一種改進型磷復肥管式反應器的技術應用

白保生，陳 虹

（云南云天化紅磷化工有限公司 生產制造中心 化肥廠，云南 開遠 661600）

0 引言

磷復肥生產裝置的管式反應器為生產系統的關鍵核心設備。磷酸、硫酸、氨等原料在反應器內部通過化學反應生成磷復肥產品料漿，料漿通過管式反應器的噴口均勻噴灑到造粒機料床上實現滾動造粒。整個生產過程溫度、壓力相對較高，且原料具有較強烈的腐蝕性，管式反應器常常因腐蝕、沖刷等原因造成泄漏現象，給生產現場的安全管理、環境及生產的持續安穩運行帶來較大影響，一直未有比較好的解決方案。云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡稱公司）原9萬t/a NPK裝置，經過不斷升級改造，目前裝置已達到18萬t/a的生產能力，可生產磷酸二銨（DAP）、粒狀磷酸一銨（GMAP）、NPK等產品。為滿足市場需求，各種產品的轉換生產比較頻繁。因生產工藝改變，管式反應器的工況改變較為明顯。因硫酸添加量大，化學反應、腐蝕較為激烈，316L材質的管式反應器難以適用于高溫、高壓及強腐蝕的環境，新更換的反應器短期內（20 d左右）就出現腐蝕通漏現象，嚴重影響生產的持續安穩運行，且現場存在較大的安全隱患。2019年公司對18萬t/a磷銨裝置進行管式反應器技術研究，改進設備構造，并增加耐磨、耐腐蝕襯里材料，設備改進后不但能適應DAP、GMAP及NPK各種磷復肥產品的生產，而且有效解決了設備振動、腐蝕及沖刷等問題。改進型管式反應器的應用不但延長了設備使用壽命，降低了生產成本，而且對于周圍環境衛生、安全環保管理有著積極的改善作用。

1 傳統管式反應器的應用分析

公司共有3套顆粒磷復肥生產裝置，分別為27萬t/a磷銨裝置、18萬t/a磷銨裝置、30萬t/a復合肥裝置，每套裝置都屬于復合型生產系統，均能滿足DAP、GMAP及NPK各種磷復肥產品的生產，其核心設備管式反應器為目前技術較為先進的十字管式反應器，材質為316L，如圖1所示。

圖1 原管式反應器

硫酸、磷酸及氣氨進入管式反應器后在2區混合并發生化學反應生成相應的產品料漿，料漿經過管式反應器后段管線噴灑到造粒機料床上完成造粒過程。原管式反應器主要存在以下問題：

（1）在圖1中1區域，因氣氨壓力較高，且介質走向轉變，造成1區域沖刷嚴重，管道過流部件常常損壞通漏；

（2）圖1中2區域為化學反應區，反應激烈，溫度、壓力較高，管式反應器整體間歇性振動嚴重，2、3區域是腐蝕損壞較為嚴重的部位，因管線振動導致法蘭連接處泄漏，存在很大的安全風險。

2 改進型管式反應器技術應用

為提高裝置運行效率，改善造粒工序安全生產條件，公司通過不斷技術研究、技術創新，對管式反應器進行改進，在原管式反應器的基礎上進行局部構造改進，并在管道內部襯耐磨、耐腐蝕材料，改進型的管式反應器如圖2所示。

圖2 改進型管式反應器

2.1 技術設計

（1）為確保通用性，各原料進口a、b、c與原位置一致。

（2）采用內部襯里技術解決腐蝕問題，襯里材料選用耐高溫（≥200℃）聚四氟乙烯。

（3）在沖刷腐蝕嚴重的部位，如圖2中1位置將直管改為擴大口［1］，以達到減小壓力和沖刷的目的。

（4）增加化學反應區域空間，如圖2中2位置所示，在原管式反應器的反應區域末端增加一段擴大的直管段，以緩解、擴散激烈的化學反應帶來的壓力，另外可使反應更加充分，減少氨損失。

2.2 相關參數計算

18萬t/a磷銨裝置通過管式反應器的料漿流量為20 m3/h，原管式反應器反應區域末端外徑為125 mm，改造后加大為直徑200 mm、長度1 000 mm的直管段，反應器壓力為0.9 MPa，計算出改造前、后化學反應區域段流速分別為v1、v2，通過該管段的時間分別為t1、t2［2］。

t1=1/0.45 s=2.22 s；

t2=1/0.18 s=5.55 s。

改造后，化學反應激烈、沖刷嚴重部位的液體流速降低至原流速的40%，反應時間延長至原來的2.5倍。

3 管式反應器改進前后的技術經濟對比分析

改造前管式反應器材質為316L，制造成本約1.5萬元，主要適用于生產DAP系列產品，生產NPK產品時短期內（20 d左右）就會出現腐蝕損壞現象。

改進型管式反應器材質為316L+內襯聚四氟乙烯，制造成本約3萬元，適用于DAP、NPK等各種磷復肥產品的生產，目前已使用1年多，設備運行正常，消除了管線振動、泄漏等安全隱患，因管式反應器故障帶來的非計劃停車明顯減少。

4 結束語

公司使用改進型管式反應器以來，雖然前期制造費用有所增加，但其使用周期長、維護費用低，產品質量穩定，不但為生產的持續穩定運行提供了有力保障，而且消除了生產現場的安全、環保風險，綜合效益較高，具有推廣應用價值。