復合肥主流生產工藝優缺點綜述

周少華，孫 睿，楊 兵

（銅陵國星化工有限責任公司，安徽 銅陵 234000）

0 引言

復合肥［1］是指含有N、P、K 三種營養元素中兩種或兩種以上的化肥，復合肥的優點是養分含量高、副成分少且物理性狀好，在平衡施肥、提高肥料利用率、促進農作物高產穩產等方面有著十分重要的作用。

我國復合肥產業自20 世紀80 年代誕生以來，經歷幾十年的發展，復合肥產品市場認可度逐年提高?；诖罅康霓r戶施肥調查，2004—2016 年各類農作物復合肥施用比率均有所提升，平均提高31.2%［2］。在復合肥產業幾十年的發展歷程中，涌現出多種多樣的生產工藝，目前復合肥主流的生產工藝有料漿法工藝、團粒法工藝、高塔工藝、擠壓法工藝等。

筆者結合多年復合肥生產管理實踐，對各生產工藝的優缺點進行了總結，旨在為“雙碳”背景下我國復合肥生產企業的轉型升級提供一些思路。

1 料漿法工藝

1.1 工藝簡介

料漿法工藝是將全部或大部分物料制成料漿形態并輸送至造粒設備進行涂布造粒的復合肥生產工藝。將固體物質懸浮在液體中形成料漿通過噴嘴涂布于造粒機內返料粒子上，粒子在造粒機內經逐層涂布，逐漸長大到符合要求的粒徑范圍，然后進入干燥工序（也有在涂布造粒的過程中同時進行干燥的設計）、篩分工序。篩分后粒度在合格范圍的粒子作為半成品進入冷卻、包膜、包裝工序，篩下的小顆粒以及篩上的大顆粒經過破碎處理后作為返料，返回造粒機再次進行料漿涂布造粒、干燥、篩分過程。目前料漿法工藝主要有管式反應器噴漿造粒，尿素熔融噴漿造粒，硫酸脲噴漿造粒，脲甲醛噴漿造粒及硫酸氫鉀、磷酸一銨雙噴漿造粒等工藝。

生產工序包括固體原料處理及輸送、噴漿涂布造粒、干燥、冷卻、篩分、包膜、包裝，往往還需要配置干法除塵及濕法尾氣洗滌工序。工藝流程見圖1。

圖1 料漿法工藝流程

1.2 優缺點

優點：（1）料漿涂布造粒，特別是管式反應器噴漿造粒，產品顆粒強度高，一般在30～50 N，產品不易粉化、結塊。（2）由于大量液相原料參與造粒，固體原料投料負荷較小，便于提高單套裝置設計產能，可以攤薄各項成本，提高企業競爭力。（3）制漿過程產生大量熱量，在造粒過程中可提高造粒溫度（造粒床層溫度可達65～70 ℃，甚至更高），降低造粒機持料水分，進而降低干燥系統負荷，節約烘干成本。

缺點：（1）制漿過程伴隨著化學反應，因此生產尾氣中往往含有氨、硫化物、氮氧化物等有害物質，需配套嚴格的除塵及洗滌設施，確保尾氣達標排放，一則投資成本較高，二則實現水平衡較為困難。（2）噴漿過程中，部分料漿霧化閃蒸后即自行凝結成小顆粒，不參與床層的一次涂布造粒，往往會在篩分過程中返回造粒系統參與二次造粒，系統內會有較大的返料量；另外，為了節約能耗，料漿中的水含量越少越好，但要保證料漿的流動性，料漿又不得不含有一定量的水分，致使造粒過程受到系統水平衡的控制，通常返料量比較大。綜合而言，設備運行負荷較高。（3）涂布造粒形成的顆粒往往圓潤度不高，產品表面會有凹凸不平的情況出現，產品外觀品相不理想，會影響產品市場競爭中的綜合評分。

2 團粒法工藝

2.1 工藝簡介

團粒法工藝是在一定量液相存在條件下，固體原料小顆粒在機械作用力的擠壓下，緊密接觸，互相碰撞，由液相組分的表面張力引發的毛細管力把它們粘結成較大顆粒的造粒工藝。毛細管力與固體原料小顆粒之間的接觸面積有關，一般粒徑小的顆粒毛細管力要比粒徑大的顆粒毛細管力大得多。當粘結形成的顆粒粒徑達到極限尺寸時，就會因毛細管力承受不住它們與其他顆粒相互碰撞時產生的振動而不再繼續長大。

