一种以硫酸、尿素、磷酸一铵、聚合助剂低温聚合生产含聚磷酸铵复合肥料新技术

一种以硫酸、尿素、磷酸一铵、聚合助剂低温聚合生产含聚磷酸铵复合肥料新技术

（现有氨酸法复合肥生产装置产品升级新技术）

新乡市威远化工新技术有限公司

咨询电话：03735604558 13903735886 丁荣伟

１、前言

     为了适应现代绿色生态农业发展的要求，功能性复合肥料、缓释性肥料等新型肥料观念相继被提出。产能过剩、产品同质化严重、利用率低是困扰磷复肥企业的三大难题，而解决问题的核心在于技术升级、产品创新和资源科学利用。磷复肥的产品结构应向着g效化、复合化、水溶化的方向发展，生产工艺也应从粗放型向精细化发展。现代肥料已经由“等养分等效”向“形态、含量、助剂”方向发展的新理念，磷复肥行业应向着：减少固定（隔离和科学的使用方法）、提高肥效（水溶、防拮抗）、分别施用（增加移动性）和配合其他元素（添加剂）共同提高利用率四个方向发展，而水溶性聚磷酸铵产品正好符合这一要求。

     与国外相比，国内对于农用聚磷酸铵的研究起步较晚，其性质、组成及生产方法还存在着一定的争议。目前国内生产农用液体聚磷酸铵，主要利用高成本的热法聚磷酸或经过精制的高浓度湿法磷酸和氨聚合反应，存在生产成本偏高、聚合度低等问题；国内生产农用固态聚磷酸铵，主要利用湿法磷酸和尿素在高温条件下聚合生产固态聚磷酸铵，如贵州某公司投资1，45亿元建设的年产5万吨固态农用聚磷酸铵项目，利用P2O5大于40%的湿法磷酸和部分尿素先生成磷酸脲溶液，经喷雾干燥生成晶体磷酸脲，晶体磷酸脲再与另一部分尿素在220度高温条件下聚合，并经冷却、破碎、筛分，终生成固态肥料级聚磷酸铵。该项目存在投资大、工艺流程长、设备多、聚合温度高、副产物多、污染物排放量大等问题。仍需不断通过技术进步，改变原料结构，优化生产工艺，降低生产成本，提供质优价廉的聚磷酸铵产品，尤其是提供便于大田作物施用的固态农用聚磷酸铵。

    由于经济发展的不平衡及施肥习惯的差异，用于滴灌或冲施作业的液体肥料或水溶性粉体肥料或水溶性颗粒肥料，在肥料整体消耗量中所占比例较小，目前市场上施用比例大的仍是颗粒状NPK多元复合肥料。

    传统的颗粒状多元复合肥料产品存在同质化现象严重、肥料利用率低下、市场竞争激烈，而含聚磷酸铵颗粒复合肥料在国内属于空白。

    在传统颗粒复合肥料生产过程中，由于原料特性及生产工艺不同，在造粒过程中仍需添加部分无养分和对作物无作用的粘土或其它有机类粘接剂辅助造粒，这一方面增加了生产成本、降低了产品含量，同时也可能带来不易生物降解的有害物质，污染了土壤。

    基于此，我公司在传统氨酸管式反应器喷浆造粒生产工艺的基础上，开发了一种聚磷酸铵溶液喷浆造粒生产含聚磷酸铵颗粒复合肥生产新技术，该技术利用复合肥生产常用的低价农用磷酸一铵、尿素、浓硫酸和少量助剂，先配制酸性聚磷酸铵预聚体溶液，再将酸性聚磷酸铵预聚体溶液输送到管式反应器内与气氨发生聚合反应生成含聚磷酸铵粘性料浆，并将粘性含聚磷酸铵料浆喷洒到滚筒造粒机内，与其它无机原料聚合造粒生产含聚磷酸铵颗粒复合肥料。该技术将聚磷酸铵的合成和复合肥生产有机结合，既减低了生产成本、提高了生产能力，又改善和提高了产品品质，且生产成本较低，适合大规模推广应用。

