提升高塔全水溶硝基复合肥品质的技术与应用

宋明凯

（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253000）

近年来，我国持续推行减肥增效，大力推动环境保护，在国家提倡发展节水节肥农业的大背景下，以水溶性肥料为代表的新型肥料备受关注，各级地方政府相继响应国家的发展战略，越来越多的企业顺应时代潮流，投入到全水溶性肥料研发生产中［1］。

高塔全水溶硝基复合肥作为一种新型高效肥料，在提高肥料利用率、节约农业用水、减少生态环境污染、改善作物品质以及降低劳动强度等方面具有明显优势。硝基复合肥是以硝酸铵为氮源，添加磷、钾等原料，生产出的高浓度NPK复合肥料产品，既含有硝态氮又含有氨态氮，有利于提高作物对氮素的吸收利用率，比单一氮素产品更有利于作物增产。

山东华鲁恒升化工股份有限公司（以下简称华鲁恒升）高塔复合肥装置在2014 年建立，2015 年年初正式投产，设计产能60万t/a，配套20万t/a硝酸铵溶液装置。自装置投产以来，不断对生产装置进行优化提升，目前已具备生产高氮、高磷、高钾等不同配方复合肥的能力。根据国家出台的一系列引导、激励、扶持政策，华鲁恒升不断研发新型高效肥料，通过多次配方优化、小试，解决了复合肥行业全水溶高端配方产品水溶性差、易板结的生产难题，生产的水溶性复合肥产品引领市场，深受用户好评。

1 高塔全水溶硝基复合肥生产工艺流程

华鲁恒升采用高塔熔融造粒法制备全水溶硝基复合肥，工艺流程见图1。浓缩后w（NH4NO3）为99%的硝酸铵溶液进入塔顶1#混合槽中，同时粉状的水溶性工业级磷酸一铵（MAP）和系统产生的返料加入1#混合槽与硝酸铵溶液充分融合，混合后料浆溢流进入2#混合槽中；粉状的水溶性硫酸钾、磷酸二氢钾和辅料加入2#混合槽，在机械搅拌作用下，与从1#混合槽溢流来的料浆制备成混合均匀的料浆；混合料浆由差动式造粒机喷浆造粒，液滴在造粒塔内下落过程中与上升的空气流热交换后冷却凝结成圆滑的固体颗粒，经筛分、冷却、包膜处理后得到复合肥成品［2］。

图1 高塔熔融造粒法制备全水溶硝基复合肥工艺流程

2 提升高塔全水溶硝基复合肥品质的技术和方法

华鲁恒升生产的全水溶硝基复合肥配方有高钾和高磷两种，新产品进入市场时，普遍反映产品的水溶性效果差，滴灌施肥出现堵塞喷孔现象，产品质量不稳定，水溶性效果好时产品结块严重，产品无结块时水溶效果却下降。经市场调研和同行业交流学习，发现全水溶硝基复合肥生产厂家普遍存在产品质量不稳定的现象［3］，属于行业生产难题。后期经反复试验探索，摸索出一套提升高塔全水溶硝基复合肥品质的技术和方法，并取得较好的效果。

2.1 原辅材料选择

华鲁恒升硝基复合肥装置以自产硝酸铵溶液为氮源，全水溶性磷酸一铵、硫酸钾、磷酸二氢钾等原辅材料靠外购供给。因原辅材料生产厂家采用的矿源和生产工艺存在差异，造成不同产地同规格的原辅材料在物化性质上存在较大差异，如水不溶物、pH、游离酸、细度等方面存在差异。不同产地同种规格原材料分析对比详见表1。

表1 不同产地同种规格原材料分析对比

从表1中数据可以看出，不同产地的工业级磷酸一铵指标存在差异，尤其是颗粒粒径差异较大。水不溶物和白度会直接影响产品的品质；原料粒径较大生产中会增加破碎负荷，而且在混合槽中溶解过程时间较长，容易造成混合槽内壁及搅拌轴上结疤。由表1可知，不同产地的硫酸钾，水不溶物和游离酸指标差异较大，水不溶物差距20 倍余。游离酸偏高的硫酸钾，会造成料浆pH 偏低、料浆黏稠，生产过程中易出现堵塞管道、喷头，产生异形粒，而且还会影响产品结块［4］。因此，选用好的原材料才能产出高品质的产品。

