周少華，孫 睿，楊 兵

（銅陵國(guó)星化工有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 234000）

0 引言

復(fù)合肥［1］是指含有N、P、K 三種營(yíng)養(yǎng)元素中兩種或兩種以上的化肥，復(fù)合肥的優(yōu)點(diǎn)是養(yǎng)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(jìn)農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)等方面有著十分重要的作用。

我國(guó)復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)自20 世紀(jì)80 年代誕生以來(lái)，經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，復(fù)合肥產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)可度逐年提高?；诖罅康霓r(nóng)戶施肥調(diào)查，2004—2016 年各類農(nóng)作物復(fù)合肥施用比率均有所提升，平均提高31.2%［2］。在復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)幾十年的發(fā)展歷程中，涌現(xiàn)出多種多樣的生產(chǎn)工藝，目前復(fù)合肥主流的生產(chǎn)工藝有料漿法工藝、團(tuán)粒法工藝、高塔工藝、擠壓法工藝等。

筆者結(jié)合多年復(fù)合肥生產(chǎn)管理實(shí)踐，對(duì)各生產(chǎn)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，旨在為“雙碳”背景下我國(guó)復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供一些思路。

1 料漿法工藝

1.1 工藝簡(jiǎn)介

料漿法工藝是將全部或大部分物料制成料漿形態(tài)并輸送至造粒設(shè)備進(jìn)行涂布造粒的復(fù)合肥生產(chǎn)工藝。將固體物質(zhì)懸浮在液體中形成料漿通過(guò)噴嘴涂布于造粒機(jī)內(nèi)返料粒子上，粒子在造粒機(jī)內(nèi)經(jīng)逐層涂布，逐漸長(zhǎng)大到符合要求的粒徑范圍，然后進(jìn)入干燥工序（也有在涂布造粒的過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行干燥的設(shè)計(jì)）、篩分工序。篩分后粒度在合格范圍的粒子作為半成品進(jìn)入冷卻、包膜、包裝工序，篩下的小顆粒以及篩上的大顆粒經(jīng)過(guò)破碎處理后作為返料，返回造粒機(jī)再次進(jìn)行料漿涂布造粒、干燥、篩分過(guò)程。目前料漿法工藝主要有管式反應(yīng)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(chǎn)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(jiàn)圖1。

圖1 料漿法工藝流程

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）料漿涂布造粒，特別是管式反應(yīng)器噴漿造粒，產(chǎn)品顆粒強(qiáng)度高，一般在30～50 N，產(chǎn)品不易粉化、結(jié)塊。（2）由于大量液相原料參與造粒，固體原料投料負(fù)荷較小，便于提高單套裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能，可以攤薄各項(xiàng)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。（3）制漿過(guò)程產(chǎn)生大量熱量，在造粒過(guò)程中可提高造粒溫度（造粒床層溫度可達(dá)65～70 ℃，甚至更高），降低造粒機(jī)持料水分，進(jìn)而降低干燥系統(tǒng)負(fù)荷，節(jié)約烘干成本。

缺點(diǎn)：（1）制漿過(guò)程伴隨著化學(xué)反應(yīng)，因此生產(chǎn)尾氣中往往含有氨、硫化物、氮氧化物等有害物質(zhì)，需配套嚴(yán)格的除塵及洗滌設(shè)施，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放，一則投資成本較高，二則實(shí)現(xiàn)水平衡較為困難。（2）噴漿過(guò)程中，部分料漿霧化閃蒸后即自行凝結(jié)成小顆粒，不參與床層的一次涂布造粒，往往會(huì)在篩分過(guò)程中返回造粒系統(tǒng)參與二次造粒，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)有較大的返料量；另外，為了節(jié)約能耗，料漿中的水含量越少越好，但要保證料漿的流動(dòng)性，料漿又不得不含有一定量的水分，致使造粒過(guò)程受到系統(tǒng)水平衡的控制，通常返料量比較大。綜合而言，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷較高。（3）涂布造粒形成的顆粒往往圓潤(rùn)度不高，產(chǎn)品表面會(huì)有凹凸不平的情況出現(xiàn)，產(chǎn)品外觀品相不理想，會(huì)影響產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的綜合評(píng)分。