2、以农用浓硫酸、磷酸一铵、尿素和聚合助剂生产含聚磷酸铵颗粒复合肥料技术

2.1、以农用浓硫酸、磷酸一铵、尿素和聚合助剂低温制备酸性聚磷酸铵预聚体溶液。

 2.1.1、主要化学反应方程式

(1) 、磷酸一铵在浓硫酸的脱水作用下聚合生成酸性聚磷酸铵

nNH4H2PO4------ (NH4)n-xHxPnO3n+1   + (n-1)H2O+ xNH3

 (2) 、磷酸一铵与硫酸反应生成硫酸氢铵和磷酸

 H2SO4  +  NH4H2PO4------ NH4 HSO4  +  H3PO4

 (3) 、磷酸、尿素和聚合助剂在低温下聚合生成低聚合度聚硫酸铵

 nH3PO4 + (n-1)CO(NH2)2----(NH4 )n+2PnO3n+1+(n-4)NH3+ (n-1)CO2

 H2O + CO(NH2)2----2NH3+ CO2

 H2SO4 + NH3---- NH4 HSO4

NH4 HSO4+ NH3----( NH4 )2SO4

(4) 、可能发生的副反应

 (NH4 )n+2PnO3n+1---------- H3PO4+NH3+ H2O

2 CO(NH2)2----NH3+ NH2-COH-NH-CO-NH2

H2O + CO(NH2)2----2NH3+ CO2

2.1.2、聚磷酸铵反应机理

磷酸首先失去一个质子，该质子进攻尿素分子的-NH2基，质子化-NH2基的N加强了与其相连的C原子的正电性；之后，得到质子的尿素分子与另一个P分子形成中间体；失去一个质子的磷酸的O负离子进攻上述C原子，与中间体形成一单体。以上过程反复进行，终生成聚磷酸铵。上述聚合反应动力学属于不可逆二级反应机制，反应活化能为70,605kj/m0l。

2.1.3、酸性聚磷酸铵预聚体溶液生产工艺过程

磷酸一铵、洗涤水、尿素按照一定的比例和投料顺序加入到带搅拌的反应釜中，混合反应10-15分钟，形成均匀温度的酸性脲硫磷酸铵溶液，放入到中间反应釜并加入低温聚合助剂，在80-90度条件下搅拌反应30-40分钟形成酸性聚磷酸铵溶液，放入储罐待用。反应釜和储罐产生的少量废气接入造粒机尾气管道，经酸洗、水洗后排放，

2.2、酸性聚磷酸铵预聚体溶液氨酸管式反应器喷浆造粒生产工艺过程

中间储罐来的酸性聚磷酸铵预聚体溶液经泵加压计量后，送入特制的氨酸管式反应器与来自氨站的气氨反应生成聚磷酸铵和硫酸铵混合料，经雾化喷头喷洒到滚筒造粒机料层上，再与固体原料和返料及料层内的气氨、蒸汽混合造粒，出造粒机的物料再经干燥、冷却、筛分、包膜等工序处理，生产含聚磷酸铵的颗粒复合肥。

2.3.该技术生产含聚磷酸铵颗粒复合肥料的主要技术特征；

（1）该技术利用复合肥生产常用的廉价原料浓硫酸、尿素、磷酸一铵、聚合助剂、生产尾气洗涤液、气氨在低温条件下合成，聚合反应条件温和，工艺控制简单，使现有的高价聚磷酸铵低廉化，与添加外购的聚磷酸铵生产含聚磷酸铵颗粒复合肥相比，有很大的成本优势

（2）该技术聚磷酸铵聚合分别在反应槽、管式反应器及造粒机内进行，主要在反应槽中，在低温聚合助剂、磷酸一铵中的金属离子的促进下快速进行，同时在管式反应器及氨化造粒机内氨条件下，实现聚磷酸铵晶型转化。

