磷酸二铵生产工艺简述

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磷酸二铵的化学质量
执行中华人民共和国国家标准：GB10205-10212-88
磷酸二铵（颗粒）技术要
指  标  名  称        DAP
        优等品        一等品        合格品
有效磷（中性柠檬酸铵溶性磷，以P2O5计） %        46~48        ≥42        ≥38
水溶性（以P2O5计）% >        42        38        32
总氮含量 N%        16~18        ≥15        ≥13
总养分（有效磷+总氮）%  ≥          64        57        51
水份含量  %        1.5        2.0        2.5
粒度 （1~4mm），%        90        80        80
磷酸铵盐是一种含有磷和氮两种营养元素的高浓度复合肥料，它由氨中和磷酸而制成。磷酸有三个氢离子，可以依次地为氨所中和生产磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸三铵。工业上制得的磷酸铵盐肥料实际上是一铵和二铵的混合物。以一铵为主的肥料称为磷酸一铵肥料，以磷酸二铵为主的肥料称为磷酸二铵肥料。通常，前者含磷52％，含氮12％；后者含磷约46％，含氮约18％；磷酸三铵不稳定，在常温下就能放出氨而变成磷酸二铵，磷酸二铵较磷酸三铵稳定，但当温度达90℃时，开始分解放出氨并转变为磷酸一铵。磷酸一铵是最稳定的，加热到130℃以上才会分解放出氨而变为焦磷酸，甚至变成偏磷酸。因此磷酸一铵和磷酸二铵都能作为肥料使用，并且能够按任何比例混合。  
1 原料技术要求
1.1 磷酸
P2O5                                                29~46%
1.2        硫酸
H2SO4 含量 :        93~98 %  w/w
4.1.3        氨
状态  :        液体
NH3 含量 :                 99.5 % w/w  
1.4 包裹油
类型 :                                                胺化油
2 废水和废气
在正常操作情况下，该工艺不排放废水。为安全起见，设有污水坑，以收集清洗废水或偶尔的溢出物，并在以后重新掺入系统予以回收。
尾气洗涤器之后，通过烟囱排放的气体
3  生产原理
料浆的生产工艺：
a. 仅采用预中和器。
先期建成的近10套大中型磷铵装置中多数采用预中和工艺.磷酸和少量硫酸与氨在管式反应器或预中和器中反应，生产磷酸二铵料浆。料浆中不足的氨通过插入造粒机固体床层的氨分布器加入。要求在离开造粒机的物料中，以磷酸铵形式存在的N/P2O5接近2.0。
以预中和工艺生产DAP,中和槽的反应料浆中和度为n(N)n(P)=1.4~1.5,此处放出的反应热用于提高料浆温度到110~120℃,并蒸发料浆中的部分水分。含水20%左右的料9浆用泵送至造粒机,继续氨化至n(N)n(P)=1.85,在造粒机中放出的反应热用于提高造粒机内物料的温度及用于蒸发水有利于保持造粒机在最佳温度(80~90℃)范围内运行。否则,造粒机中有过剩热量及液相量,造粒机运行会变得困难,其生产能力就会受到极大限制。以预中和工艺生产DAP,一般有易操作,系统运行稳定,装置开车率高的优点。预中和工艺作为生产DAP的一种很经典的工艺,应用历史长,建的装置数也最多。但预中和工艺也有其明显不足,比如有效热利用率偏低,返料比大,干燥能耗高等。
b．仅采用管式反应器.
