一种硝硫铵复合肥的生产方法及生产装置
阅读说明：本技术 一种硝硫铵复合肥的生产方法及生产装置 (Production method and production device of ammonium nitrate-sulfur compound fertilizer ) 是由 王建涛 于 2019-12-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种硝硫铵复合肥的生产方法及生产装置,生产装置包括给料单元、混合反应单元、造粒单元、产品冷却单元和尾气处理单元；生产方法为：采用硫酸铵和硝酸铵摩尔比0.65~1:1的硫酸铵固体和硝酸铵熔融液,添加硫酸镁溶液,所述硫酸镁的用量为硫酸铵、硝酸铵和硫酸镁总重量的1~1.2%；混合物通过一级预混合反应和二级高温合成反应,反应形成料浆,然后通过喷浆、冷却、固化形成粒状产品。本发明提供的生产装置和生产工艺,彻底解决了硝硫铵复合肥生产中产品造粒困难、含量不均匀、质量不稳定等问题。(The invention discloses a production method and a production device of ammonium nitrate-sulfate compound fertilizer, wherein the production device comprises a feeding unit, a mixing reaction unit, a granulation unit, a product cooling unit and a tail gas treatment unit; the production method comprises the following steps: adding a magnesium sulfate solution into ammonium sulfate solid and ammonium nitrate molten liquid with the molar ratio of ammonium sulfate to ammonium nitrate of 0.65-1: 1, wherein the dosage of the magnesium sulfate is 1-1.2% of the total weight of the ammonium sulfate, the ammonium nitrate and the magnesium sulfate; the mixture is reacted through the first-stage premixing reaction and the second-stage high-temperature synthesis reaction to form slurry, and then the slurry is sprayed, cooled and solidified to form a granular product. The production device and the production process provided by the invention thoroughly solve the problems of difficult granulation, uneven content, unstable quality and the like of products in the production of ammonium nitrate-sulfate compound fertilizer.)
技术领域
本发明涉及一种硝硫铵复合肥的生产方法及生产装置。
背景技术
硝酸铵由于同时含有铵态氮和硝态氮，使其成为一种优良的化肥品种，但其***性使其作为化肥在农业生产的应用受到极大的限制，包括我国在内的许多国家均要求对硝酸铵进行抗爆改性后，才能用于农业施肥使用。
通常改性使用有机材料（氰尿酸等）或无机（MAP、DAP磷酸盐，或石灰及白云石等）材料进行抗爆剂改性。由于其土壤的适应性及改性成本较高，无法大面积在农业生产中应用，严重影响了硝态氮的施用，进而影响了硝酸铵装置的产能发挥和降低了硝酸装置的开工率，使硝酸及硝铵的行业健康发展受阻，尤其在我国硝态氮的使用明显低于国际水平，且双硝行业整体有效利用率不足70%。
