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1、第一章 三元复合肥概述1.1 复合肥的定义化肥工业是世界上进展速度较快的工业之一 ,科技进步和相关学科的进展以及市场需求变化和自然界生态平衡与调控 ,对化肥工业技术争论和进步也提出了更更高的要求。复合肥是指至少含有氮、 磷、钾三种成分中的任何两种的肥料。其生产工艺较之根底肥料要简单一些。目前 ,肥料的复合化、专用化已成为化肥工业进展的趋势和方向。专用复合肥在提高作物产量和质量等方面起着巨大的作用。1.2 复合肥的分类介绍通过查阅资料复合肥大致有硫基复合肥，尿基复合肥，硝基复合肥和氯基复合肥等，下面对各种复合肥做肯定的简洁介绍：1.2.1 硝基复合肥：硝基复合肥是以硝酸铵为氮源，添加磷、钾等复肥
2、原料，生产出的 N、P、K 高浓度复合肥料。硝基复合肥是以硝酸铵为氮源，添加磷、钾等复肥原料，对肥料进展二次加工生产出的 N+P O +K O40%的高浓度复合肥料。在生产硝基复合肥的原料中，252硝酸铵含氮量高，来源广，易得价廉。我国磷矿资源丰富，原料磷完全可以满足企业生产需求，原料钾国际市场供给充分，而且进口不受配额限制。因此具有各种原料资源的化肥企业完全可以有条件因地制宜地开发生产硝基复合肥。1.2.2 尿基复合肥从化肥制造方法上讲，氮素来源为尿素的复合肥就叫做尿基复合肥。 尿基复合肥是用尿素为氮源和氯化铵、氯化钾、硫酸钾、重钙、磷铵等根底肥料作为原料进展二次加工制取的高浓度氮磷钾多元复
3、合肥，常用的生产方法有挤压法、团粒法、料浆法和熔体法等。其中常规团粒法和料浆法最为常用，特别是高浓度尿基复合肥，生产工艺一般要在原料中添加肯定量的水分，以满足造粒的需要， 并在后工序中设有枯燥设备，由此既影响到产品的颗粒强度，也增加了装置的投资费用。1.2.3 硫基复合肥硫基复合肥是指钾素来源承受硫酸钾，或将氯化钾脱去氯离子制成的复合 肥，且氯离子的含量不能超过 3%，否则就是氯基复合肥。硫基复合肥适用比较广泛在缺硫土壤和需硫较多的蔬菜如洋葱、韭菜、大蒜等上面施用效果不错。在对缺硫比较敏感的油菜、甘蔗、花生、大豆和菜豆中施用硫基复合肥有较好地效果1.3 复合肥的应用前景对于国内目前各种单一化肥
4、，市场需求已趋于饱和，同时，农业产业构造的不断调整，经济作物在农业种植中所占的比例日趋增加，对各种复合肥的需求量也越来越大。 复合肥同时含有氮磷钾等作物生长所需的养分元素，养分均衡， 有效成分含量高，可用于各种经济作物 油料作物。旱地作物的基肥和追肥，广泛适用于各种类型的土壤，还可以节约大量的肥料包装、运输、存储及施肥的费用，复合肥的是一种增产效果显著，具有良好经济效益和社会效益的多效肥料。从上述分析可以觉察，我国复合混肥进展格外快，企业群体浩大，产品数量众多 但现有产品进展却存在不少问题，例如配方过多，高浓度产品进展过快，产品针对性不强等。目前，我国化肥产业正处于快速进展和变革的时代，农业的
5、多样化需要肥料技术和产品的更，但无约束的盲目进展影响农业安康进展我国复合混肥产业总量和规模已经很大，下一步应当走向高效化道路，必需通过有效的治理措施来让其步入正轨。这些问题说明，我国肥料治理制度远远跟不上产品进展速度，目前涉及复合混肥治理的方法包括标准。肥料登记和肥料生产许可证等都需要进一步完善。但完善治理方法不能单一地考虑企业的利 益，应当综合考虑农业和农民的利益，这也是从根本上保护企业的进展。近年来国内硫基复合肥的进展格外快速,建生产装置不断建成投产。安徽宁国司尔特 400kt/a 硫基复合肥工程已于 2023 年 12 月 30 日竣工,装置正在进展试运转。该工程是国家重点技术改造工程,