1）以单管工艺生产DAP, 以单管工艺生产DAP,系统的稳定运行难度更大一些。为了改善造粒机中的热平衡,就需要降低投料量,以减少造粒机中的反应热,同时增加返料比,以增加造粒机中反应热的移出量,导致装置生产能力下降。优点是是浓磷酸和氨在管式反应器内,在较高的压力和温度下进行反应,生成熔融体高浓度料浆,直接卸入造粒机料床上,粒化时,返料比相应减少,消除了用泵输送高粘度、低水分料浆的困难，管式反应器工艺与传统预中和工艺相比,具有设备简单、能耗低的特点。
2）以双管工艺生产DAP。就是在造粒机和干燥机内各安装一个管式反应器。第二个管式反应器产生的反应热可以使进干燥机粒状物料的水分进一步降低。第二管式反应器生成的磷酸一铵细粉，少部分扑在磷酸二铵表面上并反应使最终产品的中和度降到1.87,双管反应工艺优点：解决了单管反应器生产DAP的热负荷过重的问题；操作费用低（节省氨和燃料），按的回收率高（DAP车间为95%，NPK生产达到99%），装置开机率高。
C．采用管式反应器加预中和器组成的混合工艺（PR＋PN）。
新建大中型磷铵装置中则较多地选用了混合工艺，混合工艺仍保留了传统的预中和槽,在造粒机增设1根管式反应器,生产DAP时通过预中和槽可移走20%以上的反应热。混合工艺既保留了槽式工艺的优点,又发挥了管式工艺的长处,可以预见对不同类磷铵产品的生产有良好的适应性,但投料点多,流程显得复杂,生产工艺控制要求会比较高。
氨和磷酸之间将以下列反应方程式进行主要的反应：
        b-1)  NH3 (气)  + H3PO4 ------>  NH4H2PO4 (一铵)+ Q2A
        b-2)  NH3 (液) + H3PO4 ------------>  NH4H2PO4 + Q2B
        b-3)   NH3 (气) + NH4H2PO4 --> (NH4)2HPO4 (二铵)+ Q3A
        b-4)  NH3 (液)  + NH4H2PO4 ---------> (NH4)2HPO4 + Q3B
其值大约如下：
Q1A  = 1800 kcal/kg NH3 (气)，  Q1B  = 1500 kcal/kg NH3 (液)
Q2A  = 1500 kcal/kg NH3 (气) ，Q2B  = 1200 kcal/kg  NH3 (液)
Q3A  = 1300 kcal/kg NH3 (气) ，Q3B  = 1000 kcal/kg  NH3 (液)  

一些氨将与粗磷酸中含有的来自磷矿的杂质如铁、铝、镁、钙、氟等发生反应，形成络合物，这些盐在柠檬酸和柠檬盐中的溶解度是不同的，这也就是造成产品中有枸溶性P2O5的原因，从而降低了水溶性P2O5的含量。
来自于管式反应器或预中和器的料浆，通过各自的喷管喷到造粒机固体床层上，随着造粒机的滚动，完成造粒过程。
从造粒机流进干燥机的潮湿粒子，与来自燃烧室的热风进行顺流热交换，使从干燥机出来物料达到产品所需的含水率。
干燥物料经过斗提机送到工艺筛，大颗粒物料进到三辊式破碎机，和筛下细料一起落到返料输送机上，合格粒子经冷却和包裹工序后，送去包装。

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二铵主要设备特性
1 造粒机
造粒机是一回转圆筒设备，在旋转过程中，大块物料被抛到该格栅上而被砸碎。造粒机内部衬有16块柔性胶板，机壳上缘各胶板钻有两行直径为50mm的呼吸孔，旋转中的胶板达到顶部时，大气压通过呼吸孔作用于胶板上，使胶板突然向反方向运动，借助该运动所造成的力量，把粘结在胶板上的物料抖落。胶板的固定缘造粒机轴向采用直压板，在造粒机两端缘径向采用弧型压板，固定螺栓的螺母在机壳外。
造粒机安装有反转装置，在每次开车时要先点动反转，防止固化的物料拖动氨分布器而损坏胶板和氨分布器。在正常运转过程中，至少要8小时变换一次转向，每次的反转时间根据情况而定，其主要目的是为了破坏大块团。
