尿基复合肥生产技术综述

上海化工研究院

国家磷复混肥生产技术与装备研究推广中心

一．前言

现代农业对化学肥料的要求不仅仅数量要足，而且适用性要好。为了满足用户的要求并获得更好的经济效益，一般对基础肥料如磷铵、尿素、氯化钾等进行二次加工制成复混肥。复混肥是近代化肥发展的必然趋势，在化肥工业发达的国家已占化肥总用量的70%～80%。由于复混肥具有养分综合，便于科学配肥，省工省时，肥效显著等优点而得到高速发展

2003年我国氮肥产量2879万吨N，尿素实物产量3630万吨，尿素已占我国氮肥总产量的60％。以尿素为氮源制NPK三元复肥也日益受到重视，单一养分尿素用于二次加工生产高浓度复混肥的数量在逐步增大,高浓度尿基复合(混)肥料生产技术的进步已显得非常重要，主要表现在以下几个方面。

①市场：随着尿素生产能力的扩大，尿素产品已从买方市场转到卖方市场，并且尿素市场波动大，许多尿素生产企业由于市场的变化造成开工率不足，企业经济效益较差，急需进行产品结构调整，而调整的主要方向是发展高浓度尿基复合(混)肥。

②化肥利用率：终所周知，尿素产品单独施用，由于其溶解度大，易造成淋溶、挥发损失，化肥利用率较低，仅为30％左右；而发达国家尿素利用率可达60％左右，差距较大。实践证明，将单一养分适当配制制成复合(混)肥料施用，则由于养分氮、磷、钾产生的联合效应，一般较单一养分施肥，作物可增产10％～15％。换句话说，复合(混)肥的施用，提高了化肥利用率。

③价格：从国内外各种化肥的比价来看，按单一养分比较，氯化钾(MOP)价格{zd1}，重钙(TSP)、尿素(U)、磷铵(MAP或DAP)居中，复混肥料(NPK)价格{zg}，国外的价格比例大体是1：1.65：2，而国内则大约为1：1.5：1.9，即以尿素为原料生产复混肥料，企业经济效益可提高25％～27％。

④技术：常用复混肥工艺生产高浓度尿基复混肥料，特别是制造高氮比的尿基复混肥料时，造粒、干燥操作弹性比较低，有时操作会变得非常困难，产品的颗粒亦外观较差，颗粒强度低，结块现象严重。

⑤发展方向：发展高浓度复合(混)肥料是一个世界性的发展趋势，并符合我国化肥工业发展的产业政策。

综上所述，高浓度尿基复合(混)肥的生产和技术进步将成为我国复混肥料发展的一个热点，并成为各尿素生产厂xx的焦点。

但由于尿素熔点低(132.7℃)，含尿素肥料的临界相对湿度(CRH)和软化温度都比较低，给生产、操作带来诸多困难，制约了尿基复混肥的发展。

上海化工研究院长期从事复合肥料的研究和技术推广工作，团粒法复合肥料的技术自八十年代以来已推广应用于遍及全国三百多个厂家，并有成套技术和设备出口东南亚国家。近几年又根据尿素生产厂家生产复混肥的实际情况，全力开发了尿液料浆法、塔式尿基复合肥料等新的生产工艺技术，现将NPK颗粒复混肥的不同生产工艺叙述如下。

二、生产工艺

1、团粒法工艺

团粒法工艺的成粒基本原理是一定细度的基础肥料借助盐类自身的溶解产生的液相和水或水蒸汽把粉粒表面润湿，在适宜的液相存在条件下，通过机械搅动促使粒子在不断运动下，物料间相互碰撞、挤压、滚动使其紧密而成型，团聚粘附成粒。

图1．团粒法复合肥料生产流程简图

是我国目前颗粒状复混肥的主要生产方法。根据造粒设备的不同可以分为圆盘成粒、转鼓成粒等工艺。该工艺技术简单、成熟；操作和控制容易；对原料适应性相对较强、产品规格容易调整，可使用各种基础肥料进行造粒生产不同养分浓度的复混肥料；装置通用性强；建厂条件低，不受原料限制。但此工艺的缺点是成粒率低，能耗较大，颗粒外观差，对高氮比尿基肥生产弹性较差。

团粒法生产工艺流程框图见图1

2、料浆法工艺流程

料浆法造粒工艺的原理是造粒用基础肥料一部分是以料浆形式送入造粒机，料浆作为液相与其它粉粒状原料和返料在造粒机内涂布或粘结成颗粒。根据造粒机的不同形式，该工艺又可分为：(1) 转鼓造粒工艺，(2) 圆盘造粒工艺，(3) 喷浆造粒工艺，(4) 双轴造粒工艺，(5) 流化床造粒工艺和（6）转鼓幕帘造粒工艺。依据料浆原料可以分尿基、硝铵基和磷酸铵。

