柳化30万吨合成氨点火成功.doc

柳化30万吨合成氨点火成功 1月21日柳化30万吨合成氨点火仪式顺利举行，标志着总投资15亿元广西重点工程以壳牌煤气化技术为核心柳州化学工业集团有限公司30万吨合成氨技改工程竣工投产。此工程竣工也说明了柳化已经掌握了当今世界上最先进煤气化技术，为公司今后进一步做强做大主业、重点发展煤化工奠定了坚实基础。柳化合成氨技改工程包括锅炉、空分、气化、污水处理、供电、信息自动化控制等12个子项目，是当今世界上以煤为原料生产合成氨技术最先进工程。该工程所有工序均采用了当今合成氨生产工艺中高新技术。其中信息系统采用基于浙大中控ESP-iSYS实时数据库中控实时监控系统。 总投资15亿元，经过3年多的时间，广西重点工程以壳牌煤气化25.82,-0.44,-1.68技术为核心的柳州化学工业集团有限公司30万吨合成氨技改工程，昨日竣工投产。这标志着柳化已经掌握了当今世界上最先进的煤气化技术，为公司今后进一步做强做大主业、重点发展煤化工奠定了坚实的基础。 该项目是广西目前最大的国债贴息技改项目、国家重点示范项目；是广西化工史上投资最大、技术最先进的工程。其将国际上最先进的壳牌粉煤加压气化技术用于生产化肥，在我国尚属首次。项目投产后，使该公司合成氨产量由过去的30万吨增加到60万吨，各种化肥化工产品将达到200万吨，产品品种多达近40种。为柳化跻身全国氮肥龙头企业行列，参与国际竞争打下了坚实基础。 柳化合成氨技改工程包括锅炉、空分、气化、污水处理、供电、信息自动化控制等12个子项目，是当今世界上以煤为原料生产合成氨最先进、最完美的工程。该工程所有工序均采用了当今合成氨生产工艺中的高新技术。工程工艺复杂、设备庞大、单体设备最重超过1000吨，最高达78米。在此之前已取得了试车成功，而且运行平稳。 柳化是广西最大的氮肥生产基地，也是华南地区最大的化工化肥生产基地，氮肥生产占全区产量的一半以上，总资产32亿元。 熔体塔式造粒制高浓度氮磷钾复混肥料技术 1、项目概况 熔体塔式造粒制高浓度尿基氮磷钾复合肥料是上海化工研究院近年研究开发的适合于尿素生产厂和复合肥生产厂技术改造和产品升级的新技术，为国内首创，具有国际先进水平。 2、技术特点 熔体造粒工艺的特点是物料处于高温熔融状态，含水量很低且可流动的熔体直接喷入冷媒（冷媒通常是空气或熔体物料不溶解的液体，如矿物油等）中，物料在冷却时固化成球形颗粒；或者可流动的熔体喷入机械造粒机内的返料粒子上，使之在细小的粒子表面涂布或粘结成符合要求的颗粒。溶液的蒸发或浓缩固要需要消耗能量，但在能量利用方面远较干燥颗粒产品有效，更何况在某些生产工艺中还可以充分利用反应热来蒸发部分甚至全部水分；一般的造粒工艺，干燥机通常是造粒装置中最大的而且也是最昂贵的设备，熔体造粒工艺无需干燥，节省了投资和能耗。 熔体造粒法制复合肥技术最早应用于磷酸一铵（MAP）、硝酸磷酸铵（APN），尿素磷酸铵（UAP），在这些生产方法中，可以加入钾盐或其它固体物料生产颗粒状氮磷钾复合肥产品。按造粒方式的不同，熔体造粒法制复合肥工艺主要可分为造粒塔喷淋造粒工艺，油冷造粒工艺，双轴造粒工艺，转鼓造粒工艺，喷浆造粒工艺，盘式造粒工艺，钢带造粒工艺等。 