部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒與熔體塔式造粒的工藝比較

孟亞利，吳愛(ài)國(guó)

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部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒與熔體塔式造粒的工藝比較

孟亞利，吳愛(ài)國(guó)

(上?；ぱ芯吭荷虾?00062)

介紹了部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝和熔體塔式造粒工藝的成粒原理和生產(chǎn)流程，以及尿素熔融和尿液輸送過(guò)程中控制縮二脲含量的方法。熔體塔式造粒裝置投資較大，產(chǎn)品無(wú)需進(jìn)行干燥，單位產(chǎn)品能耗較低；部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒裝置投資較小，產(chǎn)品需進(jìn)行干燥，單位產(chǎn)品能耗較高。前者適合生產(chǎn)高氮復(fù)混肥，而后者適合生產(chǎn)w(N)≤20%的復(fù)混肥，2種工藝在產(chǎn)品規(guī)格上互為補(bǔ)充，企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身情況、資金狀況及目標(biāo)銷售市場(chǎng)要求選擇合適的工藝路線。

部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒熔體塔式造粒比較

針對(duì)尿素(尿液)-磷酸銨-氯化鉀體系，由上?；ぱ芯吭貉邪l(fā)的部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒及熔體塔式造粒成套工程技術(shù)分別于1998年和2004年在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)裝置上得到成功應(yīng)用，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)復(fù)混肥工藝生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的階段[1- 6]。這2項(xiàng)技術(shù)各有其特點(diǎn)，在選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況綜合考慮。

1　部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝

1.1成粒原理

復(fù)混肥轉(zhuǎn)鼓造粒過(guò)程原理可分為團(tuán)聚成粒和涂布成粒兩大類。

團(tuán)聚成粒：粉狀肥料的團(tuán)聚成粒是靠肥料鹽類自身產(chǎn)生的溶液在一定水分含量和溫度下形成液相量，將粉粒表面潤(rùn)濕，物料在翻動(dòng)料床中相互擠壓與摩擦作用下，團(tuán)聚成一定粒度分布的物料，然后通過(guò)干燥形成具有較高機(jī)械強(qiáng)度的顆粒，再經(jīng)冷卻、篩分得到粒度符合《復(fù)混肥料(復(fù)合肥料)》(GB 15063—2009)要求的成品，大顆粒破碎后與細(xì)粉一起返回轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)內(nèi)重新造粒。

涂布成粒：料漿噴涂在造粒物料表面，形成厚度均勻且含水量適宜的薄膜，通過(guò)干燥使其中的水分蒸發(fā)；經(jīng)反復(fù)涂布和干燥，顆粒層層增厚長(zhǎng)大，最后經(jīng)冷卻、篩分得到物性良好、化學(xué)組成均勻的成品顆粒，大顆粒經(jīng)破碎后與細(xì)粉一起作為返料返回造粒機(jī)。

部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒過(guò)程中既有團(tuán)聚成粒的特點(diǎn)又兼有涂布成粒的作用，操作過(guò)程中具有如下特點(diǎn)：①成粒率高，返料少；②產(chǎn)品顆粒外觀圓潤(rùn)，抗壓強(qiáng)度較高；③利用尿液在造粒過(guò)程中釋放出的結(jié)晶熱來(lái)提高造粒溫度，可降低蒸汽消耗量，利于降低能耗。

1.2轉(zhuǎn)鼓造粒過(guò)程的影響因素

1.2.1液相量

在轉(zhuǎn)鼓造粒過(guò)程中，造粒原料必須具有適當(dāng)?shù)酿じ叫院土鲃?dòng)性，這就要求具有一定的液相量。對(duì)于尿素、磷酸銨及氯化鉀等水溶性鹽類肥料，其液相量與溶解度呈正相關(guān)，溶解度隨溫度升高而增大，增加水分含量和提高溫度都能使液相量增加。因此，根據(jù)原料種類，造粒過(guò)程應(yīng)在適當(dāng)?shù)乃趾亢蜏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行，針對(duì)某一特定的肥料體系選擇合適的操作條件，方能取得良好的造粒效果。

1.2.2鹽類的化學(xué)反應(yīng)

