挤压造粒生产复混肥技术方案

    干粉状物料的直接挤压造粒则避免了干燥这一昂贵的过程。因而降低了能耗和生产成本，干法造粒过程一般是：先在辊压机中将物料挤压成致密的大块，然后经常规的破碎筛分后得到产品。筛分后的超大颗粒则循环回破碎机，不合格的小颗粒则回到挤压机中。有时根据需要产品还经过进一步处理，如产品颗粒的圆整，用农药包裹或用缓释剂包裹，以改善缓释性能。

    化肥混合物的结块性能随着以下因素而不同，即：物料的物理化学性能、混合的方法、最终产品的贮存条件。因为破碎强度与单位体积的晶桥数量有关，它随颗粒体积增大而增加。因此，粒状肥料与粉状肥料相比一般不易结块，如果造粒过程是通过干法（即没有液体粘合剂）时，更不易结块。

    化肥的挤压/造粒工艺由其他的文章专述。

    Koeppern公司制造的最大的化肥造粒设备之一，也是挤压成型造粒最先进的设备之一，辊轴的宽度达到1000 mm，直径为1000 mm，有四个螺旋给料机，辊轴间的最大压力约在6800 KN，根据设计轴承寿命和辊轴速度（6000-9000 KN），辊轴转速约12转/分。该设备能力约50-80 t/h的化肥原料，挤压的波浪形大块的厚度约为14~16 mm，当然，较小直径和宽度辊轴的辊压机，带有一个螺旋或重力给料器，及可调节的辊轴转速及板块厚度，其能力比较小。还有更大的设备可处理100 t/h的钾肥，这些机器的设计原则基本相同，都有专利设计的、高强的、预制的框架，上有控制浮动辊轴的水力加压系统；自调整带并自动润滑的辊轴轴承；双倍输出功率的轴承减速箱；其上有浮动的齿轮、联轴节和垫片，以允许辊轴从框架上水平卸出，设备上还有计时系统，这对于成型非常重要。辊轴的中心有内部齿轮和驱动轴颈，由高强度铸钢制造，压块设备（环或模块）有不同的方式与轴心结合，如带或不带有销的热烧嵌或夹紧方式。压模通过切削、轧制、磨削、电化学洗削。其它可选择的机器性能包括辊轴和其它关键部分的水冷、辊轴室（如粉尘）及不同操作条件的电控系统。

    挤压后的物料必须破碎到一定的颗粒范围，破碎设备的性能很重要，因为一般合格产品颗粒的比例往往是决定一套装置是否成功运行的关键。挤压物料的打片、磨碎和优化，是根据粘合后的固体物料经破碎后的要求而不同。挤压后的大片，内部含有不同密度和强度的区域，其特性由原料决定。有一些产品，如钾肥，其大片很快就有高强度和脆性，而其它大部分化肥，如含磷肥料和有机成分的NPK复合肥，它们产生的大片在贮存中通过化学反应发生硬化，因此，为得到较窄的颗粒分布范围和较高的产量，必须选择不同的打片方法和设备。

    由于颗粒肥料在运输、贮存、施用时不能产生过多的细粉，高强度和脆性大片在破碎时，要采用较强的冲击力以破坏颗粒中较软的部分，这时可采用冲击磨。如果挤压后的物料较软或是塑性的，需采用其它磨机，如带有沟绞的滚压机、配合或交错盘、不同形状的螺纹。因为在打片和研磨阶段，循环回路的细粉量必须最少，颗粒形状也应尽量呈圆形或方形，所以造粒设备的选择和优化对每套化肥挤压/造粒装置是非常重要的，为了提高产量，可采用二级或更高级的造粒系统。

    在辅助设备中最重要的是筛分，因为其在很大程度上决定了产品的实际产量和质量。筛分设备必须有精确的分离效果，使筛上不留有产品颗粒，并且产品中没有超大颗粒和不合格的细粉。为了达到些目的，一般使用多级筛，而且带有振动框架的筛则己被振动的筛所取代。大部分挤压能量都转化为潜热，因此使许多肥料产生塑性和粘性，这些物料会粘结在筛子和运输设备上，而且使物料的流动性变差。在装置设计时需考虑这些特性和条件，一般在理论上完全解决这些问题几乎是不可能的，所以只有通过试验装置上的测试或通过经验解决。这也表明对每套装置的设计必须适应特定的肥料配方和当地条件。然而，化肥挤压造粒装置的最大特点是许多参数都可以调整，这就可适应很大的原料范围。

