CN104387156B - 一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进工艺 - Google Patents

Abstract

一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进工艺，所述改进工艺是将硝酸钙结晶工序的硝酸钙滤饼与硝酸钾按比例混合，并干燥破碎后获得钾钙肥；将母液蒸发工序的NP料浆，干燥破碎获得硝酸磷肥；再将两者按比例送入高塔顶部料仓中搅拌混合，后经高塔熔融槽升温熔融，最后利用高塔造粒喷头造粒，而获得球形颗粒氮磷钾复合肥。本工艺在利用副产硝酸钙降低高塔熔融槽中硝酸磷肥料浆温度的同时，也充分的利用了副产品中的钙元素、增加了肥料的有效成分，而且由于料浆是在熔融状态下混合造粒，故产品养分均一。本方法既改善了硝酸磷肥的物化性能和外观形貌，又简化了生产工艺、降低了生产成本，为硝酸磷肥生产开辟了新途径。

Description

一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进 工艺

技术领域

本发明涉及一种硝酸磷肥的生产工艺，尤其是一种将高塔造粒技术与现有硝酸磷肥生产工艺相结合，并有效利用副产硝酸钙生产球形颗粒氮磷钾复合肥的一种硝酸磷肥生产改进工艺。

背景技术

现有硝酸磷肥是以硝酸、磷矿和氨气为原料，经冷冻法生产硝酸磷肥，并通过添加钾盐而获得的NP/NPK复合肥料，其生产流程主要包括磷矿酸解、酸不溶物沉淀分离、冷冻结晶、硝酸钙过滤、母液氨中和、中和料浆蒸发、双轴造粒、干燥以及冷却等工艺，同时为了有效处理副产硝酸钙，还备有硝酸钙处理工序以及消化副产品的水泥厂。该生产工艺最终所得产品肥料品质优良，应用效果良好。现有技术见[荆宏键, 陈明良, 陈靖宇等. 冷冻法硝酸磷肥生产技术[M]. 北京：化学工业出版社，2002]。还有现有技术CN102351590A公开的一种“硝酸分解磷矿硝酸钙冷冻法生产高水溶性硝酸磷肥的方法”。

但是，近年来磷矿品位不断下降，现有生产产品形貌和性能逐渐下降，使得此种生产工艺面临着以下几个问题：

问题一，随着磷矿品位的逐年下降，使得磷矿中的杂质含量越来越高，副产硝酸钙的含量也越来越大，有时每吨产品可副产硝酸钙0.8-1.0吨，且所制的四水硝酸钙相对湿度较低，吸湿性较强，加之含氮量又很低仅为11.86%，一般不宜直接作为化肥出售。

对于上述问题，现有技术所采取的进一步措施是通过将副产硝酸钙与两铵溶液反应生成硝酸铵和碳酸钙，经分离后，硝酸铵送往复肥中和工序，用于调节硝酸磷肥的氮磷比进行生产，碳酸钙则送往水泥厂进一步加工制成水泥。

但是，近年来由于水泥售价降低，以及硝酸钙产量的不断提高，致使硝酸磷肥成本提高，工厂利润降低，难以维持生产。现有技术见[孙友助，娄仙果，孙东良，等. 冷冻法硝酸磷肥厂产品综合开发研究[J]. 河北科技大学学报，1993, 3: 007. ]。其次，通过文献[丁强，张鹏. 硝酸磷肥联产部分硝酸钙的经济性测算[J]. 磷肥与复肥，1997，5: 45-48.]，发现硝酸钙作为一种钙氮肥，其中的钙元素具有速效性，易于被植物吸收，能够有效地增加植物根毛的数量，保证植物幼嫩组织（叶、茎、根）正常生长，保证水果颜色，增进水果块茎、球茎的坚固性，延长其储存期。且其所含的硝态氮能直接快速地被植物吸收，促进植物对钾、钙、镁等营养元素的吸收，同时施用过程中也无酸化及挥发现象。