部分鹽類在造粒時(shí)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使水溶性低的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄愿叩幕衔?，有利于提高造粒物料成粒率。如尿?磷酸銨-氯化鉀混合物中，用磷酸一銨作為磷素來(lái)源時(shí)，磷酸一銨本身的溶解度較低，不能提供足夠的液相量，造粒時(shí)較難與其他物料團(tuán)聚成粒。此時(shí)可在配料中加入少量碳酸氫銨(或在造粒過(guò)程中通氨),使部分磷酸一銨與碳酸氫銨(或氨)反應(yīng)生成磷酸二銨，控制造粒物料的NH3與H3PO4物質(zhì)的量比在1.35～1.50(圖1)，相應(yīng)的pH在6.0～6.5。

圖1　NH3- H3PO4- H2O體系的溶解度

1.2.3造粒原料的破碎作用

在造粒過(guò)程中，由于一般鹽類達(dá)到飽和需要一段時(shí)間，故固體鹽類的液相溶解速率是值得考慮的問(wèn)題。在成長(zhǎng)初期,粒子處于固體、液體和空氣相互作用的低密度成核階段；在后期，由于料層的擠壓和溫度升高，使其中固體鹽類向液相中溶解而達(dá)到該溫度下的飽和狀態(tài)，從而形成含有液固兩相并由表面張力而連結(jié)在一起的顆粒。因顆粒在造粒機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間僅10 min左右，因此，加快固體物料的溶解速率往往是提高造粒效果的重要措施之一，這可通過(guò)提高原料的比表面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，即必須將造粒原料先破碎至某一個(gè)粒度后再送入造粒機(jī)。

1.2.4提高造粒溫度的方法

(1)蒸汽在相變過(guò)程中轉(zhuǎn)變成冷凝水并釋放出潛熱，可提升造粒溫度，其特點(diǎn)是在不改變基礎(chǔ)原料配比的情況下獲得所需熱量。通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽用量以改變?cè)炝C(jī)床層的溫度和濕含量，可使造粒機(jī)出口成粒物料的化學(xué)組成保持穩(wěn)定。

(2)在造粒過(guò)程中添加硫酸、磷酸、氨等物料，利用化學(xué)反應(yīng)熱提升造粒溫度，可在不增加水分含量的情況下獲得所需熱量。

(3)尿素在溫度120～140 ℃下能制得高濃度溶液或熔體，在造粒過(guò)程中加入尿液，利用其釋放出的結(jié)晶熱以獲得所需熱量。

1.3工藝流程

部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2　部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝流程

原料尿素拆包后經(jīng)提升機(jī)送至振動(dòng)篩，篩除雜物后送入尿素貯斗，然后經(jīng)計(jì)量進(jìn)入熔融槽，熔融后的尿液泵送至造粒機(jī)。粉狀磷酸銨、氯化鉀、填充料等分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)的原料貯斗，然后經(jīng)計(jì)量皮帶輸送機(jī)計(jì)量后與返料一起進(jìn)入造粒機(jī)。在造粒機(jī)內(nèi)，物料按一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，在擠壓、摩擦力的作用下團(tuán)聚形成顆粒。造粒機(jī)料層上方設(shè)有尿液和水噴管，料床中埋有蒸汽噴管。出造粒機(jī)的物料(溫度約為60 ℃，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.5%～3.5%)經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入干燥機(jī)，由升舉抄板升舉拋撒在干燥機(jī)的空間，使物料與來(lái)自燃燒爐的熱氣流充分接觸，完成物料的脫水干燥過(guò)程。干燥后的物料由提升機(jī)送至大粒篩，得到的粒度大于Φ4.5 mm的大顆粒經(jīng)破碎機(jī)破碎后返回造粒機(jī)，粒度小于Φ4.5 mm的顆粒進(jìn)入成品篩。經(jīng)成品篩得到的粒度小于Φ2.5 mm的顆粒返回造粒機(jī)，篩出的Φ2.5～4.5 mm的成品送至冷卻機(jī)，經(jīng)室溫空氣冷卻至45 ℃左右后送至成品料斗，再經(jīng)計(jì)量、包裝后入庫(kù)。

來(lái)自造粒機(jī)、干燥機(jī)、冷卻機(jī)的含有少量肥料粉塵和煙塵的尾氣經(jīng)干法除塵后由風(fēng)機(jī)送至洗滌器，經(jīng)濕法除塵后達(dá)標(biāo)排放。干法除塵得到的固體物料經(jīng)返料皮帶輸送機(jī)返回系統(tǒng)；濕法除塵得到的洗滌液進(jìn)入沉降池，一部分自身循環(huán)，其余作為造粒工藝用水。

