化肥生产造粒（肥料生产技术--化学造粒--氨酸法造粒）

氨酸法（Acid&Ammonia Granulation）是指使氨与浓硫酸反应，在生成的硫酸铵溶液中加入其他肥料原料，再发生反应，以反应物为原料造粒的造粒法。

在造粒过程中，主要反应是氨水和硫酸的中和反应，以生成的硫酸铵液作为造粒促进剂，与其它肥料物料粘附形成颗粒，这就是所谓的氨酸造粒法。在造粒过程中，硫酸铵、氨水和硫酸与其他肥料原料发生各种副反应，最后生成的复盐凝固形成肥料颗粒。

氨酸反应造粒法是由氨化学造粒法发展而来的，虽然在日本不是人们熟悉的造粒方法，但由于其原料成本低、造粒效率高、颗粒质量好，被我国一些化肥生产企业用于化肥生产。

一、氨酸造粒工艺的机理分析

1.氨-硫酸反应造粒过程中的化学反应

主要反应是氨和硫酸的中和反应：

H2SO4 2NH3 → (NH4)2SO4

反应中产生的高温硫酸铵溶液作为粘结剂，将氯化钾、MAP（磷酸一铵）、尿素等粉状物料在造粒机中粘结成颗粒状。

造粒过程中氨水和硫酸中和反应产生的反应热使硫酸、氨水、氯化钾、MAP等原料之间发生复杂的分解反应，部分原料产生硫酸钾铵复合盐((NH4，K)2SO4)、磷酸钾铵复合盐((NH4，K)H2PO4)、氯化钾铵复合盐((NH4，K)C1)。这些复盐最终形成固溶体（混晶），起到凝固颗粒的作用。

2氨酸造粒法的特点

1). 造粒过程中无氯化氢气体排放。

2). 由于反应生成的高温高浓度硫酸铵溶液作为粘结剂，具有较高的反应性和粘结性，容易与其它肥料原料粘结成颗粒，因此造粒效率比普通转鼓造粒高20~40%左右。同时造粒过程中形成了复盐和固溶体，造粒颗粒的强度高，质量好。

3). 由于中和反应产生的反应热被用于水分蒸发，所以干燥过程所消耗的能量较少。

4). 可利用多种原料生产各种类型的复合肥。

5). 与氨化造粒相比，生产线配置更简单，初始设备成本和运行成本更低。

在氨-硫酸反应造粒法中，根据氨和硫酸在造粒过程中中和反应的位置不同，有两种方法：中和反应后造粒和边造粒边中和反应。每种方法的生产工艺和使用的生产设备都不一样。边造粒边中和造粒法，是由中和后造粒法发展而来。

二.中和后氨酸造粒法

在这种方法中，氨水和硫酸中和，反应产生的硫酸铵作为造粒粘结剂。中和反应采用管式反应器，造粒采用转鼓造粒机。 在某些情况下，也可以使用涂布造粒。该生产线主要由管式中和反应器、转鼓造粒机、烘干机、筛分机和除尘器组成。

1. 中和反应设备

通过采用管道反应器，有效利用了反应后的高温硫酸铵液体，以此提高反应速度。中和反应器有槽式中和罐和引流管式中和反应器之分，但由于中和后硫酸铵溶液处理复杂，生产效率低下，反应热不能有效利用，因此很少使用。

管式中和反应器是指氨和硫酸的中和反应在管状空间内进行，并以单向方式瞬间完成的反应器。最常用的类型是十字中和反应器（图1）。反应管的长度约为2.5～3.5米。液氨从注入管注入反应管，浓硫酸也从与注氨管相交的管道注入反应管，与氨接触，引起中和反应。由于注氨管和硫酸注入管相交成90°直角，所以该反应器又称为十字管中和反应器。

高速注入反应管的氨气与硫酸迅速混合，发生中和反应。由于是放热反应，混合料浆温度快速上升到150-200℃左右，而氨气气化和水蒸气产生0.2-0.5MPa压力，料浆在1秒内通过反应管并完成中和反应。

管式反应器的出口固定在滚筒造粒机的前端。 氨水和硫酸中和反应产生的压力将高温高浓度硫酸铵液体喷入滚筒造粒机，粘附在其他原料上进行造粒。

图1：十字管反应器结构图

2.转鼓造粒机

转鼓造粒机由一个倾斜布置的圆柱形旋转滚筒、一个电机和一个减速器组成(图2和图3)。在转鼓转动的同时，原料和返料从转鼓上端送入，与管式中和反应器喷出的高温硫酸铵料液混合，进行造粒。在转鼓内部，原料、返料经过料芯形成、颗粒生长、成型等阶段，从转鼓末端排出。转鼓造粒与圆盘造粒的主要区别在于，转鼓造粒对颗粒大小没有分级作用，所有的颗粒都是从滚筒末端料口中排出，物料粒度组成往往接近于正态分布。在造粒过程中，由于高温硫酸铵液的存在，原料之间发生化学反应，产生复盐。

