磷酸二銨裝置降成本技術改造

劉顯波

（甕福紫金化工股份有限公司，福建 龍巖 364000）

磷銨產品在國內市場已趨向嚴重飽和狀態，磷銨企業要想在市場立足，只能通過降低生產成本來爭取較大的利潤空間，所以必須想方設法降低磷酸二銨產品的生產成本。甕福紫金化工股份有限公司（以下簡稱公司）通過改進磷酸二銨的生產工藝，精準控制產品養分含量和降低消耗等多種途徑進行優化，從而達到降低產品生產成本、提升產品市場競爭力的目的。

1 磷酸二銨生產工藝簡介

公司磷酸二銨裝置由云南化工設計院有限公司設計和承建，初始設計采用管式反應器+預中和工藝，后改為雙管式反應器工藝。磷酸和氨在管式反應器內進行反應且放出大量熱量，管式反應器內料漿溫度為120～140 ℃，壓力為0.3～0.5 MPa，料漿w（H2O）4%～10%。生成的料漿噴灑在造粒機的返料上，由造粒機里的氨分布器噴灑的氨繼續氨化至中和度為1.8，并經干燥、篩分后得到粒度合格的半成品，再經冷卻、包裹后得到合格產品，最后進行包裝出庫（見圖1）。

圖1 磷酸二銨生產工藝流程

2 磷酸二銨生產工藝存在問題

公司目前主要生產w（總養分）57%磷酸二銨，w（N）約為15.2%，w（P2O5）約為42.2%。磷素采購成本較高，主要原料磷精礦從貴州運輸過來，因此磷素采購成本遠高于氮素。在總養分合格的前提下，通過降低磷的占比，可進一步促進成本下降。為控制總養分合格和造粒機出口物料m（N）/m（P）為1.8，需添加一定量的硫酸或者硫酸銨，提升氮含量，降低磷含量。GB 10205—2009 對傳統法粒狀磷酸二銨產品養分要求見表1。

表1 傳統法粒狀磷酸二銨產品養分要求（GB 10205—2009）

改進前，磷酸二銨裝置生產工藝存在問題如下：（1）主要使用濃硫酸對產品養分含量進行調節，養分調節手段單一，造成產品養分波動大。（2）著色劑添加量主要通過人工調節，根據產品色度分析結果進行調控，分析滯后，調整隨意性大，造成著色劑消耗高。（3）使用工藝水作為尾氣洗滌系統的補水，工藝水平均消耗量為12 m3/h，工藝水消耗量大；并且需添加一定量的硫酸調整洗滌水pH 至弱酸性來吸收氨氣，防止尾氣氨濃度超標。濃硫酸具有強腐蝕性，進入洗滌系統后，pH 波動較大，容易導致槽體、管道等設備腐蝕穿孔，產生較大環保風險。（4）原料磷酸供酸方式隨意性較大，貯槽內酸質經常受上下游供酸品質影響，造成產品養分含量極不穩定，波動較大。

3 磷酸二銨生產工藝改進措施

針對存在問題，經過一段時間的摸索研究，在保證產品質量、生產穩定的前提下，逐步對磷酸二銨裝置生產工藝進行改進，以期促進裝置能耗、主要原料消耗逐步下降。

3.1 添加熱電裝置副產硫酸銨調節養分含量

硫酸銨產品價格比磷酸二銨低，將硫酸銨添加在磷酸二銨生產系統可以提升硫酸銨產品的價值。磷酸二銨生產中硫酸銨平均添加量約為3 000 t/a，而公司熱電裝置每年副產硫酸銨約1 400 t，其余硫酸銨通過市場購入。添加方式：一是在主廠房一樓旁新增加一臺加料斗提機，將加料斗提機出口連接到造粒機斗提機的進口，當硫酸銨顏色和產品顏色一致時，通過人工解包加入系統；二是降低原來反應洗滌系統廢液收集池加料口位置，使其與收集池表面在一條水平線上，減少人員勞動強度，在硫酸銨顏色和產品顏色不一致時，通過人工將硫酸銨加入廢液收集池，利用廢液溶解后，打入生產系統，能更好地穩定產品的色度及養分含量。

3.2 降低著色劑消耗

通過大數據分析得出原料磷酸、洗滌水及著色劑等物料的添加量與系統噴漿量存在一定關系，并在分布式計算機控制（DCS）操作系統中將著色劑添加量與噴漿系統進行連鎖，實現自動調整，達到精準控制。