因此，如果寻找出一种合理硝酸钙加工方法，对冷冻法生产硝酸磷肥的工艺进行改进，将硝酸钙引入到最终产品中，提高产品的钙含量，不仅可以简化了生产工艺、降低生产成本，而且可以提高肥料的营养成分、降低硝酸钙单独作为化肥时的吸湿性，为硝酸磷肥的可持续生产提供一种新的有效途径。

问题二，现有的双轴造粒技术所生产的肥料存在着颗粒粒度不均匀、无球型颗粒、返料率高，以及产品外观形貌不美观、流动性差、不方便实际应用等缺点。

对于上述问题，现有公开文献报道中，高塔造粒是集造粒、干燥、冷却于一体，工艺过程简单，生产成本低，而且所造颗粒外观晶莹剔透、粒度均匀、成球率高、几乎无返料，同时自身还带有中空防伪标志，难以假冒，更重要的是在此种造粒过程中，物料是在熔融状态下通过搅拌作用混合而成，使肥料的每一颗粒都是多种营养元素的均匀体，含量均衡，肥效高。现有技术见[包同力. 高塔造粒复合肥的生产和质量控制[J]. 中氮肥，2006 (5): 32-33.]。

但是，基于现有硝酸磷肥装置利用高塔造粒生产球形颗粒氮磷钾复合肥的工艺过程中，由于NP料浆组成复杂、比较粘稠，极易堵塞管道与设备，使得将料浆送入塔顶造粒难以实现。因此，寻找一种配套的工艺过程成为本发明迫切需要解决的问题。

发明内容

基于上述现有技术，本发明要解决的具体技术问题之一是：冷冻法生产硝酸磷肥工艺中，如何有效合理的利用副产硝酸钙；问题之二是：如何将高塔造粒技术用于冷冻法生产硝酸磷肥工艺中，并提供一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾钙复合肥的改进工艺。

解决上述问题的本发明的发明思路是：首先将副产硝酸钙与硝酸钾经收集、干燥破碎后作为高塔造粒工序的添加剂一并送往高塔造粒机顶部料仓，以起到简化硝钙处理工序，无副产品排放之功效，同时用以降低高塔熔融槽中的硝酸磷肥料浆态温度、节约能耗和操作费用、优化工艺操作；然后在硝酸磷肥生产工艺中增设相适应的高塔造粒工艺，将干燥破碎后的NP料浆直接用斗提机送往高塔造粒机顶部料仓，并经熔融槽、造粒喷头、筛分及冷却后得到最后产品，以达到改善硝酸磷肥物化性能和外观形貌的目的。其具体实现的技术方案如下：

一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进工艺，其所述改进工艺如下：

1）将硝酸钙冷冻结晶工序中过滤得到的硝酸钙滤饼与硝酸钾按质量比为4-7:1的比例加入到干燥机中进行混合干燥，后经破碎机破碎为小于5cm的颗粒，获得K₂O含量为11.45%-18.79%，CaO含量为16.94%-18.59%，水含量小于3%的钾钙肥；

2）将母液蒸发工序中蒸发得到的NP料浆加入干燥机中进行干燥，后经破碎机破碎成粒径为小于5cm的颗粒，获得N含量为35.2%，P₂O₅含量为24.6%，水含量小于0.6%的硝酸磷肥；

3）将步骤1）和步骤2）获得的钾钙肥和硝酸磷肥按质量比为1.5-1.66:1的比例由斗提机送入高塔造粒机顶部的料仓，搅拌混合后，再加入硝酸磷肥质量0-2%的水，进一步搅拌混合均匀，得到粒状氮磷钾钙复合肥；

