尿基高氮复合肥生产浅析

2023-12-29罗玉民杨振军蒋举卫吴沿博王海川

磷肥与复肥 2023年10期

罗玉民，杨振军，蒋举卫，吴沿博，王海川

（中国-阿拉伯化肥有限公司，河北秦皇岛 066003）

0 前言

尿基复合肥因其水溶性好、成本相对低廉、养分含量高和肥效周期长等优点深受广大用户的喜爱，但由于尿基复合肥的氮源主要是尿素，所以必须考虑尿素分解温度低和溶解度高等特点。尿基高氮复合肥中尿素用量一般占总投料量的30%～50%，故其对温度和水分十分敏感。中国-阿拉伯化肥有限公司（以下简称中阿公司）的尿基高氮型复合肥系列产品养分含量不均衡，尿素对中和造粒过程和产品养分含量的影响尤为突出。中阿公司生产的尿基高氮复合肥多以氯型为主，主要包括以26-14-6及其衍生品为代表的尿基小麦肥系列、以24-6-12及其衍生品为代表的尿基玉米肥系列、以20-12-14 及其衍生品为代表的尿基水稻肥系列、以26-11-13为代表的尿基稳定肥系列、以19-19-19为代表的尿基水溶肥系列。经过30 多年的生产实践，中阿公司在尿基高氮复合肥的生产方面总结了一些经验，笔者对生产中的注意事项进行分析总结，仅供参考。

1 尿基高氮复合肥生产中遇到的问题

尿基高氮复合肥生产中遇到的问题主要包括环保、质量、操作和设备等方面的问题。中阿公司有一套远高于国标要求的内控质量体系，后续所说不合格，均指不符合内控指标。①环保问题，洗涤系统内洗涤液pH 偏高导致排放尾气中氨含量偏高；②质量问题，涉及的方面较多，包括成品颗粒强度低、成品中有尿素颗粒、生产过程中有缩二脲产生、颗粒圆润度不好、产品易结块等问题；③操作问题，参数控制不好，会导致造粒机或干燥机内颗粒粒径两极分化严重；④设备问题，生产该品级时，由于物料酰胺态氮含量高，物料湿度大使得系统各设备结疤快，易堵塞溜槽以及振动筛孔，同时破碎机负荷加重。现笔者根据尿基高氮复合肥生产中易出现的各种问题讨论其生产注意事项。

2 生产前期策划

尿基高氮复合肥所用的原辅材料较多，其中尿素所占质量分数一般都大于25%，为避免成品中出现尿素颗粒，应使用磨机将尿素磨碎一部分，另考虑到对造粒的影响，一般应将尿素总量的30%～70%过磨机磨碎。

复合肥中酰胺态氮分布不均和含量增加时，如果终产品储存时间过长，可能产生一定的结块，而且伴随着酰胺态氮含量增加，复合肥结块程度加重。由于尿基高氮复合肥产品酰胺态氮含量高，故前期设计生产配方时，应在满足产品氮含量的情况下，尽量降低产品的酰胺态氮含量。一般尿基高氮复合肥品级酰胺态氮占总氮的60%左右［1］。

配方设计中，为保证尿基高氮复合肥的肥效，须将产品的n（N）/n（P）设定在1.3 ～1.6，这样产品的pH 接近中性，而农作物在接近中性的环境中对养分的吸收率最高。管式反应器（以下简称GPR）中物料n（N）/n（P）应控制在1.7 左右，不能太高，否则影响造粒机内物料的氨化效果；n（N）/n（P）也不能太低，否则会有游离酸产生，游离酸易与尿素反应生成硫酸脲和磷酸脲，其溶解度大，会导致造粒机内“和泥”现象发生。

为保证洗涤系统尾气氨排放量达标，应控制洗涤液pH 小于5.0。工程师在设计配方时，应合理分配磷酸和硫酸在管式反应器和洗涤系统的加入量，一般管式反应器所加的磷酸为磷酸总量的60%，所加的硫酸为硫酸总量的80%。