    虽然许多常规化肥装置仍在采用湿法造粒流程生产类似球形的颗粒化肥，挤压造粒流程具有许多优势，其中重要的有：

    低能耗

    无需液体粘合剂

    可采用很宽颗粒分布范围的原料

    进料组成灵活

    能力适用范围广，大型或小型装置均适用

    因此，该技术己越来越引起人们的兴趣，许多国家在建设新装置时，均在考虑干法挤压造粒工艺。

    公司简介

    Atlas化肥公司（AFC）是菲律宾一家中型的私人企业，自从1957成立以后，主要从事氮磷-氮磷钾化肥的生产和销售。公司有一套年产10万吨 化肥的造粒装置。原先，装置使用的湿法造粒，通过一台三级TVA型硫酸磷酸铵反应器造粒。后来，由于成本等原因，公司决定改成“纯固体团粒”工艺。这套装置能够生产各种不同等级和不同氮磷,氮磷钾配方的化肥，但大多数产品配方等级在菲律宾都标准化了，即氮磷钾比为16-20-0或者说14-14-14。再后来，公司收到菲律宾国内和国外客户的要求，询问能否生产各种特殊配方的化肥，其中有些用量太小，用现有的装置生产极不经济。由于这些要求，公司决定另外建设一套造粒装置，它的操作非常灵活，可以生产各种不同配方要求的、小产量的化肥。经历了以上的发展过程，Atlas化肥公司终于在菲律宾中部 的化肥与工业化学品综合厂中建成了东南亚第一套化肥挤压造粒的装置。

    化肥造粒的历史

    据报道，目前正在使用的有三种基本的化肥造粒方法，分别称为：1）浆料与固体团粒，2）塔式造粒，3）挤压造粒。这些方法经过多年的发展，已演变成现有的很少的几个工艺了。大规模的运用化肥挤压造粒在本世纪初就有报道，最初，使用的是混合造粒机。早在1922年美国农业部首先对化肥造粒进行研究，人们对化肥造粒开始有了兴趣1927年德国的IG Farbenindustrie 分部建成了一套”颗粒状”磷酸钾生产装置，1934年EIRICH公司获得了一台混合造粒机的专利，但是，工业上真正使用造粒技术始于本世纪五十年代。 

    最初使用转鼓造粒机对化肥进行造粒的是在1935年，美国巴尔的摩。但化肥造粒技术进步最快的时期是本世纪五十年代，当时美国的田泽西流域管理局（TVA）建成了“连续氨化器”，该装置既有化学园整技术，又有挤压技术。1953年，德国首次报道用盘式造粒机对过磷酸钙进行造粒。文件记载，用悬浮固体团粒进行化肥造粒发生在六十年代的早期，使用的是喷射床技术。1970年，英国的Fisons化肥公司，使用塔式造粒，在一个垂直的冷却器中，通过熔融的小滴固化进行化肥造粒。

    早在1843年就发明了压片机，但它应用于小型的、特殊的化肥造粒还是在许多年以后，甚至现在，它在化肥工业中也不太重要。然而在本世纪五十的代，出现了另一种挤压造粒技术，它完全可以取代“传统”的转筒式造粒技术，这种技术一般在混合器、转鼓、圆盘或悬浮固体造粒器中造粒，而挤压造粒技术是用辊轴挤压机进行造粒，它的原料和能力的应用范围都很广。

    挤压造粒工艺的演化过程

    化肥生产使用的挤压造粒工艺是从应用对辊压制机逐渐演变而来。对辊压制机，有时又叫比利时辊压机，是从上个世纪下半叶，在欧洲上发展起来的。发明它的目的是为了发现一种经济有效的粉煤造粒方法，第一台设备由比利时的Loiseau公司制造，并在美国的Richmond港安装和运行。不久，类似的设备在欧洲和美国由其它制造商设计制造。对辊压制机通过两个辊轴机对物料进行挤压，这两个辊轴机类似于轧钢机。辊轴机表面的凹槽或锯齿形槽，使物料形成块状或片状。自从第一次使用于粉煤压制后，对辊压制机己在化学工业和金属工业中得到应用，它的设计也随着不同的工艺条件而改变。同时，在化肥工业中，它也得到了应用，首次用于从氯化钾粉末制造高强度的颗粒钾肥之后。目前在化肥挤压造粒工艺中，对辊压制机是中心设备，经它挤压的物料，紧接着被破碎并筛分到希望的颗粒尺寸。

    挤压方法

    理论来讲，所有压力团粒技术都能应用于化肥造粒。中压造粒技术，典型的被称为压片，挤压力是物料与模具壁产生的磨擦力。这种技术只适用于有一定塑性的复合的化肥，这种塑性是由于物料本身特性或填加了液体粘合剂而使物料具有流动性和粘性。从该造粒机出来的物料一般比较潮湿，需要干燥处理。通常，柱状颗粒（丸状颗粒）因为它们的形状、尺寸、结构而并不能直接使用，都要被破碎（又叫造粒）。这种技术的主要缺点是：设备要求有高的耐磨性，因而价格昂贵；而且柱形颗粒有明显的密度和强度梯度（表面高，中心小），在破碎后，造成产品质量不稳定。