图2.转鼓造粒机结构图

图3.滚筒造粒机照片

3、烘干机

采用回转窑式烘干机，逆流干燥法，既：干燥用热空气从回转窑的后端流向前端。也就是说，含水量最高的颗粒在滚筒前端与温度较低的热空气接触，含水量最低的颗粒在后端出料口附近与温度较高的热空气接触。在滚筒后端排料口附近，含水量最低的颗粒与热空气接触，温度较高，因此水分蒸发效率高。

颗粒在造粒过程中，颗粒内部产生的硫酸铵和络合盐的液态交联，通过热风干燥蒸发水分，转变为以固溶体为主要成分的固态交联，形成强度较高的颗粒。

4.筛分机

回转窑烘干机排出的产品由包式提升机或皮带输送机送至筛分机进行筛分。满足标准尺寸的颗粒成为产品，较小颗粒经过筛分后留下，而较大颗粒则被粉碎，其后共同作为返料送回造粒机前端。

5. 除尘器

造粒机和回转窑烘干机的废气中除含有粉尘外，必然含有未反应的氨气。废气经稀硫酸洗涤，期间吸收氨气等气体后再排入大气。而洗涤后的硫酸及硫酸铵溶液返回中和反应器与氨水进一步进行中和反应。

6. 生产过程

氨酸中和后造粒法生产工艺如图4所示。

图4.的氨酸中和后造粒法工艺图

1. 硫酸罐，2.氨水罐，3.其他化肥原料储罐，4.管式中和反応装置，5.转鼓造粒机，6.烘干机，7.筛分机，8.热风炉，9.产品储存罐，10.除尘器，11.废气洗涤塔

先将98%的浓硫酸用水稀释至55-60%，然后送入管式中和反应器(4)，与液氨反应，生成高浓度硫酸铵溶液。反应在等当量下进行，反应物pH值设定为6.5～7.0。

反应中产生的硫酸铵液体在反应过程中产生的热量和压力作用下，被喷入转鼓造粒机(5)中，并被粘附在其它原料上，通过筒体旋转将原料粉末缠绕捏合成颗粒。到达滚筒后端的颗粒经由排料口排出。

从转鼓造粒机排出的湿肥颗粒由提升机或皮带输送机送入回转窑烘干机(6)，在250-300℃的温度下热风烘干。干燥后的颗粒被送到筛分机(7)中进行筛分。达到标准尺寸的颗粒经冷风冷却至50℃以下，然后作为产品包装发货。而小于规格尺寸的小颗粒原封不动，过大的颗粒被粉碎，共同作为返料送回造粒机前端。

回转窑烘干机产生的废气用55-60%的硫酸进行洗涤，吸收氨气等气体后排入大气。洗涤用的硫酸作为原料返回管式中和反应器(4)重复使用。

三.边造粒边中和反应的氨酸造粒法

在该方法中，首先将硫酸喷射到转鼓造粒机中，并与其他原料混合。在造粒的同时与氨气反应，并将产生的硫酸铵溶液和其他反应物作为粘合剂开展造粒。该生产线主要由转鼓造粒机、干燥机、筛分机和除尘器组成。

1.转鼓造粒机

鼓式造粒机的结构类似于氨酸中和后造粒法，但在造粒机的前端设置有硫酸喷射管，硫酸从喷射管的孔喷射并粘附到其他原料上。通过筒体的旋转，原料在滚动的同时彼此粘附以形成颗粒。氨喷射装置安装在造粒机底部，并且在造粒的同时释放氨以引起中和反应。喷氨装置由一根喷氨管组成(注：上开十几到几十个喷口)，并安装在滚筒下部。此种安装方式以不影响滚筒造粒机内颗粒旋转为目的（图5）。物料在筒体内形成流化床，伴随滚筒旋转而旋转，下落后填充喷射周边。液氨通过喷射管均匀地喷射到颗粒上，使其气化，并附着在颗粒表面发生反应。由此产生的反应热还起到在造粒过程中蒸发颗粒水分的作用。