2.2 溶解速率实验

针对高塔全水溶硝基复合肥溶解速率慢的问题，华鲁恒升生产车间查阅了大量文献资料，有文献报道添加崩解剂可以提高溶解速率［5］。经了解崩解剂在滚筒造粒、有机肥、尿基肥生产上的使用较多，在高塔硝基复合肥配方上使用的几乎没有。于是，华鲁恒升生产部门从生产原材料进行分析，首先对正在使用的4 种不同产地的w（K2SO4）为52%的硫酸钾进行溶解性实验，通过对比不同厂家钾盐的溶解速率，分析钾盐对成品溶解速率的影响。

分别称取不同产地的4种钾盐（实验中标记为A、B、C、D）各2 g 置于20 mL 纯净水中，每隔30 s 搅拌一次，观察并记录4 种钾盐的溶解速率。同时，在保持其他原材料不变的情况，分别将4种不同产地的钾盐制成配方17-17-17 的颗粒水溶肥，筛分不同粒径范围，进行溶解实验，相关溶解实验数据见表2。

从表2中数据可以看出，产地D的硫酸钾粉状细腻，溶解速率快，用其制成的产品颗粒溶解速率快，小粒径范围的产品溶解更快。实验说明，硫酸钾的细度和产品颗粒范围均会影响成品颗粒的溶解速率。

表2 不同产地硫酸钾溶解速率实验

2.3 防结块剂优选实验

为保证高塔全水溶硝基复合肥产品防板结效果，进行防结块剂优选实验，以优选出高质量防结剂，提升高品质产品市场竞争力。华鲁恒升选定具有一定规模、产品质量可靠、资金实力雄厚、技术力量强的厂家生产的产品，进行防结剂优选实验，从成品结块情况、现场扬尘和全水溶性等方面进行对比分析，验证防结效果。选择在7—8 月空气湿度最大的时间段进行实验（气温28～36 ℃、空气相对湿度86%），根据防结剂类型进行组合优化（见表3），筛选最佳组合的防结剂。实验产品指标见表4。

表3 防结块实验防结剂组合

表4 防结剂筛选优化实验所用产品指标

对比实验结果，水溶性防结剂在17-17-17 水溶肥的防结性能表现排序依次为：④≥⑩＞⑨＞②=③＞⑦=⑧=⑤≥⑥＞①；其中④和⑩效果最好。单粉剂添加，存在扬尘问题；液体水剂+粉剂组合方式防结效果较好，而且添加液体水剂后的肥料产品在整个包裹过程中，扬尘问题可以得到很好的控制。于是，优选出b 型液体水剂和c 型粉剂组合效果最佳，下一步实验将针对两种防结剂添加量继续进行调整和优化，得到最佳值。

2.4 工艺优化改造

选用好的原辅材料可以提升全水溶复合肥的水溶性和溶解速率，筛选优化防结剂的组合可以在一定程度上提升产品防结性能，同时提高生产设备性能也尤为关键。（1）原料的细度越高，物料的黏性就越佳，提高破碎机的效能就显得特别重要，改造升级为两级破碎，同时缩小筛网孔径尺寸，会极大提高破碎效果；（2）降低成品颗粒的包膜温度，可降低成品结块率［6-7］，大部分生产厂家原设计仅2#冷却滚筒使用除湿机冷却降温，若把1#冷却滚筒也改造成除湿机强制冷却降温，实现两级冷却改造后夏季颗粒温度可降低5～8 ℃；（3）延长物料在包裹油滚筒内的停留时间，提高防结剂的涂抹均匀度，提高液体水剂的喷头雾化效果，减少油粉添加间距，间距控制在1.0～1.5 m，可有效减轻产品结块。

3 结语

华鲁恒升在实际生产过程中，通过不断摸索和反复实验，筛选出可以提升全水溶硝基复合肥品质的原材料指标，优化出防结剂的最佳组合，同时对装置进行了优化提升。改进后，全水溶硝基复合肥产品品质大幅度提升，解决了复合肥行业高塔全水溶硝基复合肥配方产品水溶性差、易板结的生产难题，产品引领市场，深受百姓好评。