磷酸二铵装置生产粒状磷酸一铵技术探讨

姚 语

（云南天安化工有限公司生产管理部，云南安宁 650309）

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磷酸二铵装置生产粒状磷酸一铵技术探讨

姚 语

（云南天安化工有限公司生产管理部，云南安宁 650309）

通过对磷酸二铵装置生产粒状磷酸一铵的技术进行探讨，采用预中和＋管式反应器生产工艺路线，并对相关工艺指标进行系统性调整，可以用磷酸二铵生产装置生产粒状磷酸一铵。对工艺指标的优化进行了论述，确定了主要工艺控制条件。

磷酸二铵；粒状磷酸一铵；预中和；管式反应器

云南天安化工有限公司公司有2套60万t／a磷酸二铵（DAP）装置，分别于2005年3月、2007年7月投产，装置运行状态良好，产品无论是内在质量，还是外观质量，在同行业内都处于较高的水平，有较强的市场竞争力。但是，从目前的市场情况看，由于政策因素，DAP的出口受到一定程度的影响，而国内DAP处于供大于求的状况。根据粒状磷酸一铵（GMAP）目前的市场销售情况看，GMAP的最终利润贡献要比DAP大。公司2套DAP装置，虽然在设计时没有考虑生产GMAP，但是，从生产原理及装置的工艺特点来看，通过对局部的工艺路线改进以及对相关工艺指标进行系统性调整来生产GMAP是完全可行的。

1 GMAP生产原理

与磷酸二铵生产原理一样，磷酸和氨发生中和反应，生成多种化合物，产物可为磷酸一铵、磷酸二铵甚至磷酸三铵。在中和反应过程中，随着参加反应的氨与磷酸的物质的量比不同，反应得到的料浆中MAP与DAP所占的比例也不同，料浆的物性参数也随之不同。因此，为了配制符合生产工艺要求的料浆，氨与磷酸的物质的量比MR（简称中和度）是十分重要的工艺控制参数。另一方面，由于湿法磷酸中含有Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、CaO、F－、SO42－等杂质，在氨中和过程中，这些杂质将生成多种复杂化合物，与产品共存，这些复杂化合物会严重影响料浆及磷铵产品的组成和性质。主要化学反应方程式如下：

2 DAP装置生产GMAP的工艺路线

我公司60万t／a DAP装置，所采用的是目前世界上较为成熟的管式反应器加预中和反应器的混合工艺来生产DAP，用来生产GMAP亦属于较为先进的工艺装备，在工艺路线及设备上稍做改进，对系统各个操作单元的氨酸比进行调整，控制造粒机出口及最终产品的中和度便可生产出合格的GMAP。

2.1 改进前工艺路线状况

公司二期60万t／a DAP装置采用双管反生产工艺技术，装置分以下生产工序：主控工序、洗涤工序、造粒工序、沸腾炉工序。

2.2 改进原因及改进内容

由于双管反工艺技术生产的GMAP粒子强度过大，破碎机长时间过负荷运行，造成生产能力过低。而采用预中和方法，通过对预中和中和度和料浆密度的控制，在造粒过程中可降低粒子的强度从而有效提高破碎机破碎效力，最终保证装置的生产能力。采用双管反生产GMAP时，装置喷浆量为（35＋15）m3／h，只能达到生产能力的80%左右。所以在生产GMAP过程中将工艺路线改为预中和＋管反生产工艺路线。

2.3 工艺路线改进后运行效果

生产GMAP时，将工艺路线改为预中和＋管反生产工艺路线，装置喷浆量为（42＋25）m3／h，装置生产能力可达85～90 t／h，装置负荷能力超过100%，生产出来的GMAP质量亦能满足要求。

3 工艺指标的优化及选择

3.1 工艺指标的优化

3.1.1 中和度

在磷铵生产过程中，中和度的控制直接影响到磷铵产品的组成、P2O5的水溶率、生产过程中的氨损失、氟逸出率及料浆粘度等，是中和过程中最重要的控制指标。一般中和度大于1.0时，料浆中开始有DAP产生，而中和度小于1.0的情况下，料浆中只有MAP。根据溶解度曲线，当中和度为1.0时，磷酸和氨的反应物在体系中的溶解度最小，料浆粘度较大，因此无论是预中和还是管式反应器，生产中应避免中和度在1.0时操作，以防止出现较高粘度的料浆，造成料浆输送困难或堵塞容器和管道。用常压预中和反应器生产时，中和度一般控制在0.7～0.8左右，用管式反应器生产时，由于其反应温度较高，使料浆粘度有所降低，中和度可适当提高，一般控制在0.75～0.85左右；为保证生产能力的最大化，在保障粒子强度及产品内在质量的同时，必须保障造粒机内液相量最低，所以，要求造粒机内的中和度要尽可能趋近于1.0，正常生产情况下一般造粒机出口中和度控制在1.03～1.08。