4）将步骤3）得到的混合均匀的粒状氮磷钾钙复合肥送至高塔熔融槽，并升温至155-170℃进行熔融，熔融时间为2-3小时，使含水量降至1%以下，然后将熔融料浆送入高塔造粒缓冲槽中，维持温度在155-170℃之间，停留时间为0-2小时，进行进一步的均匀混合，最后流入高塔旋转造粒喷头，经喷洒进入造粒塔内，塔内料浆喷洒的最大下降速度是7-9m/s，在下落的过程中与塔底上升的空气流进行传质传热形成球形颗粒；

5）将步骤4）中塔底获得的球形颗粒经塔底筛分装置筛分后，将粒径在2-4mm的球形颗粒冷却至40℃，最后经喷油、扑粉处理后，获得含量为P₂O₅：10.8-11.62%；N：23.79-24.47%；K₂O：8-13.7%；CaO：12.39-13.23%；其它养分为2%的球形颗粒氮磷钾复合肥。

在上述技术方案中，所述其他养分是微量元素镁、硫、铝、铁和锰；所述高塔旋转造粒喷头的喷孔是由下往上逐渐加大，其直径为3.0-4.5毫米，孔距5-10毫米，喷头造粒旋转速度为320转/分；所述塔底上升的空气流是由离心式鼓风机鼓入，其进风风窗均匀的分布在距塔底16-18米处的同一平面上，进风量为320立方米/每秒，温度为20-25℃；所述高塔高度为110-125米，直径为18-25米。

本发明上述解决问题的技术方案，是在现有冷冻法生产硝酸磷肥工艺的基础上，针对冷冻法生产硝酸磷肥工艺的不足所进行的工艺改进，其改进是在料浆造粒工序中新增了高塔造粒工序，成功地将硝酸磷肥生产工艺和高塔造粒技术相结合，将高塔造粒技术应用于了不全水溶性肥料的制备工艺，制得的球形颗粒硝酸磷肥外观形貌好，易流动，易施用，制造过程简单易控制，且目前尚无球形颗粒硝酸磷肥产品。同时省去了原工艺流程中的硝酸钙处理工序，直接将硝酸钙和钾肥作为高塔造粒工序的添加剂加入了高塔造粒机顶部料仓中，简化了硝钙处理工序，降低了成本，充分的利用了副产硝酸钙，做到了无副产品排放，而且由于低温硝酸钙物料的加入，降低了高塔熔融槽中硝酸磷肥料浆的温度，节约了能耗和操作费用、优化了工艺操作、增加了肥料的有效成分、提高了其经济效益。

与现有冷冻法生产硝酸磷肥技术相比，其所具有的积极效果如下。

本工艺中所增的硝酸钙处理工序以及高塔造粒工序简单、自成体系，很好的与原有的冷冻法硝酸磷肥生产装置相应配套。

本工艺与现有硝酸钙处理工序相比较，本工艺省去了硝钙处理工序，而将其直接作为高塔造粒的添加剂，简化了硝钙处理工序，降低了生产成本；而且做到了废物循环利用，无副产品排放的要求。此外，由于低温硝酸钙物料的加入，降低了高塔熔融槽中硝酸磷肥料浆的温度，节约了能耗和操作费用，优化了工艺操作，增加了肥料的有效成分，提高了经济效益。

本工艺相比于现有双轴造粒工艺，由于经高塔造粒所得的肥料是在熔融状态下搅拌进行的，因此，料浆混合均匀、养分均一，每一个球形颗粒均是一个多种营养元素的均匀体。

本工艺相比于现有的高塔造粒技术，由于对其进行了工艺条件及设备参数的改进，使得此工艺的应用范围不在仅仅局限于全水溶性肥料的制备，而且可以对不全水溶的肥料进行生产。

本工艺经高塔造粒所获得的球形颗粒硝酸磷肥外观形貌好，易流动，强度大，易施用，制造过程简单易控制，且尚无球形颗粒硝酸磷肥产品。

本工艺经高塔造粒所得的产品颗粒上有一小孔是天然的防伪标志，且严格控制生产过程，则在造粒过程中几乎无返料，生产成本较低。

本发明不仅简化了生产流程，减少了控制因素，而且降低了生产成本，给现有硝酸磷肥的生产提供了一条生存途径。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明工艺生产的未经喷油处理的氮磷钾复合肥图。

