武志寬　韓雪冬　中煤鄂爾多斯能源化工有限公司　鄂爾多斯　017300

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設(shè)計技術(shù)

兩種尿素大顆粒造粒技術(shù)比較

武志寬*韓雪冬中煤鄂爾多斯能源化工有限公司鄂爾多斯017300

摘要通過對荷蘭荷豐公司的兩種尿素大顆粒工藝技術(shù)的描述，從工藝性能特點、能耗及實際操作等方面進行分析，對這兩種技術(shù)的優(yōu)缺點進行比較。

關(guān)鍵詞尿素大顆粒造粒室冷卻室洗滌器風(fēng)機

*武志寬：工程師。1988年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)。從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理。聯(lián)系電話：(0477)3132298，E-mail：wuzhikuan@163.com。

1大顆粒尿素產(chǎn)品

尿素因氮含量高、性能良好、易于運輸和貯存、施用方便，成為世界氮肥的主要品種。

國內(nèi)絕大多數(shù)廠家生產(chǎn)小顆粒尿素，其產(chǎn)品顆粒較小、均勻程度差，且有相互粘連現(xiàn)象，在包裝、運輸和存儲過程中還易吸潮結(jié)塊，影響產(chǎn)品施用時肥效的發(fā)揮。當(dāng)前化肥市場競爭激烈，所以提高尿素產(chǎn)品的質(zhì)量，是增強企業(yè)產(chǎn)品競爭力的有效措施。大顆粒尿素在其含氮量方面與普通尿素相當(dāng)，其縮二脲和水含量低。此外，大顆粒尿素的抗碎強度比普通尿素高2倍以上，不易粉碎、不易吸潮結(jié)塊，適于長距離散裝運輸和存儲。既降低了尿素的包裝、運輸和存儲成本，也給商家和用戶帶來方便。

2世界大顆粒技術(shù)的發(fā)展

到目前為止世界上生產(chǎn)大顆粒尿素的工藝主要有伍德(原海德魯技術(shù))公司流化床造粒工藝、日本東洋工程公司(TEC)的流化床造粒工藝、荷蘭斯塔米卡邦的流化床造粒工藝和荷蘭綠色造粒公司(GGT)的流化床造粒工藝。

伍德大顆粒技術(shù)是世界上最早的流化床造粒技術(shù)，1978年在美國獲得保護期為20年的專利，上世紀(jì)70年代已開始建廠。2002年，海德魯在全世界范圍內(nèi)停止其大顆粒技術(shù)的轉(zhuǎn)讓，同時也停止了荷蘭荷豐公司在中國的該技術(shù)代理權(quán)。2004年，海德魯公司因并購和重組，該技術(shù)的所有權(quán)轉(zhuǎn)到挪威YARA公司名下。2006年，伍德公司又從YARA手中收購該技術(shù)，現(xiàn)在更名為伍德大顆粒造粒技術(shù)。

日本東洋公司是第二家開始轉(zhuǎn)讓流化床造粒技術(shù)的公司。荷蘭斯塔米卡邦公司技術(shù)開發(fā)也較早，但直至海德魯公司停止在全球的技術(shù)轉(zhuǎn)讓后，才開始在市場推出自己的造粒技術(shù)。

海德魯于2002年停止技術(shù)轉(zhuǎn)讓，荷蘭荷豐公司組建了綠色造粒技術(shù)公司(簡稱GGT公司)，開始組織國內(nèi)外的專家進行研究開發(fā)，將開發(fā)研究中心設(shè)置在荷蘭的阿姆斯特丹，在中國建立了中試裝置，并于2004年開發(fā)了自己的工藝包，并申請了相關(guān)專利。在2011年，GGT公司又推出了全新的冷料循環(huán)(CRG)新工藝并獲得專利，于2012年在山西晉城建成世界第一套日產(chǎn)3000t的示范裝置。到目前為止國內(nèi)新上的大部分大顆粒造粒技術(shù)，均采用了GGT公司和荷蘭荷豐公司所開發(fā)和推廣的專利技術(shù)。

3工藝技術(shù)

目前荷蘭荷豐公司的大顆粒工藝技術(shù)分為兩種：第一種是正壓操作技術(shù)，利用流化風(fēng)的壓力和流速使得尿素顆粒在造粒室內(nèi)沸騰，從而達到流化造粒的目的；第二種是負壓操作技術(shù)，利用洗滌引風(fēng)機將造粒室抽成高負壓，讓尿素顆粒在造粒室內(nèi)沸騰，從而達到造粒的目的。

3.1正壓操作技術(shù)