2 團(tuán)粒法工藝

2.1 工藝簡(jiǎn)介

團(tuán)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(jī)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(fā)的毛細(xì)管力把它們粘結(jié)成較大顆粒的造粒工藝。毛細(xì)管力與固體原料小顆粒之間的接觸面積有關(guān)，一般粒徑小的顆粒毛細(xì)管力要比粒徑大的顆粒毛細(xì)管力大得多。當(dāng)粘結(jié)形成的顆粒粒徑達(dá)到極限尺寸時(shí)，就會(huì)因毛細(xì)管力承受不住它們與其他顆粒相互碰撞時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)而不再繼續(xù)長(zhǎng)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(kāi)始溶解，同時(shí)可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果溶于液相的物料出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，則液相組分相當(dāng)于黏合劑，將他們粘結(jié)在一起。成品顆粒強(qiáng)度受粘結(jié)質(zhì)量的影響較為明顯，很多因素會(huì)影響粘結(jié)或團(tuán)聚質(zhì)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(jié)晶結(jié)構(gòu)等。

團(tuán)粒法工藝主要包括氨酸法造粒和蒸汽轉(zhuǎn)鼓造粒兩種工藝，生產(chǎn)工序包括：固體原料處理及輸送、液相固相團(tuán)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(zhuǎn)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(jiàn)圖2。

圖2 團(tuán)粒法工藝流程

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）團(tuán)粒法工藝造粒過(guò)程主要是包裹粘附造粒，產(chǎn)品顆粒在造粒機(jī)內(nèi)不斷翻滾包裹，粘附細(xì)小顆?；蚍哿?，形成的產(chǎn)品圓潤(rùn)度較高，品相整體較好。（2）團(tuán)粒法工藝造粒過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)較少，蒸汽轉(zhuǎn)鼓造粒工藝甚至沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因而生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣中有害物質(zhì)極少，除塵洗滌系統(tǒng)負(fù)荷較低，水平衡易于實(shí)現(xiàn)。（3）裝置產(chǎn)能設(shè)計(jì)較為靈活，產(chǎn)能在10萬(wàn)t/a至20萬(wàn)t/a之間可自由選擇，目前較為流行的是多條低產(chǎn)能生產(chǎn)線并行，各條生產(chǎn)線生產(chǎn)品類穩(wěn)定在幾個(gè)品種，便于系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定控制。

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

3 高塔工藝

3.1 工藝簡(jiǎn)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(diǎn)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(guò)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(nèi)與自然上升的氣流進(jìn)行熱量交換后冷卻下來(lái)，收縮形成表面較為圓滑的球形顆粒，即可獲得養(yǎng)分含量均勻的復(fù)合肥顆粒。

生產(chǎn)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(jiàn)圖3。

圖3 高塔工藝流程

圖4 擠壓法工藝流程

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）高塔工藝造粒是液滴在高塔中與上升空氣氣流進(jìn)行熱交換，冷卻并收縮成球，因而產(chǎn)品顆粒表面光滑圓潤(rùn)，產(chǎn)品呈圓珠形，品相極佳。（2）物料處于高溫熔融狀態(tài)，水含量很低，料漿在噴漿過(guò)程中也會(huì)閃蒸出部分水，因而產(chǎn)品水含量很低，一般w（H2O）在0.5%～1.0%，不需要配置干燥系統(tǒng)，節(jié)省了投資和能源消耗。（3）因造粒過(guò)程中尿素呈熔融狀態(tài)，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(chǎn)高氮肥，產(chǎn)品w（N）可達(dá)到28%～30%。（4）高塔工藝生產(chǎn)的復(fù)合肥產(chǎn)品養(yǎng)分含量更均勻［3］，每一個(gè)肥料顆粒都是多種營(yíng)養(yǎng)元素的均勻體，保證了復(fù)合肥產(chǎn)品顆粒的養(yǎng)分均勻一致。

