張雪峰,曾志偉
(云南云天化股份有限公司,云南 昆明 650228)
我國磷復(fù)肥工業(yè)經(jīng)歷了60 多年的發(fā)展歷程,特別是近20 年的高速發(fā)展,已經(jīng)進入產(chǎn)能過剩的時代。磷酸二銨(DAP)是被農(nóng)資市場廣泛認可的高濃度肥料,既可直接作為基肥或追肥,適用于喜氮需磷作物,亦可作為原料與氮、鉀及其他作物所需的元素摻混為摻混肥(BB肥)。
有研究顯示,基礎(chǔ)肥料的粒徑差異將影響摻混肥產(chǎn)品施用的精準度,造成養(yǎng)分的不均勻性[1-2],原料基礎(chǔ)肥料的SGN 值(Size Guide Number,主導(dǎo)粒徑)是影響摻混肥養(yǎng)分分離狀況的主要物理特性[2-3]。
SGN 由加拿大學(xué)者開發(fā)[4]。國家標準GB 21633—2008 附錄B 中指出[3],SGN 即平均主導(dǎo)粒徑,是指根據(jù)質(zhì)量分數(shù)50%以上所在兩篩間物料的平均粒徑,反映的是主導(dǎo)粒徑的大小。磷酸二銨SGN 值為顆粒粒徑大?。╩m)的100 倍,如檢測計算后SGN值為315,即該磷酸二銨產(chǎn)品的平均粒徑為3.15 mm。SGN 值越小,則產(chǎn)品顆粒整體粒徑越?。环粗?,則產(chǎn)品顆粒整體粒徑越大。
國標GB 21633—2008[3]指出,原料基礎(chǔ)肥料的SGN 值一般在280 ~340 比較適合摻混。導(dǎo)致?lián)交旆食霈F(xiàn)分層及養(yǎng)分分離現(xiàn)象的因素有很多,如原料基礎(chǔ)肥料的密度、離子強度、粒徑和粒徑分布等,其中粒徑的影響最為顯著[5]。SGN 值和UI 值(均勻度指數(shù))是反映肥料產(chǎn)品粒徑的常用指標[6],目前已廣泛應(yīng)用于磷復(fù)肥生產(chǎn)領(lǐng)域,作為產(chǎn)品內(nèi)控標準。磷復(fù)肥企業(yè)主動供應(yīng)適宜SGN值的磷酸二銨產(chǎn)品,是BB肥市場自然選擇的結(jié)果,不少BB肥企業(yè)采購合同中明確列出了SGN值要求。
同時,大顆粒磷酸二銨產(chǎn)品(SGN值高)相對小顆粒產(chǎn)品(SGN 值低)粉塵含量低,粒子強度高,不易破碎和結(jié)塊,利于較長距離的運輸。而且,大顆粒肥料產(chǎn)品適于規(guī)模化種植的機械化施肥。
2.1.1 造粒機
磷酸二銨生產(chǎn)過程中,造粒機內(nèi)的噴漿造粒通過將霧化料漿涂布、黏結(jié)在抄揚返料形成的料幕顆粒上使顆粒長大[7]。造粒機內(nèi)成粒過程同時存在徑向偏析與軸向偏析,顆粒群在造粒機(回轉(zhuǎn)圓筒)內(nèi)運動一段距離后,軸向偏析才能達到最佳狀態(tài)。造粒機內(nèi)物料成粒進程中,料幕密度是影響物料SGN 值的關(guān)鍵因素。一般而言,料幕密度越小,顆粒增大得越快、越不均勻,且管式反應(yīng)器(或中和槽)噴射的料漿易穿透料幕,直接黏附在造粒機筒壁形成結(jié)疤;反之,參與成粒的細小顆粒越多,料漿越難以均勻涂布,影響造粒工況。造粒機內(nèi)料幕密度與造粒機轉(zhuǎn)速、直徑、擋料圈高度有關(guān)。
2.1.2 篩網(wǎng)
工藝運行平穩(wěn)、造粒工況良好的情況下,造粒機出口物料粒徑分布為:≤2 mm 占比10% ~30%,2 ~4 mm占比50%~70%,≥4 mm占比5%~15%。此時合理的篩網(wǎng)孔徑是獲得成品理想SGN值的必要因素。筆者取造粒機出口物料500 g,選用不同孔徑篩網(wǎng)組合進行模擬振動實驗,振動器型號為XSB-88,振擊次數(shù)為147次/min,振動時間為120 s,之后取兩篩網(wǎng)間成品檢測計算其SGN值,結(jié)果見表1。
表1 磷酸二銨產(chǎn)品篩分模擬實驗結(jié)果
由表1可知,對于相同的原料,采用不同的篩網(wǎng)組合,其SGN值差異明顯;模擬實驗2篩分后的產(chǎn)品SGN 值達328,但其篩除的產(chǎn)品中合格粒子(2 ~4 mm)比例高達62%,造成不必要的經(jīng)濟損失;模擬實驗3 篩分后的產(chǎn)品SGN 值為312,其篩除的產(chǎn)品中合格粒子(2 ~4 mm)比例為42%,可作為系統(tǒng)返料。
2.1.3 破碎機
磷酸二銨生產(chǎn)流程中,篩分后不合格的大顆粒物料經(jīng)破碎機破碎后進入返料系統(tǒng),如破碎機選型不佳或破碎性能不佳,返料中大顆粒物料占比過高,易導(dǎo)致造粒工況惡化。