造粒塔喷淋造粒工艺应用最早、最广泛的是单一氮肥（如尿素、硝酸铵等）的造粒，现已扩大到氮磷及氮磷钾复合肥料的造粒。荷兰斯塔米卡本公司曾用造粒塔喷淋造粒工艺生产硝酸磷酸铵钾；挪威海德鲁用造粒塔喷淋造粒制尿素磷酸铵及尿素磷酸铵钾。 上海化工研究院进行了以熔融尿素、磷酸一铵、氯化钾等为原料，造粒塔喷淋造粒制尿基氮磷钾复合肥的生产技术研究和开发，并已实现了工程化。 造粒塔式离心喷淋造粒工艺生产高浓度复合肥的 差动造粒装置 孔亦周 一、粒状氮肥的生产简介 目前粒状的氮肥（尿素或硝酸铵）产品其成粒方式大致分为两大类，一类是造粒塔式的喷淋造粒工艺，另一类是沸腾流化床造粒工艺。我国绝大部分的中小型尿素或硝酸铵生产厂商采用的是第一类即造粒塔式的喷淋造粒工艺。 造粒塔式的喷淋造粒工艺又分为两大类形式，一类是空心圆柱形结构的造粒塔，其顶部中心配置机械旋转式造粒喷头，采用的是离心喷淋造粒工艺；另一类是空心矩形结构的造粒塔，其顶部等间距配置多台的静止喷壶式造粒喷头，采用的是静压喷淋造粒工艺。我国的尿素或硝铵生产厂商绝大部分采用的是第一类即空心圆柱形造粒塔顶部中心配置机械旋转式造粒喷头离心喷淋造粒工艺。 现以第一类造粒塔式喷淋造粒工艺为例符合各项工艺指标（如熔融温度、浓度等）的尿素C0NH22或硝酸铵NH4NO3熔融液进入位于数十米高的造粒塔顶部，经过滤装置后进入其安装轴线与塔轴线相重合的旋转着的且已经充分预热过的造粒喷头，熔融液受造粒喷头旋转作用产生一个水平状的离心力，经造粒喷头的空心回转锥体母面上分布的若干个喷孔呈圆周切线方向射出。经喷孔射出的细流状态的熔融液受细流在空气中的波动特性、遇空气的阻力以及熔液自身粘度和表面张力等原因而断裂成一定体积的液滴，液滴在降落过程中与造粒塔内的上升气流进行接触的过程中被迅速冷却收缩成球状颗粒。 二、高塔熔体工艺粒状高浓度复合肥的生产简介 我国是一个农业大国，同时也是一个化肥生产和使用大国。当前我国化肥工业正处于产品升级换代、技术不断创新、肥料生产朝深层次的二次加工和农化服务、科学施肥等方向发展的新时期。随着国内尿素或硝酸铵产成品生产能力的日趋扩大以及化肥使用者对科学施肥认识的提高，单一养份的化学肥料（尿素或硝酸铵）直接施肥已不能适应现今科学施肥的要求比如化肥中有效元素的利用率偏低、环境污染、土壤板结以及农作物对其他元素的日益需求等，这些不足之处随着多元素的复合肥料的不断推出，势必将缩小这类产品在化肥市场上的份额比例，故而将尿素或硝酸铵用于二次深加工以生产高浓度高氮比的高效复合肥便是国内中小型氮肥企业势在必行的发展趋势。 用传统的生产单一养份氮素化学肥料（尿素或硝酸铵）的造粒塔喷淋造粒工艺加以改进后用以生产复合的氮-磷（N-P）或氮-钾N-K 两元肥以及三元的氮-磷-钾N-P-K复合肥技术在国外早已获得商业成功，上海化工研究院于1996年起开始了熔体法制高浓度复合肥技术的研发工作并相继开发成功多项熔体造粒工艺技术，这些技术的关键是制备流动性能良好的熔体料浆和将这一熔体料浆通过专用设备制成颗粒产品的工业生产装置。 