为了确保造粒机内部有一定厚度的物料，在该机出口端装有滞留环，根据造粒情况，可调整该滞留环。
造粒机内部安装有DAP料浆喷管、管式反应器喷管、氨分布器和水管等。
在生产中逸出的氨气，通过排气管送进造粒机预洗涤器。
造粒机出口溜槽，最容易被潮湿物料堵塞，一旦堵塞，如不进行及时疏通，将严重影响生产的顺利进行。
2干燥机

从造粒机出来的物料通常含水3%~4%,还必须进一步干燥到含水2%以下才有良好的贮存性能。在磷铵类干燥机是一回转圆筒设备。
在干燥机的末端安装有大块抛料器，大块料被抛到大粒破碎机中，破碎物料与从格栅来的物料一起落到干燥机皮带输送机。
干燥机内壁上焊接有“抄板”，在进料端“抄板”为螺旋型，促使物料较快向前推进其余为直“抄板”。尾部出料段是间隔100mm的格栅,使大块物料不进入斗提机。为避免物料分解,常采用热气与物料并流流动。
在干燥机外壁上，安装有钢球振打锤，以防筒壁结疤。,适应不同物料对干燥时间的要求。转筒的装载系数约20%~25%？根据产品物性和干燥要求,停留时间约6~15min。
驱动系统包括运行电机及相应的减速器和盘车电机及其减速器。
辅助传动装置仅于检修或主传动电源中断并排空物料后的筒体工况，不得用作正常的生产启动。主传动电源与辅助传动电源分开设置，且主传动电源和辅助传动电源必须互锁。使用辅助传动时，须先搬动斜齿离合器的手柄，使其啮合，此时主电机电源应切断，辅助传动电源应接通。当搬动手柄时斜齿离合器脱开，此时辅助传动电源切断，方能启动主电机，否则不能启动主电机。制动器仅用于干燥机辅助传动停机后阻止筒体反转的工况，不得用于干燥机的制动，且当主传动或辅助传动接通电源时均应处于放松状态。
3冷却器
流化床冷却器是台静设备，借助空气的浮力和拉力，物料从进料端“流”到出料端，在“流动”过程中，颗粒和冷空气进行热交换，把热量带走，使物料的温度低于50℃。
流化床的关键部件是流化床孔板。出料端安装有可调挡板，可调整物料床层的厚度。停车检修时要清理孔板。
流化床冷却器运行是否正常，除流化床冷却器本身的结构外，关键是调整与之有关的各股风量或风压，这有待于实际生产中作出总结。
4反应器
     该管式反应器是INCRO设计的，利用氨与磷酸反应迅速的特点，以及由于它安装在造粒机中，所生产的料浆不需要泵来输送，所以可使用较浓的磷酸，由于生产的料浆含水率低，可降低造粒所需的返料比，弥补了预中和器的料浆含水率高的缺点。为了把氨均匀地加进磷酸中，管式反应器外形看似三通，而其内部的氨分布器类似于淋浴用的喷嘴，在停车期间要解体管式反应器，检查是否堵塞。  
管式反应器的磷酸管和氨管连接着中压蒸汽，可用安装在操作盘上的开关启动，如果检测到有异物堵塞，它就可能对管式反应器进行自动吹扫。由于我们的管式反应器特殊设计了自动清理程序 ，在生产中很难碰到经常堵塞这种情况。在生产要经常检查管道上止回阀的性能，确保安全生产。
每根管式反应器的料浆分布管有两个喷浆槽，在此，均匀地分布喷出的料浆。根据管式反应器的生产能力和料浆喷到固体床层上的面积，料浆分布管上安装有一些包箍，通过调整这些包箍，能使这些槽部分或全部闭合，但同时要考虑全部关闭某个槽对造粒成球的影响。管式反应器通常有最佳热通量范围,反应温度与反应压力需控制在一定限度之内,反应器材质316L。以单管工艺生产DAP,由于反应热很大,反应器温度常高于设计操作温度20~30℃,温度过高会加剧反应管的腐蚀。当工艺需要向系统中补加硫酸时,由于硫酸与氨的反应热比磷酸与氨的反应热高得多,材料的腐蚀矛盾更突出。另外,以单管生产DAP常遇“管喷”现象,管式反应器突然产生很大震动及料浆随之喷出。酸中含渣量高,反应器温度高,通氨量过大都会引起管喷。

5预中和器
预中和器是上大下小的圆筒形钢制设备，根据氨与磷酸反应迅速和放热的特点，下部直径较小是为了达到氨与磷酸密切接触、充分反应；上部较大，是为了增大蒸发面积，使部分水份离开料浆，降低干燥所需的热负荷和造粒所需的返料比。
