300 kt/a硝基复合肥项目工艺选择及经济性比较

Comparison of Processes and Economics of 300kt/a Nitro-Compound Fertilizer Project

程相龙 Xianglong CHENG , 郭晋菊 Jinju GUO , 曹敏 Min CAO

河南开祥精细化工有限公司河南义马 472300 Henan Kaixiang Fine Chemical Co., Ltd., Yima 472300, China

摘要：

硝基复合肥具有肥效快、养分吸收率高等特点，近年来获得了广泛的关注。以300 kt/a硝基复合肥项目为研究对象，从技术、经济性对部分料浆法、硝－磷混酸中和法和熔体塔式造粒法进行了比较，结果表明熔体塔式造粒法具有能耗低、产品多样且稳定、经济效益好等优点。

关键词：

硝基复合肥; 部分料浆法; 混酸中和法; 熔体塔式造粒法; 经济性;

Abstract：

Because the nitro-compound fertilizer has characteristics of quick fertilizer efficiency, high nutrient absorptivity rate etc., it has received wide attention in recent years. Taking 300 kt/a nitro-compound fertilizer project as research object, considering from aspects of technology and economics, a comparison is made of partly slurry process, nitrate-phosphorus mixed acid neutralization process and melt prilling process. Results show that melt prilling process has the advantages of low energy consumption, variety and stable of product and good economic benefits.

Keyword：

nitro-compound fertilizer; partly slurry process; mixed acid neutralization process; melt prilling process; economics;

按照国务院办公厅颁发的《关于进一步加强民用爆炸物品安全管理的通知》，明确将硝酸铵纳入民用危险爆炸物品进行管理后，未改性的硝酸铵严禁作为农用肥料进行销售和使用，硝酸铵成为国家生产安全和治安安全双重监管的特殊产品，销售形势不容乐观^[1-5]。为此，硝酸铵生产企业必须根据国家政策的变化进行相应的调整，以寻求出路。

硝基复合肥是以硝酸铵为氮源，添加磷、钾等原料，生产出的含氮、磷、钾的高浓度复合肥料。根据产品中N，P₂O₅和K₂O含量的不同，常见的硝基复合肥品种见表 1。

表 1

常见的硝基复合肥品种

品种	N-P₂O₅-K₂O	w(总养分)/%
通用型	15-15-15	45
高浓度型	16.5-16.5-16.5	50
高氮型	20-15-12	47
	22-15-8	45
	22-13-10	45

与传统复合肥相比，硝基复合肥具有肥效快、养分吸收率高、抗土壤板结、养分流失少、可直接被作物根部吸收等特点^[5-7]，因此生产硝基复合肥成为硝酸铵生产企业转产的可选之路^[6-8]。现以190 kt/a硝酸铵生产装置转产300 kt/a硝基复合肥项目为研究对象，从技术优缺点、单耗、经济性等对部分料浆法、硝－磷混酸中和法和熔体塔式造粒法进行比较。

1 主要的生产工艺技术

按照主要设备的不同，目前硝基复合肥生产方法可分为转鼓造粒法和塔式造粒法，转鼓造粒法又可分为团粒法和部分料浆法，塔式造粒法可分为硝－磷混酸中和法和熔体塔式造粒法^[5-14]。

1.1 转鼓造粒法

1.1.1 团粒法

团粒法是以硝酸铵、磷酸一铵和钾盐固体颗粒为原料，经粉碎至规定的细度后送入转鼓造粒机或圆盘造粒机，在其滚动床内通过增湿、加热进行团聚造粒。由于产品强度等问题，目前很少有企业选择团粒法。

1.1.2 部分料浆法

部分料浆法是在团粒法基础上改进而成，硝酸铵浓溶液直接喷入造粒机床层，采用两段干燥返料流程造粒。部分料浆法对原料的要求：硝酸铵溶液的质量分数在83%~85%(若浓度过高，管线难以保温，易析出结晶，从而造成管道堵塞)，对应的温度为105~130 ℃；磷酸铵粉体，11-44-0；结晶氯化钾，含K₂O质量分数大于60%。

在整个造粒过程中，物料的温度和水分含量是最重要的控制指标。在相应的操作温度下，出造粒机物料的含水质量分数为4%~6%。此外，必须维持返料温度在50 ℃左右，以减小液相与固体颗粒间的温差，有助于提高成粒率。采用两段并流的干燥方式，可以防止物料在干燥机头部出现熔融结料。干燥温度必须低于230 ℃，防止硝酸铵分解。在尾气处理时，应控制好最低温度，防止细粉物料在旋风分离器、袋式过滤器内出现黏结。