2　熔體塔式造粒工藝

2.1成粒原理

根據(jù)尿素與氯化鉀可形成低共熔物的特點(diǎn)，可制得具有良好流動(dòng)性的熔體料漿。該熔體料漿通過(guò)特制的差動(dòng)造粒裝置噴灑在造粒塔的圓形截面中，料漿流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中斷裂成液滴，在重力和浮力作用下自然降落并與造粒塔內(nèi)上升的常溫空氣逆向接觸以進(jìn)行傳熱及傳質(zhì)，自身得到冷卻并自動(dòng)收縮成球形固體顆粒，即可得到顆粒狀尿基復(fù)混肥產(chǎn)品。

熔體塔式造粒工藝過(guò)程的特點(diǎn)：①產(chǎn)品化學(xué)組成均勻，成粒率高；②顆粒表面光滑、圓潤(rùn)；③無(wú)需干燥過(guò)程，大大降低了能耗。

2.2工藝流程

熔體塔式造粒工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3　熔體塔式造粒工藝流程

原料尿素拆包后經(jīng)提升機(jī)送至振動(dòng)篩，篩除雜物后進(jìn)入尿素貯斗，然后經(jīng)計(jì)量進(jìn)入熔融槽，熔融后的尿液送入混合槽。粉狀氯化鉀、磷酸一銨和填充劑分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)的貯斗，然后經(jīng)原料篩去除大顆粒并經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入加熱器，加熱后的物料進(jìn)入混合槽與尿液充分混合，出混合槽的氮磷鉀熔體料漿進(jìn)入差動(dòng)造粒機(jī)。從造粒塔塔頂噴灑下來(lái)的熔體料漿通過(guò)空氣冷卻后凝固成固體顆粒，在塔底收集后經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至冷卻機(jī)，顆粒肥料得到進(jìn)一步冷卻后由提升機(jī)送至成品篩，成品分級(jí)后送入包裹機(jī)進(jìn)行防結(jié)塊處理，再經(jīng)包裝后送至成品庫(kù)。含有少量肥料粉塵的冷卻尾氣經(jīng)干法除塵后達(dá)標(biāo)排放。

3　尿液輸送及固體尿素熔融過(guò)程中縮二脲含量的控制

縮二脲是由尿素的異構(gòu)化作用形成，其生成速率與溫度、停留時(shí)間等因素密切相關(guān)，溫度越高、停留時(shí)間越長(zhǎng)，縮二脲的形成速率越快。肥料中縮二脲含量過(guò)高對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育會(huì)產(chǎn)生危害，因此，國(guó)家對(duì)尿素及尿基復(fù)混肥中的縮二脲含量作出了規(guī)定。上述2種工藝流程均涉及到尿液輸送及固體尿素熔融過(guò)程，故在設(shè)計(jì)及操作過(guò)程中須嚴(yán)格控制縮二脲的含量，確保產(chǎn)品不對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生危害。

(1)尿液輸送

對(duì)于尿素生產(chǎn)企業(yè)，可直接從尿素生產(chǎn)裝置引出溫度為120～140 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%～99%的尿素溶液送入復(fù)混肥生產(chǎn)裝置。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量縮短尿液輸送距離、停留時(shí)間；在操作過(guò)程中，尿液輸送管的保溫蒸汽溫度略高于尿液溫度即可，以避免尿液溫度在輸送過(guò)程中大幅上升。

(2)固體尿素熔融

固體尿素的熔融應(yīng)采用快速熔融設(shè)備，以縮短尿液的停留時(shí)間；同時(shí)，尿素溶液溫度應(yīng)控制在120～140 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在95%～99%。尿素可與多種物質(zhì)形成低共熔物，如氯化鉀、氯化銨等，在條件許可的情況下，在固體尿素熔融過(guò)程中添加上述物質(zhì)，有利于降低尿素熔融溫度，從而抑制縮二脲的生成。

4　工藝比較

以200 kt/a生產(chǎn)裝置為例，熔體塔式造粒與部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝的比較見(jiàn)表1。