由于高浓度化肥如尿素、磷铵的大量使用及含硫气体排放限制等情况，使土壤中缺硫的面积越来越大，因此利用含硫材料如硫酸铵对硝酸铵进行改性而应用于农业生产，将是一种有效的途径。
美国霍利韦尔国际公司专利200980135788.4公开了一种含有硝酸铵复盐的组合物的制备方法。该方法包括以硫酸铵和硝酸铵摩尔比约0.9~1.1:1的比例，在低于175℃的温度，提供含有硝酸铵、硫酸铵及水的混合物，其中加入到混合物中水的量基于熔融物中硝酸铵、硫酸铵和水的总重量是约2重量%到约24重量%。但该方法优点是将传统工艺如专利6689181及EP1923376等中反应温度由180~210℃下降至175℃，降低了硝酸铵分解率。但缺点是反应混合物含水量较高，增加了其固化和干燥成本，不利于改性效率的提高。
发明内容
本发明旨在提供一种硝硫铵复合肥的生产方法及生产装置，解决目前硝硫铵生产中硫酸铵添加量范围窄、混合反应不均匀及生产过程中能耗高的技术问题。
本发明是采用以下技术方案实现的：
一种硝硫铵复合肥的生产方法，采用硫酸铵和硝酸铵摩尔比0.65~1:1的硫酸铵固体和硝酸铵熔融液，添加硫酸镁溶液，所述硫酸镁的用量为硫酸铵、硝酸铵和硫酸镁总重量的1~1.2%；混合物通过一级预混合反应和二级高温合成反应，反应形成料浆，然后通过喷浆、冷却、固化形成粒状产品。
上述的生产方法，具体包括以下步骤：
（1）将硝酸铵熔融液和硫酸铵固体加入到预反应器中进行混合，其中硫酸铵和硝酸铵摩尔比为0.65~1:1，混合物温度控制在130℃~140℃进行搅拌30min~1h，并通过预反应器外部连接相通的高剪切均质泵进行不断剪切乳化循环；
（2）搅拌剪切后的混合液从预反应器溢流出来进入到合成反应器，将硫酸镁溶液加入到合成反应器中，反应后生成造粒母液；
（3）从合成反应器溢流出来的造粒母液（浓度为98%~99.5%）进入给料槽；
（4）从给料槽出来的造粒母液进入到造粒机，经造粒机生成圆颗粒形的产品；
（5）从造粒机出来的颗粒产品经振动筛筛去过大和过小颗粒，合格颗粒进入到粉体冷却器进行冷却后包装；振动筛出来的过大颗粒顺着溜槽进入破碎机，破碎后的物料与振动筛出来的过小颗粒经过皮带返回至造粒机作为晶种使用；
（6）造粒机、斗提机、振动筛和破碎机产生的尾气通过离心式旋转型气固分离器进行粉尘处理；经离心式旋转型气固分离器分离出来的硝硫铵粉末返回合成反应器回收使用。
上述生产方法中，所述硝酸铵是质量浓度为93%~95%的熔融液，所述硫酸镁是质量浓度为25%的溶液。
上述生产方法中，所述合成反应器通过内盘管和外半管加热，温度控制在150℃~160℃，反应时间为30min~1h。
上述生产方法中，原料硝酸铵的温度130℃~140℃，原料硫酸铵固体预热到60℃~70℃，给料槽温度为150℃~160℃，造粒机出来的颗粒温度为85℃~95℃，粉体冷却器出来的合格颗粒温度为30℃~40℃。
本发明还提供了一种硝硫铵复合肥的生产装置，包括给料单元、混合反应单元、造粒单元、产品冷却单元和尾气处理单元；
所述给料单元包括接硫酸铵输送机、硝酸铵计量器、硫酸镁计量器、给料槽；
混合反应单元包括预反应器和合成反应器，预反应器中进行一级预混合反应，合成反应器中进行二级高温合成反应；预反应器内设有搅拌器，顶部入口分别连接硫酸铵输送机和硝酸铵计量器，预反应器的上部混合液出口连接合成反应器，合成反应器内设有搅拌器，顶部入口连接硫酸镁计量器；
造粒单元包括造粒泵、造粒机、破碎机、振动筛、包裹装置；产品冷却单元包括粉体冷却器；尾气处理单元包括离心式旋转型气固分离器；
合成反应器的上部出口与给料槽顶部进口连通；给料槽底部出口与造粒泵进口连通；造粒泵出口与造粒机进料管线连通；造粒机出口物料顺着溜槽进入斗提机底部，斗提机顶部出来的物料顺着溜槽进入振动筛，振动筛出口的合格颗粒顺着溜槽进入粉体冷却器上部，粉体冷却器出口连接成品皮带通往包裹装置，经包裹装置包裹后去成品包装；振动筛出口的过大颗粒顺着溜槽进入破碎机，破碎机的物料出口与振动筛的小颗粒出口连接皮带通往造粒机；造粒机、斗提机、振动筛和破碎机的含尘尾气经过引风机连接离心式旋转型气固分离器，离心式旋转型气固分离器的粉尘出口与合成反应器的顶部连接。
上述装置中，所述硫酸铵输送机采用加热螺旋输送机，加热螺旋输送机溜槽与预反应器顶部相连通，能够满足同时输送、计量和预热的作用。
上述装置中，所述预反应器的下部混合液出口与高剪切均质泵进口连通，高剪切均质泵出口与预反应器顶部连通，促进反应原料充分混合。
上述装置中，所述造粒机采用滚筒造粒、流化床造粒或滚筒流化床造粒中的一种。
