大型磷铵装置技术探讨及国产化设计云南化工设计院有限公司【摘要】单系列年产磷铵40万吨以上称为大型磷铵装置。
自20世纪50年代在美国密苏里建设了世界上第1个磷铵装置以来，国外磷铵装置技术经过几十年的改进，开发完善了多种磷铵生产技术，关键区别在于管式反应器和预中和反应器的应用。
本文介绍了不同磷铵技术的优、缺点。
管式反应器加热中和反应器混合工艺是两者优点的有机结合。
既具备管式反应器反应热利用率高的优点，又对湿法磷酸的质量有较强的适应性，此工艺为发展大型磷铵装置的最佳工艺。
并介绍云南化工设计院有限公司为云贵地区6套60万t/a磷铵装置国产化设计概况。
【关键词】大型磷铵装置技术探讨国产化设计MAP和DAP统称为磷铵。
原料采用气氨或液氨和高浓度的磷酸生产磷铵，称为传统法；使用气氨和低浓度磷酸生产磷铵，称为料浆法。
传统法是由磷矿和硫酸反应制得磷酸后，先将磷酸进行浓缩再用氨中和，并将料浆进行造粒干燥制得粉状或粒状产品。
料浆法是将未经浓缩的磷酸直接用氨中和，然后将中和料浆进行浓缩，浓缩后料浆送去造粒干燥制得粉状或粒状产品。
单系列装置年产大于40万吨磷铵的为大型装置，12～39万t/a为中型磷铵装置，小于12 t/a 为小型磷铵装置。
本文就大型磷铵装置的技术进行探讨。
1 国内外磷铵技术状况磷铵的工业化生产一般采用湿法磷酸与合成氨进行中和而制得，反应方程式如下： NH3+H3PO4——→NH4H2PO4（MAP）+QNH3+ NH4H2PO4——→（NH4）2HPO4（DAP）+Q以上两反应均为放热反应，反应热可以用于蒸发由磷酸带入的水分。
料浆法生产磷铵的主要优点在于能够利用中低品位磷矿生产低浓度的磷酸，工艺技术较成熟，设备材质要求较低。
但料浆法主要用生产磷酸一铵，大规模生产磷铵一般不采用该方法。
传统法工艺通常既能生产磷酸一铵，也能生产磷酸二铵，而且可以建设大型磷铵生产装置。
1．1 国外磷铵工艺技术概况磷铵是一种高浓度复合肥，自1917年在美国密苏里建设了世界第1个采用湿法磷酸为原料生产磷铵的装置以来，其生产方法引起了广泛的重视，通过几十年的不断改进，开发并完善了多种磷铵的生产工艺技术。
20世纪60年代，美国TVA开发了预中和转鼓氨化粒化磷铵生产工艺技术，使磷铵在生产技术上和经济上取得了突破，在此后的20多年中世界上众多的磷铵生产装置均采用该工艺。
截止目前，该工艺仍是世界上磷铵生产采用最多的工艺。
该工艺对磷矿的适应性强，操作简单，但要求反应槽中和料浆的含水量在12%～25%，以保证料浆的流动性，致使造粒物料的返料比较高，能耗也较高。
为克服不足，20世纪70年代末，TVA首先采用管式反应器工艺代替槽式中和工艺。
管式反应器工艺对中和料浆的含水量要求低，因而可降低造粒物料的返料比及能耗低。
但最初，管式反应器技术仅能成功地用于MAP、NPK的生产，不能用于DAP的生产。
为此，在TVA开发的管式反应器工艺基础上，西班牙的INCRO，ESPANDESA，法国的AZF，荷兰荷丰等公司进行技术开发，使管式反应器工艺成功地应用于DAP的生产。
同时为方便装置生产和操作控制，美国JACOBS和西班牙的INCRO公司结合管式反应器工艺和预中和器工艺的优点，开发出预中和+管式反应器的联合工艺，该工艺操作简单、灵活。
目前国外生产磷铵的工厂主要分布在美国、日本、印度、土耳其、法国等国家。
装置规模大型化是国外磷铵生产发展的大趋势，最近几年，已在沙特、印度等许多第三世界国家和地区投资兴建了数套大规模DAP/NPK装置，当前国外单系列最大规模已达到3712t/d磷铵（美国）。