2.2.1 料漿水含量、噴射角度
料漿中一定比例的液相利于成粒和顆粒長大,也有利于生產(chǎn)裝置的水平衡。料漿水含量過低,自成粒作用增強,產(chǎn)品細粉增多[7],而且導(dǎo)致料漿輸送困難,噴口堵塞,噴漿不均進而粘結(jié)成塊或大顆粒[7]。部分企業(yè)也用料漿相對密度來反映料漿水含量。
料漿噴射角度過小,料漿易噴射至造粒機內(nèi)壁而形成結(jié)疤,使造粒工況惡化;反之霧化效果差。
2.2.2 返料比
涂布造粒為料漿均勻涂布在返料顆粒上,在工況良好的情況下,以涂布造粒為主。實際生產(chǎn)中一般以造粒機出口物料干濕程度及粒徑分布狀況調(diào)節(jié)系統(tǒng)返料比。返料比過高,易造成粒子偏細;反之,料漿易噴射至造粒機內(nèi)壁形成結(jié)疤。
2.2.3 二次通氨量
磷酸二銨生產(chǎn)過程中,料漿n(N)/n(P)(也稱中和度)為1.4 ~1.6,造粒機內(nèi)二次通氨后可提高至1.7 ~2.0。二次通氨除具有提氮蒸水作用外,還影響物料粒徑,使得物料顆粒失水過多,外表黏結(jié)性下降,粒徑無法順利長大。實際生產(chǎn)中可通過調(diào)整二次通氨量來調(diào)控造粒機物料干濕程度及粒徑分布狀況。
根據(jù)磷酸二銨SGN值的影響因素分析結(jié)果,制定提高磷酸二銨SGN 值的措施。選擇公司1 套300 kt/a 多功能復(fù)混肥裝置實施生產(chǎn),可根據(jù)市場需求,生產(chǎn)磷酸二銨,磷酸一銨,高、中、低濃度復(fù)合肥,硫磷酸銨等系列肥料,其生產(chǎn)工藝流程為普通傳統(tǒng)法工藝流程,同時配有管式反應(yīng)器與中和槽(料漿制備)。根據(jù)客戶需求,磷酸二銨產(chǎn)品SGN目標值為280 ~340。之前產(chǎn)品SGN 值為260 ~305,為進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量,在不改變工藝流程及主體設(shè)備的情況下,采取了如下技術(shù)措施。
3.1.1 選用新規(guī)格的篩網(wǎng)
根據(jù)篩網(wǎng)模擬實驗結(jié)果,利用檢修機會,更換裝置振動篩篩網(wǎng),新篩網(wǎng)規(guī)格為粗篩3.8 mm×3.8 mm、細篩2.8 mm×2.8 mm(裝置原篩網(wǎng)規(guī)格為粗篩3.5 mm×3.5 mm、細篩2.5 mm×2.5 mm)。篩網(wǎng)更換后,成品包裝系統(tǒng)輸出更多符合SGN值(280 ~340)要求的磷酸二銨成品。
3.1.2 造粒機內(nèi)壁安裝膠板
為減輕結(jié)疤等現(xiàn)象,在造粒機內(nèi)壁安裝膠板,膠板表面光滑,料漿不易在在膠板上形成結(jié)疤。即便形成結(jié)疤,在造粒機筒體通氣孔的配合下,結(jié)疤也易脫落。造粒機內(nèi)壁不結(jié)疤或很少結(jié)疤,有利于造粒工況的穩(wěn)定,以及工藝調(diào)整與優(yōu)化。
3.2.1 調(diào)整料漿噴射角度
將料漿噴射角度適當(dāng)下傾(由45°調(diào)至43°),此時料漿與料幕的距離縮短,霧化料漿落入料層后還有相當(dāng)部分具有黏結(jié)性,使黏結(jié)成粒量增加,物料顆粒長大[7],有利于提高產(chǎn)品SGN值。
3.2.2 調(diào)整造粒洗滌液相對密度
生產(chǎn)實踐中,料漿由造粒洗滌液與氨反應(yīng)制得,料漿水含量的高低很大程度上與造粒洗滌液相對密度有關(guān)。之前為提高裝置產(chǎn)能,造粒洗滌液相對密度控制為1.55 ~1.60。為增加料漿液相量,利于顆粒長大,將指標控制范圍下調(diào)為1.53 ~1.57。
3.2.3 調(diào)整二次通氨量
適度減少二次通氨量,保持造粒物料微潮,利于顆粒長大,提高產(chǎn)品SGN值。
在不改變現(xiàn)有工藝流程及主體設(shè)備的情況下,通過采取上述技術(shù)措施,該裝置連續(xù)生產(chǎn)15 d,共45個批次,磷酸二銨產(chǎn)品SGN均值為312,最小值為290,最大值為325;同時UI 均值為61。實現(xiàn)了既定目標,既達到合同標準,提高了磷酸二銨產(chǎn)品的市場競爭力,也為公司磷酸二銨產(chǎn)品SGN值的提高探索了一整套行之有效的技術(shù)方法。