高塔造粒生產全水溶硝基復合肥的技術研究與實踐

楊 炎，彭卉豐，梁 勇，何相陽，熊海峰

（湖北三寧化工股份有限公司，湖北枝江 443200）

0 引 言

如今，水溶性肥料因水溶性好而被廣泛用于噴灌和滴灌等農業設施，從而實現水肥一體化，達到節水、節肥、節約用工和增產增收的效果。硝基復合肥不僅具備硝酸銨的基本特性，而且有農作物所必需的氮、磷、鉀等營養元素，特別適用于雨水較少、氣溫較低的北方旱地等堿性土壤地區。同時，高塔造粒生產的復合肥產品養分均勻、抗壓強度高、肥料利用率高，其技術與生產工藝近年來已在全國迅速普及［1］。

湖北三寧化工股份有限公司（簡稱湖北三寧）有兩條高塔復合肥生產線（雙塔），設計產能合計為600kt／a，實際產品產能根據市場需求進行調整，正常運行模式為一塔生產普通脲基復合肥、一塔生產硝基復合肥。原來生產的硝基復合肥，因無法達到全水溶，在客戶采用噴灌、滴灌等方式施肥時，經常出現“堵管”等現象，市場接受度不高；而全水溶硝基復合肥能實現全溶解、無殘渣，廣泛應用于噴灌、滴灌施肥，其施肥方式簡便，能有效節省勞力，且便于儲存，深受市場喜愛。鑒于全水溶硝基復合肥市場前景較好、產品利潤率較高，且在現有高塔硝基復合肥裝置的基礎上進行改產技改的難度及投資均不大，故決定上馬高塔造粒改產全水溶硝基復合肥項目。通過研究高塔造粒生產全水溶硝基復合肥技術［2］，即在已有高塔造粒裝置的基礎上進行改進和創新，選用優質、水溶性好的原材料、輔助材料替代原來的原材料、輔助材料以實現產品全水溶，同時通過新增冷卻設備、改進冷卻系統流程等措施防止全水溶硝基復合肥結塊，探討解決現有工藝系統存在的諸多不足，生產出符合養分要求、水溶性好（溶解速率快，溶于水后無沉淀和漂浮物）、無雜質、不結塊、不粉化、顆粒均勻的硝基復合肥。

1 高塔硝基復合肥造粒裝置工藝流程

湖北三寧高塔硝基復合肥造粒裝置工藝流程框圖見圖1。將質量濃度為98.5%的硝酸銨溶液送至熔融器，與系統返料進行混合、熔融后，進入1＃混合槽中，同時粉狀硫酸鉀和填充料進入1＃混合槽與硝酸銨溶液快速混合，混合后溢流進入2＃混合槽；粉狀磷銨進入2＃混合槽，與1＃混合槽溢流來的混合液快速混合，充分混合后溢流至造粒塔（機），從造粒塔塔頂噴灑下來的料漿經空氣冷卻后在塔底形成顆粒，經篩分先后進入1＃冷卻滾筒和2＃冷卻滾筒，使顆粒得到充分冷卻，冷卻后的顆粒經包膜送入包裝區；篩分過程中產生的粒徑小于1mm和大于4.75mm的返料，經返料皮帶輸送至熔融器循環利用。

圖1 高塔硝基復合肥造粒裝置工藝流程框圖

2 高塔造粒全水溶硝基復合肥生產技術開發

湖北三寧高塔造粒全水溶硝基復合肥試產初期，產品出現兩種極端分化現象：一是產品防結塊性能較好時，水溶性不好，溶解后不溶物含量高達20%，溶液表面有漂浮物，客戶采用“噴灌”、“滴灌”設施施肥時，出現堵塞噴頭的情況；二是產品水溶性較好時，防結塊性能差，產品存放一段時間后，肥料顆粒粘結成塊狀，產品粒度指標不合格。為實現產品快速溶解且全部水溶（水不溶物含量≤0.5%），同時產品儲存過程中不結塊、產品粒度（粒徑1.00～4.75mm顆粒的占比，下同）≥90%，通過水溶性試驗和防結塊試驗，探究影響產品水溶性和防結塊性能的因素，并進行有針對性的改進，尋求最佳的生產條件。

2.1 全水溶試驗

選取不同的原材料、輔助材料進行對比試驗，其水不溶物含量見表1。可以看出：原生產硝基復合肥所用原材料、輔助材料之磷酸一銨A、硫酸鉀A、防結劑A、防結粉A，水溶性較差，水不溶物含量較高；而經過優選后定制試驗生產全水溶硝基復合肥所用的原材料、輔助材料之磷酸一銨B、硫酸鉀B、防結劑B、防結粉B，水不溶物含量較低，水溶性符合要求。

表1 原材料及輔助材料的水不溶物含量%

以硝基復合肥16-6-23的配比定額，在確保產品養分結構和總養分相同的前提下，分別采用上述不同的原材料、輔助材料高塔造粒生產10組硝基復合肥，對產品的水不溶物進行測定，其配比定額及產品水不溶物含量測定情況見表2。