6、建在安徽宣城市工业园区内,以皖南丰富的硫铁矿和硫精砂为原料生产硫酸 P2O5,以含量小于 18%的低品位磷矿为原料生产磷酸,以氯化钾为原料中和一转化生产硫基复合肥 ,生产工艺先进,产品市场竞争力强。该工程总投资 1.99 亿元,建成投产后每年可实现销售收人 7.66 亿元,利税 1.03 亿元。因此，从长远看,进展复混肥料(复合肥料) 是今后化方向， 因此生产硫基复合肥具有肯定的市场进展空间。其次章 方案确定2.1 设计题目年产 40 万吨硫基三元复合肥1.2 建设规模及内容年产 40 万吨硫基三元复合肥，以硫基、磷矿石、氯化钾、98%浓硫酸为原料应用喷浆造粒方法生产硫基三元复合肥。目前国内生
7、产硫基复合肥的方法主要有团粒法和料浆法 2 种,依据生产原料的不同,料浆法又可分为传统料浆法和低温转化法。前者是由硫酸钾直接供给K O；后者是用氯化钾低温转化成硫酸氢钾供给 K O,马上氯化钾转化后的硫酸氢22钾溶液与磷酸和氨反响生成复合料浆 ,再用喷枪在造粒机内喷浆涂布造粒 ,经枯燥、筛分、包膜等工序得成品硫基复合肥(总养分最高可达 46%)。据悉,近期又开发出一种以磷矿石、硫酸、氯化钾、尿素和氨为原料的转化-氨化硫基复合肥生产工艺。其工艺流程为:浓硫酸和氯化钾用 0.3-0.7MPa 的蒸汽直接加热,在转化槽中 100-125的条件下进展转化反响生成硫酸氢钾,再与磷酸一铵料浆混和生成混酸料
8、浆后送入氨化工段,反响中生成的氯化氢气体经用水吸取后生成盐酸。混酸料浆在氨化工段的管式反响器内与通入的气氨进展中和反响,利用瞬时反响释放的热量在管式反响器出口处产生 0.2-0.4MPa 的背压,对中和料浆进展雾化喷浆后,送入转鼓造粒机内与返料和参加的粉状磷酸一铵、粒状尿素进展造粒,并通过分布器向造粒机内的料浆通入局部气氨和蒸汽。造粒机排出的含氨尾气用水洗涤后排放收集,可用于溶解磷酸一铵。出造粒机的物料经烘干、筛分、冷却成为成品硫基复合肥。承受该工艺生产的硫基复合肥是化学合成而非物理混合,产品物相构造好,化学成分稳定。生产 1t 硫基复合肥需磷酸 0.193t、硫酸0.175t、氯化钾 0.2
9、39t、液氨 0.133t、尿素 0.035t，同时副产盐酸 0.270.29t。产品含水量2.0%,符合 GB15063-2023 标准,并可依据需要敏捷调整产品的品种和规格,市场适应性广,产品竞争力强。1.3 设计的建设意义最近 10 年是我国化肥产业进展速度最快的阶段，也是化肥产业消灭重要转折的阶段。化肥总量快速增长、氮、磷肥自给率超过100，高浓度氮肥和磷肥的比重都超过 50，而且最显著的特征是复合肥的快速进展。2023 年我国复合肥产量到达 135 万吨 P O ，占磷肥总产量的 8，占化肥总用量的 27；20232 5年我国复合肥产量到达 196 万吨 P O ，占磷肥总产量的 1
10、4.5参考硫酸磷复2 5肥技术经济信息 2023 年年报，中国磷肥工业协会、中国硫酸工业协会编辑。这仅是中国磷肥工业协会统计的复合肥产量，假设考虑各种掺混肥料的产量，我国复合混肥的产量超过 5000 万吨实物量，占我国化肥产量的 33；复合混 肥产能估量达 2 亿吨，企业多达 5000 多家。复合肥的快速进展为科学施肥奠定了良好的根底。1.4 建厂地址内蒙古呼和浩特金川开发区，开发区北靠 110 国道和呼包高速大路，南临京包铁路，东接呼准二级大路，有两个火车站设在开发区，四条道路通往市区，距飞机场 20 公里。便于运进原料、输出产品。开发区地处自治区中西部资源富集的“金三角”要道口，四周有上百
