海德魯流化床造粒技術(shù)研究與粉塵治理

馬 超

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

當(dāng)前世界上應(yīng)用在工業(yè)化的流化床大顆粒尿素生產(chǎn)工藝中比較有競(jìng)爭(zhēng)力的主要包括挪威海德魯公司（Hydro）和日本東洋工程公司（TEC）的流化床造粒工藝。與TEC相比，流化床造粒工藝經(jīng)驗(yàn)豐富，有著比較高的可靠性高，建有數(shù)量眾多的工廠數(shù)，投資成本低，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。雖然海德魯流化床造粒技術(shù)有著比較多的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，然而在裝置的運(yùn)行過(guò)程中尿素粉塵的問(wèn)題影響了它的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，不但對(duì)尿素產(chǎn)品造成不利影響，也對(duì)工作人員的健康構(gòu)成威脅，這些尿素粉塵主要存在于裝置的造粒機(jī)、破碎機(jī)、冷卻器等部位，因此加強(qiáng)粉塵治理對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有重要的意義。鑒于此，本文對(duì)海德魯流化床造粒技術(shù)及粉塵治理進(jìn)行探討分析。

1 海德魯流化床造粒技術(shù)分析

1.1 海德魯流化床造粒的工藝流程

海德魯流化床工藝生產(chǎn)裝置主要由給料系統(tǒng)、尿素和甲醛溶液混合物制備系統(tǒng)、造粒系統(tǒng)、篩分破碎和返料系統(tǒng)、粉塵洗滌和循環(huán)回收系統(tǒng)等組成。

1.1.1 給料系統(tǒng)

在真空濃縮系統(tǒng)尿素裝置中的95%～96%濃度的尿素溶液，與占尿素總產(chǎn)量約0.45%甲醛溶液在靜態(tài)混合器中混合，然后再流入到造粒機(jī)中進(jìn)行造粒。

1.1.2 尿素和甲醛溶液混合物（UF溶液）制備系統(tǒng)

把濃度為37%的甲醛溶液通過(guò)計(jì)量之后置于UF溶液制備槽，再把濃度為96%的尿素溶液也加進(jìn)去，使尿素與甲醛的摩爾比為1：5，用50%的NaOH溶液把混合液的pH調(diào)至7.5，通入蒸汽把UF溶液加熱到75℃，反應(yīng)30～45min后把UF溶液轉(zhuǎn)入到UF溶液貯槽中，再用水冷器將其冷卻至50℃以下即成。接著，利用UF溶液計(jì)量泵將其打入到靜態(tài)混合器，與尿素溶液充分混合之后再進(jìn)入到造粒機(jī)造粒。

1.1.3 造粒系統(tǒng)

造粒機(jī)包括造粒室及冷卻室，尿液在造粒室中被分配管轉(zhuǎn)去霧化噴嘴，霧化空氣經(jīng)空氣鼓風(fēng)機(jī)加壓加熱后進(jìn)入噴嘴將尿液噴霧成細(xì)小液滴，這些霧化尿素小液滴聚在返料晶種細(xì)粒上，懸浮在流化床中慢慢結(jié)晶生長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)呈多層的尿素微粒。流化空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入多孔板，保持流化床的流化狀態(tài)，可以去除尿素的結(jié)晶熱，使水分蒸發(fā)，凝固并且干燥尿素粒子及冷卻作用，并沿同一方向在造粒機(jī)中推進(jìn)尿素粒子的移動(dòng)。

1.1.4 篩分、破碎和返料系統(tǒng)

造粒機(jī)中的物料通過(guò)出料機(jī)送入安全篩被篩分掉大塊的尿素，然后將其進(jìn)入循環(huán)槽中進(jìn)行溶解，而顆粒尿素則通過(guò)振動(dòng)篩給料器被輸入到振動(dòng)篩中篩分出的超大顆粒尿素，這些超大顆粒尿素送入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，振動(dòng)篩篩分出來(lái)的微小顆粒與這些破碎后的粒子一起返回到造粒機(jī)中用做返料晶種，保持返料比為0.5∶1。通過(guò)振動(dòng)篩篩分出來(lái)的合格品將進(jìn)入到產(chǎn)品冷卻器使其溫度降低到50℃，產(chǎn)品從冷卻器出來(lái)以后再被送入包裝工序或倉(cāng)庫(kù)。

1.1.5 粉塵洗滌和循環(huán)回收系統(tǒng)

造粒機(jī)與流化床冷卻器的含有尿素粉塵的氣體被輸入進(jìn)洗滌器使用軟水對(duì)其進(jìn)行洗滌、吸收，使用濃度大約占尿素含量45%的洗滌液進(jìn)行洗滌吸收，然后再回到生產(chǎn)設(shè)備的蒸發(fā)系統(tǒng)。尾氣從粉塵洗滌器的排氣筒出來(lái)，其尿素粉塵含量小于30mg/m3。

1.2 海德魯流化床造粒技術(shù)的特點(diǎn)

（1）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期工業(yè)化的考驗(yàn)，有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，工藝成熟可靠；裝置耐用性強(qiáng)，造粒機(jī)、粉塵洗滌器等裝置可以長(zhǎng)期運(yùn)行，使用壽命可以長(zhǎng)達(dá)25a之上，裝置可以保證每年工作運(yùn)轉(zhuǎn)330d之上。

（2）以95%～96%濃度的尿液作為原料，只需要對(duì)尿液進(jìn)行一段蒸發(fā)濃縮，無(wú)需二段蒸發(fā)，從而使尿素工藝流程更加簡(jiǎn)化；由此省去了二段蒸發(fā)所需要的蒸汽消耗，減少了工藝?yán)淠?，也減少了冷卻水的使用量。

