大型磷铵装置技术探讨及国产化设计

大型磷铵装置技术探讨及国产化设计 云南化工设计院有限公司

【摘 要】单系列年产磷铵 40万吨以上称为大型磷铵装置 .自 20世纪 50年代在美 国密苏里建设了世界上第 1 个磷铵装置以来 , 国外磷铵装置技术经过几十年地改进 , 开发完善了多种磷铵生产技术 , 关键区别在于管式反应器和预中和反应器地应用 .本 文介绍了不同磷铵技术地优、缺点 . 管式反应器加热中和反应器混合工艺是两者优 点地有机结合 . 既具备管式反应器反应热利用率高地优点 ,又对湿法磷酸地质量有较 强地适应性 ,此工艺为发展大型磷铵装置地最佳工艺 . 并介绍云南化工设计院有限公 司为云贵地区6套60万t/a磷铵装置国产化设计简况. 【关键词】 大型磷铵装置技术探讨国产化设计

MAP和DAP统称为磷铵.原料采用气氨或液氨和高浓度地磷酸生产磷铵,称为传 统法；

使用气氨和低浓度磷酸生产磷铵 , 称为料浆法 . 传统法是由磷矿和硫酸反应制 得磷酸后, 先将磷酸进行浓缩再用氨中和 ,并将料浆进行造粒干燥制得粉状或粒状产 品. 料浆法是将未经浓缩地磷酸直接用氨中和 , 然后将中和料浆进行浓缩 , 浓缩后料 浆送去造粒干燥制得粉状或粒状产品 . 单系列装置年产大于40万吨磷铵地为大型装置,12〜39万t/a为中型磷铵装置, 小于 12 t/a 为小型磷铵装置 .本文就大型磷铵装置地技术进行探讨 .

1 国内外磷铵技术状况 磷铵地工业化生产一般采用湿法磷酸与合成氨进行中和而制得 , 反应方程式如 下： NH 3+I4PQ ---- > NHHPQ (MAP +Q NH 3+ NHdHPQ ------ ( NH) 2HPQ(DAP +Q 以上两反应均为放热反应 , 反应热可以用于蒸发由磷酸带入地水分 . 料浆法生产磷铵地主要优点在于能够利用中低品位磷矿生产低浓度地磷酸 , 工 艺技术较成熟 , 设备材质要求较低 . 但料浆法主要用生产磷酸一铵 , 大规模生产磷铵 一般不采用该方法 .

传统法工艺通常既能生产磷酸一铵 ,也能生产磷酸二铵 , 而且可以建设大型磷铵 生产装置. 1． 1 国外磷铵工艺技术简况

磷铵是一种高浓度复合肥 ,自 1917年在美国密苏里建设了世界第 1个采用湿法 磷酸为原料生产磷铵地装置以来 , 其生产方法引起了广泛地重视 , 通过几十年地不断 改进, 开发并完善了多种磷铵地生产工艺技术 . 20世纪60年代,美国TVA开发了预中和转鼓氨化粒化磷铵生产工艺技术，使磷 铵在

生产技术上和经济上取得了突破 , 在此后地 20 多年中世界上众多地磷铵生产装 置均采用该工艺 .截止目前 ,该工艺仍是世界上磷铵生产采用最多地工艺 .该工艺对 磷矿地适应性强,操作简单，但要求反应槽中和料浆地含水量在 12%^25%,以保证料 浆地流动性，致使造粒物料地返料比较高，能耗也较高• 为克服不足,20世纪70年代末,TVA首先采用管式反应器工艺代替槽式中和工 艺. 管式反应器工艺对中和料浆地含水量要求低 , 因而可降低造粒物料地返料比及能 耗低•但最初,管式反应器技术仅能成功地用于 MAP NPK地生产,不能用于DAP地生 产.为此，在TVA开发地管式反应器工艺基础上,西班牙地INCRO,ESPANDESA国地 AZF,荷兰荷丰等公司进行技术开发,使管式反应器工艺成功地应用于 DAP地生产. 同时为方便装置生产和操作控制,美国JACOBS^口西班牙地INCRO公司结合管式 反应器工艺和预中和器工艺地优点 , 开发出预中和 +管式反应器地联合工艺 , 该工艺 操作简单、灵活 . 目前国外生产磷铵地工厂主要分布在美国、日本、印度、土耳其、法国等国家 装置规模大型化是国外磷铵生产发展地大趋势 ,最近几年,已在沙特、印度等许多第 三世界国家和地区投资兴建了数套大规模 DAP/NPK装置,当前国外单系列最大规模 已达到 3712t/d 磷铵（美国） . 1 ． 2 国内磷铵工艺技术简况

我国在 1963年就完成了中和双轴制磷铵地实验 ,1969年南化磷肥厂建成 1套年 产 3 万吨磷铵装置 ,采用多槽中和喷浆造粒干燥工艺 , 但由于设备结构不合理 ,于 1974年