11、种储量可观的金属和非金属矿藏以及丰富的农畜土特产品，地下水源丰富且水质优良，有宽阔的资源开发前景和巨大的开发潜力。开发区按用途规划为工业区、生活区、商贸金融区、科教区和旅游风景区。开发区道路成方格网状布局，分主干道、次干道和环路三级设置。三年来，开发区管委会与入区企事业单位共同投资近 6 亿元人民币，开发建设 3 平方公里。供排水、电、气、道路、通讯、平坦土地等“六通一平”根底设施根本配套。已建成日供水 4 万吨水厂和 110KV 变电站，现有各类建筑物 60 多座，建筑面积 29 万平方米。同时，建立了精干的办事机构，形成了“一站式”治理，“一条龙” 效劳的高效运行机制。1.5 年工作日30
12、0 天开工因子为 0.9 左右1.6 生产原料内蒙古达茂旗布龙土磷铁矿中精选出的磷精矿第三章 生产路线确实定3.1 原料路线确实定原则NPK 复合肥生产的原料主要依靠于氮、磷、钾3 种根底原料。在生产NPK 复合肥时，氮源一般为液氨、尿素、硝铵和硫铵等；磷源一般为磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵和重钙等；钾源一般为氯化钾和硫酸钾。选择何种原料作为NPK 复合肥装置的根底原料，这将依据现有企业当地资源条件、交通状况、能源供给乃至投资等方面条件进展多方位比较，从而确定原料的选择。依据国内外硫基复合肥生产的技术经济状况及我国现有复合肥生产的阅历和我们建厂的条件等诸多因素，初步选原料为稀磷酸23% PO,KC
13、L KO 60%硫酸98%氨气100%3.2 磷酸工段工艺流程的比较及确定252从石膏的结晶水分类可以分为：半水、二水，二水 -半水再结晶法、半水-二水再结晶法。二水法：优点：1.二水物结晶在稀磷酸溶液中有很好的稳定性，在生产过程中不会发生任何形式的相变而造成结块；2. 能形成粗大、整齐的晶体，有利于过滤和洗涤；3. 操作简便、掌握幅度大、运转时间长或开工率高：通常可达有效操作时间的 85%-95%，每年操作时间一般为 298-333 天；4. 对设备材料的腐蚀相对较轻；5. 对矿粉的适应性强，生产用矿可以转变。缺点：1.制的的磷酸浓度较低，最高只能为 30%-32%P O 。大局部需要浓缩，
14、2 5加大工厂基建投资。2.石膏中晶间 P O 损失大，磷矿的 P O转化率低：即使用高品位磷矿也只有2 52 597%，工厂的 P O2 5的回收率一般只能到达 94%-98%。半水法：优点.半水物结晶能在高的磷酸浓度及温度下以介稳定形式存在，同时其可以形成粗大的晶体，在浓磷酸介质中有较好的过滤性能。缺点：P O2 5转化率低92%-94%；介稳定的半水物结晶在操作运转中常会带来很多难以预期和客服的麻烦，同时该方法对矿质的要求高。从理论上讲，再结晶流程可分为二水半水再结晶流程、半水二水再结晶流程、半水一无水再结晶流程。其中无水物无法长成粗大的晶体，难以进展有效的过滤和洗涤。这就使该流程目前尚
15、缺乏有用意义。接下来就二水半水再结晶流程和半水二水再结晶流程进展比较。二水半水再结晶流程有如下特点：A、成品磷酸浓度偏低而二水物流程相接近。全系统的热过程不尽合理，如在分解过程中为了形成二水物结晶需要相比照较低的温度，需移走大量的热，但在转化过程中为了二水物的脱水，又需加大量热来提高脱水的温度。B、半水物结晶是一个介稳定固相，在稀磷酸溶液中形成的半水物的稳定性更差，因此，对滤渣的处理常常遇到麻烦，通常的做法是令其自行吸水转化为二水物，这样全系统的转化过程实际上成了二水物半水物二水物。C、在转化过程的溶液中，形成的半水物“过度脱水”成无水物的趋势是存在的。D、有一些公司将此法实现工业化，但后来又
