尿基高氮復合肥生產淺析

羅玉民，楊振軍，蔣舉衛，吳沿博，王海川

（中國-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066003）

0 前言

尿基復合肥因其水溶性好、成本相對低廉、養分含量高和肥效周期長等優點深受廣大用戶的喜愛，但由于尿基復合肥的氮源主要是尿素，所以必須考慮尿素分解溫度低和溶解度高等特點。尿基高氮復合肥中尿素用量一般占總投料量的30%～50%，故其對溫度和水分十分敏感。中國-阿拉伯化肥有限公司（以下簡稱中阿公司）的尿基高氮型復合肥系列產品養分含量不均衡，尿素對中和造粒過程和產品養分含量的影響尤為突出。中阿公司生產的尿基高氮復合肥多以氯型為主，主要包括以26-14-6及其衍生品為代表的尿基小麥肥系列、以24-6-12及其衍生品為代表的尿基玉米肥系列、以20-12-14 及其衍生品為代表的尿基水稻肥系列、以26-11-13為代表的尿基穩定肥系列、以19-19-19為代表的尿基水溶肥系列。經過30 多年的生產實踐，中阿公司在尿基高氮復合肥的生產方面總結了一些經驗，筆者對生產中的注意事項進行分析總結，僅供參考。

1 尿基高氮復合肥生產中遇到的問題

尿基高氮復合肥生產中遇到的問題主要包括環保、質量、操作和設備等方面的問題。中阿公司有一套遠高于國標要求的內控質量體系，后續所說不合格，均指不符合內控指標。①環保問題，洗滌系統內洗滌液pH 偏高導致排放尾氣中氨含量偏高；②質量問題，涉及的方面較多，包括成品顆粒強度低、成品中有尿素顆粒、生產過程中有縮二脲產生、顆粒圓潤度不好、產品易結塊等問題；③操作問題，參數控制不好，會導致造粒機或干燥機內顆粒粒徑兩極分化嚴重；④設備問題，生產該品級時，由于物料酰胺態氮含量高，物料濕度大使得系統各設備結疤快，易堵塞溜槽以及振動篩孔，同時破碎機負荷加重。現筆者根據尿基高氮復合肥生產中易出現的各種問題討論其生產注意事項。

2 生產前期策劃

尿基高氮復合肥所用的原輔材料較多，其中尿素所占質量分數一般都大于25%，為避免成品中出現尿素顆粒，應使用磨機將尿素磨碎一部分，另考慮到對造粒的影響，一般應將尿素總量的30%～70%過磨機磨碎。

復合肥中酰胺態氮分布不均和含量增加時，如果終產品儲存時間過長，可能產生一定的結塊，而且伴隨著酰胺態氮含量增加，復合肥結塊程度加重。由于尿基高氮復合肥產品酰胺態氮含量高，故前期設計生產配方時，應在滿足產品氮含量的情況下，盡量降低產品的酰胺態氮含量。一般尿基高氮復合肥品級酰胺態氮占總氮的60%左右［1］。

配方設計中，為保證尿基高氮復合肥的肥效，須將產品的n（N）/n（P）設定在1.3 ～1.6，這樣產品的pH 接近中性，而農作物在接近中性的環境中對養分的吸收率最高。管式反應器（以下簡稱GPR）中物料n（N）/n（P）應控制在1.7 左右，不能太高，否則影響造粒機內物料的氨化效果；n（N）/n（P）也不能太低，否則會有游離酸產生，游離酸易與尿素反應生成硫酸脲和磷酸脲，其溶解度大，會導致造粒機內“和泥”現象發生。

為保證洗滌系統尾氣氨排放量達標，應控制洗滌液pH 小于5.0。工程師在設計配方時，應合理分配磷酸和硫酸在管式反應器和洗滌系統的加入量，一般管式反應器所加的磷酸為磷酸總量的60%，所加的硫酸為硫酸總量的80%。