3.3 使用渣場池水作為尾氣洗滌系統的補水

公司磷石膏臨時中轉場設有6 萬m3調節水池，池水主要來源于磷石膏堆場中滲透的雨水，池水中主要含磷、氟等，磷、氟質量分數分別為1.18%、0.31%，pH為1～2。將渣場池水引進磷酸二銨裝置尾氣洗滌器，替代原工藝水和濃硫酸的混合洗滌液，降低了液封槽洗液黏度。其溢流液進入下沉式儲槽與裝置廢水等混合，作為洗液返回液封槽，完成循環洗滌。通過保持下沉式儲槽液位動態平衡來保證渣場池水加入量與使用量平衡，以此來控制渣場池水加入系統的穩定性。

3.4 將串級供酸改為并級供酸

磷酸二銨裝置原有2 個1 800 m3的磷酸大貯槽與2個300 m3的小貯槽，供酸方式為串級供酸，即最終生產用酸時，貯槽既在供酸又在進酸，供酸時，受上下游供酸及貯槽液位的影響，經常酸質不穩定，造成產品養分含量波動大。將串級供酸改為并級供酸后，每班只用一個貯槽的酸（300 m3），該貯槽不再進酸，另一個貯槽（300 m3）進酸；在交班后，再切換為另一個貯槽供酸（見圖2）。經過改進后，原料磷酸的質量較為穩定，產品養分含量波動減小。

圖2 改進后并級供酸方式

4 磷酸二銨生產工藝改進后取得的經濟效益

4.1 添加熱電裝置副產硫酸銨增加創收

每年添加至磷酸二銨生產系統的硫酸銨量為3 000 t，按硫酸銨市場價600 元/t、57%磷酸二銨市場價3 000 元/t 計算，則全年可以增收：3 000×（3 000-600）元＝720萬元。

4.2 使用渣場池水作尾氣洗滌系統補水節約成本

改進后磷酸二銨裝置每年回收渣場池水8.90萬m3，不僅節約了工藝水，降低了硫酸消耗，還減輕了水平衡壓力。按照工藝水水費1元/m3計，可節約8.9萬元，另外池水中w（P2O5）為1.18%，即裝置每年可通過池水回收P2O50.11萬t，按市場價4 500元/t計算，可節約495萬元。通過引入渣場池水共節約503.9萬元。

4.3 降低硫酸原料消耗節約成本

通過添加硫酸銨減少了磷酸二銨生產過程中的硫酸用量，節約了硫資源。按每噸硫酸銨相當于硫酸0.7 t，則全年添加3 000 t 硫酸銨，共節約硫酸2 100 t。尾洗系統原使用工藝水和硫酸，系統運行期間硫酸用量約0.2 m3/h，年平均用量約300×24×0.2×1.8 t=2 592 t，改為使用池水后節約了硫酸使用量。按硫酸市場價格500 元/t 計，全年節約費用（2 100＋2 592）× 0.05萬元＝234.6萬元。

4.4 降低著色劑原料消耗節約成本

將著色劑添加量與噴漿量連鎖投入后，實現了精準控制，著色劑消耗大幅度下降，從原來的1.5 kg/t 下降至1.0 kg/t，磷酸二銨產量按40 萬t/a 計，可以節約著色劑200 t/a，按每噸著色劑7 500 元計，可節約150萬元/a。

4.5 取得的其他成效

通過添加硫酸銨，改變了原采用硫酸單一調節養分的方式，降低養分波動性；采用噴漿量與著色劑添加量自動連鎖的方式，實現了著色劑添加量的精準控制。2016—2021 年磷酸二銨產品總養分控制度（總養分質量分數的標準偏差）見圖3。由圖3 可知，改進后（2019—2021 年）57%磷酸二銨產品養分波動減小。

圖3 2016—2021年57%磷酸二銨產品總養分控制度情況

將產品w（總養分）由2018 年的57.47%降到2021年的57.14%，降低0.33%的養分（見表2）。按w（總養分）57%磷酸二銨產品市場價3 000 元/t 計算，噸產品成本約降低17.37元，年累計節約：17.37×40萬元=694.8萬元，進一步降低了生產成本。

表2 改造前后57%磷酸二銨產品指標對比

5 總結

通過添加熱電裝置副產硫酸銨調節產品養分含量、使用池水作尾氣洗滌系統補水、將著色劑添加量與噴漿量進行連鎖實現精準控制等一系列的措施，每年總共可節約2 303.3萬元，按年產40萬t磷酸二銨計算，噸產品成本下降57.58 元，提高了公司磷酸二銨產品的市場競爭能力。