楊 炎，彭卉豐，梁 勇，何相陽(yáng)，熊海峰

（湖北三寧化工股份有限公司，湖北枝江 443200）

0 引 言

如今，水溶性肥料因水溶性好而被廣泛用于噴灌和滴灌等農(nóng)業(yè)設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn)水肥一體化，達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)約用工和增產(chǎn)增收的效果。硝基復(fù)合肥不僅具備硝酸銨的基本特性，而且有農(nóng)作物所必需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，特別適用于雨水較少、氣溫較低的北方旱地等堿性土壤地區(qū)。同時(shí)，高塔造粒生產(chǎn)的復(fù)合肥產(chǎn)品養(yǎng)分均勻、抗壓強(qiáng)度高、肥料利用率高，其技術(shù)與生產(chǎn)工藝近年來已在全國(guó)迅速普及［1］。

湖北三寧化工股份有限公司（簡(jiǎn)稱湖北三寧）有兩條高塔復(fù)合肥生產(chǎn)線（雙塔），設(shè)計(jì)產(chǎn)能合計(jì)為600kt／a，實(shí)際產(chǎn)品產(chǎn)能根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行調(diào)整，正常運(yùn)行模式為一塔生產(chǎn)普通脲基復(fù)合肥、一塔生產(chǎn)硝基復(fù)合肥。原來生產(chǎn)的硝基復(fù)合肥，因無法達(dá)到全水溶，在客戶采用噴灌、滴灌等方式施肥時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)“堵管”等現(xiàn)象，市場(chǎng)接受度不高；而全水溶硝基復(fù)合肥能實(shí)現(xiàn)全溶解、無殘?jiān)?，廣泛應(yīng)用于噴灌、滴灌施肥，其施肥方式簡(jiǎn)便，能有效節(jié)省勞力，且便于儲(chǔ)存，深受市場(chǎng)喜愛。鑒于全水溶硝基復(fù)合肥市場(chǎng)前景較好、產(chǎn)品利潤(rùn)率較高，且在現(xiàn)有高塔硝基復(fù)合肥裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改產(chǎn)技改的難度及投資均不大，故決定上馬高塔造粒改產(chǎn)全水溶硝基復(fù)合肥項(xiàng)目。通過研究高塔造粒生產(chǎn)全水溶硝基復(fù)合肥技術(shù)［2］，即在已有高塔造粒裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，選用優(yōu)質(zhì)、水溶性好的原材料、輔助材料替代原來的原材料、輔助材料以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全水溶，同時(shí)通過新增冷卻設(shè)備、改進(jìn)冷卻系統(tǒng)流程等措施防止全水溶硝基復(fù)合肥結(jié)塊，探討解決現(xiàn)有工藝系統(tǒng)存在的諸多不足，生產(chǎn)出符合養(yǎng)分要求、水溶性好（溶解速率快，溶于水后無沉淀和漂浮物）、無雜質(zhì)、不結(jié)塊、不粉化、顆粒均勻的硝基復(fù)合肥。

1 高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置工藝流程

湖北三寧高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置工藝流程框圖見圖1。將質(zhì)量濃度為98.5%的硝酸銨溶液送至熔融器，與系統(tǒng)返料進(jìn)行混合、熔融后，進(jìn)入1?；旌喜壑校瑫r(shí)粉狀硫酸鉀和填充料進(jìn)入1?；旌喜叟c硝酸銨溶液快速混合，混合后溢流進(jìn)入2?；旌喜郏环蹱盍卒@進(jìn)入2?；旌喜?，與1?；旌喜垡缌鱽淼幕旌弦嚎焖倩旌?，充分混合后溢流至造粒塔（機(jī)），從造粒塔塔頂噴灑下來的料漿經(jīng)空氣冷卻后在塔底形成顆粒，經(jīng)篩分先后進(jìn)入1＃冷卻滾筒和2＃冷卻滾筒，使顆粒得到充分冷卻，冷卻后的顆粒經(jīng)包膜送入包裝區(qū)；篩分過程中產(chǎn)生的粒徑小于1mm和大于4.75mm的返料，經(jīng)返料皮帶輸送至熔融器循環(huán)利用。

圖1 高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置工藝流程框圖

2 高塔造粒全水溶硝基復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)