    高压团粒技术一般对干燥固体进行造粒。往复式冲压模具的能力受到，因为受上下死区的加速和减速的力量的影响。即使是具有多个模具和冲头的旋转片式，能够生产大量的板块、柱形块，其单位时间处理量也是很低的。化肥领域的应用只限于家庭或园艺方面，因为每片化肥对应于一种植物的需要，或需要将肥料溶解以得到一定体积的液体肥料。

    现代高压造粒方法最常用的是对辊压制机。固体颗粒在足够的压力下，颗粒内部的空隙消失，颗粒接近到一定程度以产生分子间吸引力。这通过将物料由两个反向旋转的辊轴挤压，辊轴由水压系统驱动。生成的大片厚5-20mm，表观密度为进料的1.5-3倍。大片再经打片、破碎、筛分后得到需要的颗粒产品。

    挤压用的辊压机操作原理较为简单，现代的机器相当成熟。为了最大限度地提高开工率和降低因缺乏维护而带来的问题，机器上还带有水冷却和自动润滑装置。双倍输出的齿轮减速相提供了完全密封并防尘的驱动力，驱动装置与辊轴通过齿轮耦合，并有允许在自调整不良情况下，完全传递的扭矩。在要求的扭矩较大时，齿轮润滑油则连续地循环、过滤、冷却，齿轮耦合则可以装备连续润滑系统以保持较长寿命。

    机器装有自调整的辊轴齿轮、体积优化的钢齿轮单元、专利设计的自动液压系统及蓄压柜。液压系统根据辊轴性能来调整压力，并有过载保护。有时采用带有调节舌的重力进料系统，大部分情况下则采用一个或多个螺旋给料器（其速度可调），将物料输送到辊轴的间隙。

    许多化肥都有一定的硬度，因而会产生磨损，而有一些养份或盐类，尤其在有水时，会产生腐蚀，因此，挤压工具（模具）与轴采用一定的方法结合，在使用一段时间后，需要重新加工或更换。一种专利设计解决了这些问题。

    挤压与其它造粒工艺比较——在发展中国家

    在氮磷-氮磷钾化肥造粒时，有许多原因要采用挤压造粒。在发展中国家，经济因素往往是第一位的，挤压造粒则是化肥造粒工艺的一项重要选择。

    IFDC（国际肥料发展中心）在1987年曾经进行过详细的研究，证明在发展中国家，对一套新建的化肥装置来说，挤压造粒在经济上要优于蒸汽造粒和化学造粒或料浆造粒。对于一个年产12万吨的化肥装置（75%负荷），蒸汽造粒的投资高出挤压造粒19.5%，而化学或料浆造粒的投资则高出88.8%。而生产成本上（对15-15-15配方），蒸汽造粒高出3%，而化学或料浆造粒则高12%。虽然，挤压造粒有明显的优势，但最重要的还是装置具有如下的灵活性：

    （1）产品配方的选择及原料选择非常灵活。理论上所有的干物料都可用，除几种原料在配方中有最高成分的外（如尿素和重钙）。

    （2）为了降低成本，原料可在世界范围内采购，对颗粒大小无特殊的要求，不合格的产品（细粉）也可用，甚至更好。

    （3）挤压造粒装置可以在任何产量下进行经济设计，单系列生产能力在0.1到50 t/h下都可行。

    （4）大型装置需要装备两条或更多生产线，进料则采用一台大型的复合、计量、配方系统。否则，可采用的生产线以便在一条线检修或停车时，仍可有一定负荷。如果装置有多条生产线，有的新物料仓、循环细粉仓、及产品仓，每条生产线就可生产不同配方的产品。

    （5）小批量的生产也是可行的，根据切换时清除总量的要求（决定于可允许的旧物料对新配方的影响程度），最大可达每8小时生产三批产品。据报道，一套在运行的装置曾达到20分钟内生产一种产品。

    （6）微量元素如锌、镁、硼很容易均匀地添加到化肥配方中。

    挤压造粒的其它优点如下： 

    操作及维修简单

     操作及维修成本较低

    能耗相对较低

    装置排出废物极低或没有东南亚首套采用连续进料的化肥挤压造粒系统. 

