硫基复合肥生产工艺

硫基复合肥生产工艺山东聊城鲁西化工第五化肥有限公司第一节绪论国内复合肥产品分类：1.按造粒工艺：喷浆造粒、氨化转鼓造粒、团粒、高塔或低塔造粒、钢带造粒等；2.按产品中养分配比：硫基、氯基、尿基、硝基、硝硫基等；3.按肥料的功能：缓释肥、控释肥、根系生态肥、生物菌肥、叶面肥、冲施肥等。五厂目前生产的复合肥属于硫酸钾型化学合成喷浆造粒复合肥和团粒法复混肥两种。五厂正在两套复混肥装置进行氨酸法技术改造，2月底即可全部完成，3月初投入生产。1、氮元素氮是农作物需要量最多的元素，是组成作物中蛋白质、叶绿素、酶、核酸和维生素的主要成分。氮能使植物枝壮叶茂。氮在作物的干物中占0.3％－0.5％。氮主要是以铵态氮和硝态氮的形态被植物吸收，植物也可以直接吸收有机氮，如尿素、氨基酸等。但各种不同的农作物对氮的吸收形态不同，如水稻、甘薯、小麦、玉米等作物均以铵态氮肥为好，而烟草施硝态氮肥可增加燃烧性，施铵态氮肥可增加芳香油形成，增进烟草香味，两者同时施用为宜。2、磷元素是作物需要量仅次于氮的元素，是组成原生质、核细胞的重要元素，磷能促进作物生长发育、开花结果，籽实早熟丰满，提高籽实的产量和品质。在作物中磷占作物干重的0.2％－1.1％。3、钾元素钾是作物生长发育的三要素之一，在作物中占干重的1.5％左右。钾是许多酶的催化剂，它的存在可促进作物的光合作用，保持作物的生命活动；钾能促进作物对氮的吸收，使之较快转化成蛋白质，同时可平衡氮、磷的多量吸收；钾还能促进碳水化合物的生成，并加速同化产物向贮藏器官输送；钾还能增强作物的保水抗旱能力，提高作物的抗倒伏和抗病能力。硫酸钾型复合肥主要由四大原料生产：硫磺、氯化钾、磷矿石、液氨。其中硫磺是生产硫酸的主要原料；氯化钾是生产硫酸氢钾的主要原料；磷矿石是生产磷酸的主要原料；气氨与混酸反应生成料浆，经造粒干燥后生成复合肥。用硫磺生产硫酸的工艺过程简单，而且没有废水和废渣污染，是硫酸工业生产比较理想的原料。•氯化钾为无色或白色立方形结晶，进口氯化钾肥料有红带白色、无臭、味咸，相对密度1.984，熔点770℃，易溶于水，每100g水能溶解27.6g氯化钾（0℃时），微溶于乙醇，不溶于浓盐酸、乙醚和丙酮。有吸湿性，易结块。•天然磷矿石，主要是磷灰石和磷块岩，它们的主要化学成分都是氟磷酸钙，其化学式通常写作Ca5F(PO4)3。磷矿的品位是指磷矿中P2O5的含量。我国习惯上以P2O5的百分含量计，我国现有磷矿按品位的高低一般分为高品位矿（富矿），中品位矿和低品位矿（贫矿）三类，富矿一般含P2O5在30％以上，杂质含量少，中品位矿含P2O5在26％－30％之间，含P2O5低于26％的叫贫矿。•氨为无色恶臭味刺激性气体，大量吸入可出现呼吸道刺激症状，氨水可致灼伤，吸入者应移至空气新鲜处，灼伤者用大量水冲洗。熔点-77.7℃、沸点-33.35℃、闪点:自然点651.22℃、相对密度：蒸汽0.6、爆炸极限：下限16％、上限25％，氨式空气与氨混合物遇火能爆炸。•硫酸钾型化学合成喷浆造粒复合肥生产过程主要包括硫磺制酸、湿法磷酸、氯化钾转化和复合肥生产四部分。下面对这四个生产过程进行逐一介绍。第二节硫磺制酸装置生产过程1、硫酸的性质及用途硫酸，H2SO4,相对分子量为98.078。外观为无色透明油状液体，常温下密度为1.8305g/cm3。硫酸是强酸，具有酸的通性，但硫酸具有其特殊的性质。物理性质方面，有相对密度大、沸点高、液面上水蒸气的平衡分压极低等性质；化学性质方面，有氧化、脱水和磺化的性质。硫酸是最重要的化工原料之一，用途非常广泛，无论在工业部门，还是在发展农业生产、满足人民物质生活需要、加强国防力量，都起着重要作用。我厂的2套硫磺制酸装置年产硫酸30万吨，全部供本厂生产硫基复合肥使用。2、硫酸工业及原料接触法制硫酸几乎是目前世界上硫酸工业的唯一方法，按所用原料不同可分为硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸、石膏制酸、硫磺制酸。