湖北三寧高塔造粒全水溶硝基復(fù)合肥試產(chǎn)初期，產(chǎn)品出現(xiàn)兩種極端分化現(xiàn)象：一是產(chǎn)品防結(jié)塊性能較好時(shí)，水溶性不好，溶解后不溶物含量高達(dá)20%，溶液表面有漂浮物，客戶采用“噴灌”、“滴灌”設(shè)施施肥時(shí)，出現(xiàn)堵塞噴頭的情況；二是產(chǎn)品水溶性較好時(shí)，防結(jié)塊性能差，產(chǎn)品存放一段時(shí)間后，肥料顆粒粘結(jié)成塊狀，產(chǎn)品粒度指標(biāo)不合格。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速溶解且全部水溶（水不溶物含量≤0.5%），同時(shí)產(chǎn)品儲(chǔ)存過程中不結(jié)塊、產(chǎn)品粒度（粒徑1.00～4.75mm顆粒的占比，下同）≥90%，通過水溶性試驗(yàn)和防結(jié)塊試驗(yàn)，探究影響產(chǎn)品水溶性和防結(jié)塊性能的因素，并進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，尋求最佳的生產(chǎn)條件。

2.1 全水溶試驗(yàn)

選取不同的原材料、輔助材料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其水不溶物含量見表1?？梢钥闯觯涸a(chǎn)硝基復(fù)合肥所用原材料、輔助材料之磷酸一銨A、硫酸鉀A、防結(jié)劑A、防結(jié)粉A，水溶性較差，水不溶物含量較高；而經(jīng)過優(yōu)選后定制試驗(yàn)生產(chǎn)全水溶硝基復(fù)合肥所用的原材料、輔助材料之磷酸一銨B、硫酸鉀B、防結(jié)劑B、防結(jié)粉B，水不溶物含量較低，水溶性符合要求。

表1 原材料及輔助材料的水不溶物含量%

以硝基復(fù)合肥16-6-23的配比定額，在確保產(chǎn)品養(yǎng)分結(jié)構(gòu)和總養(yǎng)分相同的前提下，分別采用上述不同的原材料、輔助材料高塔造粒生產(chǎn)10組硝基復(fù)合肥，對(duì)產(chǎn)品的水不溶物進(jìn)行測(cè)定，其配比定額及產(chǎn)品水不溶物含量測(cè)定情況見表2。

表2 硝基復(fù)合肥16-6-23配比定額及產(chǎn)品水不溶物含量測(cè)定情況%

結(jié)合表1、表2數(shù)據(jù)可以看出，高塔造粒裝置生產(chǎn)硝基復(fù)合肥，影響產(chǎn)品水溶性的主要因素有兩大類：一是主要原材料自身的水溶性，原材料水不溶物含量≤0.5%方可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全水溶（水不溶物含量≤0.5%）；二是在原材料達(dá)到水溶性要求的前提下，輔助材料（防結(jié)劑、防結(jié)粉）的水溶性也不容忽視，輔助材料（防結(jié)劑、防結(jié)粉）水不溶物含量≤0.5%方可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全水溶（水不溶物含量≤0.5%）?？梢姡咚炝Ｉa(chǎn)全水溶硝基復(fù)合肥首先要優(yōu)選原輔材料。

2.2 防結(jié)塊試驗(yàn)

為了研究不同工藝條件對(duì)產(chǎn)品防結(jié)塊性能的影響，在確保產(chǎn)品養(yǎng)分結(jié)構(gòu)和全水溶的前提下，分別采用防結(jié)劑外添加（原輔材料按配方進(jìn)行造粒后再將防結(jié)劑包裹在產(chǎn)品顆粒表面）、防結(jié)劑內(nèi)添加（將防結(jié)劑均勻添加在原輔材料中后再進(jìn)行造粒）的方式，在自然冷卻（造粒后的產(chǎn)品顆粒在高塔內(nèi)下落過程中與空氣進(jìn)行熱量交換而自然冷卻）、一級(jí)冷卻（自然冷卻后的產(chǎn)品顆粒進(jìn)入1臺(tái)滾筒冷卻機(jī)強(qiáng)制通自然風(fēng)冷卻）、二級(jí)冷卻（自然冷卻后的產(chǎn)品顆粒依次進(jìn)入2臺(tái)串聯(lián)的滾筒冷卻機(jī)強(qiáng)制通自然風(fēng)冷卻）、三級(jí)冷卻（二級(jí)冷卻后的產(chǎn)品顆粒進(jìn)入冷媒為溴化鋰?yán)鋬龀凉耧L(fēng)的板式換熱設(shè)備內(nèi)冷卻）、深度冷卻（三級(jí)冷卻后的產(chǎn)品顆粒進(jìn)入循環(huán)冷卻料倉(cāng)與溴化鋰?yán)鋬龀凉耧L(fēng)直接接觸一定時(shí)間而冷卻）5種不同的冷卻環(huán)境下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，通過10組試驗(yàn)，測(cè)定產(chǎn)品溫升、產(chǎn)品顆粒強(qiáng)度和產(chǎn)品粒度，測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 不同防結(jié)劑添加方式及冷卻條件下產(chǎn)品檢測(cè)情況