上述装置中，所述尾气处理单元采用离心式旋转型气固分离器进行粉尘处理。
本发明的优势：
（1）本发明采用的生产工艺，彻底解决了硝硫铵复合肥生产中产品造粒困难、含量不均匀、质量不稳定等问题。
（2）本发明重点是找到了硝酸铵和硫酸铵进行化学反应的最佳合成工艺路线，硝酸铵和硫酸铵的反应温度、时间均对后续造粒工艺产生有益的影响，并能使最终产品具有更高的强度。
（3）本发明所采用的高剪切均质泵能够使后续造粒更容易，产品含量均匀。
（4）本发明通过添加特定量的硫酸镁，得到的产品质量更稳定。
（5）本发明所生产出的产品满足抗爆要求，可以直接做化肥使用。
附图说明
图1为本发明实施例1生产的硝硫铵XRD谱图。
图2为本发明实施例1生产的硝硫铵的形貌结构图。
图3为本发明硝硫铵复合肥的生产装置示意图。
图中：1为硫酸铵输送机，2为硝酸铵计量器，3为预反应器，4为搅拌器，5为高剪切均质泵，6为合成反应器，7为硫酸镁计量器，8为给料槽，9为造粒泵，10为造粒机，11为斗提机，12为振动筛，13为粉体冷却器，14为破碎机，15为包装装置，16为离心旋风分离器；A为硫酸铵固体，B为硝酸铵熔融液，C为硫酸镁。
具体实施方式
如图3所示，本发明提供了一种硝硫铵复合肥的生产装置，包括给料单元、混合反应单元、造粒单元、产品冷却单元和尾气处理单元；
所述给料单元包括接硫酸铵输送机1、硝酸铵计量器2、硫酸镁计量器7、给料槽8；
混合反应单元包括预反应器3和合成反应器6，预反应器3中进行一级预混合反应，合成反应器6中进行二级高温合成反应；预反应器3内设有搅拌器4，顶部入口分别连接硫酸铵输送机1和硝酸铵计量器2，预反应器3的上部混合液出口连接合成反应器6，合成反应器6内设有搅拌器4，顶部入口连接硫酸镁计量器7；
造粒单元包括造粒泵9、造粒机10、破碎机14、振动筛12、包裹装置15；产品冷却单元包括粉体冷却器13；尾气处理单元包括离心旋风分离器16；
合成反应器6的上部出口与给料槽8顶部进口连通；给料槽8底部出口与造粒泵9进口连通；造粒泵9出口与造粒机1进料管线连通；造粒机10出口物料顺着溜槽进入斗提机11底部，斗提机11顶部出来的物料顺着溜槽进入振动筛12，振动筛12出口的合格颗粒顺着溜槽进入粉体冷却器13上部，粉体冷却器13出口连接成品皮带通往包裹装置15，经包裹装置15包裹后去成品包装；振动筛12出口的过大颗粒顺着溜槽进入破碎机14，破碎机14的物料出口与振动筛12的小颗粒出口连接皮带通往造粒机10；造粒机10、斗提机11、振动筛12和破碎机14的含尘尾气经过引风机连接离心旋风分离器16，离心旋风分离器16的粉尘出口与合成反应器6的顶部连接。
上述装置中，所述硫酸铵输送机1采用加热螺旋输送机，加热螺旋输送机溜槽与预反应器3顶部相连通，能够满足同时输送、计量和预热的作用。
上述装置中，所述预反应器3的下部混合液出口与高剪切均质泵5进口连通，高剪切均质泵5出口与预反应器3顶部连通，促进反应原料充分混合。
上述装置中，所述造粒机10采用滚筒造粒、流化床造粒或滚筒流化床造粒中的一种。
上述装置中，所述尾气处理单元采用离心旋风分离器16进行粉尘处理。
本发明提供的硝硫铵复合肥的生产工艺流程为：加热螺旋输送机送过来温度60~70℃的硫酸铵固体和溶液泵送过来温度130℃~140℃的93%~95%的硝酸铵熔融液同时进入预反应器，硫酸铵与硝酸铵的摩尔比为0.65~1:1混合物通过预反应器内部的搅拌桨和外部相通的高剪切高剪切均质泵充分混合并发生初步反应，预反应器温度控制在130~140℃，30min~1h后混合物从预反应器上部溢流至合成反应器，混合物总重1%~1.2%的硫酸镁固体也送入合成反应器，进行进一步反应生成料浆，反应器温度控制在150~160℃，30min~1h后制备好的料浆从合成反应器上部流入到给料槽，从给料槽出来的料浆由泵送入造粒机进行造粒，造粒机出来的颗粒由斗提机送至振动筛，合格颗粒经过粉体冷却器冷却后送入包装系统进行装袋包装，过大经破碎后和过小颗粒返回造粒机做晶种使用。
造粒机、斗提机、振动筛和破碎机产生的尾气通过离心式旋转型气固分离器处理后达标排放，分离出来的粉尘送入给合成反应器循环使用。
以下通过具体实施例来说明本发明的工艺流程：
实施例1：
包括以下步骤：
1、硫酸铵固体通过加热螺旋输送机加热到65℃送到预反应器，同时螺旋输送机对硫酸铵进行计量；
2、温度135℃、浓度为94%的硝酸铵溶液送至预反应器，计量表对其计量；