液相可以是飽和蒸汽或水，也可以是一種或幾種原料制成的溶液。固體粒子與液相接觸后，表面物料開始溶解，同時可能發生化學反應。如果溶于液相的物料出現再結晶現象，則液相組分相當于黏合劑，將他們粘結在一起。成品顆粒強度受粘結質量的影響較為明顯，很多因素會影響粘結或團聚質量，具體包括由于粒子緊密接觸而引起的分子力和靜電力、原固體顆粒表面的孔隙率和空隙物料的結晶結構等。

團粒法工藝主要包括氨酸法造粒和蒸汽轉鼓造粒兩種工藝，生產工序包括：固體原料處理及輸送、液相固相團粒造粒、干燥、冷卻、篩分、包膜、包裝。氨酸法造粒工藝一般需要配置干法除塵及濕法尾氣洗滌工序，蒸汽轉鼓造粒工藝一般僅需配置干法除塵工序即可滿足除塵需求。工藝流程見圖2。

圖2 團粒法工藝流程

2.2 優缺點

優點：（1）團粒法工藝造粒過程主要是包裹粘附造粒，產品顆粒在造粒機內不斷翻滾包裹，粘附細小顆?；蚍哿?，形成的產品圓潤度較高，品相整體較好。（2）團粒法工藝造粒過程中化學反應較少，蒸汽轉鼓造粒工藝甚至沒有化學反應發生，因而生產過程中產生的尾氣中有害物質極少，除塵洗滌系統負荷較低，水平衡易于實現。（3）裝置產能設計較為靈活，產能在10萬t/a至20萬t/a之間可自由選擇，目前較為流行的是多條低產能生產線并行，各條生產線生產品類穩定在幾個品種，便于系統平穩運行及產品質量穩定控制。

缺點：（1）因成球機制是靠物料之間擠壓、吸附、滾動，所以產品顆粒強度往往不高，一般在18～25 N，產品儲存時間不宜過長，易出現粉化現象。（2）由于造粒過程主要靠蒸汽提供熱量，造粒溫度不高，且造粒過程中液相量極少，氮含量高的產品尿素配比一般較大（噸產品尿素用量200 kg以上），由于尿素不易成球，造成產品中含有尿素顆粒，影響產品外觀質量。

3 高塔工藝

3.1 工藝簡介

高塔工藝主要是利用硝銨磷或尿素熔融體可與氯化鉀、磷酸一銨、氯化銨、硫酸銨、硫酸鉀等固體粉料混合后形成低共熔點混合物的特性，將固體物料制成含有均勻固體懸浮顆粒的熔融料漿，熔融料漿通過特制的噴頭噴灑在造粒塔中，分散為一定粒徑的液滴，液滴在造粒塔內與自然上升的氣流進行熱量交換后冷卻下來，收縮形成表面較為圓滑的球形顆粒，即可獲得養分含量均勻的復合肥顆粒。

生產工序包括：固體原料處理、粉料提升輸送、熔融、混合制漿、造粒、塔底收料、冷卻、篩分、包膜、包裝。一般配置干法除塵及濕法尾氣洗滌工序。工藝流程見圖3。

圖3 高塔工藝流程

圖4 擠壓法工藝流程

3.2 優缺點

優點：（1）高塔工藝造粒是液滴在高塔中與上升空氣氣流進行熱交換，冷卻并收縮成球，因而產品顆粒表面光滑圓潤，產品呈圓珠形，品相極佳。（2）物料處于高溫熔融狀態，水含量很低，料漿在噴漿過程中也會閃蒸出部分水，因而產品水含量很低，一般w（H2O）在0.5%～1.0%，不需要配置干燥系統，節省了投資和能源消耗。（3）因造粒過程中尿素呈熔融狀態，用以溶解其他固體原料制漿，因此尿素含量不受限制，其配比越高越易于造粒，故該工藝可生產高氮肥，產品w（N）可達到28%～30%。（4）高塔工藝生產的復合肥產品養分含量更均勻［3］，每一個肥料顆粒都是多種營養元素的均勻體，保證了復合肥產品顆粒的養分均勻一致。