部分料浆法的优点：采用转鼓设备对物料进行造粒、干燥，具有工艺成熟、运行稳定、技术可靠、装置操作弹性大、产品品位分布广且容易调节的特点；直接采用来自硝酸铵生产车间的高温浓硝酸铵溶液为原料，避免了使用固体硝酸铵的危险^[15]；充分利用硝酸铵溶液的显热和结晶热，为物料提供造粒所需热量，降低了生产能耗；采用两级串联形式的低温干燥，避免了高温工况下复合肥的分解而导致的氮损失，并确保成品水分含量达到要求。

部分料浆法的缺点：设备数量多且复杂，工艺流程较长，占地面积大；由于正常运行时系统内存在大量固相物料的循环，易出现结垢、黏结现象；在产品干燥、冷却时，系统尾气含尘量高，增大了降尘、环保以及生产操作的难度。

1.2 塔式造粒法

1.2.1 硝－磷混酸中和法

硝－磷混酸中和法是以硝酸溶液、磷酸溶液、气氨和钾盐为主要原料，采用混酸中和、料浆浓缩掺钾、高塔喷淋造粒、冷却结晶工艺。硝－磷混酸中和法对原料的要求：磷酸w(P₂O₅)为32%~54%，硝酸w(HNO₃)47%~54%，氯化钾w(K₂O)大于60%，气氨φ(NH₃)大于99.5%。

中和时，原料磷酸和硝酸在快速氨化器内与气氨进行中和反应，中和条件为pH约3.0、温度约118 ℃，中和后的料浆含水质量分数26%~38%。浓缩时，多采用低压蒸汽为热源，料浆循环温度为170 ℃，在一定真空条件下，经加热的循环料浆在闪蒸室脱除水分。添加粉状氯化钾时，经加热的氯化钾在搅拌作用下与料浆快速混合，混合物料在混合槽停留时间为20~60 s。添加氯化钾后的熔融体温度为165~170 ℃，然后经喷淋造粒、冷却结晶，落至塔底的物料温度约90 ℃，经进一步冷却降温至37 ℃。合格的成品粒度为Φ 1.5~3.0 mm，含水质量分数控制在1.5%^[16]。

硝－磷混酸中和法的优点：能量利用率较高，设备简单且布置紧凑，操作方便；由于物料中的水分基本在循环浓缩系统脱除，容积蒸发强度和热效率远高于回转干燥，尤其容积蒸发强度高10~15倍；混合料浆的喷淋造粒是冷却结晶过程，与部分料浆法相比，无需设置干燥等设备，不但减少了燃料消耗，而且简化了操作，容易实现最优化运行；成品中有效成分和水溶性P₂O₅含量高，粒度组成适宜^[16]；几乎没有返料，因而可以取消部分返料流程中的设备。

硝－磷混酸中和法的缺点：只能生产有限的几个品级的肥料；混合酸进行中和时，反应介质的pH范围很窄(2.8~3.2)；氨化物从深度浓缩到熔融状态亦有一定的难度。

1.2.2 熔体塔式造粒法

熔体塔式造粒法是以硝酸铵车间生产的高温熔融硝酸铵以及磷酸铵、钾盐为原料，采用高塔造粒工艺。经真空蒸发浓缩至质量分数98.0%~99.7%的硝酸铵以及经加热至85~110 ℃的粉状干燥的磷酸铵、氯化钾(或硫酸钾)按一定比例在混合搅拌器中搅拌均匀，然后用熔融泵送至造粒塔高位槽，混合熔融液经喷头喷淋造粒，球状液滴在造粒塔内下降时与塔内冷却空气逆向接触，冷却结晶成不具爆炸性的白色硝基复合肥颗粒。

2017年4月程相龙等：300 kt/a硝基复合肥项目工艺选择及经济性比较熔体塔式造粒法的优点：可生产高氮、高浓度的硝基复合肥，产品质量稳定；充分利用硝酸铵熔融液热量，混合熔体水分含量低，无需干燥工序，工艺流程简单；成品率高，大大减少返料量；可直接利用高温硝酸铵熔融液，最大限度地降低了能耗和生产成本，同时避免使用固体硝酸铵带来的危险；基本无三废排放，生产过程清洁，现场环境良好。