在不同国家由于本国硫资源的不同，生产硫酸的原料路线有很大差异。相对而言，硫磺资源丰富，制酸过程简单，且经济效益好，以硫磺为原料制酸占酸量的绝大多数。我厂制酸原料即为硫磺。生产过程所产生的中、高温位余热用于发电。硫磺分子量为32.066，常压下沸点为444.6ºC。硫磺蒸汽呈黄色。常压下熔点为119ºC，在110-119ºC时可有不同形态的固体与液体硫磺同时存在。硫磺着火点为363ºC，易在空气中燃烧，火焰呈蓝色。硫磺粉尘在空气中达到一定浓度会发生爆炸。硫磺不溶于水，易溶于二硫化碳。3、硫酸的生产原理硫磺燃烧生成二氧化硫，二氧化硫在催化剂（五氧化二矾）的作用下与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫被水吸收生成硫酸。化学反应式如下：S+O2=SO2+Q2SO2+O2=2SO3+QSO3+H2O=H2SO4+Q4、硫酸生产工艺流程框图硫磺烟囱排空98%酸去硫酸罐空气加水93%酸去硫酸罐熔硫槽液硫过滤机澄清池第一废锅93%循环槽气体过滤器转化器四段一吸塔四锅二吸塔低温过热器转化器换热器硫磺焚硫炉三锅板换干燥塔风机板换98%循环槽板换尾气洗涤塔5、硫酸生产工艺流程简述我厂采用（3+1）二转二吸工艺流程。该流程有五大特点：（1）最终转化率高。（2）能够处理较高浓度的SO2气体。（3）减少尾气中SO2排放量。（4）所需换热面积较大。（5）由于增加中间吸收塔和两台串联的换热器，故系统阻力比一转一吸增加。该流程大体可分为五部分，分别为：熔硫、焚硫、转化、锅炉和干吸，下面将对其分别叙述。熔硫：经传送带将固体硫磺加入熔硫槽中熔化为液硫，经液硫过滤器后流至液硫地槽，再用液硫泵打入液硫过滤机。经过滤后的液硫进入澄清池进一步净化，然后用粗硫泵打入精硫槽，以备焚硫工序使用。焚硫：用液硫泵将精硫槽内液体硫磺经磺枪呈雾状喷入焚硫炉。在焚硫炉内液硫与干燥空气中的氧气燃烧生成SO2炉气，同时放出大量的热。这些余热被锅炉吸收利用产生中压蒸汽，供汽轮机发电。空气经干燥塔净化、干燥后由鼓风机送至焚硫炉。干燥塔内是用93%的硫酸与空气对流吸收空气中的水份实现干燥、净化目的。转化：由焚硫炉来的炉气经废热锅炉降温后再经过气体过滤器进入转化器一段进行转化反应。一段出来的炉气经过热器Ⅱ换热降温后进入转化二段继续进行转化反应。二段出来的炉气经热热换热器与一次吸收回来的炉气换热后进入三段进一步转化。三段出来的炉气经冷热换热器与一吸回来的气体换热再经省煤器Ⅱ降温进入第一吸收塔。在一吸塔内部分SO3气体被吸收，所剩气体再经除沫器、冷热换热器、热热换热器进入四段。四段出来的气体（绝大部分为SO3）经过热器Ⅰ、省煤器Ⅰ降温后进入第二吸收塔进行第二次吸收，吸收后尾气放空。干吸：由干燥和两个吸收塔流出的酸分别注入各自的循环槽。再用各自的酸泵将硫酸经板式换热器冷却后打入各自的塔内进行干燥空气或吸收SO3。干燥和吸收循环槽相互串酸并加适量的水，保持各自的酸浓。锅炉：锅炉给水是脱盐水经除氧器除氧后经省煤Ⅰ、省煤Ⅱ与炉气换热产生的240ºC左右的水。在废热锅炉内炉水与从焚硫炉来的高温气体换热产生中压饱和蒸汽进入过热器。此饱和蒸汽在过热器Ⅰ内与转化四段出来的气体换热进入过热Ⅱ再与一段出来的气体换热产生中压过热蒸汽供汽机发电使用。第三节湿法磷酸生产过程3.1磷矿简介磷矿是制造磷化合物的初始原料。磷矿早在18世纪末就被发现并开始研究，磷矿的工艺开采始于19世纪中叶，我国磷矿石的产量仅次于美国、前苏联和摩洛哥而居世界第四位，我国的磷矿资源主要集中在云南、贵州、四川、湖北和湖南五省。天然磷矿石，主要是磷灰石和磷块岩，磷矿的主要化学成分是氟磷酸钙，其化学式通常写作Ca5F(PO4)3。3.2磷矿质量的评价（1）磷矿的品位：磷矿的品位是指磷矿石中P2O5的含量。我国现有磷矿按品位的高低一般分为高品位矿（富矿），中品位矿和低品位矿（贫矿）三类，富矿一般含P2O5在30％以上，杂质含量少，中品位矿含P2O5在26％－30％之间，含P2O5低于26％的叫贫矿。