（3）该技术采用气氨作为复合肥生产过程中的物料的PH值氨化调理剂，也作为聚磷酸铵聚合的缩合剂，同时还是化学反应热源的主要提供者，使造粒温度高达65-75°C，可节省大量的蒸汽消耗。

（4）该技术在酸性溶液配制、及低温聚合反应过程中充分利用硫酸脲及硫酸稀释的反应热而无需额外大量蒸汽加热，聚合反应温度低，尿素水解量低，同时聚磷酸铵溶解度大和与金属离子形成螯合胶体，使配制的酸性聚磷酸铵预聚体料浆浓度高、水分低、不易沉降、不易结晶、便于输送和计量，同时工艺简便、安全、操作简单。

（5）该技术将聚磷酸铵的溶液的生产和复合肥的生产有机结合，充分利用聚磷酸铵溶液、聚磷酸铵金属螯合物的粘性及造粒过程中产生的磷酸二铵的粘性提高物料的成球率，同时利用造粒过程中硫酸、气氨及其它原料之间的化学聚合作用提高成球率，无需添加粘土等其它造粒剂，实现无粘土生产各类复合肥产品，一次成球率高达75%以上。

（6）该技术针对不同配方的尿基复合肥品种，通过调整气氨氨化剂及酸性聚磷酸铵预聚体料浆的用量均可达到理想的造粒效果（一次成球率大于75%）和颗粒外观。即可实现无粘土生产三元高浓度含聚磷酸铵尿基复合肥品种（如：25-5-10、28-6-6等），也可实现无粘土生产二元中低浓度尿基含聚磷酸铵复合肥品种（如：25-5-0、30-5-0、12-5-8等）及含聚磷酸铵尿氮肥品种（如：28-0-0、30-0-0等）；通过调整酸性料浆的组成，还可实现无粘土生产含聚磷酸铵硝基复合肥品种（如：15-18-10等）及其它有机无机复合肥料。扩大了产品生产范围并提高了生产能力，弥补了目前传统蒸汽造粒、氨酸造粒技术在生产复合肥产品仍需添加粘土的不足。由于降低了粘土用量，可大量利用氯化铵等低价原料，降低了产品的原料费用。

（7）该技术由于酸性聚磷酸铵预聚体、磷酸一铵和气氨相互反应产生了大量反应热，无需大量蒸汽加热，即可使造粒温度达到65-75°C的造粒温度，节省了大量蒸汽。由于造粒物料温度高、水分低，也大幅度降低了干燥负荷和煤或天然气热源消耗，产品水分也比较低小于1.5%。由于一次成球率高、系统返料少，生产能力提高，吨肥电耗也明显降低，节能效果明显。

（8）由于造粒温度高、原料之间化学聚合成球性能强和各类复盐生成强度大，促使产品颗粒强度更高，大于30N，产品结块、粉化、吸潮倾向更弱，使生产的含聚磷酸铵复合肥料在少量防结块剂处理的情况下，即可使产品不结块、不粉化。

（9）该技术采用化学聚合造粒机理，突破了传统造粒技术所需要的原料配伍限制，对原料的粘性无特殊要求，避免了传统蒸汽团粒法和氨酸法复合肥生产工艺对磷酸一铵、氯化铵等原料粘性要求，扩大了原料的适用范围。

（10）该技术由于化学聚合反应的产生，以及原料之间形成各类复盐能力增强，颗粒强度高，同时部分磷肥以聚磷酸铵态存在以及聚磷酸铵对金属离子的螯合作用，，使该技术生产的复合肥产品具有一定的缓释功能，同时也提高了肥料的综合利用率。

（11）该技术由于造粒一次成球率高，生产系统粉尘小，便于实现清洁文明生产；造粒过程中无白色氯化铵凝胶气体产生，造粒尾气经酸洗、水洗即可实现达标排放；冷却尾气、洗涤尾气含尘少，处理简单，可利用简单的一次水洗涤，即可实现达标达，干燥尾气由于烘干温度低，尾气排放中也无大量白色水汽产生；干燥尾气、冷却尾气、收尘尾气经旋风除尘、重力沉降和水浴洗涤均可实现达标排放。洗涤循环水作为活化液补水回收利用，无污水外排。该工艺技术可真正实现低污染、低能耗、清洁文明生产。