表1熔體塔式造粒與部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝的比較

項(xiàng) 目熔體塔式造粒部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒設(shè)備投資/萬(wàn)元約2500約1500生產(chǎn)車間占地面積/m2約4000主車間單層4000(其中加料區(qū)1000)主車間雙層2500(其中加料區(qū)1000)造粒返料比0.0～0.31.5～2.0能 耗1)水/(t·t-1)少量0.10電/(kW·h·t-1)2020蒸汽/(t·t-1)0.100.04煤/(t·t-1)0.03操作彈性較大大產(chǎn)品規(guī)格調(diào)節(jié)能力 適合生產(chǎn)高氮[w(N)≥20%]的復(fù)混肥料,不宜生產(chǎn)中低氮規(guī)格產(chǎn)品 適合生產(chǎn)低中氮[w(N)≤20%]的復(fù)混肥料,不宜生產(chǎn)高氮規(guī)格產(chǎn)品產(chǎn)品外觀 顆粒光滑、圓潤(rùn),中間帶小孔,平均粒徑約為Φ2.3mm 顆粒的光滑度和圓潤(rùn)度稍差,平均粒徑約為Φ3.0mm三廢排放 無(wú)廢水、廢渣排放,含塵廢氣經(jīng)處理后可達(dá)標(biāo)排放 無(wú)廢水、廢渣排放,含塵廢氣經(jīng)處理后可達(dá)標(biāo)排放技術(shù)成熟程度 國(guó)內(nèi)已有上百套類似生產(chǎn)裝置投運(yùn),技術(shù)成熟、可靠 國(guó)內(nèi)已有幾百套類似生產(chǎn)裝置投運(yùn),技術(shù)成熟、可靠

注：1)水的壓力為0.35 MPa；電的規(guī)格為380 V，50 Hz；蒸汽壓力為0.6 MPa；煤的熱值約為23 000 kJ/kg。

5　結(jié)語(yǔ)

選擇熔體塔式造粒與部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒工藝技術(shù)時(shí)，需要考慮下列因素。

(1)由于造粒塔投資較大，相同規(guī)模的熔體塔式造粒裝置的投資較大，但無(wú)需干燥過(guò)程，單位產(chǎn)品能耗較低。部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒裝置投資較小，但需干燥過(guò)程，單位產(chǎn)品能耗較高。

(2)熔體塔式造粒裝置適合生產(chǎn)高氮復(fù)混肥，不宜生產(chǎn)中低氮規(guī)格產(chǎn)品。部分料漿轉(zhuǎn)鼓造粒裝置適合生產(chǎn)w(N)≤20%的復(fù)混肥，不宜生產(chǎn)高氮規(guī)格產(chǎn)品。2種工藝在產(chǎn)品規(guī)格上互為補(bǔ)充，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身情況、資金狀況及目標(biāo)銷售市場(chǎng)要求選擇合適的工藝路線。

[1]陳隆隆，潘振玉．復(fù)混肥料和功能性肥料技術(shù)與裝備[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：95- 98.

[2]甄宏偉.蒸汽團(tuán)粒法復(fù)混肥工藝及裝置的優(yōu)化改造[J].煉油與化工，2006(3)：21- 24.

[3]魏志忠，彭華平，何建芳，等.高塔造粒與油冷塔式造粒復(fù)混肥生產(chǎn)工藝比較[J].化肥工業(yè)，2012(4):9- 13.

[4]袁勇，賈可，馮國(guó)忠，等.不同生產(chǎn)工藝復(fù)合肥料的理化特性[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014(1)：89- 96.

[5]念吉紅.混合法復(fù)混肥裝置生產(chǎn)工藝特點(diǎn)[J]. 硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2013(3)：36- 38.

[6]焦士杰，解宗勵(lì).AZF工藝與高塔熔體造粒工藝生產(chǎn)尿基復(fù)合肥的優(yōu)缺點(diǎn)[J].磷肥與復(fù)肥，2010(6)：48- 49.

Comparison of Partial Slurry Drum Granulation Process and Melt Prilling Process

MENG Yali, WU Aiguo

(Shanghai Research Institute of Chemical IndustryShanghai200062)

An introduction is given to granulation principle and production flow of partial slurry drum granulation process and melt prilling process, and control method of biuret content in urea melting and urea melt conveying process. The investment of melt prilling tower device is larger, its product does not need dry, and energy consumption per unit product is smaller; while the investment of partial slurry drum granulation device is smaller, but its product needs dry, and energy consumption per unit product is higher. The former is suitable for production of high nitrogen fertilizer, and the latter is suitable for production of low or middle content of nitrogen fertilizer [w(N)≤20%], these two technologies complement each other in product specification. Enterprises should select appropriate process according to its own circumstance, capital position and requirement of target sales market.

partial slurry drum granulationmelt prilling processcomparison

孟亞利(1989—)，女，碩士研究生，從事化肥生產(chǎn)與研發(fā)工作；jintian.nixiaole@163.com。

TQ444.5

A

1006- 7779(2016)04- 0011- 04

2015- 12- 08)