2 工艺技术比较

几种硝基复合肥生产工艺技术的优缺点比较如表 2所示。

表 2

几种硝基复合肥生产工艺技术的优缺点比较

工艺技术	原料要求	优点	缺点
部分料浆法(转鼓)	硝酸铵溶液质量分数83%~85%；粉体磷酸铵，11-44-0；结晶氯化钾，含K₂O质量分数＞60%	可靠性好，操作弹性大，产品品位易调节	占地面积大，流程较长，物料在系统内易结垢、黏连
硝－磷混酸中和法	硝酸，质量分数47%~54%；磷酸，含P₂O₅质量分数32%~54%；氯化钾，含K₂O质量分数＞60%；气氨，体积分数＞99.5%	与传统的转鼓干燥相比，容积蒸发强度高10~15倍，热效率高1.5倍左右；设备少，容易实现最优化运行	只能生产有限的几个品级的肥料；混合酸进行中和时，反应介质的pH范围很窄(2.8~3.2)；氨化物从深度浓缩到熔融状态亦有一定的难度
熔体塔式造粒法	硝酸铵熔融液，170~175 ℃，质量分数＞97.5%；粉状干燥的磷酸铵、氯化钾	直接利用硝酸铵装置生产的硝酸铵熔融液，能耗低；成品合格颗粒含量高，产品种类多，成分稳定，养分均匀	国内运行时间相对较短，经验少，有诸如黏塔等技术问题

从经济上看，由于熔体塔式造粒法直接采用硝酸铵熔融液，无需干燥，简化了后工序的操作，使生产过程容易实现最优化运行，其装置投资和销售成本比转鼓造粒法低。转鼓造粒法原料易得，装置操作弹性大，产品品位易于调节，工艺较为成熟、可靠，从国内现有生产装置的运行实践来看，运行比较安全，在经济上也是可行的。熔体塔式造粒法能耗低、产品种类多且成分稳定，但需考虑原有的硝酸铵造粒装置经改造后是否可用于硝基复合肥的造粒^[17]，或者保留原有的硝酸铵造粒装置而新建硝基复合肥造粒装置，实现产品的多元化。硝－磷混酸中和法因磷酸价格较高而使生产成本较高，且只能生产有限的几个品级的肥料。

3 经济性比较

参考国内投产装置的投资情况，采用部分料浆法、硝－磷混酸中和法以及熔体塔式造粒法的300 kt/a硝基复合肥(22-15-8)装置的估算投资分别约为1.1亿元、1.0亿元和0.8亿元，吨产品原料消耗见表 3，经济测算比较见表 4。

表 3

吨产品原料消耗

原料	部分料浆法	硝－磷混酸中和法
氨/t		0.17~0.18
磷酸/t		0.28~0.29
硝酸/t		0.410~0.415
硝酸铵/t	0.51~0.53
磷酸铵/t	0.32~0.34
氯化钾/t	0.13~0.15	0.13~0.15
包裹剂/t	0.005 5~0.006 3	0.005 5~0.006 7
水/t	0.25~0.35	0.11~0.15
电/(kW·h)	35~40	0.11~0.15
蒸汽/t	0.15~0.17	0.50~0.60
循环水/t	40~60	40~50

4 结语

硝基复合肥具有肥效快、养分吸收率高等特点，近年来获得了广泛的关注。硝基复合肥的生产工艺主要有部分料浆法、硝－磷混酸中和法和熔体塔式造粒法，就300 kt/a硝基复合肥项目来看，宜选择熔体塔式造粒法，具有能耗低、产品种类多、成分稳定和经济效益好的优点。选用熔体塔式造粒法时，企业可根据实际情况，将原有的硝酸铵造粒装置改造后用于硝基复合肥的造粒。表 4 300 kt/a硝基复合肥装置经济测算比较

表 4

300 kt/a硝基复合肥装置经济测算比较

项目	部分料浆法	硝－磷混酸中和法	熔体塔式造粒法	备注
原料/万元	45 901	64 605	45 901	按近3个月平均价计算
辅助材料/万元	2 564	4 364	2 564	包裹剂等
职工薪酬/万元	638	638	425	人均8万元/a，含福利
折旧/万元	772	643	515	4%残值，14年折旧
修理费/万元	225	188	150	固定资产的1%~3%
电费/万元	672	575	336	0.56元/(kW·h)
水费/万元	36	14	12	4元/t
财务费用/万元	551	460	368	利率7%
管理费用/万元	128	128	128
销售费用/万元	600	600	600
合计/万元	52 087	72 215	50 999
吨产品成本/元	1 736	2 407	1 700

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