（12）该技术造粒过程属于化学聚合造粒过程，一次成球率高，造粒过程控制和操作简单，可实现自动造粒控制，大大降低造粒人员的劳动强度，避免出现其它造粒工艺常出现的不同操作人员造粒成球率、产量和养分波动现象。

2.4.酸性聚磷酸铵预聚体溶液喷浆氨酸聚合造粒技术生产含聚磷酸铵复合肥料产品配方及原料成本对比

（1）主要配方原料成本对比

表1：高浓度尿氯基含聚磷酸铵复合肥25-14-6原料配方对比

备注说明：

  低温聚合聚磷酸铵喷浆氨酸造粒工艺与添加外购聚磷酸铵氨酸法造粒工艺相比，吨肥原料成本降低了96.15元。

表2：高浓度尿氯基含聚磷酸铵复合肥25-14-6原料配方对比

备注说明：

低温聚合聚磷酸铵喷浆氨酸造粒工艺与传统氨酸法造粒工艺相比，吨肥原料成本增加了38.7元。

表3：高浓度尿氯基含聚磷酸铵复合肥25-14-6原料配方对比

备注说明：

低温聚合聚磷酸铵喷浆氨酸造粒工艺与半料浆氨酸法造粒工艺相比，吨肥原料成本增加了19.75元。

表4：高浓度尿氯基含聚磷酸铵复合肥25-14-6原料配方对比

备注说明：

低温聚合聚磷酸铵喷浆氨酸造粒工艺与传统氨酸法造粒工艺相比，吨肥原料成本降低了58.0元。

（2）、原料成本对比结论

 酸性聚磷酸铵预聚体溶液喷浆氨酸聚合造粒技术在生产高、中浓度尿氯基复合肥方面，与外购聚磷酸铵传统氨酸法造粒工艺生产含聚磷酸铵复合肥相比，平均吨肥原料成本降低90元左右，加之生产能力的提高及蒸汽、煤、电的降低，吨肥综合生产成本平均可降低100元。

 酸性聚磷酸铵预聚体溶液喷浆氨酸聚合造粒技术在生产高、中浓度尿氯基复合肥方面，与传统蒸汽造粒工艺生产不含聚磷酸铵复合肥相比，平均吨肥原料成本降低50元左右，加之生产能力的提高及蒸汽、煤、电的降低，吨肥综合生产成本平均可降低60元。

酸性聚磷酸铵预聚体溶液喷浆氨酸聚合造粒技术在生产高、中浓度尿氯基复合肥方面，与传统氨酸法有粘土造粒工艺生产不含聚磷酸铵复合肥相比，平均吨肥原料成本仅增加了40元左右，但产品外观和内在质量明显提升。

酸性聚磷酸铵预聚体溶液喷浆氨酸聚合造粒技术在生产高、中浓度尿氯基复合肥方面，与半料浆氨酸法造粒工艺生产不含聚磷酸铵复合肥相比，平均吨肥原料成本仅增加了20元左右，但产品外观和内在质量明显提升。

 3、酸性聚磷酸铵预聚体溶液喷浆氨酸聚合造粒技术应用范围及投资概况。

3.1、适用于产品范围

该技术既适用于各类高中低浓度尿基复合肥产品的生产，适用于各类高中浓度硝基复合肥产品的生产，还适用于各类高中低浓度无机复合肥产品的生产，但不适用于含普钙、重钙复合肥产品的生产。

3.2、适用于复合肥生产装置范围

该技术既适用于无氨站、酸站资源的传统蒸汽滚筒造粒复合肥生产装置的升级改造，更适用于现有氨酸造粒复合肥生产装置的产品升级改造。