（3）造粒技術(shù)結(jié)合了空氣霧化與流化技術(shù)，有著較高的造粒效率，產(chǎn)能比較大，且尿素產(chǎn)品的強(qiáng)度高、質(zhì)量好。

（4）比較易于實(shí)際操作，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)車(chē)，通常在投料之后1h內(nèi)就可以制成產(chǎn)品；有比較大的操作彈性，負(fù)荷可以在30%～110%的范圍內(nèi)。

（5）與別的造粒工藝相比，海德魯流化床造粒技術(shù)有較低的返料比，因此提高了裝置的生產(chǎn)能力以及減少了造粒過(guò)程中的能耗；通過(guò)加入添加劑有效減少了流化床粉塵的形成，運(yùn)用濕式洗滌器洗滌吸收含塵尾氣，有比較高的吸收效率，可以實(shí)現(xiàn)尿素粉塵尾氣達(dá)標(biāo)排放。

2 海德魯流化床造粒裝置的粉塵治理

2.1 海德魯流化床造粒裝置粉塵形成的原因

雖然海德魯流化床造粒工藝在應(yīng)用中有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但造粒系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生粉塵。在流化床造粒過(guò)程中，尿液在造粒室中被分配管轉(zhuǎn)去霧化噴嘴，這些霧化的尿素微小液滴如果在接觸返料晶種之前就把水分蒸發(fā)掉，就會(huì)固體粉塵；抑或是噴出的霧化的尿素液體微粒從流化床層穿出來(lái)，并且它的沉降速度比流化氣流的速度小時(shí)，也會(huì)生成粉塵跟著造粒尾氣一起進(jìn)入洗滌系統(tǒng)。粉塵的另一個(gè)主要來(lái)源是來(lái)自破碎機(jī)，通過(guò)振動(dòng)篩中篩分出的超大顆粒尿素會(huì)被送入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，然后再返回到造粒機(jī)中用做返料晶種，這個(gè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生粉塵，且粉塵的量隨著破碎機(jī)輥間距變小而增大。除此以外，在篩分、輸送等過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生少量粉塵。

2.2 海德魯流化床造粒裝置的粉塵治理措施

2.2.1 控制造粒機(jī)進(jìn)料尿液濃度

海德魯流化床大顆粒造粒要求以95%～96%濃度的尿液作為原料，然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中尿液可能達(dá)不到這個(gè)濃度，由此導(dǎo)致尿液在經(jīng)過(guò)霧化后聚在晶種后，含有的水分停留在造粒機(jī)的時(shí)間很難全部蒸發(fā)掉，降低了粒子的強(qiáng)度，這些粒子在流化床內(nèi)互相摩擦，從而生成了更多的粉塵。而造成尿液濃度偏低的一個(gè)主要原因是蒸發(fā)系統(tǒng)真空度達(dá)不到要求，尤其是南方地區(qū)的夏季溫度高，蒸發(fā)系統(tǒng)真空度在高溫下不易達(dá)標(biāo)。對(duì)于這種情況，可以提高尿素前系統(tǒng)中、低壓分解器的操作低限溫度，降低中、低壓系統(tǒng)的操作壓力，從而讓系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生前移，使蒸發(fā)系統(tǒng)尿液中NH3的濃度降低，從而提高蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度。

2.2.2 調(diào)整防結(jié)塊添加劑的使用

在海德魯流化床造粒給料過(guò)程中，需要加入占尿素總產(chǎn)量約0.45%甲醛溶液，其作用是作為防結(jié)塊劑。若甲醛加入量不夠，造粒機(jī)的粉塵量將會(huì)顯著增加。然而有研究表明，加入甲醛作防結(jié)塊劑的效果比不上脲醛溶液。即將甲醛與熔融尿素反應(yīng)約1h，再把生成的脲醛溶液加入到濃度為96%的尿素溶液中，從而可以提高尿素顆粒的強(qiáng)度，減少粉塵的產(chǎn)生。

2.2.3 控制造粒機(jī)的料位

流化床造粒技術(shù)是尿液通過(guò)霧化噴嘴后噴灑出微小液滴，再聚集懸浮在流化床中晶種而形成尿素顆粒。假如造粒機(jī)的料位太低，噴嘴噴出的霧化液滴將從床層穿過(guò)而進(jìn)入到流化空氣中，當(dāng)液滴的沉降速度比流化氣流的速度小時(shí)，就會(huì)形成粉塵進(jìn)入洗滌系統(tǒng)。針對(duì)這種情況，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)噴淋試驗(yàn)確定正常壓力下噴頭噴射的液滴高度，通過(guò)這個(gè)高度來(lái)控制造粒機(jī)的料位，造粒機(jī)料位控制在大于1m，使觀察視鏡可以全部看到，并且避免流化床產(chǎn)生溝流等現(xiàn)象，避免霧化液滴逃逸到流化空氣中。

2.2.4 控制造粒機(jī)溫度

假如造粒機(jī)溫度太高，尿液在經(jīng)過(guò)霧化后在接觸到晶種以前水分就已經(jīng)全部蒸發(fā)掉，從而固化生成大量的粉塵，尤其當(dāng)造粒機(jī)溫度達(dá)到110℃以后，粉塵量就會(huì)大幅增加；若造粒機(jī)溫度過(guò)低（＜105℃），尿液含有的水分停留在造粒機(jī)的時(shí)間很難全部蒸發(fā)掉，降低了粒子的強(qiáng)度，它們互相摩擦，也會(huì)生成粉塵。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以控制造粒機(jī)工作溫度在105～110℃。

3 結(jié)束語(yǔ)

其他海德魯流化床造粒裝置的粉塵治理措施還有：控制造粒噴頭壓力、調(diào)整破碎機(jī)輥間距、定期清理滾筒間的結(jié)疤等。