图3现有双轴造粒技术所生产的硝酸磷肥图。

图4采用自然通风高塔造粒技术时生产的经喷油处理后的氮磷钾复合肥图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做出说明，但本具体实施方式不只局限于所列举的实施方式的范围。

实施本发明上述所提供的一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进工艺，是在现有冷冻法硝酸磷肥生产工艺流程的基础上，对硝酸钙转化工序进行了改进，并在料浆造粒工序之后增加了高塔造粒工序，其总体工艺流程见图1，首先硝酸和磷矿按化学计量加到酸解槽中进行酸解反应，酸解液中的酸不溶物经沉淀分离进行初步分离，分离后的酸解液进入冷冻结晶工序，经冷冻结晶后硝酸钙从酸解液中析出并进入硝酸钙过滤工序进行固液分离，所得液体即为母液，所得固体即为副产品四水硝酸钙；其中固体由热硝酸钙熔盐冲排到硝酸钙干燥槽中进行干燥工序，与钾肥一起在干燥机中干燥，待干燥完成后经破碎后制的钾钙肥，最后经斗提机送往高塔造粒机顶部的料仓中。母液则先送到母液脱氟槽中，通过添加硝酸钾进行母液脱氟，使母液中的氟硅酸离子与钾离子反应生成氟硅酸钾结晶，后将除氟后的母液按照冷冻法硝酸磷肥的工艺在中和过程加入氨气和硝酸铵进行中和，然后依次经蒸发、干燥、破碎工序制成脱氟硝基氮磷复合肥，最后用斗提机送至高塔造粒机顶部的料仓，与前述的钾钙肥进行混合，并加入一定量的水，待混合均匀后，送至高塔熔融槽中进行熔融，然后进入造粒缓冲槽中进行进一步均匀混合。最后送入高塔旋转造粒喷头，经喷洒进入造粒塔内，在落下的过程中与上升的空气流进行传质传热，并完成造粒；落到塔底的球形颗粒经筛分处理后，粒径符合要求的硝酸磷肥经塔底冷却处理，再经喷油、扑粉处理，便得到均匀的球形颗粒氮磷钾复合肥；粒径不符合要求则返回高塔熔融槽中继续造粒，具体实施方式如下。

实施一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进工艺，其所述改进工艺过程如下。

首先、将硝酸钙冷冻结晶工序中过滤得到的硝酸钙滤饼与硝酸钾肥按比例加入到干燥机中进行混合干燥，且为了保证最终肥料的肥效以及减少钾钙肥粘稠度给运输系统带来的影响，我们需将硝酸钙与钾肥的质量比控制为4-7:1，将最终钾钙肥的K₂O含量控制为11.45%-18.79%，CaO含量控制为16.94%-18.59%，水含量控制为3%以下，待干燥完成后为了便于运输及颗粒混合均匀，将钾钙肥经破碎机破碎为小于5cm的颗粒，获得钾钙肥成品。

其次、将母液蒸发工序中蒸发得到的NP料浆加入干燥机中进行干燥，且为了减少硝酸磷肥粘稠度给运输系统带来的影响，我们需将其含水量控制在0.6%以下，同时为了便于运输及颗粒混合均匀，我们将干燥后的硝酸磷肥经破碎机破碎成粒径为小于5cm的颗粒，获得N含量为35.2%，P₂O₅含量为24.6%，水含量小于0.6%的硝酸磷肥。

第三、为了保证最终肥料的肥效将上述步骤1）和步骤2）获得的钾钙肥和硝酸磷肥按质量比为1.5-1.66:1的比例由斗提机送入高塔造粒机顶部的料仓，搅拌混合，且为了让两者能够更加均匀的混合，还在料仓中加入硝酸磷肥质量0-2%的水，使其进一步搅拌混合均匀，得到粉状氮磷钾钙复合肥。