3、进入预反应器的硫酸铵和硝酸铵的摩尔比为0.8:1，混合物在预反应器中通过搅拌器和高剪切均质泵进行充分混合和初步反应，预反应器有加热装置，温度控制在135℃，预反应时间45min；
4、预反应后的混合液从预反应器溢流至合成反应器，同时混合物总重的1%的硫酸镁溶液（浓度25%）加入到合成反应器中，合成反应器通过内盘管和外半管加热，温度155℃，反应时间45min。
5、浓度98%以上的母液从合成反应器溢流出来进入到给料槽，给料槽温度155℃，给料槽的作用是保证连续供料的稳定；
6、给料槽出来的母液通过造粒泵打入造粒机进行造粒；
7、造粒机出来的颗粒温度约90℃，经过斗提机送至震动筛进行筛分，合格颗粒进入粉体冷却器进行冷却。过大颗粒通过破碎机破碎后与过小颗粒一起返回造粒机当晶种使用。
8、粉体冷却器出来的合格颗粒温度小于40℃，送至包裹系统包裹后去成品包装。
9、造粒机、斗提机、振动筛和破碎机产生的尾气集中收集至离心式旋转型气固分离器进行处理，处理后的尾气达标排放，分离出来的粉尘送至合成反应器循环利用。
图1示出了硝酸铵、硫酸铵和硝硫铵XRD谱图，由硝酸铵、硫酸铵和硝硫铵XRD谱图可见，合成的硝硫铵晶体表面既有硫酸铵的衍射峰（2θ为19.2o，23.0 o，26.0 o，30.5 o，31.6 o）)又有较强的硝酸铵的衍射峰(2θ为20.5o， 25.5 o，35.8 o，40.8 o ，43.4 o，51.6 o)，但相对于两者各自单独结晶时的XRD谱图．可以看出硝硫铵晶体中硫酸铵和硝酸铵的衍射峰均发生了不同程度的位移．并且峰强度有所增加。这些说明合成硝硫铵不是简单的物理混合，而是以复盐的形式存在的。
图2示出了本实施例硝酸铵、硫酸铵和硝硫铵的形貌结构，从图2中可见，硝酸铵呈片状形貌结构。硫酸铵呈不规则的多边形形貌结构，且比较粗短。而硝硫铵呈不规则的长方体形貌结构。
实施例2：
包括以下步骤：
1、硫酸铵固体通过加热螺旋输送机加热到70℃送到预反应器，同时螺旋输送机对硫酸铵进行计量；
2、温度130℃、浓度为93%的硝酸铵溶液送至预反应器，计量表对其计量；
3、进入预反应器的硫酸铵和硝酸铵的摩尔比为1:1，混合物在预反应器中通过搅拌器和高剪切均质泵进行充分混合和初步反应，预反应器有加热装置，温度控制在140℃，预反应时间1h；
4、预反应后的混合液从预反应器溢流至合成反应器，同时混合物总重的1.2%的硫酸镁溶液（浓度25%）加入到合成反应器中，合成反应器通过内盘管和外半管加热，温度160℃，反应时间45min。
5、浓度98%以上的母液从合成反应器溢流出来进入到给料槽，给料槽温度160℃，给料槽的作用是保证连续供料的稳定；
6、给料槽出来的母液通过造粒泵打入造粒机进行造粒；
7、造粒机出来的颗粒温度约95℃，经过斗提机送至震动筛进行筛分，合格颗粒进入粉体冷却器进行冷却。过大颗粒通过破碎机破碎后与过小颗粒一起返回造粒机当晶种使用。
8、粉体冷却器出来的合格颗粒温度小于40℃，送至包裹系统包裹后去成品包装。
9、造粒机、斗提机、振动筛和破碎机产生的尾气集中收集至离心式旋转型气固分离器进行处理，处理后的尾气达标排放，分离出来的粉尘送至合成反应器循环利用。
实施例3：
包括以下步骤：
1、硫酸铵固体通过加热螺旋输送机加热到60℃送到预反应器，同时螺旋输送机对硫酸铵进行计量；
2、温度140℃、浓度为95%的硝酸铵溶液送至预反应器，计量表对其计量；
3、进入预反应器的硫酸铵和硝酸铵的摩尔比为0.65:1，混合物在预反应器中通过搅拌器和高剪切均质泵进行充分混合和初步反应，预反应器有加热装置，温度控制在140℃，预反应时间30min；
4、预反应后的混合液从预反应器溢流至合成反应器，同时混合物总重的1%的硫酸镁溶液（浓度25%）加入到合成反应器中，合成反应器通过内盘管和外半管加热，温度155℃，反应时间30min。
5、浓度98%以上的母液从合成反应器溢流出来进入到给料槽，给料槽温度155℃，给料槽的作用是保证连续供料的稳定；
6、给料槽出来的母液通过造粒泵打入造粒机进行造粒；
7、造粒机出来的颗粒温度约90℃，经过斗提机送至震动筛进行筛分，合格颗粒进入粉体冷却器进行冷却。过大颗粒通过破碎机破碎后与过小颗粒一起返回造粒机当晶种使用。
8、粉体冷却器出来的合格颗粒温度小于40℃，送至包裹系统包裹后去成品包装。
9、造粒机、斗提机、振动筛和破碎机产生的尾气集中收集至离心式旋转型气固分离器进行处理，处理后的尾气达标排放，分离出来的粉尘送至合成反应器循环利用。