    在菲律宾，化肥领域内有大量的机会，但化肥需求品种多、批量小，这种要求对AFC原有的湿法造粒系统来说很不经济，对大型造粒装置则更不经济。建设挤压造粒装置的决定是经过慎重的研究和准备的，我们阅读了大量的文献，向国外发出了询价，然后，公司考察了美国的一些装置，并在危地马拉考察了化肥挤压造粒的运行情况，随后，另一个小组则考察了日本、德国、比利时、瑞士及美国，参观了一些装置的运行。同时，AFC也进行挤压化肥的市场营销研究，并进行了专用肥的国内外市场开发，主要是通过报价、参加投标及向进口商投标等方法。国内市场中，对烟草和咖啡所用的专用化肥已有市场。但是，国内专用肥市场上还没有挤压造粒的化肥，但AFC已参与这一市场并同用户建立了良好的关系。

    AFC还同菲律宾水稻研究所合作，进行了相同配方的进口挤压化肥与常规造粒化肥的肥效研究。研究结果表明，对水稻的肥效是相等的，这就在挤压化肥的市场营销中给了用户很好的证明。

    AFC挤压造粒装置的设计标准：

    在进行了前期技术和市场准备之后，AFC对化肥挤压造粒装置建立了如下的标准：

    1） 挤压造粒装置必须能采用不同的干原料来生产不同组份的化肥产品；

    2） 初始能力可为5万吨/年，但如果市场好能很容易地扩大；

    3） 每种进料都必须是连续的；

    4） 装置的操作维修尽可能简单；

    5） 对不同产品之间的切换时间必须要短。

    通过国外考察及根据AFC在化肥领域的经验，AFC决定自己设计工艺过程并进行详细设计，选择德国KOPPERN公司提供的挤压设备及工艺设计上的一些咨询。

    AFC的化肥挤压造粒装置如图3所示。根据化肥配方和产品不同，由给料系统加入不同的原料，每种进料通过调节舌的大小来计量。原料再由皮带运输机运到斗式提升机上，再送到笼式磨机中磨细、混合，再落到贮料仓中，然后由螺旋输送器送到搅拌混合器中，在此，细物料与返料充分混合，再输送到挤压机中，挤压机将物料压成大片，并将其送到冷却输送带上，大片在随后的打片机中被打碎后送到振动筛上，振动筛下面的物料输送到产品和细粉分离部分，而振动筛上面的物料则到冲击磨中破碎。破碎后的物料经斗式提升机送到振动筛上，振动筛上面的大块物料通过振动皮带循环回冲击磨，而筛下的物料则通过斗式提升机送到第二振动筛上，第二振动筛将细粉从产品中分离出来，细粉则循环回系统，产品则送到贮料仓中准备包装。

    装置的建设和安装AFC化肥挤压造粒装置正在菲律宾中部的工厂中运行。该装置与老造粒装置并行，装置的钢结构厂房中，没有采用混凝土结构以加快建设进度。装置建设始于19年1月，工厂内部人员管理。当地的承包商Metapil公司负责厂房而工厂内部人员负责设备安装。一些设备，如原料输送器、皮带输送机、斗式提升机、贮料仓、旋风除尘器、风机和管道由工厂设计，国内制造。进口设备包括挤压机、盘式打片机、笼式磨、冲击磨及两套振动筛由Koeppern公司提供。振动输送器/筛是进口的二手设备，并由工厂改造。装置于19年9月开始运行，投资约3500万比索（170万美元）。相对投资较低是由于一些设备由国内制造并依托了一些AFC的辅助设施。

    第一次运行结果：试运行于19年9月的第三周开始，正常操作于19年10月的第二周实现，其间设备经过一些调整，消除了一些小问题。该装置生产10-10-20的氮磷钾肥料，用于烟草，产量设定为每小时10吨，原料如尿素、硫酸铵、DAP、普钙及硫酸钾。以下是生产该产品的原料组成（已考虑了损失）: WT/WT（干基）尿素 46%N 0.051 硫酸铵，21%N 0.232 DAP，18-46-0 0.166 普钙，18% P2O5 0.143 硫酸钾，50% K2O 0.408 对以上原料的装置操作参数如下: 平均值辊轴液压力 280 bar 螺旋进料液压 33 bar 螺旋进料转速 55 rpm 进料温度 27 ℃ 大片温度 55 ℃ 返料比 1.5:1 产品组成如下：氮（N） 9.92 % 磷（P2O5） 10.40 % 钾（K2O） 20.58 % 水份 2.95 % 粒度分布： +6 目 22.7% 6~8 目 37.9% +8 目 60.6% 8~10目 34.3% +10目 95.3% 10~14目 3.9% +14目 99.2% 14目以下 0.8% 装置其它输入的公用工程如下：电 28 Kwh 冷却水 0.2 m3 人工 1 人·小时