（2）磷矿中有害杂质含量：磷矿中有多种杂质，如铁、铝、镁、锰、矾、锶等金属离子，但影响较大的通常是铁、铝、镁三种。其中磷矿中的CaO含量（指CaO/P2O5比值）决定湿法磷酸生产中硫酸消耗量。3.3磷酸的性质和用途（1）磷酸的性质磷酸是无色透明油状液体，无臭、味酸、易溶于水，溶于乙醇。其酸性较硫酸，盐酸、硝酸等弱酸为强。对皮肤有腐蚀性。对皮肤有腐蚀性。在湿空气中贮存，会吸潮变稀。磷酸的工业生产方法可分为两类。一类是热法生产，制得的产品称为热法磷酸，磷酸的质量较好，通常用于制造工业磷酸盐产品或食品级磷酸盐；另一类是湿法生产，产品称为湿法磷酸，酸的质量较差，随使用磷矿不同，酸中含有较多杂质，通常用于生产肥料。我厂采用的是湿法生产磷酸。（2）用途：磷酸是最重要的化工原料之一，用途非常广泛，无论在工业生产，还是在发展农业、满足人民物质生活需要、加强国防力量等方面都起着重要作用。我厂所产磷酸均供本厂生产复合肥使用。3.5磷酸生产工艺流程框图磷矿石硫酸石膏场输送机粗颚破碎机二级破碎机反击破碎机球磨机矿浆贮槽矿浆泵萃取槽消化槽料浆泵过滤机输送机磷酸贮槽3.6磷酸生产过程简述磷酸的生产过程包括原料工序和磷酸工序：1、原料工序各品位磷矿石经过一定配比后经板式输送机进入粗颚破碎机、细颚破碎机、立式破碎机，破碎后经皮带输送至球磨机，在球磨机头加入适量一次水，球磨机产出的矿浆经振动筛筛分后流入矿浆贮槽，将矿浆计量泵送至萃取槽。2、磷酸工序硫酸进入萃取槽与磷矿浆进行反应，反应后生成料浆（磷酸溶液和难溶性的硫酸钙结晶），经料浆泵输送至转台式过滤机，经三级过滤、洗涤，成品磷酸输送至成品磷酸罐备用，同时过滤出的磷石膏经石膏皮带输送至石膏堆场。3、主要工艺指标⑴萃取率≥94.5%⑵矿浆细度通过－100目≥90％⑶反应温度85—110℃⑷液固比2.0～3.0：1⑸液相SO30.015—0.045g/ml⑹成品酸浓19.0～22.0％第四节氯化钾转化生产工艺过程4.1氯化钾的化学分子式为KCl，分子量74.56，为中性盐类，无毒、无腐蚀性，无爆炸性，易溶于水。含K2O一般在61.0%左右。工业主要用于制取其他钾盐，如氢氧化钾、碳酸钾、硝酸钾、硫酸钾、氯酸钾，磷酸二氢钾，高猛酸钾等，还广泛用于石油工业，橡胶工业和电镀工业，在医药卫生上作利尿剂，代盐等。农业中广泛用于农业作物与经济作物的底肥与追肥。钾是化肥三要素之一，它促进植物蛋白质和碳水化合物的形成，增强抗倒伏能力，是提高农产品品质的关键元素，具有平衡植物中氮磷和其他营养元素的作用。4.2氯化钾转化的生产原理氯化钾与硫酸反应生成硫酸氢钾，再加入磷酸后生成混酸，具有强酸性，主要为复合肥车间生产复合肥用。热硫酸与氯化钾在反应槽内反应，生成硫酸氢钾与氯化氢气体，此反应属微吸热反应。反应方程式如下：KCL＋H2SO4＝KHSO4＋HCL4.3氯化钾转化生产工艺过程方框图氯化钾硫酸磷酸尾气放空皮带输送机氯化钾料斗氢钾反应槽板式加热器冷却器风机一吸塔二吸塔三吸塔四吸塔混酸地槽混酸泵混酸罐4.4氯化钾转化生产工艺过程简述该流程大体可分为两部分：反应、吸收。1、氢钾反应氯化钾经皮带计量称计量，与加温后的热硫酸同时进入氢钾转化槽反应，反应后的HCL气体去吸收系统，硫酸氢钾溢流至混酸地槽与磷酸搅拌均匀后泵送至混酸储罐备用。2、氢钾吸收反应后生成的HCL气体首先进入石墨换热器、降膜吸收塔进行冷却、吸收，经风机引入一吸塔、二吸塔、三吸塔、四吸塔与淡盐酸进行逆流吸收，吸收后所剩少量HCL气体经烟囱排空。4.5氢钾车间主要工艺指标1、反应槽温度120℃—150℃2、硫酸温度110—128℃3、混酸比重1.38—1.47g/ml4、成品盐酸浓度31.0-32.2％第五节复合肥生产工艺5.1复合肥车间生产工艺过程框图混酸气氨空气管式反应器中和槽给料槽料浆泵造粒机热风炉放空大颗粒细料小颗粒大粒小粒包装包装造粒机文丘里洗涤器尾气洗涤器风机斗提机振动筛二次筛分冷却滚筒成品振动筛返料刮板5.2复合肥装置生产工艺过程简述复肥装置可分为三大部分：中和、造粒、筛分。⑴中和：来自氨