改为预中和转鼓氨化粒化工艺 .针对我国磷矿地特点 ,近十多年,建设了一批 小型“料浆法”磷铵装置 , 为我国磷复肥生产地发展做出了一定地贡献 . 为满足农业对磷肥地需要 ,20 世纪 80 年代以来,我国先后引进国外先进地工艺 技术建设了多套DAP装置（见表1）.铜陵磷铵厂年产12万吨DAP装置采用喷浆造 粒干燥技术；南化、大连年产 24万吨DAP装置采用预中和转鼓氨化粒化工艺技 术；黄麦岭年产18万吨MAP/DAP装置采用预中和加十字管反应器工艺；中阿化肥 有限公司年产48万吨DAP（NPK装置采用双管式反应器工艺；广西鹿寨、江西贵 溪年产24万吨DAP装置，贵州宏福年产60万吨DAP装置采用单管式反应器工艺； 云南三环中化嘉吉化

肥公司年产 60万吨DAP云南三环年产2X 60万吨DAP贵州开 阳2X 60万吨DAP贵州息烽60万吨DAP等装置,均采用预中和加管式反应器混合工 艺技术.通过多年地消化、吸收和生产，目前我国在磷铵工程设计、设备制造、生产 等方面基本与国际水平接近. 表1国内磷酸二铵地生产装置及技术简况

地址或厂名 装置规模（万t.a - 1） 生产工艺技术

银川、个旧等 3 预中和氨化粒化（国内技术） 华县、湛江等 6 预中和氨化粒化（国内技术） 铜陵 12 槽式中和喷浆造粒干燥（引进） 铜陵 24 预中和氨化粒化（国内技术）

红河州 18+18 INCRO,S.A.管式反应器+预中和反应槽 混

合工艺（改建） 金昌 12 AZF双管反应器（引进）

南化、大连 24 预中和氨化（引进） 云峰公司（宣威） 24 预中和氨化（引进） 贵溪 24 预中和氨化粒化（国内技术） 秦皇岛中阿 48 AZF双管反应器（引进）

鹿寨 24 TR单管反应器（引进）

黄麦岭 18 Jacobs预中和转鼓氨化（引进）

贵州宏福 60+60 Norsk Hydro管式反应器+预中和槽

（由40万吨重钙改建） 云南三环中化嘉吉 化肥公司 60 INCRO,S.A.管式反应器+预中和反应槽 混

合工艺 云南三环中化 60+60 预中和+管反混合工艺（国产化） 云南富瑞 60 预中和+管反（国产化） 贵州息烽 60 预中和+管反（国产化） 贵州开阳 60+60 预中和+管反（国产化） 2. 几种典型磷铵生产工艺技术比较

磷铵生产地工艺技术较多 , 大中型装置基本体现在反应系统设置不同 , 目前主要 地生产工艺有：预中和转鼓氨化粒化工艺、预中和 +管式反应器工艺、双管式反应 器工艺、单管式反应器工艺 . 下面就几种典型工艺特点介绍如下：

2． 1 预中和转鼓氨化粒化工艺

预中和转鼓氨化粒化工艺是由美国国家肥料开发中心（ NFDC开发研究，又称 TVA流程.该工艺是将氨和磷酸按比例在预中和器中反应 ，生产一定n （N）/n（ P） 比

地磷铵料浆 , 然后通过料浆泵送至造粒机 , 同时在造粒机中补加一定量地氨和磷酸 使之在造粒地同时 , 继续进行反应以获得产品质量要求地 n（ N） /n （ P） . 该工艺在 世界上建厂最多 , 目前我国已有 6 套年产 24 万吨生产装置 , 大多生产 DAP. 工艺优点：①从20世纪60年代开发一直使用至今，其技术相当成熟可靠，我国 也有丰富地设计和生产经验；②对磷酸地浓度、磷酸地质量要求较低 ，对磷酸地杂 质含量没有特定地要求 , 对磷矿地适应性强 , 装置操作简单 , 同时产品品位调整容易 , 方便操作容易掌握 . 该工艺缺点：①技术不够先进；②与管式反应工艺相比 ，需要中和槽及料浆泵 送系统,流程较复杂，设备故障多，维修量大；③由于料浆泵输送地要求料浆含水量 较高（20% ,造粒及系统地返料比高（5〜6）,相同规格设备地操作弹性小，干燥能 量消耗多；④需要使用消泡剂，操作费用增加；⑤造粒机固体床层内需氨分布器及 其支承管梁 , 氨分布器容易堵塞 , 支承管梁易产生积料现象 , 影响装置开工率 .

2．2 单管式反应器工艺

单管反应器工艺是管式反应器安装在造粒机中 , 氨和磷酸地反应在管式反应器 中一次完成•该工艺建厂生产MAP较多，生产DAP地目前全世界约有10余套装置,其 中我国有3套装置在生产，即江西贵溪24万吨/年DAP（技改）、广西鹿寨24万吨/ 年DAP（新

建）、贵州宏福24万吨/年DAP（技改）. 工艺优点：①采用单管反应器工艺，磷酸和氨能够一次氨化到磷铵产品要求地 氮磷比,改变操作负荷，调节产品规格、调整中和反应条件容易；②没有中和槽和料 浆泵送系统，使流程简化，减少了操作和维修费用；③造粒机固体床层内无需氨分布 器（无二次氨化） , 支承氨分布器地钢结构可以取消 , 消除了氨分布器容易堵塞而停 车以及支承管梁地积料现象；④由于没有料浆泵送地要求 ，反应料浆地含水量可以 降至5%-10%操作,可使造粒及全系统地返料比减至（2.5〜3: 1）,使相同设备地操 作弹性增大；⑤由于返料量少，相同规格设备地生产能力增大，单位产品地能耗量低, 使干燥能耗