为了使氨与磷酸充分接触，氨通过6根管道加入。
为了避免突然停车时造成料浆冷却而结晶析出，在进预中和器的氨管上有蒸汽管，在该设备上，有单独的蒸汽管，蒸汽可直接进入预中和器。
在生产中，根据搅拌器的电流和造粒的成球率，调节料浆的水份。根据料浆的pH值，调节料浆的加氨量。根据料浆的温度，调节排气管上的风门。
由于生产中会产生泡沫，以及为蒸发大量的水而留出足够的空间，所以要求按设备容积的50%来操作。
在生产过程中，如果氨的加入能使料浆充分混合，使反应在没有搅拌器的情况下顺利进行，可停止搅拌器；而在停车或加入的氨不能使料浆充分混合时，必须开搅拌器。
6 燃烧炉（沸腾炉，手操炉，链排美宝炉）
该燃烧炉为流态化燃煤炉，设计能力为418×106kj/h，调节范围为60～100％，炉子出口温度为900°C，用来自流化床回收风机的热风（56－70°C）来调节烟气温度至≤350°C。
点火前，先填入粒度适当、厚度300－400mm的河沙，鼓风吹平，在整个沙床上堆置干的柴火，用废油引燃，当沙层的温度达到500°C，从炉门均匀撒入适量煤粉，稍后，开鼓风机至沙层呈沸腾状态，关闭炉门的同时用喂煤机加煤。根据干燥机的物料情况调节煤量，根据煤量适当调节鼓风量。根据干燥机入口温度情况，适当补入冷风。

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1 氨的加料
    氨将在环境温度和一定压力（至少高于平衡压力0.3~0.4MPa即最小供给压力为1.0MPa）下，呈液态(气态)分别进入造粒机氨分布器管式反应器和预中和器。氨的压力将由主氨管线上的压力控制阀控制。
可用中压蒸汽清理造粒机氨分布器、管式反应器和预中和器的液氨喷嘴；在用蒸汽清理氨分布器后，为了避免氨管中遗留蒸汽冷凝后形成负压吸入固体，通蒸汽后必须立即通氨，把遗留蒸汽冲干净。
通过在控制室DCS系统上，对氨流量（造粒机氨分布器、管式反应器、预中和器）进行控制。
2 磷酸和硫酸的加料
磷酸为来自磷酸贮槽的中浓度酸（≥46％P2O5），硫酸浓度98％或93％。
通过各自的流量控制器分配到：到管式反应器槽、预中和器、造粒机预洗涤器、洗涤器槽。
从预洗涤器来的洗涤液，加到管式反应器槽与未经过洗涤系统的磷酸混合。从洗涤器槽来的洗涤液主要加到预中和器。在生产中，建议把进系统的全部磷酸都加进洗涤系统，最大程度地回收氨。
部分硫酸和系统所需的工艺水通过尾气洗涤器加入，不仅为了回收NH3，而且是为更好地回收生产中产生的粉尘和氟。剩余硫酸将全部加进预中和器。
也可以增设93%硫酸加料系统。
通过各自的流量控制仪，进到预中和器和到尾气洗涤器
定期清理管道的废水将排到本装置的污水收集池，该污水坑还接受贮槽的溢出物等。该污水坑安装有两台泵，以便把这些液体送回系统或打出系统（污水处理，洗涤液体供料浆一铵或粒状一铵）。
3预中和器
该预中和器安装有一台搅拌器，以增强反应接触效果和成品料浆的均匀。液氨通过沿圆周分布的一系列喷嘴（6套）加到预中和器的底部，以达到最好的分布和反应效率。
在正常操作情况下，用混合工艺（PN＋PR）生产DAP18-46-0时，在预中和器中生产约55-65%的磷铵料浆。
一般来说，液位越高，氨的吸收越好，但是，液位越高，由于产生的泡沫而可能引起溢出。有两个独立的液位指示器，带有一系列的报警，在控制室DCS上严加控制。通常，这些液位将在预中和器总高度的55-65%之间。
用料浆泵把预中和器的料浆送至造粒机。有两条独立的料浆输送管，每条管线连着一台变频调速泵。该管线有蒸汽伴热和蒸汽清理，以维持料浆的温度和料浆的流动性，停车时清理管道。每条管线配有电磁流量计和一个在DCS系统中记录的流量控制器。
预中和器的温度通过在DCS上显示，并有高和低报警以观察在反应中的任何异常情况。另外一个现场温度指示器能帮助控制。