国内磷复肥生产包括引进的DAP/NPK生产装置和星罗棋布的料浆法磷铵装置和以磷酸为头的硫基复混肥装置均以喷浆造粒为主。该方法把造粒和干燥合并在一起，通过涂布、粘合和自成粒形成颗粒，所得颗粒产品具有较好的物化和机械性能。我国{zd0}的单套复混肥装置――天脊煤化工的90万吨硝酸磷肥是国内{wy}采用双轴造粒的工艺。

部分料浆法尿基(硝铵基)复混肥生产技术是上海院近几年研究并推广的专利技术(专利号00116235.7)。该工艺利用尿素及硝铵具有较大的溶解度和较低熔点的特点，并利用其料浆的热量，将≥95％的高浓度溶液或熔盐直接喷入造粒机与其它粉粒状原料团聚成粒。工艺流程框图见图2。

该工艺利用低含水量的尿素(或硝铵)溶液既有利于整个生产装置的水平衡，在造粒过程中尿素(或硝铵)溶液又能释放出结晶热，可提高造粒温度，降低造粒机出口产品水分，提高了干燥负荷。用溶液造粒在成粒过程中产生既有团聚成粒特点又具有涂布作用，使产品外观圆润，颗粒强度增大，过程控制中自动化程度得到大大提高。

部分料浆法工艺可利用尿素(或硝铵)生产厂的半成品作原料，省去了尿素造粒的操作费用和产品的包装运输费用，且充分利用了尿液的热能，降低了生产过程的能耗和产品的成本，是尿素(或硝铵)生产厂进行产品结构改善可选择的复混肥生产工艺路线。

图2 部分尿基(硝铵基)料浆法复合肥料生产流程简图

部分料浆法工艺克服了传统团粒法工艺生产尿基复混肥中的难点，提高了产量和产品品质，降低能耗。此项技术已在全国建设了约50套5～20万吨/年不同规模的生产装置。该工艺的技术特点：

(1) 去了尿素浓缩液的造粒、包装、运输等费用，也省去了固体尿素复合肥时破碎、固体物料计量、运输等麻烦的操作。

(2) 尿素溶液直接参与造粒时，可使造粒物料的造粒温度由40℃左右升到60℃左右，造粒水分由～5%降至～2.5%，大大减轻了干燥负荷。

(3) 用尿素溶液的粘性，在造粒机内帮助物料成粒，提高了物料的成粒率，使其生产能力增加约30%，动力消耗相应减少30%。

(4) 产品的颗粒强度由原来的～12N提高到～30N，成品水分由2.0%降到1.0%，颗粒外观的改善。结块倾向得以减缓。

(5) 装置的配料、流量等多种控制回路均采用自动控制，大大提高了装置的自动化程度，直接操作人员减少，装置的生产效益明显提高，操作环境得到改善，生产过程更趋平衡，产品质量稳定。

3、无干燥工艺

考虑到体系性质、投资和操作成本，开发尿基复混肥生产的无干燥工艺成了热点，尤其对于尿素生产厂。尿素已成为我国化肥中最重要的氮源，以尿素为氮源制造高浓度复混肥也日益受到重视。但由于尿素熔点低，含尿基的复混肥料临界相对湿度比较低，给生产、操作带来诸多困难，因此不带干燥系统的熔体造粒工艺对尿基复混肥的生产具有特殊的吸引力。

图3 颗粒氮钾复合肥(氮磷钾掺混肥)工艺流程

料浆法无干燥造粒工艺是上海院最近开发的复混肥生产工艺。既可以生产氮钾肥(此氮钾肥可作掺混肥的原料)(工艺流程见图3)也可生产氮磷钾复混肥(原则工艺流程见图4)。料浆可以是尿素溶液或熔体；也可以是尿素溶液和氯化钾(或硫酸钾)生成的低共熔点化合物；料浆作为液相和磷素原料(如重钙、磷铵等)、钾盐(氯化钾或硫酸钾)在造粒机内涂布或粘结成球。造粒机可以是转鼓、圆盘或转鼓幕帘。

图4 料浆法造粒工艺原则工艺流程框图

由于尿素熔点较低、溶解度大，不易结晶固化，造粒物料的成球率低，该工艺的技术关键是通过调整料浆组分或添加特殊物料制备料浆，以改善成球性能，使之达到较好的造粒工况。

图3流程工艺更是将大颗粒尿素生产和钾肥成球技术有机地结合起来，氮钾产品颗粒成粒率高，颗粒大小可以调节，颗粒表面光滑、圆润，不易结块，具有较高的市场竞争力。产品规格可以按需要灵活调整,既可以生产氮钾颗粒肥；也可以接掺混装置生产氮磷钾掺混肥，解决了目前掺混肥生产过程中钾的粒度对产品质量的影响；产品规格可多样化，磷素原料来源更广；投资更省、操作费用更低。