表2 硝基復合肥16-6-23配比定額及產品水不溶物含量測定情況%

結合表1、表2數據可以看出，高塔造粒裝置生產硝基復合肥，影響產品水溶性的主要因素有兩大類：一是主要原材料自身的水溶性，原材料水不溶物含量≤0.5%方可實現產品全水溶（水不溶物含量≤0.5%）；二是在原材料達到水溶性要求的前提下，輔助材料（防結劑、防結粉）的水溶性也不容忽視，輔助材料（防結劑、防結粉）水不溶物含量≤0.5%方可實現產品全水溶（水不溶物含量≤0.5%）。可見，高塔造粒生產全水溶硝基復合肥首先要優選原輔材料。

2.2 防結塊試驗

為了研究不同工藝條件對產品防結塊性能的影響，在確保產品養分結構和全水溶的前提下，分別采用防結劑外添加（原輔材料按配方進行造粒后再將防結劑包裹在產品顆粒表面）、防結劑內添加（將防結劑均勻添加在原輔材料中后再進行造粒）的方式，在自然冷卻（造粒后的產品顆粒在高塔內下落過程中與空氣進行熱量交換而自然冷卻）、一級冷卻（自然冷卻后的產品顆粒進入1臺滾筒冷卻機強制通自然風冷卻）、二級冷卻（自然冷卻后的產品顆粒依次進入2臺串聯的滾筒冷卻機強制通自然風冷卻）、三級冷卻（二級冷卻后的產品顆粒進入冷媒為溴化鋰冷凍除濕風的板式換熱設備內冷卻）、深度冷卻（三級冷卻后的產品顆粒進入循環冷卻料倉與溴化鋰冷凍除濕風直接接觸一定時間而冷卻）5種不同的冷卻環境下進行對比試驗，通過10組試驗，測定產品溫升、產品顆粒強度和產品粒度，測定結果見表3。

表3 不同防結劑添加方式及冷卻條件下產品檢測情況

由表3可以看出：高塔造粒裝置生產的全水溶硝基復合肥，產品的防結塊性能受防結劑外添加或內添加的影響不大；而生產過程中產品顆粒的冷卻效果、產品儲存后的“溫升”效應、產品儲存時間等因素對產品防結塊性能影響較大，尤其是隨著產品“溫升”效應的加劇，產品的顆粒強度、粒度均大幅下降，即產品“溫升”對產品質量有著至關重要的影響。

2.3 優化改進

通過試驗發現，選擇水不溶物含量≤0.5%的原輔材料，可解決硝基復合肥全水溶的問題；而要防顆粒全水溶硝基復合肥結塊，需對高塔硝基復合肥造粒裝置進行改造，以提升產品顆粒的冷卻效果。為此，對高塔硝基復合肥造粒裝置冷卻篩分系統工藝流程進行改進（如圖2）：造粒塔塔底產品顆粒經篩分后先進入1＃冷卻滾筒，1＃冷卻滾筒出來的產品顆粒進入新增的1臺粉體流冷卻器［3］，顆粒冷卻后進入包裹滾筒進行表面防結劑、防結粉包裹，處理完后依次分裝在并列的20個新增循環冷卻料倉內，來自增壓風機的除濕風經布風管從循環冷卻料倉底部進入各循環冷卻料倉內，自下而上流經料層對產品顆粒進行深度冷卻，深度冷卻一定時間后的產品輸送至包裝系統。

圖2 改進后硝基復合肥造粒裝置工藝流程框圖

冷卻篩分系統優化改進后，高塔造粒生產的全水溶硝基復合肥，水不溶物含量維持在0.3%左右，溶解后肉眼幾乎看不到水不溶物，溶液表面也沒有漂浮物，可以放心進行“噴灌”、 “滴灌”，產品符合全水溶要求；對儲存的產品進行檢驗，存放1a后產品仍呈顆粒狀，產品粒度≥90%，符合防結塊要求，客戶不再擔心因產品粒度不合格而影響機器施肥。

2.4 效益分析

冷卻篩分系統流程優化增設了粉體流冷卻器和循環冷卻料倉，設備購置費295萬元，基建、安裝費用100萬元，研發費用20萬元，合計投入415萬元。

高塔硝基復合肥造粒裝置改造前，因全水溶硝基復合肥產品質量達不到客戶需求，2016年銷量不足10kt。2016年10月開始對冷卻篩分系統進行優化技改，2017年3月完成技改后，生產的全水溶硝基復合肥產品市場反應良好，2018年全水溶硝基復合肥產品銷量近100kt，相較于2016年年銷量增加近90kt，扣除調整原輔材料增加的成本，產品利潤約800元／t，2018年較2016年增加利潤約7200萬元。同時，產品質量深受客戶認可，有助于提升公司的品牌效應，其帶來的效益不可估量。

3 結束語

湖北三寧高塔造粒生產全水溶硝基復合肥研究，基于原高塔硝基復合肥造粒裝置，通過查閱與參考相關文獻資料，在反復進行水溶性和防結塊性試驗以及到業內知名企業考察、學習的基礎上，提出并實施了對原有裝置的改造；后續對高塔造粒生產全水溶硝基復合肥進行了試生產，分析與探討了影響產品水溶性和防結塊性能的因素，并采取了有針對性的改進措施——優化改進冷卻篩分系統，開發出了一種全新的生產顆粒全水溶硝基復合肥的生產方法，所生產的產品市場反應良好，在農業生產中得到廣泛應用，為企業創造了良好的經濟效益。