合理的尿基高氮復合肥配方，除需要考慮熱平衡、水平衡和液固比外，還需考慮原料黏性的搭配。常見的高黏性物料主要包括尿素熔融液、磷酸二銨、膨潤土、凹凸棒粉、海泡石和磷酸等；中等黏性物料主要包括尿素、磷酸一銨、氯化鉀、氯化銨和過磷酸鈣等；沙性物料主要包括硫酸鉀、硫酸銨、鈣鎂磷肥等。當混合物料黏性合適時，有助于造粒；但如果黏性物料占比過多，則會降低整體物料的流動性，引起物料在設備內積料。根據經驗，一般黏性物料質量占比在35%左右為宜，而沙性物料受總養分限制，質量占比一般小于35%，沙性物料用量不影響成粒率，但與顆粒的圓潤度有關［2］。比如中阿公司在生產26-14-6 復合肥時，因加入的尿素和磷酸一銨較多，配方反應熱也較高，導致物料整體偏黏，糊篩和設備結疤快等現象頻發，后加入沙性物料硫酸銨（質量占比10%），糊篩和設備結疤現象則減輕很多，同時產品的圓潤度也有所改善。

3 過程控制

3.1 造粒溫度控制

一般鹽的溶解度隨溫度升高而增大，在造粒機內，需要采用較高操作溫度來提高物料的溶解度，以增加液相量。因此造粒溫度高時液相量隨之增多，這時外加洗滌液的量應適當減少。由此可見造粒物料濕含量應隨造粒溫度而定，例如磷銨造粒溫度由50 ℃改為85 ℃時，其物料濕含量（w（H2O））應從10.5%降為4.0%，這種改變對減小產品干燥負荷也是十分有利的。升高造粒溫度也使液相黏度和表面張力減小，從而在機械外力的作用下可獲得強度更高的顆粒。每種肥料都有一個最高允許造粒溫度，高于此溫度則氨逸出，在實際生產過程中，造粒溫度控制在低于肥料最高允許溫度1 ～5 ℃。尿素水溶液在80 ℃開始水解和分解，但在磷酸一銨存在的條件下，此溫度會下降，當溫度高于75 ℃時，尿素的溶解度會大幅度提高，外加洗滌液量減少，在系統熱風條件不變的情況下，物料溫度會進一步提高，造粒情況開始惡化，當溫度高于80 ℃時，基本無法外加洗滌液，所以尿基高氮復合肥的最高臨界造粒溫度為75 ℃。在尿基高氮復合肥實際生產過程中，應根據尿素占總原料的比例控制造粒溫度在60 ～73 ℃［3］。

3.2 造粒機物料水含量控制

造粒機出口物料水含量降低既可以減少干燥機干燥負荷，又可以提高尿基高氮復合肥的顆粒強度。在實際生產中，可通過以下幾個方法來改變造粒機出口物料水含量。

（1）提高造粒引風機頻率。通過提高造粒引風機頻率，可以加大造粒機內空氣流動，提高傳質和傳熱效率，使造粒機內物料表面的水分快速移走，從而降低造粒機物料水含量，增強造粒機內物料顆粒強度，也可以減少出造粒機的物料進入干燥機后粉化現象。

（2）提高造粒機轉速。造粒機轉速提高，造粒機內物料移動速度變快，可以降低造粒機內料床厚度，而在加入造粒機內液相量不變的情況下，造粒機內物料濕度增加。

（3）使用蒸汽造粒。蒸汽可以提高物料溫度并增加濕度，減少耗水量。但要注意蒸汽壓力要保持在0.6 MPa以上，最好用發電廠的干蒸汽。

但造粒機出口物料水分也并非越低越好，因為需要考慮水平衡。為保證整個生產系統的水平衡，尿基高氮復合肥造粒機內洗滌液的加入量應盡量多，但造粒機出口物料水含量太多會增加干燥負荷，最終也會使產品水含量超標而導致產品結塊。根據經驗，尿基高氮復合肥生產中，在投料量為50 t/h時，洗滌液加入量為3～6 m3/h［4］。

