解决高氮复合肥产品结块与粉化问题的措施田汉民1,王 峰1,郝天才1,丁荣伟2(1.河南财鑫实业化工有限公司 郸城 477150;2.河南新乡市威远化工新技术有限公司 453731)摘要 针对复合肥企业普遍存在的产品结块与粉化问题,从产生原因上进行了分析,从复合肥原料特性、化学反应机理、造粒工艺、冷却工艺、专用防结块设备等方面进行了系统研究。
开发了高温造粒技术、高效烘干技术、预冷却和深度冷却散堆技术、热筛分与冷筛分组合技术、高效防结块包膜技术及配套专用设备,并提出一系列应对措施,从而有效解决了高氮复合肥产品结块与粉化问题。
关键词 高氮复合肥 结块 粉化 措施本文作者的联系电话:0394 *******M easures for Sol vi ng Proble m s of Caki ng and Dusti ng of H igh N itrogen Co mpound Fertilizer ProductsT ian H anm i n 1,W ang Feng 1,H ao T i a ncai 1,D i n g Rongwe i2(1.Dancheng Caix i n Che m ica lCo .,Ltd .o fH e nan Ca i x i n G roup Co .,Ltd . 477150;2.W eiyuan Che m i c alN e w Techno logy Co .,Ltd .,H e nan X i n x iang 453731)Abstract On the prob le m s of cak i n g and dusti n g co mm on to co mpound fertilizer plants an analysis ism ade of the causes ,and a syste m atic consideration is g i v en to the characteristics of the ra w m ate rials used ,t h e che m ica l reaction m echanis m,the granulation process ,the cooling process ,and the special anti caking equip m en.t The technologies are developed for h i g h te m perature g ranu l a ti o n ,high efficiency dry i n g ,pre coo li n g and sca ttered p iling for deep dry i n g ,co m b i n ati o n o f ho t screening and co l d screening ,and high efficiency anti cak i n g coati n g ,w ith special accessory equ ip m en,t and a series of appropriate m easures are proposed ,thereby so l v ing effectively t h e caking and dusti n g prob le m s of h igh nitrogen co m pound fertilizers .K eyw ords h i g h nitrogen co m pound fertilizers caking dusti n g m easures 无论是蒸汽团粒法、尿液喷浆、氨酸法或高塔喷浆造粒工艺,所生产的含尿素(或硝酸铵)的高氮复合肥品种均不同程度存在产品结块与粉化等质量问题,严重制约了复合肥生产装置长周期连续稳定运行,增加了生产和经营成本,加大了复合肥产品的使用难度,影响了复合肥的使用效果,也制约了我国复合肥行业的发展。
河南财鑫实业化工有限公司与新乡市威远化工新技术有限公司合作,从复合肥原料特性、化学反应机理、造粒工艺、专用设备等方面进行了系统研究,开发了高温造粒技术、高效烘干技术、热筛分与冷筛分组合技术、预冷却和深度冷却散堆技术、高效防结块包膜技术以及配套专用设备,从而有效解决了产品结块与粉化问题。
1 高氮复合肥产品结块与粉化的机理分析高氮复合肥产品的结块与粉化是相伴出现的,一般情况下,易结块的产品也易出现粉化现象。
结块是物质从松散状态转变为团粒或整体,这种转变不论是结晶物质或无定形物质都可能出现。
一般认为,肥料的结块是其内部性质引起的,由粒子的接触点所形成。
结块产生的机理十分复29杂,还没有形成完整统一的理论,不同的结块理论对结块原因有不同的解释,目前主要有晶桥、毛细管吸附、化学作用和塑性形变理论。
(1)晶桥理论由于自身因素(物体的性质、化学组成、粒度、粒度分布及几何形状等)和外界因素(湿度、温度、压力和杂质等)的变化所致。
由于物体内水分的存在,使物体表面溶解并重结晶,从而在晶粒之间的相互接触点上形成晶桥,随着时间的推移,使晶粒粘接在一起,形成团块。