2.干燥机、筛分机和集尘器

这些装置与中和后氨酸反应造粒法的设备相同。

图5：带氨气喷射系统的转鼓造粒机结构图

3.生产工序

边造粒边中和反应的氨酸造粒法的生产工艺如图6所示。

图6.边造粒边中和反应的氨酸造粒法工艺图

1. 硫酸罐，2.氨水罐，3.其他肥料储存罐，4.转鼓造粒机，5.烘干机，6.筛分机，7.热风炉，8.产品储存罐，9.集尘器，10.废气洗涤塔。

首先，将尿素、氯化钾、MAP（磷酸一铵）等原料以及返料从前端的进料口送入转鼓造粒机(4)，在其上面注入55-60%的硫酸，边旋转边混合造粒。当形成的颗粒到达转鼓造粒机中部时，注入氨水。期间硫酸和氯化钾反应生成硫酸氢钾和氯化氢，氯化氢与氨水反应生成硫酸铵、硫酸钾、硫酸钾和氯化铵。到达滚筒后端产品料斗的颗粒由排料口排出。

从滚筒造粒机排出的湿肥颗粒由提升机或皮带输送机送入回转窑烘干机(5)，在250-300℃的温度下用热风烘干。干燥后的颗粒被送到筛分机(6)中进行筛分。达到标准尺寸的颗粒经冷风冷却至50℃以下，然后作为产品包装发货。筛下小颗粒原封不动，过大的颗粒被粉碎，作为返料被送回滚筒造粒机前端。

转鼓造粒机和回转窑烘干机产生的废气用稀硫酸洗涤，在吸收氨气等废气后再排入大气。 洗涤用的硫酸返回造粒机可重复使用。

图7.氨酸法造粒生产线图片

四.两种氨酸造粒法比较、

1.初始设备费用

与中和后进行造粒的氨酸造粒法相比，边造粒边中和的氨酸造粒法不需要管式反应器，因此显得所需设备较少，但它需要在转鼓造粒机上安装氨气喷射系统，设备总成本几乎相同，所需安装面积也几乎相同。

2. 生产效率

两种造粒机的生产效率几乎相同。 但是“边造粒边中和氨酸造粒法”，在造粒过程中一边进行中和反应一边进行造粒，原料范围较广，而且中和反应中产生的反应热容易用来蒸发水分，因此热效率较高。此外，运营成本也略低。

3、生产过程控制

中和后进行造粒的氨酸造粒法，对中和反应的压力和反应物的中和程度有一定控制难度。

4. 产品质量

边造粒边中和氨酸造粒法，在造粒的同时发生中和反应，原料范围广，特别是氯化钾和硫酸反应生成硫酸钾，反应中生成的氯化氢也与氨反应生成氯化铵。 另外，硫酸先与其他原料反应，再中和氨，所以硫酸铵钾复合盐、磷酸铵钾复合盐、氯化铵钾复合盐等复合盐量大，颗粒强度高。

因此，我国新建的氨酸反应造粒方法多采用边造粒边中和反应的方法。

五、氨水-硫酸反应造粒法的注意事项

1.氨水和硫酸的比例

为保证复合肥质量，肥料产品pH值应在6.0～7.0。由于造粒过程中氨气化会有散失，因此在计算时，中和反应中所用的氨气与硫酸的当量比应定为1.05～1.1:1。但根据原料的种类、产品的质量要求等，不一定严格按计算结果进行。通常情况下，在肥料颗粒离开造粒机后，进入烘干机前，测量其pH值，并微调氨水和硫酸的投入量，使pH值保持在6.0～7.0即可。

2.干燥温度

以尿素为原料时，要注意热风干燥的温度。尿素在高温下有产缩二脲的特性。通常情况下，热风温度应控制在进风口250～300℃，出风口70～85℃。

3.转鼓造粒机的负压

转鼓造粒机内有一定的负压，可以有效地改善工况环境，防止有害氨气、氯化氢气体的泄漏和粉尘的逸散。但如果负压过高，外界冷空气的侵入增加，中和反应期间水蒸发效率降低，造粒干燥的热能消耗增加。通常情况下，通过废气鼓风机的吸力维持0～100Pa（0～75mmHg）的负压。

4.注氨管位置及注氨速度

在边造粒边中和反应的氨酸造粒法中，从安装在转鼓造粒机注氨装置中注入的氨，通过与硫酸发生中和反应进行造粒。因此，注氨管的位置和注氨速度非常重要。如果设计和控制得当，氨反应率可达到90%以上。因此如果未反应的氨气量超过10%，我们就需要注意并调整注氨管的位置和注氨率。

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