缺點(diǎn)：（1）生產(chǎn)過(guò)程需要融化尿素或硝銨磷并加入固體原料進(jìn)行制漿，且料漿從噴頭噴出后在空氣中經(jīng)冷卻自然收縮成球，因而料漿性質(zhì)是成球的關(guān)鍵。料漿水含量不能過(guò)高，否則顆粒易形成空殼，黏性不能太大，否則顆粒易粘結(jié)成球。這對(duì)固體原料的細(xì)度、水含量及黏性都提出了較高的要求，往往需要采購(gòu)品質(zhì)較高的原料，這也意味著較高的生產(chǎn)成本。（2）由于熔融尿素噴漿過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生部分氨氣，成球過(guò)程在造粒塔內(nèi)進(jìn)行，因此尾氣中會(huì)含部分氨氣，需要水洗處理，然而生產(chǎn)過(guò)程中基本不需要添加水，所以水平衡也是較大的考驗(yàn)。（3）造粒過(guò)程在高塔內(nèi)進(jìn)行，塔內(nèi)冷卻通風(fēng)為自然風(fēng)，夏季由于氣溫較高，冷卻風(fēng)溫度高，塔內(nèi)顆粒得不到充分冷卻，黏性較大，顆粒在收料裝置會(huì)出現(xiàn)粘連及空殼破碎現(xiàn)象，顆粒外觀會(huì)受一定程度影響，且塔底收料裝置物料粘結(jié)較為嚴(yán)重，清理工作量較大。

4 擠壓法工藝

4.1 工藝簡(jiǎn)介

擠壓造粒的原理是通過(guò)機(jī)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(dá)到最短，從而產(chǎn)生如晶橋及內(nèi)嵌連接等吸引力、范德華力，形成符合要求的復(fù)合肥顆粒。

工藝方法：根據(jù)復(fù)合肥產(chǎn)品配方要求，將一定量含有大量元素養(yǎng)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(jìn)行充分混合制成造粒原料，并根據(jù)原料水含量確定是否對(duì)原料進(jìn)行加濕處理。將混合均勻的原料均勻布料至擠壓造粒機(jī)，壓出的復(fù)合肥顆粒依次經(jīng)過(guò)篩分、烘干、冷卻、包膜處理，再經(jīng)包裝碼盤，即可送入庫(kù)房待銷。

生產(chǎn)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(jìn)行粉塵處

4.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）擠壓造粒過(guò)程是靠機(jī)械擠壓形成顆粒，生產(chǎn)過(guò)程基本不需要加入水或只需加入極少量的水，因而產(chǎn)品水含量較低，一般w（H2O）在0.5%左右，產(chǎn)品不易結(jié)塊，烘干工序負(fù)荷不高，冷卻工序負(fù)荷也不高，因此綜合能源消耗較低，屬于能源節(jié)約型工藝。（2）生產(chǎn)過(guò)程中不使用氨，且生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生氨等有害物質(zhì)，因而環(huán)保配套設(shè)施方面僅需除塵設(shè)備即可，不需要配置氨、氮氧化物等的處理設(shè)施，屬于環(huán)境友好型工藝。（3）擠壓法工藝裝置產(chǎn)能設(shè)計(jì)較為靈活，各項(xiàng)配置要求不高，總體投資較小。

缺點(diǎn)：（1）擠壓造粒壓力不高，產(chǎn)品強(qiáng)度較低，一般不足20 N，產(chǎn)品不適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存，否則易粉化。（2）擠壓造粒生產(chǎn)的產(chǎn)品顆粒圓潤(rùn)度不高，市場(chǎng)接受度不及其他工藝產(chǎn)品。

5 各工藝對(duì)比

表1 及表2 統(tǒng)計(jì)了3 家化肥生產(chǎn)公司各工藝相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量、綜合能源消耗及綜合能源消耗成本數(shù)據(jù)，從中可以較為直觀地看出各工藝的優(yōu)勢(shì)所在。表3是復(fù)合肥裝置單位產(chǎn)品能源消耗限定值、準(zhǔn)入值、先進(jìn)值。結(jié)合表1 和表3 可以看出各工藝產(chǎn)品綜合能源消耗在目前碳達(dá)峰、碳中和大政策環(huán)境中所處的綜合水平。

表1 各生產(chǎn)工藝產(chǎn)品質(zhì)量及綜合能源消耗對(duì)比

表2 各生產(chǎn)工藝綜合能源消耗成本對(duì)比

表3 復(fù)混肥料(復(fù)合肥料)裝置單位產(chǎn)品能源消耗限定值、準(zhǔn)入值、先進(jìn)值［4］

6 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)合肥生產(chǎn)工藝影響著產(chǎn)品質(zhì)量及成本，最終傳遞到銷售壓力上來(lái)。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已趨白熱化且環(huán)保要求較高的今天，復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)紛紛進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，以求提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，最終提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益。因此，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)的企業(yè)在選擇工藝時(shí)應(yīng)該進(jìn)行全方位評(píng)估，選擇最適合本企業(yè)的轉(zhuǎn)型之路。