(2)毛细管吸附理论由于微细晶粒间毛细管吸附力的存在,使毛细管弯月面上的饱和蒸汽压低于外部的饱和蒸汽压,这就为水蒸气向晶粒间的扩散创造了条件;具有吸湿性的肥料在其临界相对湿度以上吸收水分,在晶体表面形成肥料的饱和溶液膜,这种溶液膜加速了毛细吸附,表面张力形成的弯月面使离子向颗粒接触处移动,导致相邻颗粒间形成交联和粘结成团块。
(3)化学作用理论化肥在造粒过程中不可能反应完全,在贮存过程中会继续反应并生成复盐,这些反应的结果将会引起重结晶和结块。
(4)塑性形变理论肥料结块均伴随着形变,而这种形变会由于受压而加剧。
未经彻底冷却的化肥残余热从颗粒中心向外转移,此时化肥颗粒若受到挤压就可导致形变,进而结块。
2 影响高氮复合肥产品结块与粉化的主要因素(1)化学组成及物料特性高氮复合肥的化学组成及物料特性是影响肥料结块的内在因素。
高氮复合肥生产所用的原料主要包括尿素、硝酸铵、氯化铵、硫酸铵、磷酸一铵、氯化钾、硫酸钾和填充剂等,这些原料都有不同程度的吸湿性和结块性,一般均含有质量分数0.5%~6.0%的水分。
与单体物料相比,当不同原料混合后,混合物的临界吸湿点会明显降低,变得更易吸湿。
在水分存在时,某些组分之间可以发生化学反应,形成复盐,且这些反应可以延续至包装后的成品中。
在贮存过程中,颗粒内外进行的这类反应极易产生晶桥,导致产品结块和粉化。
另一种因化学反应而结块的原因是:某些物质在温度剧变时,晶体结构发生了改变,其体积亦随之改变,并伴有能量的吸收或释放。
(2)含水量任何结块机理都与肥料中的液相量有关,颗粒肥料水分含量越低,结块的可能性就越小。
产品水分来源主要有两种途径:生产过程中产品自身含有的水分;!产品在贮存过程中吸收大气中的水分。
不同组成、含量的肥料,水分对其结块性的影响也不同。
含氮量越高的肥料要求水分含量越低,否则其结块趋势越明显。
但含氮量越高的肥料,由于原料尿素的特性,烘干温度不能太高,烘干难度更大。
(3)包装温度如果包装温度过高,肥料中溶解在水分中的无机盐在贮存降温过程中会结晶析出,包装袋内高温空气在降温后也会析出游离水,加剧了无机盐的溶解与重结晶。
同时,包装温度过高也极易损坏包装袋内衬薄膜,使产品吸收外部空气中的水分而加剧产品结块。
因此,高氮复合肥在包装前应进行充分的冷却降温,一般要求冷却至45∀以下再进行包装,并且要给予充分的冷却时间使产品#冷透∃,颗粒中心的温度也要降下来。
包装温度越低,产品结块性越小,但不能低于大气温度,否则产品会吸收大气中的水分。
(4)颗粒强度和粒度均匀度产品颗粒强度低,在运输和贮存过程中易发生变形和粉化,产生的细粉增加了颗粒之间的接触点,因而更容易结块。
如果产品颗粒圆整度不好或粒度不均或夹带细粉,则颗粒之间的接触面积增大,促使结块发生。
因此在复合肥生产过程中,应优化工艺过程,尽可能提高产品颗粒强度和颗粒外观的光滑度及粒度的均匀度。
3 应对措施3.1 采用新技术和专用设备来改善物料特性(1)将尿液喷浆造粒工艺改为氨酸管式反应器、尿液双喷浆造粒工艺,充分利用原料间的化学反应热和硫酸铵的化学特性来改善物料的特性和造粒工况,提高造粒物料温度(>75∀)、颗粒圆30整光滑度和颗粒强度(>25N/颗),降低造粒物料水分含量(质量分数3.5%),加速原料组分间的化学反应。
(2)团粒法生产装置采用流化床热风炉和高效干燥机内件,采用一段干燥便可将产品含水质量分数降至1.5%以下。
(3)团粒法生产装置采用干燥后热筛分筛除细粉和大粒、冷却后筛除细粉的组合新型复合肥专用筛分设备,确保筛分效率和产品粒度的均匀性。
(4)采用新型高效专用原料和大颗粒返料破碎机,提高原料和大颗粒返料的破碎效果,进而保证产品颗粒外观的光滑度和粒度均匀度。
(5)高塔复合肥生产装置采用流化床预冷却和振动冷却散堆机深度冷却技术,利用制冷除湿后的干燥空气对成品进行长达1h以上的深度冷却降温,使颗粒内、外温度均得到彻底冷却,包装温度可降至40∀以下,同时使原料组分间的化学反应在包装前基本完成。
采用预热后的除湿干燥尾气对半成品进行预冷却,既使高温、高湿的半成品得到冷却,有利于筛分,又可进一步降低水分含量。
(6)团粒法生产装置采用新型高效的水冷包膜机,一方面使粉状、油状防结块剂均匀包裹在成品颗粒表面,形成均匀致密的包膜层,另一方面利用地下水使成品得到进一步的深度冷却。
3.2 规范和完善各项工艺指标(1)针对不同季节、不同配方和产品规格,制定相应的生产工艺指标,严格控制产品水分含量、包装温度和产品粒度均匀度。
(2)针对不同季节、不同配方和产品规格、不同贮存时间,制定相应的防结块剂用量指标和选择不同类型的防结块剂品种,确保防结块剂用量的均匀准确性和包膜的均匀性。
3.3 规范和完善各项制度(1)包装袋采用优质加厚的内衬薄膜的编织袋,同时在缝口折边处衬1条牛皮纸,并且对缝线间距进行了规定,以确保内衬不破损、缝口处不吸湿。
(2)成品仓库采取有效的通风、防雨和防晒措施,成品上垛采用叉车和托盘架,托盘架高度在200~300mm,这相当于设置了通风孔和散热孔,同时大垛之间预留通风间隙。
通过采用新技术和专用设备对生产装置进行优化改造,并规范和完善了相应的生产工艺指标和管理规章,所生产的各类复合肥,尤其是高氮复合肥产品的结块与粉化问题得到基本解决,使产品贮存3个月不结块、不粉化。
4 结语(1)高氮复合肥产品的结块与粉化是复合肥生产企业普遍存在的问题,该问题的解决在一定程度上反映了企业的技术实力,更体现了企业的整体管理水平。