合理的尿基高氮复合肥配方，除需要考虑热平衡、水平衡和液固比外，还需考虑原料黏性的搭配。常见的高黏性物料主要包括尿素熔融液、磷酸二铵、膨润土、凹凸棒粉、海泡石和磷酸等；中等黏性物料主要包括尿素、磷酸一铵、氯化钾、氯化铵和过磷酸钙等；沙性物料主要包括硫酸钾、硫酸铵、钙镁磷肥等。当混合物料黏性合适时，有助于造粒；但如果黏性物料占比过多，则会降低整体物料的流动性，引起物料在设备内积料。根据经验，一般黏性物料质量占比在35%左右为宜，而沙性物料受总养分限制，质量占比一般小于35%，沙性物料用量不影响成粒率，但与颗粒的圆润度有关［2］。比如中阿公司在生产26-14-6 复合肥时，因加入的尿素和磷酸一铵较多，配方反应热也较高，导致物料整体偏黏，糊筛和设备结疤快等现象频发，后加入沙性物料硫酸铵（质量占比10%），糊筛和设备结疤现象则减轻很多，同时产品的圆润度也有所改善。

3 过程控制

3.1 造粒温度控制

一般盐的溶解度随温度升高而增大，在造粒机内，需要采用较高操作温度来提高物料的溶解度，以增加液相量。因此造粒温度高时液相量随之增多，这时外加洗涤液的量应适当减少。由此可见造粒物料湿含量应随造粒温度而定，例如磷铵造粒温度由50 ℃改为85 ℃时，其物料湿含量（w（H2O））应从10.5%降为4.0%，这种改变对减小产品干燥负荷也是十分有利的。升高造粒温度也使液相黏度和表面张力减小，从而在机械外力的作用下可获得强度更高的颗粒。每种肥料都有一个最高允许造粒温度，高于此温度则氨逸出，在实际生产过程中，造粒温度控制在低于肥料最高允许温度1 ～5 ℃。尿素水溶液在80 ℃开始水解和分解，但在磷酸一铵存在的条件下，此温度会下降，当温度高于75 ℃时，尿素的溶解度会大幅度提高，外加洗涤液量减少，在系统热风条件不变的情况下，物料温度会进一步提高，造粒情况开始恶化，当温度高于80 ℃时，基本无法外加洗涤液，所以尿基高氮复合肥的最高临界造粒温度为75 ℃。在尿基高氮复合肥实际生产过程中，应根据尿素占总原料的比例控制造粒温度在60 ～73 ℃［3］。

3.2 造粒机物料水含量控制

造粒机出口物料水含量降低既可以减少干燥机干燥负荷，又可以提高尿基高氮复合肥的颗粒强度。在实际生产中，可通过以下几个方法来改变造粒机出口物料水含量。

（1）提高造粒引风机频率。通过提高造粒引风机频率，可以加大造粒机内空气流动，提高传质和传热效率，使造粒机内物料表面的水分快速移走，从而降低造粒机物料水含量，增强造粒机内物料颗粒强度，也可以减少出造粒机的物料进入干燥机后粉化现象。

（2）提高造粒机转速。造粒机转速提高，造粒机内物料移动速度变快，可以降低造粒机内料床厚度，而在加入造粒机内液相量不变的情况下，造粒机内物料湿度增加。

（3）使用蒸汽造粒。蒸汽可以提高物料温度并增加湿度，减少耗水量。但要注意蒸汽压力要保持在0.6 MPa以上，最好用发电厂的干蒸汽。

但造粒机出口物料水分也并非越低越好，因为需要考虑水平衡。为保证整个生产系统的水平衡，尿基高氮复合肥造粒机内洗涤液的加入量应尽量多，但造粒机出口物料水含量太多会增加干燥负荷，最终也会使产品水含量超标而导致产品结块。根据经验，尿基高氮复合肥生产中，在投料量为50 t/h时，洗涤液加入量为3～6 m3/h［4］。