缺點：（1）生產過程需要融化尿素或硝銨磷并加入固體原料進行制漿，且料漿從噴頭噴出后在空氣中經冷卻自然收縮成球，因而料漿性質是成球的關鍵。料漿水含量不能過高，否則顆粒易形成空殼，黏性不能太大，否則顆粒易粘結成球。這對固體原料的細度、水含量及黏性都提出了較高的要求，往往需要采購品質較高的原料，這也意味著較高的生產成本。（2）由于熔融尿素噴漿過程中會產生部分氨氣，成球過程在造粒塔內進行，因此尾氣中會含部分氨氣，需要水洗處理，然而生產過程中基本不需要添加水，所以水平衡也是較大的考驗。（3）造粒過程在高塔內進行，塔內冷卻通風為自然風，夏季由于氣溫較高，冷卻風溫度高，塔內顆粒得不到充分冷卻，黏性較大，顆粒在收料裝置會出現粘連及空殼破碎現象，顆粒外觀會受一定程度影響，且塔底收料裝置物料粘結較為嚴重，清理工作量較大。

4 擠壓法工藝

4.1 工藝簡介

擠壓造粒的原理是通過機械壓力擠壓，將固體原料顆粒之間的氣體全部排出，使晶體之間橋鍵達到最短，從而產生如晶橋及內嵌連接等吸引力、范德華力，形成符合要求的復合肥顆粒。

工藝方法：根據復合肥產品配方要求，將一定量含有大量元素養分的肥料或（和）一定量含有中微量元素的物料或其他功能性物料進行充分混合制成造粒原料，并根據原料水含量確定是否對原料進行加濕處理。將混合均勻的原料均勻布料至擠壓造粒機，壓出的復合肥顆粒依次經過篩分、烘干、冷卻、包膜處理，再經包裝碼盤，即可送入庫房待銷。

生產工序包括：原料拆包及輸送、原料混配及加濕、原料布料、擠壓造粒、烘干、冷卻、篩分、包膜、包裝。一般配置干法除塵工序進行粉塵處

4.2 優缺點

優點：（1）擠壓造粒過程是靠機械擠壓形成顆粒，生產過程基本不需要加入水或只需加入極少量的水，因而產品水含量較低，一般w（H2O）在0.5%左右，產品不易結塊，烘干工序負荷不高，冷卻工序負荷也不高，因此綜合能源消耗較低，屬于能源節約型工藝。（2）生產過程中不使用氨，且生產過程不產生氨等有害物質，因而環保配套設施方面僅需除塵設備即可，不需要配置氨、氮氧化物等的處理設施，屬于環境友好型工藝。（3）擠壓法工藝裝置產能設計較為靈活，各項配置要求不高，總體投資較小。

缺點：（1）擠壓造粒壓力不高，產品強度較低，一般不足20 N，產品不適合長期儲存，否則易粉化。（2）擠壓造粒生產的產品顆粒圓潤度不高，市場接受度不及其他工藝產品。

5 各工藝對比

表1 及表2 統計了3 家化肥生產公司各工藝相關產品質量、綜合能源消耗及綜合能源消耗成本數據，從中可以較為直觀地看出各工藝的優勢所在。表3是復合肥裝置單位產品能源消耗限定值、準入值、先進值。結合表1 和表3 可以看出各工藝產品綜合能源消耗在目前碳達峰、碳中和大政策環境中所處的綜合水平。

表1 各生產工藝產品質量及綜合能源消耗對比

表2 各生產工藝綜合能源消耗成本對比

表3 復混肥料(復合肥料)裝置單位產品能源消耗限定值、準入值、先進值［4］

6 結束語

復合肥生產工藝影響著產品質量及成本，最終傳遞到銷售壓力上來。在市場競爭已趨白熱化且環保要求較高的今天，復合肥生產企業紛紛進行轉型升級，以求提高產品質量、降低生產成本，最終提高企業經營效益。因此，需要進行轉型升級的企業在選擇工藝時應該進行全方位評估，選擇最適合本企業的轉型之路。