4、熔体造粒工艺

熔体造粒工艺的特点是物料处于高温熔融状态，含水量很低且可流动的熔体直接喷入冷媒（冷媒通常是空气或熔体物料不溶解的液体，如矿物油等）中，物料在冷却时固化成球形颗粒；或者可流动的熔体喷入机械造粒机内的返料粒子上，使之在细小的粒子表面涂布或粘结成符合要求的颗粒。溶液的蒸发或浓缩固要需要消耗能量，但在能量利用方面远较干燥颗粒产品有效，更何况在某些生产工艺中还可以充分利用反应热来蒸发部分甚至全部水分；一般的造粒工艺，干燥机通常是造粒装置中{zd0}的而且也是最昂贵的设备，熔体造粒工艺无需干燥，节省了投资和能耗。

图5. 造粒塔喷淋造粒制尿基复合肥原则工艺流程框图

熔体造粒法制复合肥技术最早应用于磷酸一铵（MAP）、硝酸磷酸铵（APN），尿素磷酸铵（UAP），在这些生产方法中，可以加入钾盐或其它固体物料生产颗粒状氮磷钾复合肥产品。按造粒方式的不同，熔体造粒法制复合肥工艺主要可分为：造粒塔喷淋造粒工艺，油冷造粒工艺，双轴造粒工艺，转鼓造粒工艺，喷浆造粒工艺，盘式造粒工艺，钢带造粒工艺等。

造粒塔喷淋造粒工艺应用最早、最广泛的是单一氮肥（如尿素、硝酸铵等）的造粒，现已扩大到氮磷及氮磷钾复合肥料的造粒。荷兰斯塔米卡本公司曾用造粒塔喷淋造粒工艺生产硝酸磷酸铵钾；挪威海德鲁用造粒塔喷淋造粒制尿素磷酸铵及尿素磷酸铵钾。该工艺的一个特殊要求是，氯化钾必须磨得细，以防止造粒喷头的孔眼堵塞，并且需要将其预热到足够高的温度，以防止混合时熔融物冷却。上海化工研究院报导了以熔融尿素、磷酸一铵、氯化钾等为原料，造粒塔喷淋造粒制尿基氮磷钾复合肥的生产技术，并实现了工程化，其原则工艺流程见图5。

该技术利用熔融尿素和磷酸一铵、氯化钾可以形成低共熔点化合物的特点，将粉状磷酸一铵、氯化钾、添加剂等各自加热后，加入熔融尿素中，通过反应生成流动性良好的NPK共熔体，再通过专用喷头喷入复合肥造粒塔，在空气中冷却固化成颗粒，获得养分分布均匀，颗粒性状较好的复合肥料。产品规格有：24-12-12，23-11-11， 24-0-24等。

与常用的复混肥制造工艺相比，熔体造粒工艺具有以下优点：

(1) 直接利用尿素浓溶液，省去了尿素溶液的喷淋造粒过程，以及固体尿素制复混肥料时的破碎操作，简化了生产流程。

(2) 熔体造粒工艺充分利用原熔融尿素的热能，物料水分含量很低，无需干燥过程，大大节省了能耗。

(3) 可以生产高氮复合肥，{zg}氮含量产品为颗粒尿素的生产。

(4) 合格产品颗粒百分含量很高。

(5) 颗粒表面光滑、圆润，不结块，具有较高的市场竞争力。

(6) 操作环境好，无三废排放，属清洁生产工艺。

(7) 熔体造粒装置基建投资和操作费用通常比常规的固体配料蒸汽造粒装置要低，生产规模大的装置更是如此。

10万吨工程装置开车结果表明：

(1) 工艺流程简单，设备少，易操作。

(2) 产品性能好，颗粒表面光滑、圆润，水分低，只要包装好，产品不结块。

造粒塔喷淋造粒的主要缺点是：

(1) 产品规格受到一定的限制，因为混合物必须能够形成可流动的熔体；

(2) 产品颗粒大小调节范围较窄，特别是颗粒较大的产品生产有一定的难度；

(3) 温度，混合时间，配比，颗粒大小的控制要求比较严格；

(4) 造粒塔必须有一定的高度，对小型生产装置来说，投资费用并不节省。

三、投资估算和产品单位消耗

上海化工研究院推出的料浆法高浓度复混肥生产装置和熔体塔式尿基复混肥生产装置的投资估算和产品单位消耗见下表：

表1 熔体塔式高浓度复混肥生产装置投资匡算

表2 熔体塔式尿基复混肥单位成品成本估算表

产品规格：N-P₂O₅-K₂O＝24-12-12， (如采用固体尿素，尿素损耗增加2％，蒸汽吨耗增加0.1)

表3 料浆法高浓度复混肥生产装置投资匡算

表4 料浆法单位成品消耗定额表

产品名称:高浓度复肥(以N-P₂O₅-K₂O=15-15-15计)