3.3 造粒注意事项

利用洗涤液和蒸汽成粒属于黏结成粒，粒子致密度低、强度差；而管式反应器喷浆造粒属于涂布成粒，氨化料浆喷涂在固相原料形成的料幕上形成致密的“洋葱皮结构”，强度高。所以喷浆造粒要注重GPR 的料浆质量，而料浆质量主要包括料浆pH 值、黏度和氮磷比等指标，这些指标的好坏可通过GPR 压力来反映。料浆质量差会导致GPR 压力偏高，而料浆质量好时GPR 压力一般小于0.25 MPa（50 t/h 的投料量）。实际生产中，如果GPR 压力高于0.25 MPa，可通过提高GPR洗涤液加入量以及调节氮磷比等手段来降低压力。

3.4 干燥温度控制

造粒温度适宜，可降低造粒机出口物料的水含量，物料干燥所需热量随之减少，干燥风温度降低后，亦可有效防止尿素分解产生缩二脲、干燥机内二次成粒和干燥机内颗粒粉化等现象的发生。干燥操作的必要条件是物料表面的水汽压力大于干燥介质中水汽分压，所以干燥介质应及时将汽化的水分带走，以维持一定的扩散动力。中阿公司尿基肥属于热敏性物质，所以干燥系统采用低温大风量的并流干燥，既节能，亦可防止尿素分解生成缩二脲，更能及时将水分抽走以达到加快干燥的目的。在尿基高氮复合肥生产中，干燥机出口风温一般控制在70 ～100 ℃。

3.5 干燥机物料水含量控制

在尿基高氮复合肥生产中，进入干燥机内物料的水含量不能太高，否则会导致物料黏壁，后续筛分和破碎工序负荷过大，容易出现糊筛和破碎机溜槽结疤现象，更会导致最终产品水含量达不到内控指标要求，进而在产品储存和销售环节出现结块现象。但干燥机内物料的水含量也不能太低，一方面是因为尿基肥的干燥温度不能过高，另一方面水含量太低，会使干燥机内粉尘量大，增加后面除尘工序的负荷，从而导致洗涤系统洗涤液密度过高，影响造粒的稳定性。中阿公司内控指标规定尿基高氮复合肥生产中干燥机出口物料的w（H2O）低于1.5%即可。

3.6 系统返料量设定

系统返料量设定值应从生产的稳定性、产品的圆润度和能耗方面进行考虑。系统返料量设定值高，系统平衡不易被打破，热量散失也比较慢，这样既有利于生产的稳定，也有利于提高产品的圆润度；但从能耗方面考虑，系统设备负荷越高，能耗越高。所以系统返料量设定值应适宜，中阿公司一般将尿基高氮复合肥装置系统返料量设定在150 t/h。

4 设备维护

由于尿基高氮复合肥生产中尿素投入量大，配方反应热高，再加上物料中酰胺态氮含量高，导致物料在生产系统运转过程中易结疤，主要结疤点为破碎机、筛分机、振动给料器以及各下料溜槽等设备。

当出现糊筛情况时，造粒机出料量会明显减少，此种问题可用蒸汽吹扫筛网解决。同时车间规定每4 h 检查一次设备结疤情况，当结疤严重时，则可打开旁路继续生产，结疤的破碎机和筛分机等设备停车清理。破碎机的进口溜槽也容易结疤，影响下料，可采用进口溜槽加聚四氟乙烯衬板的方法减少结疤，同时日常巡检时应及时检查和清理溜槽进口结疤，防止结疤缓慢长大。破碎机出口溜槽可设置可移动衬板，巡检人员定期晃动衬板，使结疤脱落。经验表明，这些方法均能起到很好的防结疤长大效果。遇到停车清理时，须重点检查破碎机锤头间隙、磨损情况以及刮刀的状况，从而保证使用时破碎机的状态良好［5］。