1．2 国内磷铵工艺技术概况我国在1963年就完成了中和双轴制磷铵的试验，1969年南化磷肥厂建成1套年产3万吨磷铵装置，采用多槽中和喷浆造粒干燥工艺，但由于设备结构不合理，于1974年改为预中和转鼓氨化粒化工艺。
针对我国磷矿的特点，近十多年，建设了一批小型“料浆法”磷铵装置，为我国磷复肥生产的发展做出了一定的贡献。
为满足农业对磷肥的需要，20世纪80年代以来，我国先后引进国外先进的工艺技术建设了多套DAP装置（见表1）。
铜陵磷铵厂年产12万吨DAP装置采用喷浆造粒干燥技术；南化、大连年产24万吨DAP装置采用预中和转鼓氨化粒化工艺技术；黄麦岭年产18万吨MAP/DAP装置采用预中和加十字管反应器工艺；中阿化肥有限公司年产48万吨DAP（NPK）装置采用双管式反应器工艺；广西鹿寨、江西贵溪年产24万吨DAP装置，贵州宏福年产60万吨DAP装置采用单管式反应器工艺；云南三环中化嘉吉化肥公司年产60万吨DAP，云南三环年产2×60万吨DAP，贵州开阳2×60万吨DAP，贵州息烽60万吨DAP等装置，均采用预中和加管式反应器混合工艺技术。
通过多年的消化、吸收和生产，目前我国在磷铵工程设计、设备制造、生产等方面基本与国际水平接近。
2. 几种典型磷铵生产工艺技术比较磷铵生产的工艺技术较多,大中型装置基本体现在反应系统设置不同,目前主要的生产工艺有：预中和转鼓氨化粒化工艺、预中和+管式反应器工艺、双管式反应器工艺、单管式反应器工艺。
下面就几种典型工艺特点介绍如下：2．1 预中和转鼓氨化粒化工艺预中和转鼓氨化粒化工艺是由美国国家肥料开发中心（NFDC）开发研究，又称TVA流程。
该工艺是将氨和磷酸按比例在预中和器中反应，生产一定n（N）/n（P）比的磷铵料浆，然后通过料浆泵送至造粒机，同时在造粒机中补加一定量的氨和磷酸，使之在造粒的同时，继续进行反应以获得产品质量要求的n（N）/n（P）。
该工艺在世界上建厂最多，目前我国已有6套年产24万吨生产装置，大多生产DAP。
工艺优点：①从20世纪60年代开发一直使用至今，其技术相当成熟可靠，我国也有丰富的设计和生产经验；②对磷酸的浓度、磷酸的质量要求较低，对磷酸的杂质含量没有特定的要求，对磷矿的适应性强，装置操作简单，同时产品品位调整容易，方便操作容易掌握。
该工艺缺点：①技术不够先进；②与管式反应工艺相比，需要中和槽及料浆泵送系统，流程较复杂，设备故障多，维修量大；③由于料浆泵输送的要求料浆含水量较高（20%），造粒及系统的返料比高（5～6），相同规格设备的操作弹性小，干燥能量消耗多；④需要使用消泡剂，操作费用增加；⑤造粒机固体床层内需氨分布器及其支承管梁，氨分布器容易堵塞，支承管梁易产生积料现象，影响装置开工率。
2．2 单管式反应器工艺单管反应器工艺是管式反应器安装在造粒机中，氨和磷酸的反应在管式反应器中一次完成。
该工艺建厂生产MAP较多，生产DAP的目前全世界约有10余套装置，其中我国有3套装置在生产，即江西贵溪24万吨/年DAP（技改）、广西鹿寨24万吨/年DAP（新建）、贵州宏福24万吨/年DAP（技改）。