3.1.2 料浆温度和料浆密度

正常生产情况下，料浆密度和料浆温度及中和度都是有密切联系的几个指标，较高的料浆密度必定配有较高的料浆温度及相应的中和度，一般情况下，料浆密度和料浆粘度成正比，即密度越高，粘度越大，而料浆温度在一定范围内和粘度则成反比，即温度越高，粘度越小。在造粒过程中，保持较高的料浆温度是保证料浆有较好输送条件的基础，也有利于降低干燥负荷，所以其可调性相对较小，而料浆密度则可根据造粒过程的成粒情况，视需要作相应调整。在GMAP生产中，由于反应热偏低，产品水分指标控制较难，通常采取适当提高喷浆比重和干燥温度来实现；而喷浆比重的提高，对造粒机的成粒和管式反应器的堵塞造成较大影响，对操作控制要求较高。通常情况下，磷酸与氨中和生成的反应热，无论是预中和还是管式反应器，除了保证料浆温度达到要求外，还要蒸发掉料浆中的一部分水分。在较高温度下既可防止固体磷铵析出，同时又保障了中和料浆有较好的流动性和相对较高的料浆密度，从而保证较高的生产效率。

预中和槽料浆温度控制为95～110℃，密度控制为1 550～1 630 kg／m3；

管式反应器料浆温度控制为120～135℃，密度控制为1 570～1 650 kg／m3。

3.1.3 料浆停留时间

为了避免副反应发生，料浆停留时间应尽可能短，管式反应器内料浆的停留时间在1～2s。为了使预中和槽的操作稳定，需要保持反应器有一定的缓冲容积，一般预中和液位控制在40%～60%，预中和反应料浆停留时间为30～40 min左右。为了尽可能降低反应过程的时间，尽量减少不可溶物的生成，减少热损失，同时提高生产效率，在实际生产中适当提高管式反应器的喷浆量是非常必要的。根据装置的设计能力，改生产GMAP后，管式反应器和预中和的喷浆量可暂以（40＋20）m3／h为基准。

3.1.4 返料比

液相量是一个综合性非常强的非定量指标，无论是喷浆量的大小，造粒中和度的高低，返料量的多少，以及返料温度和造粒温度等都对其产生影响。由于其是非定量指标，所以，在操作过程中只能通过对其相关的指标进行认真分析，提高对造粒物料液相量的预见性，并根据造粒机出口物料的干湿程度对其进行调整。例如，根据造粒机出口物料的干湿程度，要提高液相量，则适当增加喷浆量或降低料浆比重，亦可降低或增加造粒中和度，和适量减少返料量，反之，要降低液相量，则适当降低喷浆量或提高料浆比重，亦可提高或减小造粒中和度（使其趋近于1.0），适量增加返料量，其中喷浆量和造粒中和度调整的速度最快、最明显、最直接。液相量控制的好坏，是造粒的核心内容，从经验看，确保造粒机出口物料不潮湿，粒子不过分粘结，但是粉尘量相对要少，是判断液量控制好坏的标准。在实际操作过程中，要尽可能将造粒机出口物料中和度控制在1.0左右；返料比控制在5∶1左右。

3.1.5 管式反应器与预中和喷浆比值

为了尽可能降低反应过程的时间，尽量减少不可溶物的生成，减少热损失，同时提高生产效率，在实际生产中适当提高管式反应器的喷浆量是非常必要的。根据装置的设计能力，改生产GMAP后，管式反应器和预中和的喷浆量可暂以（40＋20）m3／h为基准，即2∶1的比例。

3.2 主要工艺控制条件的确定

3.2.1 氨化造粒及干燥过程工艺条件的选择

和DAP生产一样，生产过程中将达到一定中和度的磷铵料浆和管式反应器料浆，喷射到造粒机内物料床上，与循环返料充分混合，借附聚及涂布作用，在物料床上通过物料的滚动形成一定粒度的颗粒物料，同时在物料床层内通过通氨继续中和产品中游离酸至需要的中和度，并借助反应热进一步蒸发掉一部分水分；在干燥机内，固体物料与热气流并流干燥，经干燥达到水分含量要求的物料自干燥机排出，一部分经筛分、冷却、包装出厂，另一部分（大部分）经破碎后返回造粒机作为循环返料；造粒机、干燥机、冷却机及设备通风等排出的气体进入洗涤系统，除去NH3、氟、尘后达标排放；干燥机采用燃煤产生气体加热，它有一套完整的自控回路，控制其进、出口气体温度。影响造粒和干燥系统的主要指标有：液相量、喷浆量、造粒中和度、返料比、干燥机进出口气体温度等。

干燥机进出口气体温度是产品水分控制的第一要素，同时影响返料温度，再而影响造粒过程的液相量。干燥机进口气体温度的控制必须充分考虑磷铵的化学和物理特性，进口温度控制过高，会导致局部物料过热、结块，氨逸出。对造粒而言，由于造粒过程不可避免产生结块物料，局部过热后其结垢的强度会大幅增加，不易在筒体的转动下形成颗粒，再加上部份被烧结的物料，使系统内块状物料大量增加，经破碎机后，形成片状物和粉尘，造成返料质量下降，影响产品粒度和外观，并可能形成系统物料恶性循环。由于磷酸一铵的物理和化学特性，干燥机进口温度可适当提高到400～500℃。而干燥机出口气体温度则要考虑产品水分含量、物料温度及气体中水蒸气的露点等。根据装置的实际情况，控制在82～110℃即可。