16、转为二水物流程。通过以上五点的比较，我们觉察此法在工业化运用上还不够成熟，所以将二水半水再结晶流程排解。二水-半水法、半水-二水可以综合以上方法优点但对矿质的要求高。综合以上表达，从设备投资、产品的稳定性、操作条件考虑。此段工艺选择二水法生产磷酸。3.3 KCL 转化工段的工艺路线确实定3.3.1 KCl 转化目前有两种生产工艺比较1. 连续法流程为:定量参加的 KCl 和浓硫酸在反响器内生成硫酸氢钾,到达肯定的转化率后,批量地和 P O 22%的湿法磷酸混合形成混酸,送复肥工段使用。2 5同时生成的HCl 气体用水多级吸取,制得 31%的盐酸,盐酸质量符合工业盐酸标准(GB32093)。2、
17、连续法流程为:来自原料仓库的 KCl 和来自硫酸贮槽的浓硫酸,按肯定配比连续不断地参加到第一反响器中 ,在进展转化反响的同时,物料连续地溢流至其次反响器内连续反响,反响生成物进入混酸槽中,和肯定量的湿法磷酸制备成混酸,供后工序使用。反响生成的 HCl 气体用水多级吸取后制得 31%的盐酸。连续法流程优点：工艺先进、设备数量少、设备生产强度大；用 DCS 掌握, 自动化程度高；产品混酸组成稳定；生成的 HCl 数量均衡,可使 HCl 吸取设备生产强度提高,副产品盐酸质量稳定。故此段选择连续发来转化氯化钾。3.3.2 槽式转化与釜式转化相比有如下一些优势(1) 氯化钾转化反响槽对防腐材料的选择随便
18、性较大，还可用各种不同特性的防腐材料组合而成，比反响釜选择面相对较宽只要设计得当，即可做到一次投资长期运行，不象反响釜那样更换频繁，操作费用相对要低得多。(2) 搪瓷反响釜即使在质量合格的状况下，也很简洁机械损伤，局部损坏， 进而整个釜报废，反响槽防腐材料选择面宽，可避开因清理结晶等造成的局部损伤。(3) 槽式转化承受蒸汽直接加热。加热蒸汽冷凝水稀释硫酸产生大量的稀释热对料浆起加热作用，使单位产品的蒸汽耗量比釜式转化工艺大幅度降低，蒸汽直接加热工艺一方面可降低产品本钱，另一方面对我公司现有蒸汽供给缺乏的现实状况来说可缩减工程建设投资。(4) 槽式反响器设计可留出足够的气液分别空间，消退废盐酸的
19、产生，不仅可减轻废盐酸处理的压力，还可增加盐酸产量。固然，槽式反响器同样也需处理好诸如蒸汽加热管及各部材料的选择，顶盖防腐方式，溢流出料管结晶的堵塞等诸多难题。综合以上所述，此段承受槽式转化方法。3.3.3 KCL 转化工艺：KCL 转化工段主要方程式为：KCL+H SO =K HSO +HCL 为微放热反响。2424硫酸氢钾在不同的温度下可以以两种不同的状态存在，即固态和液态。当 T100时：硫酸氢钾呈溶液状，但较粘稠；当 T130时：硫酸氢钾呈流淌性较好的溶液状态。氯化钾的转化程度随着反响温度的上升而加大；当反响温度小于 110时，转化率低于 85%；当温度在 110-130时，转化率在
20、85%-90%；当反响温度大于 130时转化率可在 95%以上。此反响中物质为强酸性，反响温度高，则对容器的腐蚀性加剧。再者由于反响温度是靠预热硫酸或加热反响物的方法维持，受材料的限制，硫酸温度仅能加热到 120左右，反响转化率只能在 85%-90%。因此承受氯化钾低温转化法，由于反响中温度的变化对转化率影响很大，广泛承受的方法是先将硫酸加热至 120后进入反响或将蒸汽直接通入反响物料中。低温转化的优点：运用低温转化工艺，20%-22% P O 的稀磷酸，即可满足生产硫基复合肥的要2 5求，可以使用低品位的磷矿石，生产出来的稀磷酸即可直接使用，不用浓缩设备， 工艺流程短、投资少、能耗低、产品本钱低。综上所述打算选用蒸汽连续加热、氯化钾低温槽式转化连续操作生产工艺。