本文作者供职的企业宝鸡建光流体设备厂是国内生产塔式离心喷淋造粒设备的专业制造厂，至今已为国内近200家中小型尿素或硝酸铵生产厂商提供了多种型号或规格的造粒设备。1998年我们有幸应邀参与了上海化工研究院N-P-K熔体造粒工艺项目的有关造粒生产装置的研发工作。 生产粒状复合肥的方法有很多种，本文仅就在造粒塔上、采用上海化工研究院的熔体法复合肥制浆工艺，生产颗粒状的两元N-P或N-K复合肥以及三元N-P-K复合肥所需的专用喷淋造粒设备作一简单阐述。 在尿素或硝铵熔融液中配入一定比例的经过加热的磷、钾元素以及填料等固态的粉状物料使其与熔融液混合，在熔融液自身的温度及机械搅拌的作用下迅速复合成具有一定流动性的低温共熔体，然后经造粒喷头喷淋造粒，复合熔融液出造粒喷孔后的成粒原理和过程与尿素的制造工艺相同。 由于熔体法复合肥工艺的三元素物质在熔融复合过程中其粘度比纯硝铵或尿素熔液的粘度大数百乃至数千倍且含有相当数量的固相悬浮颗粒，因此传统喷淋造粒工艺的造粒设备根本无法维持生产（喷孔很快即被堵塞），常规的离心式造粒喷头用加大喷孔直径的方法，也可以相对的延长设备的工作时间,但随之而来的问题是增大孔眼必然增大液滴断裂后的体积，增大液滴体积的后果是必然延长了颗粒冷却的时间，延长颗粒冷却的时间即等于要延长颗粒降落的路径（造粒塔的有效高度），为了保证颗粒不至于在未完全固化时就落至塔底而形成所谓的粘塔底事故，就必须增加造粒塔的直径、高度或通风量（但这一方案对于肥料生产厂商来讲肯定不是首选的方案）。 为解决高粘度的、含有一定比例的固相悬浮颗粒的熔融物料在塔式旋转喷淋造粒工艺中既能达到对产量、粒径、合格率以及颗粒强度、粉尘排放等指标，又能满足工业化生产对单机连续工作时间的要求，除了需要研制相应的工艺流程和指标外，还必须研发一种能适应上述要求的全新结构的造粒装置。 从1998年至今，经过不间断的艰苦努力，经过上海化工研究院以及众多用户厂商的无私援助，借鉴国外的成功经验，我们相继开发出了几款不同型号规格的差动造粒机。 三、差动造粒机特点 差动造粒机有两个工作主轴，我们把它叫做内轴和外轴，内轴负责驱动布料机构（物料分配装置），外轴负责驱动造粒喷头，二轴同心设置，通过各自的电器装置来控制两个传动机构驱动其各自的主轴以工艺需要的旋转速度以及旋转方向工作。 为其配套的造粒喷头的喷孔直径较传统的尿素造粒喷头的喷孔直径大了许多，视工艺配方的不同（配方与熔融液的粘度有关）差动造粒喷头的单个喷孔开孔面积较传统的尿素造粒喷头喷孔开孔面积约大3至10倍。 四、差动造粒喷头的造粒原理 在介绍差动旋转造粒喷头的成粒原理前，有必要简单介绍一下传统的旋转造粒喷头的成粒原理 当熔融液进入旋转的造粒喷头空心回转锥体的内腔时，由于受旋转运动的作用而产生一个与喷头旋转轴线垂直的离心力，从而在造粒喷头空心锥体的内腔形成一个其断面近似抛物线状的液态回转体（如图一），该液态回转体的液层厚度取决于造粒喷头的转速、进料量及喷出量的大小等因素的变化，造粒喷头的锥体内壁面将承受这一液层的离心压力，液层越厚其造粒喷头锥体内壁面承受的离心压力也就越大，熔融液正是在此离心压力下自造粒喷头空心锥体母面放射状开设的若干喷孔中喷出的。 