第四、将步骤3）得到的混合均匀的粉状氮磷钾钙复合肥送至高塔熔融槽进行熔融操作，此时结合相关物料的熔融温度，我们将熔融槽温度设置为155-170℃，熔融时间控制在2-3小时，并为了减少料浆粘稠度，避免管道堵塞我们将料浆含水量控制在1%以下。同时为了防止因紧急停车或正常检修而导致料浆不能连续供给，进而出现全工序停车的现象，我们还在熔融槽以及造粒喷头之间设置了塔造粒缓冲槽，以保证造粒工序的料浆供给量，且缓冲槽温度维持在155-170℃，停留时间控制在0-2小时。待料浆在缓冲槽中均匀混合后流入高塔旋转造粒喷头，经喷洒进入造粒塔内，且为了保证最终所得颗粒的粒径集中在2-4nm，我们将高塔旋转造粒喷头的喷孔设计为由下往上逐渐加大，其直径为3.0-4.5毫米，孔距5-10毫米，喷头造粒旋转速度为320转/分。同时塔底上升的空气流是由离心式鼓风机鼓入，其进风风窗均匀的分布在距塔底16-18米处的同一平面上，进风量为320立方米/每秒，温度为20-25℃，以使得塔内料浆喷洒的最大下降速度控制在7-9 m/s，在下落的过程中与塔底上升的空气流进行传质传热形成球形颗粒。其中，所述高塔高度为110-125米，直径为18-25米。

第五、将步骤4）中塔底获得的球形颗粒经塔底筛分装置筛分后，得到市场普遍要求的粒径在2-4mm的球形颗粒，最后为了防止颗粒在高温状态时结块的现象，将其通过塔底冷却器冷却至40℃，且为了进一步保证颗粒的圆滑型、美观性，最后将其经喷油、扑粉处理后，获得含量为P₂O₅：10.8-11.62%、N：23.79-24.47%、K₂O：8-13.7%、CaO：12.39-13.23%、其它养分为2%的球形颗粒氮磷钾复合肥，所述其他养分是微量元素镁、硫、铝、铁和锰。

下面通过具体实施例对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。

实施例1

步骤1、钾钙肥的制备

将硝酸钙冷冻结晶工序过滤得到的硝酸钙滤饼与硝酸钾按质量比6:1加入到干燥机中进行干燥，待含水量降至3%以下后，经破碎机破碎成粒径为小于5cm的颗粒，获得K₂O含量为13.45%，CaO含量为18.20%，水含量为3%的钾钙肥。

步骤2、硝酸磷肥的制备

将母液蒸发工序中蒸发得到的NP料浆经干燥工序将含水量控制在0.6%以下后经破碎机破碎成粒径为小于5cm的颗粒，获得N含量为35.2%，P₂O₅含量为24.6%，水含量为0.6%的硝酸磷肥。

步骤3、粉状氮磷钾钙复合肥的制备

将步骤1和步骤2获得的钾钙肥和硝酸磷肥按质量比为1.54:1的比例由斗提机送入高度为120米、直径为24米的高塔造粒机顶部料仓，搅拌混合后，再加入硝酸磷肥质量1%的水，进一步搅拌混合均匀，得到粉状氮磷钾钙复合肥。