3.2.2 洗涤过程工艺条件的选择

生产GMAP时，由于预中和槽及造粒干燥过程氨和磷酸的中和度较生产DAP要低得多，所以，生产GMAP系统的氨逸出量要比生产DAP时要少得多，最终导致洗涤系统中和度的下降，产生结晶的概率降低，从而改善了整个洗涤系统的操作条件。根据其他公司生产经验，结合我公司实际情况，中和造粒尾气洗涤器的氮磷物质的量比控制为0.2～0.4，干燥尾气洗涤器的氮磷物质的量比控制可在0.4以下；洗涤塔、冷却塔洗涤液的pH值为4～5；造粒气液分离器洗涤液密度控制为1 550～1 650 kg／m3。系统工艺指标调整对比见表1。

表1 DAP与GMAP生产工艺指标对比Tab.1 Comparison of production process of DAP and GMAP

3.2.3 原料湿法磷酸的质量指标

湿法磷酸质量是保证系统稳定运行及控制产品粒度的最基础的指标，磷酸中的杂质含量不但影响GMAP的质量，同时更直接影响整个造粒过程。生产GMAP时，湿法磷酸质量控制指标见表2。

表2 湿法磷酸用于生产GMAP时质量控制指标Tab.2 Quality control index of GMAP for production of wet process phosphoric acid

4 优化工艺条件下装置运行效果

生产GMAP时，将工艺路线改为预中和＋管反生产工艺路线，装置喷浆量为（40＋20）m3／h，装置生产能力可达85～90 t／h，装置负荷能力超过100%，所生产出来的GMAP产品质量亦能满足要求。

优化工艺条件下料浆密度及中和度指标见表3，湿法磷酸质量指标见表4，GMAP产品质量见表5。

表3 优化工艺条件下料浆密度及中和度指标Tab.3 The density and the degree of neutralization of slurry in the optimized process conditions

表4 湿法磷酸生产GMAP时质量指标Tab.4 Quality index of production of GMAPby wet process phosphoric acidw／%

表5 GMAP产品质量指标Tab.5 Quality indicator of GMAP product

2014年7月，一期60万t／a DAP装置有29批次GMAP产品出厂，质量合格率为100%。

5 结论及建议

1）通过对装置的局部工艺路线进行适当改进、并对相关工艺指标进行系统性调整，可以用DAP生产装置生产粒状GMAP；

2）GMAP生产对湿法磷酸指标要求为：w（P2O5）≥48.0%、w（Fe2O3）≤1.31%、w（A12O3）≤1.77%、w（MgO）≤1.40%、w（含固量）≤2.5%、MER值≤0.09；

3）GMAP生产时，主要工艺指标控制范围：料浆中和度控制在0.7～0.85、密度控制在1 550～1 620 kg／cm3；

4）原料磷酸P2O5含量对装置运行的稳定和产品质量会产生重大影响，故生产GMAP时对原料磷酸P2O5含量的合理定位至关重要。建议磷酸P2O5质量分数控制在48.5%；

5）目前DAP装置大多所采用滚筒式破碎机，该类型设备生产能力相对较低，但破碎后产品粒度相对规则。生产过程中由于GMAP粒子强度较高，如果长期生产GMAP，可选择链锤式破碎机为系统物料破碎设备，可大幅提高生产能力；但是，选择链锤式破碎机要综合考虑破碎机能力和产品粒度规整程度之间的平衡；

6）磷酸中Fe2O3、Al2O3、MgO、SO3、固相物含量是影响造粒工况、产品质量和装置稳定运行的又一重要因素，实际生产过程中，以上因素会通过杂质系数（MER值）和料浆密度反应出来，建议生产过程中严格控制MER≤0.09、料浆密度≤1630 kg／m3。

［1］ 杨国安.一期60万吨／年磷酸二铵装置工艺手册［M］.云南安宁：云南天安化工有限公司，2014.

［2］ 杨国安.二期60万吨／年磷酸二铵装置工艺手册［M］.云南安宁：云南天安化工有限公司，2014.

Study on Production of Granular Monoammonium Phosphate from Diammonium Phosphate Device

YAO Yu

（Department of production management，Yunnan Tian Chemical Co.，Ltd.Anning 650309，China）

Through discussion on the technology of production of granular monoammonium phosphate from diammonium phosphate device，using pre neutralization＋tube reactor production process and the relative parameters of system adjustment，granular monoammonium phosphate can be produced by using the device for production of DAP.The optimization of process parameters is discussed，and the main process control conditions are determined.

diammonium phosphate；granular monoammonium phosphate；pre neutralization tube type reactor

TQ442

A

1004-275X（2015）05-0048-04

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.05.012

收稿：2015-09-14

姚语（1969－），男，昆明人，工程师.主要从事磷复肥生产技术研究及生产管理.