我们已知 ①、不论是固态、液态、还是气态的流体，在脱离旋转体时的运动轨迹均是沿旋转体端点呈切线方向运动的（如图二）。 ②、由于熔融液在出喷孔时受到液层的离心压力，故此时的熔融液必将是完全充满喷孔的。 ③、经喷孔射出的细流状态的熔融液受细流的运动速度、细流在空气中的波动特性、遇空气的阻力以及熔液自身的粘度和表面张力等原因而很快就断裂成了一定体积范围内的液滴，液滴收缩冷却后即成为固态的球状颗粒。液滴的体积决定了成品颗粒的圆球直径。 ④、液滴从熔融状态到固体状态的过程就是从造粒塔顶部向塔底降落的过程，在这一过程中液滴需要同造粒塔内的上升空气充分地进行热交换来冷却自身。液滴的体积即颗粒的圆球直径决定着其从液态冷却到固态所必需的时间，而造粒塔的有效高度则决定着液滴降落的时间。 从上述几个已知中我们就基本可以知道了高塔喷淋造粒工艺的颗粒成粒原理，同时我们还可以总结出在造粒塔的有效高度已确定的情况下液滴的体积将受到限制超出造粒塔冷却能力的颗粒将由于其内部仍未完全冷却固化而将粘附在造粒塔的底部，粘附在造粒塔底部的现象就是化工生产常说的“粘塔底事故”，这是一个必须立即停产处理的事故。 差动旋转造粒喷头成粒原理 差动旋转造粒机有两套（内轴和外轴）各自独立的传动机构，两套传动机构在同一轴心上工作，视工艺需要，两套机构可同向异步差动旋转，或可逆向差动旋转，当然也可以像传统的塔式旋转造粒机那样同向同步旋转。差动造粒机的内轴负责将高粘度的带有固相悬浮颗粒的复合熔液分配给造粒喷头的布料机构，外轴则负责将熔液从喷头锥体母面上开设的喷孔内射出。射出的熔液在降落过程中断裂并收缩成一定直径范围的球型颗粒。由于熔融液的高粘度以及带有固相悬浮颗粒的特征，极易造成造粒喷头喷孔的堵塞，故造粒喷头的喷孔直径还必须尽量的加大才能比较容易通过这种高粘度的流体，同时大直径的喷孔还不得出现造粒塔的高度不足以能够冷却的液滴，这就要从差动造粒独特的造粒原理来解释了（请参照图三和图四）由于造粒喷头的内部还有一个同轴的旋转体，故差动旋转造粒喷头的腔体里面没有像传统的旋转造粒喷头那样的液态回转体液层。从图三可以看出，造粒喷头的内壁面主要承受的是布料机构在旋转时产生的熔融液自布料机构端点呈切线方向射出的液体冲刷力而不是传统造粒喷头那样的液体离心压力。 ①、 这一液体冲刷力一方面将由于离心力原因而聚附在造粒喷头内壁面孔与孔之间的物料冲散以防止由于时间关系而可能发生的化学聚合反应（比如尿素同磷酸一铵接触超出工艺规定时间则会分解和生成聚磷酸盐，其化学反应式是 CONH222NH4H2PO4→NH42H2P2O7CO22NH3）。另一方面布料机构将熔液从圆周运动的筋板端点切线方向射入造粒喷头内壁面的喷孔（如图三）。 ②、 由于造粒喷头与布料机构在旋转方向或旋转速度上存在着差异,加之熔液的射入角度关系，故造粒喷头的喷孔内并不是完全充满着熔液，也就是说，尽管差动旋转造粒喷头的喷孔开孔直径较传统的旋转造粒喷头的喷孔开孔直径大了许多，但由于它并不是在熔液完全充满的状态下工作，故自喷孔抛（准确的讲在这里应该用抛）出的液体流并不是很粗，这一特性有两个十分重要的意义其一是可以最大限度的减少喷孔被堵塞的可能；其二是由此断裂的液滴的体积仍在造粒塔对液滴冷却能力的范围之内，也就是说因为有了差动造粒喷头的特性，就不必为熔融液的高粘度而被迫改变造粒塔的现有数据（塔高、塔径及通风量） ③、 最后，因为熔融液内带有相当数量的固相悬浮颗粒，由于这些固相悬浮颗粒与熔融液的比重有差异加之是在一个类似旋流器原理的旋转锥体内运动故而极易形成固、液相的分层离析。大量的实验证明固相物料的分层离析沉降亦是造成喷头无法工作的重要原因。同时由于固、液相物料的分层沉降也将影响单颗颗粒的内在元素含量的比例而差动旋转造粒喷头的布料机构与造粒喷头由于在旋转方向或旋转速度上存在着差异，这样布料机构就如同是一个混合浆叶搅拌装置，固、液相物料的分层离析和沉降现象将被有效的遏制。 有关差动造粒喷头的原理在国外的专利文献上已有公开，但国外的专利喷头结构均比较复杂。我们通过长期的艰苦实践，现已开发出了数种款式和规格的、在结构上有别于国外专利的、具有我们独到特色的差动造粒装置。 目前已投入使用的差动造粒喷头在内部结构上有两种形式一种是倒塔形多层不等径水平园盘状排列的布料结构，第二种是如图三、图四所示的自圆心放射状等分排列的片状筋板布料结构。实践证明第二种布料结构比较实用。 目前已投入使用的差动造粒喷头在进料方式上有两种形式，一种是中心进料形式，第二种是如图四所示的侧进料形式。实践证明侧进料结构形式比较实用。 差动造粒的实用新型专利（专利号00233902.1）以及发明专利（专利号00106184.4）均已经国家专利局授权。 还有一点顺便简述一下 由于农用硝酸铵产品因其具有可制作炸药的特性，目前已被国家安全部门纳入了民爆管制物品系列，故对农用硝酸铵进行改性处理使之不可引爆并且不能再还原就成了硝铵生产厂商所面临的必需解决且又十分紧迫的问题。 对农用硝酸铵进行改性处理最简单、最经济的办法就是在硝酸铵熔融液中添加一定比例的固体粉状物料（如磷铵类、硫铵类等）与之共熔及复合使其因此能够有效的抑制硝铵的热分解、改变硝铵结晶的相变温度、提高硝铵的化学稳定性、使农用硝酸铵因此具备抗爆功能且不可再还原。 同时还由于上述工艺在硝酸铵熔融液里增加了对农作物生长极其有利的诸如磷、钾必须元素以及其他微量元素而将大大提高产成品的档次和销售竞争力。 上海化工研究院目前已成功开发出了农用改性硝酸铵（即硝基复合肥）的经济配方以及相应的全套生产装置配置和生产工艺流程。 利用硝酸铵生产企业现有的造粒塔以及硝酸铵熔液的生产工艺，只需再添加数台专用的装置设备即可完成农用改性硝酸铵的硬件改造工作；在经济科学的物料配比方法以及相应的生产工艺流程下，颗粒状的、具备抗爆功能的、含有多种元素的硝基复合肥即可不断生产出来。 在农用硝酸铵熔液中添加一定比例的固体粉料以改变硝酸铵物性并提高产品档次的工艺因其简单实用而将成为国内硝铵生产厂商优先考虑的技改方案，目前通过上述改造且已在生产实践中获得商业成功的企业有黑龙江化肥厂、泸州天天然气化肥厂、四川化肥厂、内蒙古乌拉山化肥厂等，而实现硝基复合肥工业化生产的造粒装置正是本文介绍的差动造粒机