步骤4、高塔造粒球形颗粒氮磷钾复合肥

将步骤3混合均匀的粉状氮磷钾钙复合肥送至高塔熔融槽，并升温至165℃进行熔融，熔融时间为2小时，使含水量降至1%以下，然后将熔融料浆送入高塔造粒缓冲槽中，维持温度在165℃之间，停留时间为1小时，后进入高塔旋转造粒喷头，经喷洒进入造粒塔内，在下落的过程中与上升的空气流进行传质传热，并完成造粒，其中喷孔由下往上逐渐加大，直径为3.0-4.5毫米，孔距5-10毫米，喷头造粒旋转速度为320转/分，进风装置采用离心式鼓风机，进风风窗均匀的分布在距塔底16m的横截面圆周上，且数目为13个，尺寸为2×3米，并保证进风量为320立方米每秒，温度为20℃，使料浆的最高下降速度达到8 m/s，此时所得的未经喷油处理的氮磷钾复合肥的效果如图4所示，从中我们可以看出相比较于以往自然通风高塔造粒技术所获得的喷油后的复合肥，如图3所示，其颗粒圆整度更好，粒径更均匀，更有利于施肥。

步骤5、球形颗粒氮磷钾复合肥包装

将步骤4中高塔塔底获得的相对均匀的球形氮磷钾复合肥颗粒，经塔底筛分装置筛分后，将粒径在2-4mm的颗粒经冷却装置冷却至40℃后，再经喷油、扑粉处理，获得含量为P₂O₅：11.44%、N：24.32%、K₂O：9.36%、CaO：13.03%，其它养分为2%的球形颗粒氮磷钾复合肥，其他养分是微量元素镁、硫、铝、铁和锰。

Claims (5)

1.一种基于硝酸磷肥装置生产球形颗粒氮磷钾复合肥的改进工艺，其所述改进工艺如下：

1）将硝酸钙冷冻结晶工序中过滤得到的硝酸钙滤饼与硝酸钾按质量比为4-7:1的比例加入到干燥机中进行混合干燥，后经破碎机破碎为小于5cm的颗粒，获得K₂O含量为11.45%-18.79%，CaO含量为16.94%-18.59%，水含量小于3%的钾钙肥；

2）将母液蒸发工序中蒸发得到的NP料浆加入干燥机中进行干燥，后经破碎机破碎成粒径为小于5cm的颗粒，获得N含量为35.2%，P₂O₅含量为24.6%，水含量小于0.6%的硝酸磷肥；

3）将步骤1）和步骤2）获得的钾钙肥和硝酸磷肥按质量比为1.5-1.66:1的比例由斗提机送入高塔造粒机顶部的料仓，搅拌混合后，再加入硝酸磷肥质量0-2%的水，进一步搅拌混合均匀，得到粒状氮磷钾钙复合肥；

4）将步骤3）得到的混合均匀的粒状氮磷钾钙复合肥送至高塔熔融槽，并升温至155-170℃进行熔融，熔融时间为2-3小时，使含水量降至1%以下，然后将熔融料浆送入高塔造粒缓冲槽中，维持温度在155-170℃之间，停留时间为0-2小时，进行进一步的均匀混合，最后流入高塔旋转造粒喷头，经喷洒进入造粒塔内，塔内料浆喷洒的最大下降速度是7-9 m/s，在下落的过程中与塔底上升的空气流进行传质传热形成球形颗粒；

5）将步骤4）中塔底获得的球形颗粒经塔底筛分装置筛分后，将粒径在2-4mm的球形颗粒冷却至40℃，最后经喷油、扑粉处理后，获得含量为P₂O₅：10.8-11.62%；N：23.79-24.47%；K₂O：8-13.7%；CaO：12.39-13.23%；其它养分为2%的球形颗粒氮磷钾复合肥。

2.如权利要求1所述的改进工艺，所述其它养分是镁、硫、铝、铁和锰。

3.如权利要求1所述的改进工艺，所述高塔旋转造粒喷头的喷孔是由下往上逐渐加大，其直径为3.0-4.5毫米，孔距5-10毫米，喷头造粒旋转速度为320转/分。

4.如权利要求1所述的改进工艺，所述塔底上升的空气流是由离心式鼓风机鼓入，其进风风窗均匀的分布在距塔底16-18米处的同一平面上，进风量为320立方米/秒，温度为20-25℃。

5.如权利要求1所述的改进工艺，所述高塔高度为110-125米，直径为18-25米。