利用料漿法磷酸銨生產裝置生產三元復合肥

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系統、150 kt/a和60 kt/a料漿法磷酸銨生產系統各1套。近年來，隨著國內磷復肥企業產能的擴大，導致國內磷酸銨總產能嚴重過剩，給磷肥生產企業帶來很大的銷售壓力，產品大部分作為原料供復合肥生產使用。

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]生產工藝和設備配置的詳細研究，發現三者存在極大的相似性。鑒于此，從市場需求角度出發，為緩解市場壓力，恒邦化工公司考慮在現有磷復肥生產裝置的基礎上，結合工藝物料衡算情況，適當調整磷酸銨、復合肥生產工藝流程并增加相關反應器等設備，使60 kt/a料漿法磷酸銨生產系統具備既可生產磷酸銨又可生產復合肥的能力。

1 生產工藝對比

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

料漿法磷酸銨生產工藝是用低濃度的工業稀磷酸先與氨在強制中和反應器內反應制得較稀的中和料漿，然后進行料漿的蒸發濃縮,有效避免了傳統法磷酸濃縮的難題，得到的濃縮料漿經泵、噴槍霧化后進入轉鼓造粒機中制得氮、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工藝和設備配置對比如表1所示。

表1 生產工藝和設備配置對比

2 工藝設計方案

通過對表1中所涉及的生產工藝進行系統對比可看出，在氨化造粒復合肥及料漿法磷酸銨之間進行適當的工藝技術調整，可滿足噴漿造粒復合肥的生產要求，整體設計思路是氫鉀共享-2次配酸-區別造粒，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復合肥，共同點是均設置了氫鉀轉化工序。考慮到恒邦化工公司現有氫鉀轉化槽是按照200 kt/a復合肥生產能力設計，設計余量完全能滿足后期生產要求，因此氫鉀轉化工序無需調整。

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種生產工藝所生產的產品配方不同，生產過程中應通過2次配酸來解決此問題。氫鉀轉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裝置供噴漿造粒工藝使用。

2.3 區別造粒

自混酸制備工序以后，與原生產工藝相比，復合肥的生產方式發生了變化。一次混酸配制槽中的混酸經泵送至管式反應器內與氨氣發生中和反應，形成的高壓將反應料漿噴入造粒機內與機內料幕混合造粒；二次混酸配制槽中的混酸經泵送至中和反應器內與氨氣發生中和反應、蒸發除去部分水分后，得到的中和料漿依次經二次中和槽、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套不同的生產系統，實施的關鍵點在于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套生產系統，其指標控制點隨之增加，不利于實際生產的穩定調節。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裝置的尾洗系統對尾氣進行酸洗處理，一次酸洗液經循環泵送至氨化造粒復合肥生產裝置的尾洗系統對尾氣進行酸洗(之前采用水洗)處理，產生的二次酸洗液對氨化造粒復合肥生產裝置的造粒尾氣進行最終洗滌，酸洗液最終經循環泵送至混酸制備工序。

按照上述流程對磷酸的使用進行調整，在保證2套生產系統尾氣指標符合要求的同時，使過程磷酸規格始終穩定。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)配套聯合生產硫基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 氫鉀轉化

如前所述，氨化造粒和噴漿造粒兩大復合肥生產工藝在氫鉀轉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工藝要求進行控制。如果是進行系統改造，則需要考慮氫鉀轉化槽的生產能力能否滿足2套生產系統的生產負荷要求。

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的要求，配酸依據為硫基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，根據要求將尾洗磷酸按照配方比例與氫鉀轉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節混酸中有效磷的含量，以此調節混酸中的磷鉀比。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，在反應過程中蒸發除去部分水分；然后中和料漿進入料漿法磷酸銨生產系統的二次中和槽(后續涉及設備均為磷酸銨系統配置)，經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，產品再經烘干、篩分、冷卻等工序后包裝入庫。

3.5 尾洗系統

為保證2套生產系統的水平衡[4]，同時保證生產過程中磷酸各項指標穩定，原料磷酸首先按照料漿法磷酸銨生產工藝流程對造粒尾氣進行酸洗，洗滌產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，改水洗為酸洗，洗滌產生的二次酸洗液進入氨化造粒復合肥生產裝置的造粒尾洗系統，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，實際生產可完全達到最初的設計意愿，產品質量穩定，2套生產系統可根據市場的需求，靈活生產各種規格的硫基復合肥及磷酸銨產品。

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)質量分數高達35%，遠高于料漿法磷酸銨生產控制要求的25%。為了保證產品質量符合國家標準《復混肥料(復合肥料)》(GB/T 15063—2009)的要求，采取降低系統生產負荷的方式以確保烘干效果，降低產品水分含量。

5 結語

(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工藝間稍作調整，增設中和反應器、二次配酸槽等設備即可實現改造目標。

(2)單生產系統，多規格產品。通過生產工藝調整，使料漿法磷酸銨生產系統具備復合肥生產能力，同時增加諸多規格復合肥產品的生產[5]，彌補了氨化造粒復合肥生產裝置產品規格單一的不足。

(3)根據市場需求，靈活生產。在磷肥市場低迷期，磷酸銨生產系統可在保證磷酸銨[6]產量滿足自用情況下，改產復合肥產品，增強企業的市場競爭能力。

我國磷肥產能過剩問題尖銳，新增產能持續投產，落后產能退出緩慢，行業利潤率下降嚴重，虧損面擴大；同時，產品結構不合理、產品同質化嚴重、新型產品占比不高等問題，限制了當前磷肥行業的進一步發展。對于既有復合肥生產系統又有磷肥生產系統的企業，采用上述改造方案，當磷肥市場處于低迷期時，磷肥生產系統可在生產部分磷酸銨產品滿足自有復合肥生產系統的需求后，迅速轉入復合肥生產狀態，擺脫市場限制，將有助于提升企業綜合經濟效益。