到土壤樣品,送土樣到土壤分析室,土壤分析室根據(jù)土壤的養(yǎng)分含量和PH 值,以及種植的作物和期望的收獲量提出每英畝田的N 、P 2O 5、K 2O 養(yǎng)分的使用量。肥料商按此推薦配料、施用,這樣會比原有的固定規(guī)格的粒狀復混肥料更適合農作物栽培的需要。在化肥工業(yè)發(fā)達的西歐國家,多數(shù)生

13、產(chǎn)團粒復合肥料和料漿造粒法復合肥料,摻混肥料占的比例小。南美洲多數(shù)國家的化學工業(yè)比較薄弱,常常購買國外的基礎肥料,經(jīng)摻混提供農業(yè)所需的肥料混合物較為普通?？偟恼f來,摻混肥料可以降低化肥分配、銷售費用,使農業(yè)施肥科學化,有益于防止過度施肥造成的資源浪費和化肥污染問題。4擠壓法擠壓造粒是固體物料依靠外部壓力進行團聚的干法造粒過程。物料在高壓下粒子緊密靠近而引起分子力、靜電力,使粒子緊密結合。它可以看作是一個連續(xù)過程。疏松的物料在外力的作用下首先被排除粉粒間帶有的空氣,粒子進行重新排列,以消除物料間的空隙,物料得以增密。當增密物料在進一步受高壓力的作用下,因物料的性質差異而有不同情況發(fā)生。如為脆性物

14、料,一部分粒子被壓碎,細粉充填于粒子間的空隙。在此情況下,新產(chǎn)生表面上的自由化學鍵被來自周圍大氣的原子分子所飽和,則這種新產(chǎn)生的表面互相接觸,就會形成堅固的復合鍵。當塑性物料被擠壓時,粒子就會變形并相互環(huán)繞活動,產(chǎn)生強有力的范德華力。實際上在大多數(shù)場合,這兩種粘結機理同時存在。在擠壓過程的最后階段,由于以壓力形式給系統(tǒng)提供大量能量,而可能在粒子的接觸處形成熱點,使物料熔融。當溫度下降和物料冷卻時就形成固體橋。擠壓造粒受到多種因素的影響,主要有物料的性質,如其脆性、硬度、密度、磨損、腐蝕性、水分、溫度、肥料粒子形狀、顆粒分布、流動性等。擠壓造粒工藝過程一般不需要干燥和冷卻工序,特別適用于加工熱感

15、性物料,同時節(jié)省投資和能耗。操作全都在干燥的條件下進行,無廢水外排污染環(huán)境。且因腐蝕可能性小,設備制造可選用一般材料,造價較低。擠壓法可以生產(chǎn)出比一般復合肥料濃度更高的肥料,還可根據(jù)需要往原料中添加有機肥料或其他營養(yǎng)元素。國際肥產(chǎn)開發(fā)中心1987年為發(fā)展中國進行的一項研究表明:對于年產(chǎn)12萬t 粒狀NPK 肥料裝置,擠壓造粒法的投資比料漿法低50%。擠壓法操作簡單,且可實現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制,如有需要能迅速改變產(chǎn)品的品級,生產(chǎn)方便靈活。擠壓法裝置無一定的經(jīng)濟規(guī)模,小裝置生產(chǎn)同樣經(jīng)濟可行,也可根據(jù)用戶要求小批量生產(chǎn)專用肥料,生產(chǎn)和經(jīng)營都較靈活。由于擠壓法所具有的優(yōu)點,現(xiàn)已廣泛用于單一肥料、復合肥料等的造粒。特別是上?；ぱ芯吭洪_發(fā)的碳