由表3可以看出：高塔造粒裝置生產(chǎn)的全水溶硝基復(fù)合肥，產(chǎn)品的防結(jié)塊性能受防結(jié)劑外添加或內(nèi)添加的影響不大；而生產(chǎn)過程中產(chǎn)品顆粒的冷卻效果、產(chǎn)品儲(chǔ)存后的“溫升”效應(yīng)、產(chǎn)品儲(chǔ)存時(shí)間等因素對(duì)產(chǎn)品防結(jié)塊性能影響較大，尤其是隨著產(chǎn)品“溫升”效應(yīng)的加劇，產(chǎn)品的顆粒強(qiáng)度、粒度均大幅下降，即產(chǎn)品“溫升”對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。

2.3 優(yōu)化改進(jìn)

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選擇水不溶物含量≤0.5%的原輔材料，可解決硝基復(fù)合肥全水溶的問題；而要防顆粒全水溶硝基復(fù)合肥結(jié)塊，需對(duì)高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置進(jìn)行改造，以提升產(chǎn)品顆粒的冷卻效果。為此，對(duì)高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置冷卻篩分系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)（如圖2）：造粒塔塔底產(chǎn)品顆粒經(jīng)篩分后先進(jìn)入1＃冷卻滾筒，1＃冷卻滾筒出來的產(chǎn)品顆粒進(jìn)入新增的1臺(tái)粉體流冷卻器［3］，顆粒冷卻后進(jìn)入包裹滾筒進(jìn)行表面防結(jié)劑、防結(jié)粉包裹，處理完后依次分裝在并列的20個(gè)新增循環(huán)冷卻料倉(cāng)內(nèi)，來自增壓風(fēng)機(jī)的除濕風(fēng)經(jīng)布風(fēng)管從循環(huán)冷卻料倉(cāng)底部進(jìn)入各循環(huán)冷卻料倉(cāng)內(nèi)，自下而上流經(jīng)料層對(duì)產(chǎn)品顆粒進(jìn)行深度冷卻，深度冷卻一定時(shí)間后的產(chǎn)品輸送至包裝系統(tǒng)。

圖2 改進(jìn)后硝基復(fù)合肥造粒裝置工藝流程框圖

冷卻篩分系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后，高塔造粒生產(chǎn)的全水溶硝基復(fù)合肥，水不溶物含量維持在0.3%左右，溶解后肉眼幾乎看不到水不溶物，溶液表面也沒有漂浮物，可以放心進(jìn)行“噴灌”、 “滴灌”，產(chǎn)品符合全水溶要求；對(duì)儲(chǔ)存的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，存放1a后產(chǎn)品仍呈顆粒狀，產(chǎn)品粒度≥90%，符合防結(jié)塊要求，客戶不再擔(dān)心因產(chǎn)品粒度不合格而影響機(jī)器施肥。

2.4 效益分析

冷卻篩分系統(tǒng)流程優(yōu)化增設(shè)了粉體流冷卻器和循環(huán)冷卻料倉(cāng)，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)295萬元，基建、安裝費(fèi)用100萬元，研發(fā)費(fèi)用20萬元，合計(jì)投入415萬元。

高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置改造前，因全水溶硝基復(fù)合肥產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到客戶需求，2016年銷量不足10kt。2016年10月開始對(duì)冷卻篩分系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化技改，2017年3月完成技改后，生產(chǎn)的全水溶硝基復(fù)合肥產(chǎn)品市場(chǎng)反應(yīng)良好，2018年全水溶硝基復(fù)合肥產(chǎn)品銷量近100kt，相較于2016年年銷量增加近90kt，扣除調(diào)整原輔材料增加的成本，產(chǎn)品利潤(rùn)約800元／t，2018年較2016年增加利潤(rùn)約7200萬元。同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量深受客戶認(rèn)可，有助于提升公司的品牌效應(yīng)，其帶來的效益不可估量。

3 結(jié)束語(yǔ)

湖北三寧高塔造粒生產(chǎn)全水溶硝基復(fù)合肥研究，基于原高塔硝基復(fù)合肥造粒裝置，通過查閱與參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，在反復(fù)進(jìn)行水溶性和防結(jié)塊性試驗(yàn)以及到業(yè)內(nèi)知名企業(yè)考察、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)施了對(duì)原有裝置的改造；后續(xù)對(duì)高塔造粒生產(chǎn)全水溶硝基復(fù)合肥進(jìn)行了試生產(chǎn)，分析與探討了影響產(chǎn)品水溶性和防結(jié)塊性能的因素，并采取了有針對(duì)性的改進(jìn)措施——優(yōu)化改進(jìn)冷卻篩分系統(tǒng)，開發(fā)出了一種全新的生產(chǎn)顆粒全水溶硝基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法，所生產(chǎn)的產(chǎn)品市場(chǎng)反應(yīng)良好，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。