3.3 造粒注意事項

利用洗滌液和蒸汽成粒屬于黏結成粒，粒子致密度低、強度差；而管式反應器噴漿造粒屬于涂布成粒，氨化料漿噴涂在固相原料形成的料幕上形成致密的“洋蔥皮結構”，強度高。所以噴漿造粒要注重GPR 的料漿質量，而料漿質量主要包括料漿pH 值、黏度和氮磷比等指標，這些指標的好壞可通過GPR 壓力來反映。料漿質量差會導致GPR 壓力偏高，而料漿質量好時GPR 壓力一般小于0.25 MPa（50 t/h 的投料量）。實際生產中，如果GPR 壓力高于0.25 MPa，可通過提高GPR洗滌液加入量以及調節氮磷比等手段來降低壓力。

3.4 干燥溫度控制

造粒溫度適宜，可降低造粒機出口物料的水含量，物料干燥所需熱量隨之減少，干燥風溫度降低后，亦可有效防止尿素分解產生縮二脲、干燥機內二次成粒和干燥機內顆粒粉化等現象的發生。干燥操作的必要條件是物料表面的水汽壓力大于干燥介質中水汽分壓，所以干燥介質應及時將汽化的水分帶走，以維持一定的擴散動力。中阿公司尿基肥屬于熱敏性物質，所以干燥系統采用低溫大風量的并流干燥，既節能，亦可防止尿素分解生成縮二脲，更能及時將水分抽走以達到加快干燥的目的。在尿基高氮復合肥生產中，干燥機出口風溫一般控制在70 ～100 ℃。

3.5 干燥機物料水含量控制

在尿基高氮復合肥生產中，進入干燥機內物料的水含量不能太高，否則會導致物料黏壁，后續篩分和破碎工序負荷過大，容易出現糊篩和破碎機溜槽結疤現象，更會導致最終產品水含量達不到內控指標要求，進而在產品儲存和銷售環節出現結塊現象。但干燥機內物料的水含量也不能太低，一方面是因為尿基肥的干燥溫度不能過高，另一方面水含量太低，會使干燥機內粉塵量大，增加后面除塵工序的負荷，從而導致洗滌系統洗滌液密度過高，影響造粒的穩定性。中阿公司內控指標規定尿基高氮復合肥生產中干燥機出口物料的w（H2O）低于1.5%即可。

3.6 系統返料量設定

系統返料量設定值應從生產的穩定性、產品的圓潤度和能耗方面進行考慮。系統返料量設定值高，系統平衡不易被打破，熱量散失也比較慢，這樣既有利于生產的穩定，也有利于提高產品的圓潤度；但從能耗方面考慮，系統設備負荷越高，能耗越高。所以系統返料量設定值應適宜，中阿公司一般將尿基高氮復合肥裝置系統返料量設定在150 t/h。

4 設備維護

由于尿基高氮復合肥生產中尿素投入量大，配方反應熱高，再加上物料中酰胺態氮含量高，導致物料在生產系統運轉過程中易結疤，主要結疤點為破碎機、篩分機、振動給料器以及各下料溜槽等設備。

當出現糊篩情況時，造粒機出料量會明顯減少，此種問題可用蒸汽吹掃篩網解決。同時車間規定每4 h 檢查一次設備結疤情況，當結疤嚴重時，則可打開旁路繼續生產，結疤的破碎機和篩分機等設備停車清理。破碎機的進口溜槽也容易結疤，影響下料，可采用進口溜槽加聚四氟乙烯襯板的方法減少結疤，同時日常巡檢時應及時檢查和清理溜槽進口結疤，防止結疤緩慢長大。破碎機出口溜槽可設置可移動襯板，巡檢人員定期晃動襯板，使結疤脫落。經驗表明，這些方法均能起到很好的防結疤長大效果。遇到停車清理時，須重點檢查破碎機錘頭間隙、磨損情況以及刮刀的狀況，從而保證使用時破碎機的狀態良好［5］。

5 小結

尿基高氮復合肥生產中會遇到各種問題，但通過技術人員的精心策劃以及各崗位人員的通力配合，各種問題均可減輕或避免。