从造粒机和预中和器来的气体，同时但独立地被吸进预洗涤器。在预中和器的吸入管线上安装有一个DN1200蝶阀，以调节该反应器所需的压力，达到所需的排气量。
如果装置短时间停车，预中和器可能充满料浆，但是中压蒸汽将通过氨加入接口输入预中和器，之前要人工检查氨阀已关闭。蒸汽有助于维持料浆温度高于100℃，以避免太高的粘度和可能损坏搅拌器。
任何时候，由于料浆的固化，在预中和器中有严重沉积的危险，必须立即加水，以免整个料浆的沉积。
造粒机理：物料有三种成粒机理,即湿物料均匀涂布在返料颗粒上的涂布造粒、以湿物料为粘结剂将返料小颗料粘结成较大颗粒的粘结造粒、湿物料雾化为细小雾滴在热气流中水分蒸发而形成小颗粒的自成粒。在正常生产时,  *为了保持造粒机内的粒度平衡,一般希望物料成粒以涂布成粒为主,辅之适当比例的自成粒,尽量避免粘结成粒,因为粘结成粒的质量较差,并且粒度不易控制。但是在造粒机内的粒度已经失去平衡(比如细粉过多,产品颗粒偏小)时,适当增加粘结成粒的比例可以作为调整造粒机内粒度平衡的手段。造粒干燥机的所有工艺调控从粒度平衡的角度看,就是通过调整有影响的工艺参数来改变这三种成粒机理的相对比例。影响造粒机内粒度平衡的因素多,调控比较复杂,粒度控制的调节。一般不是单因素调节而是多因素调节。

4管式反应器
两台管式反应器安装在造粒机中。
当采用混合工艺（PN＋PR）时，用一台管式反应器生产约35-45%料浆。安装的每台管式反应器，正常磷铵料浆的操作范围在15至55t/h之间，最高升至60-63t/h。
反应沿分布管流动而完成，系统中的压力推动料浆，直接分布到造粒机内的固体床层上，同时，蒸汽和未被中和的氨散发至造粒机预洗涤器中。
每根料浆分布管上有两个喷浆槽，在此，均匀地分布喷出的料浆。根据管式反应器的生产能力和料浆喷到固体床层上的面积，安装有一些箍，能使这些槽部分或全部闭合。
用管式反应器泵把磷酸溶液从管式反应器槽输送至管式反应器。到反应器的流量，用能在DCS系统中控制的电磁流量计控制。
每条磷酸管，连接着蒸汽清洗，从控制室分别对管式反应器“A”和“B”启动开关进行清理。一旦检查到管式反应器突然堵塞，即可对它进行吹扫。该开关在蒸汽接通时，同时关闭磷酸和氨管线。清洗之后，关闭开关，关闭蒸汽并自动地恢复氨和酸的流量。
每个开关HS-3201/HS-3202有三个位置：
0位：所有阀门关闭
1位：NH3/酸开——蒸汽关
2位：蒸汽开——NH3/酸关
检查管式反应器何时需要清理非常容易,如果酸和氨压力趋于上升(一个或两个流量下降),或用耳听,因为料浆离开反应器时,产生特有的噪音,检查在料浆出口任何异常是可能的.每个清理程序一般约为20－40秒钟。
5 氨分布器
INCRO提供氨分布器是“犁铧”形的，其喷嘴距床层很近，液氨从此处被深深地加进床层，并沿长度方向和并行于造粒机壁分布，所以到洗涤系统的氨损失可达最小。
管式反应器和氨分布器两者的联合，再加上预中和器，在调整操作参数方面具有显著的灵活性，使之达到高的效率。
在造粒过程中，液氨的使用也有利于控制进入床层的料浆温度。
6 固体物料
从造粒机进入干燥机的物料，与热风炉来的气体进行顺流热交换。干燥机固体物料出口处安装有格栅，避免块团物堵塞干燥机出口斗提机的出口，其余物料落到干燥机出口的带式输送机上。  
    该带式输送机安装有电磁分离器和一台皮带秤，用以检测造粒量/循环量之比例。
    为了分离干燥机出口气体中的粉尘，该废气经旋风除尘器除尘，为了避免粉尘在旋风除尘器的壁上粘结，该设备安装有清理链。
    安装有料斗以收集旋风除尘器分离的粉尘，并通过下料器把物料卸出，与返料一同落到返料皮带输送机上。
    经旋风除尘后，废气被送到干燥机洗涤器，干燥机废气风机被安装在该洗涤器的下游，并在吸气管道上安装有闸阀，用以调节风量。