工艺优点：①采用单管反应器工艺，磷酸和氨能够一次氨化到磷铵产品要求的氮磷比，改变操作负荷，调节产品规格、调整中和反应条件容易；②没有中和槽和料浆泵送系统，使流程简化，减少了操作和维修费用；③造粒机固体床层内无需氨分布器（无二次氨化），支承氨分布器的钢结构可以取消，消除了氨分布器容易堵塞而停车以及支承管梁的积料现象；④由于没有料浆泵送的要求，反应料浆的含水量可以降至5%～10%操作，可使造粒及全系统的返料比减至（2.5～3：1)，使相同设备的操作弹性增大；⑤由于返料量少，相同规格设备的生产能力增大，单位产品的能耗量低，使干燥能耗少，操作费用减少；⑥可以不用消泡剂，降低操作费用；⑦管式反应器设置蒸汽自动吹扫系统，有效地防止堵塞，保证长周期运转；⑧利用循环洗涤液的热量蒸发液氨，既可以节省蒸汽消耗，又可以降低洗涤液的温度，提高洗涤率。
工艺缺点：①对磷酸质量的要求比槽式反应器工艺严格；②生产DAP时造粒机内的反应热量大，需要通过加大空气量移走热量，逸出氨量大（约占总氨量的15%～20%），NH3尾气洗涤器负荷大；③对操作工的要求较高。
2.3双管式反应器工艺双管式反应器工艺是2个管式反应器分别安装在造粒机和干燥机中，氨和磷酸的反应在管式反应器中进行。
该工艺生产MAP较多，生产DAP的目前全世界约有15套装置，其中我国仅有中阿公司1套年48万吨DAP装置在生产。
工艺优点：①采用2个管式反应器，技术先进，造粒机内的反应热容易移走，即热平衡容易解决；②没有中和槽和料浆泵送系统，使流程简化，减少了操作和维修费用；③由于没有料浆泵送的要求，反应料浆的含水量低，可使造粒及全系统的返料比减至3：1，生产系统的操作弹性增大；④由于返料量低，相同规格设备的生产能力增大，干燥用燃料消耗少，单位的能耗低，操作费用减少；⑤可以不用消泡剂，降低操作费用；⑥采用液氨直接加料，节省蒸汽消耗；⑦管式反应器设有自动除垢系统，可以保证装置长周期运转。
工艺缺点：①对磷酸质量的要求比槽式反应器工艺严格；②生产DAP时氨需要从3点加入（2个管式反应器及造粒机内固体床层），因此氨的分配复杂，操作调节难度较大；③干燥机内的管式反应器必须使用w（P2O5）50%的浓磷酸；④由于干燥机内管式反应器生产的是磷酸一铵，不可避免要进入成品中，因此，产品的最终氨化度比其它工艺低（即产品的氨含量低）；⑤造粒机固体床层内需要氨分布器及其支承管梁，氨分布器容易堵塞，支承管梁易产生积料现象。
2.4预中和+管式反应器工艺预中和+管式反应器工艺是结合预中和转鼓氨化粒化工艺和管式反应器工艺的优点发展起来的混合工艺。
该工艺相对预中和转鼓氨化粒化工艺，允许反应料浆有更高的含水量，操作弹性更大，对物料适应性更强，料浆输送泵及输送管线不易堵塞；由于造粒机中进行部分氨和磷酸的反应，带入造粒机的水量少，返料系统设备尺寸小，装置投资低；同时干燥系统负荷降低，能耗较低。
同时使用预中和反应槽和管式反应器生产磷铵料浆，在氨化粒化机（造粒机）中进一步氨化，在管式反应器中直接使用浓磷酸，并利用反应热蒸发水分，使进入造粒机中的水分减少，从而降低返料比和节约能耗。
3 年产60万吨DAP国产化设计概况3．1 简述年产60万吨DAP装置由3部分组成：①氨、磷酸以及硫酸贮运部分；② DAP等制造部分（含原料准备、反应、造粒、洗涤）；③成品包装贮运部分。
以上3部分的设计包括工艺、设备、土建（含总图）、电气、自控、水道、暖通等。
3．2 装置主要技术的基本情况该装置由1条生产线组成，采用管式反应器及预中和器混合工艺技术，能够适应生产60万吨/年DAP（或GMAP）和NPK系列粒状产品。
磷酸、氨、硫酸、尿素、钾盐、填料和包裹油等为其必要的原料。
该技术是满足氨和磷酸的中和反应而精心设计的，建立在管式反应器（PR）及反应稳定的预中和器（PN）基础上。
本装置技术优点：（1）生产能力最大化管式反应器直接安装在造粒机内。