尿素造粒装置生产复合肥工艺方案的分析与探讨
刘孝弟，顾学颖，曾 磊
（北京航天动力研究所，北京 100076）
［摘 要］ 为应对严峻的市场形势，顺应肥料复合化的趋势，探讨尿素生产企业利用尿素造粒装置（包括塔式尿素造粒装置和大颗粒尿素造粒装置）及现有其他配套设施生产复合肥的可能性及其工艺方案。此种方案作为复合肥生产的备选方案，可为尿素生产企业产品的多元化及经济效益的提升发挥积极的作用。
［关键词］ 塔式尿素造粒装置；大颗粒尿素造粒装置；复合肥；工艺方案；探讨
［中图分类号］ TQ 441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］ 1004-9932（2017）
0 引 言
我国是尿素生产的第一大国，也是农业尿素消费的第一大国。目前氮肥的施用量已经达到较高的水平，连续高强度地施用尿素这种高浓度的氮肥，对土壤肥力造成的损伤及再生方面存在的问题已被业内人士认识到，如今，尿素作为农业主要肥料这一传统观念已受到一定的质疑。
虽然受国内产业转型升级、国际原油价格走低以及近年来国内煤炭价格持续低迷的影响，以煤为原料的尿素生产成本有所降低，但伴随着尿素销售价格的走低，以及国家对化肥生产企业电力、运输、各种补贴及税收政策等优惠的减少乃至取消，总体上并没有为尿素生产企业利润的增加带来好处，反而全行业出现了大面积的亏损，尤其是那些工艺落后、消耗较高、建厂较早的中小型尿素厂家以及没有掌控原料来源和产品单一的企业，随着装置维护成本的逐年加大，以及人力成本上升、环保政策日趋严厉等的影响，企业的生存变得越来越困难。
即便如此，拥有煤炭资源或渠道的企业，尤其是集中在内蒙古、新疆、陕西、宁夏、山西等煤炭生产大省的企业，近年来利用先进的合成氨、尿素生产工艺和新型煤气化技术，其生产成本方面存在明显的优势，在新上尿素装置方面仍然保持着较高的热情，投入了较大的资金，这对疲软的尿素市场而言又增添了许多不利的变数。预计到“十三五”末，不考虑退出和淘汰产能的话，全国尿素产能将突破90 Mt/a，而国内的总需求量却只能稳定在60 Mt/a左右，即使考虑到一定的尿素产品出口，装置开工率不足的状况也会一直存在。除了少数打算退出尿素生产的企业以外，为求得生存，各尿素生产企业绞尽脑汁、施展浑身解数从工艺的优化、产品种类的调整和新应用市场中寻找出路，如氨醇联产以及开发各种氨基复合肥、硝基复合肥、复混肥、缓释肥、水溶肥、车用尿素等［1］。
1 复合肥简介
复合肥主要是指由化学方法或（和）混合方法制备的含作物营养元素氮、磷、钾中任何两种或三种的化学肥料。据不同的土壤环境、养分情况和作物需求，选择氮、磷、钾恰当的配比，实现作物的养分平衡供应，减少肥料的施用量，提高作物产量，以期达到最大的肥效。随着科学研究的不断深入，在复合肥中添加适量的中、微量元素，改变肥料的水溶性质，达到缓释和长效的功能，也是目前流行的做法。对于传统的颗粒肥料，进行适当的包衣处理，实现肥效释放速率的控制，也是一种可行的方案［2］。而复合肥中的添加原料，除了考虑满足作物的养分需求外，还要考虑生产成本、原料的团粒性能以及节水、环境友好等。
2 尿素造粒装置生产复合肥的工艺方案
为应对严峻的市场形势，顺应肥料复合化的趋势，尿素生产企业可考虑利用尿素造粒装置及现有其他配套设施，经过适当改造进行复合肥的生产，以扩展现有设备的利用途径，增加新的产品种类，提高企业的生存能力和竞争能力。现就尿素造粒装置生产复合肥的可能性及其工艺方案进行分析与探讨。
2.1 高塔造粒生产复合肥
对于熔点较低的或与尿液相溶性较好的添加物料，可以按照一定的比例直接添加到尿液中，在尿液的流动性、黏度、表面张力等物理性质改变不大时，就可以在不进行大的设备改动的条件下利用塔式尿素造粒喷头（图1）生产复合肥，这是利用现有尿素装置生产复合肥的最简易的方法。例如：在尿液中添加沉淀木质素，既减轻了沉淀木质素对环境的污染，又丰富了复合肥产品的种类［3］；在尿液中添加聚天冬氨酸、海藻液、锌腐酸制成增值尿素产品［4］，也属于这一思路。但是，由于添加的物料往往不可能很容易地溶入尿液中，或者由于添加量的要求会对尿液的物理性质产生较大影响，这些因素会制约此种造粒方法的适用范围，这时就需要采取专用的复合肥造粒装置。
目前，高塔造粒仍然是复合肥生产的主流方式。将需要添加的各种含有高浓度磷或钾以及中、微量元素的矿石或化学合成原料制成粉料，利用机械搅拌的方式，将其同尿液混合制备成黏度较高、流动性较差、表面张力较大的熔体，然后利用挤压装置或熔体泵送至特殊设计的造粒喷头里；造粒喷头一般采用双电机驱动，双电机可以是差速的，也可以是反向转动的，目的是利用喷头内件与外件的转动速度差，将熔体从外件（喷筒）上的开孔中挤出，然后在喷头以外的空间使流出的熔体断裂，形成不十分规则的颗粒；对于难以断裂的熔体，在造粒机构上还要考虑加装振动电机和弹簧支座（图2），使熔体在离开喷头后产生额外的扰动力，以便更容易形成需要的颗粒产品，并减轻喷筒上喷孔堵塞的几率［5］；喷出的颗粒在造粒塔内下落过程中固化和冷却，到达塔底形成满足包装条件的复合肥产品。
虽然此种生产方法得到了比较广泛的应用，但是设备配置非常复杂，高度超过100 m的造粒塔，要用斗式提升机将添加的固体物料输送到造粒塔的顶部，然后进行配混料，操作环境十分恶劣，加之需根据不同的需求添加不同的原料及比例，操作起来十分困难。
更多内容详见《中氮肥》2017年第1期