    干燥后的物料落到干燥机出口的输送机上，然后送到斗提机，经过一个4路分料器后，进入相应的振动喂料器和工艺筛A/B/C/D，从4路分料器的中间两股分出部分物料，送到返料输送机，作为开车之初和增加返料之用。
    工艺筛是双层振网筛，用于分离大颗粒、合格粒子和细粉。
    从筛子(A/B/C/D)来的合格粒子被收集到带式输送机上，然后直接通过一个小的返料调节贮斗。
   分离出来的大颗粒在重力作用下，落入三辊式磨机。
    从工艺筛(A/B/C/D)来的细粉物料，在重力作用下，落到返料皮带输送机 上。  
    合格粒子收集到安装在返料调节皮带上的返料调节贮斗中。在控制室给定流量的控制下，调整皮带机的转数，把该皮带机上贮斗中的合格粒子稳定地输出，送到产品后处理单元。
多余的合格粒子，通常与前生产单元匹配的数量要求更多些，从贮斗中溢出，送回返料带式输送机上。该返料输送机把物料卸到造粒机斗提机。
    从可调速皮带输送机来的合格粒子被送到产品斗提机。
7 成品的处理
    从斗提机来的物料通过两台精制筛作进一步的处理，除掉还存在的细粉。该设备是一台双层机械圆整筛，不需要布料器。。。。，沿筛子宽度方向均匀布料。细粉物料将收集于返料输送机。
    从精制筛来的商品级产品，直接喂到二级流化床冷却器，在这里用空气来降低其温度，在流化床冷却器的孔板上，物料被流态化，并在两室中冷却下来，同时，用风机)把空气分别逐级送到第一级和第二级。
    随流化床冷却器第一级排出气体带出的少量粉尘，在四筒式旋风除尘器中得以回收。并被收集于一个普通的贮斗里面，通过下料器卸至返料输送机。
    经旋风除尘器除尘后的气体，将被分成两股，分别通过风机，把部分气体送到燃烧室和干燥机之间的管道上，剩余部分送到尾气洗涤器。到燃烧室的FBC循环气体将轻微的降低煤耗。
    冷却至40－50℃的物料被喂进产品斗提机。为了包裹成品，将用到包裹油，或仅涂上一层蜡可避免使用细粉所带来的问题。包裹油来自计量泵。
    从包裹筒来的商品级成品，通过成品输送机送至成品库。该输送机装有称和自动取样器，定期取样并用于分析。分析结果报至控制室。

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工艺操作指标
为了生产出能与美国进口相比美的优质产品，严格控制各工序的工艺指标是非常重要的，总的来讲，主要控制产品的形状和养分：
产品的形状与返料的粒度和料浆的含水率以及造粒时间有关，由于造粒机已经定型，一般不能改动，调整造粒时间的简易办法是料浆喷进造粒机中的位置，如果认为造粒时间长了，可以把喷嘴的位置向造粒机出料端移动适当距离，反之，可以把喷嘴的位置向造粒机进料端移动适当距离，在此，仅讨论其操作的可能性，具体要在生产中予以摸索。
产品的养分不仅与磷酸的质量有关，而且与产品中硫酸铵的含量有关，硫酸的加入提高了氮含量，同时降低了有效五氧化二磷的含量。
正常生产的工艺指标如下，根据生产的实际情况，进行适当调整。
造粒工艺条件            （表3）
项   目        温度 ℃        含水率%        返料比：1         以磷铵存在的N/P
DAP        105-110        2.0-2.2        4.0-4.5         1.99
造粒机的温度偏高会带来以下不良影响。
(1) 料床温度高,氨逸出率高,造粒机中过量氨的逸出会对系统生产控制,运行稳定性带来困难,也影响原料利用率。
(2) 对造粒过程的影响 。一般盐的溶解度随温度升高而增加，造粒温度高时液相量随之增多,且主要集中在颗粒表面,其结果是温度升高,导致结块。另外,在高温、高浓条件下,多磷酸盐、氟硅酸盐易发生水解而生成SiO2和不溶物,易导致系统结垢堵塞。
(3) 对颗粒物性的影响 。DAP颗粒在高温条件下的抗压强度、抗塑变、抗冲击、抗剪力等物性变差,也会导致粘接结块。