正壓操作技術(shù)流程見圖1。

圖1　正壓操作技術(shù)流程

以下按日產(chǎn)2860t規(guī)模進行描述。

從尿素蒸發(fā)工序來的濃度約為96%、溫度為135℃的尿液通過調(diào)節(jié)閥進入造粒噴頭(37%的甲醛溶液從熔融泵入口加入)，從噴頭出來的尿液被同一噴嘴吹出的霧化風(fēng)(霧化風(fēng)溫度控制在132～135℃，壓力控制在45kPa(G)霧化成小液滴，這些小液滴遇到位于多孔板上面被流化風(fēng)吹起來的晶種后，均勻包裹在晶種的表面，形成大顆粒尿素。當(dāng)顆粒的重量大于流化風(fēng)托起力的時候，這些顆粒就會落到多孔板的表面，被流化風(fēng)輸送出造粒室(多孔板也叫做柵格或分布器，用于均勻地分布流化空氣，使顆粒呈懸浮的流化狀態(tài)，停車時還起支撐流化床層物料的作用。多孔板水平安裝，密布直徑2mm的小孔。多孔板斜向上45°沖孔，形成向前突出的邊緣便于給尿素粒子形成向上和向前的推力。下箱體支撐多孔板、噴頭和上箱體，里面充滿著流化空氣)。造粒室上箱體分成三到五個室：第一室接收循環(huán)晶種物流(細粉和破碎產(chǎn)品作為晶種物料)，該物料從流化床層側(cè)上方進入造粒機。第一室共裝配四組尿素分配管(120個噴頭)。第二室與第三室各裝配三組尿液分配管(每室為90個噴頭)以實現(xiàn)連續(xù)、均勻增大顆粒粒徑。流化床冷卻器和造粒機之間距離大約為0.6m。上箱體內(nèi)的隔板焊接在造粒機壁上(沒有調(diào)整部件)。尿素顆粒從造粒室出來后進冷卻室，冷卻室通常設(shè)置3個室，利用低溫的流化風(fēng)將尿素顆粒冷卻到70℃以下。

尿素顆粒從流化床冷卻器的流出速度，可通過控制流化床冷卻器出料器的振動頻率來控制，還可以通過調(diào)節(jié)擋板閥的位置進行手動調(diào)節(jié)出口流量。該閥安裝在流化床冷卻器出口振動器的溜管上。為避免造粒機和流化床冷卻器料位過低，當(dāng)流化床層高度降低到預(yù)設(shè)的低料位時，出料器必須停止/鎖定。由振動出料器輸出的物料，經(jīng)過皮帶到安全篩，篩出大于10mm的大顆粒以及結(jié)塊尿素，送地下水槽溶解回收。出斗提機的尿素產(chǎn)品經(jīng)三通分到兩個分料皮帶上，再經(jīng)皮帶出口送至 4臺振動篩A/B/C/D，產(chǎn)品尿素被篩分成四部分：超大粒徑尿素、大粒徑尿素、成品粒徑尿素與小粒徑尿素，其中超大粒徑尿素被送到回收槽溶解回收利用。直徑在4.75～6mm大顆粒尿素進破碎機，破損成直徑為1.5mm的尿素顆粒作為晶種通過分料器進造粒機，直徑為2～4.75mm的顆粒通過分料器進最終冷卻器冷卻，冷卻后的成品通過輸送皮帶進入包裝系統(tǒng)，進行成品包裝。小于2mm顆粒將通過分料器進造粒室作為晶種再次造粒。從造粒機出去的粉塵空氣在排放到大氣之前先被送到造粒洗滌器，進一步做洗滌處理，合格的空氣通過煙囪排入大氣。

出流化床的空氣攜帶的粉塵量約占總產(chǎn)量的3%～5%，這些尿素粉塵在濕法洗滌段中以45%尿素溶液的形式被回收，并循環(huán)回尿素合成裝置的蒸發(fā)段。通常，濕法洗滌段采用來自尿素合成裝置的工藝冷凝液或解吸液(不含氨)作為洗滌組成水，同時補給因引風(fēng)空氣濕飽和化而蒸發(fā)的水。裝置界區(qū)內(nèi)設(shè)有一個小的溶液槽(也稱回收槽)，用于匯集所有固體和液體的溢流。

斗提機需要將造粒室出來的所有物料提升到一定的高度后再進篩分系統(tǒng)，靠重力來流動，由于化肥的流動特性，必須有足夠的位差才能完成系統(tǒng)的運行，所以整個系統(tǒng)的框架比較高。由于尿素顆粒溫度在70℃以上，會對斗提機的皮帶和篩子的篩網(wǎng)造成一定的影響，降低使用壽命。

3.2負壓操作技術(shù)

負壓操作技術(shù)亦稱為冷料循環(huán)(CRG)技術(shù)。

負壓操作(CRG)技術(shù)流程見圖2。

圖2　負壓操作(CRG)技術(shù)流程

從尿素蒸發(fā)工序來的濃度約為96%、溫度為135℃的尿液通過調(diào)節(jié)閥進造粒噴頭(37%的甲醛溶液從熔融泵入口加入)，從噴頭出來的尿液被同一噴嘴吹出的霧化風(fēng)(霧化風(fēng)溫度控制在132～135℃，壓力控制在45kPa(G)霧化成小液滴，這些小液滴遇到位于多孔板上面被洗滌引風(fēng)機抽吸沸騰起來的晶種后，均勻的包裹在晶種的表面，形成顆粒尿素。在這種工藝技術(shù)中，流化風(fēng)只是起一個輔助作用，其壓力是“正壓操作技術(shù)”的1/3(多孔板也叫做柵格或分布器，用于均勻地分布流化空氣，使顆粒呈懸浮的流化狀態(tài)，停車時還起支撐流化床層物料的作用。多孔板水平安裝，密布直徑2mm的小孔。多孔板斜向上45°沖孔，形成向前突出的邊緣便于給尿素粒子形成向上和向前的推力。下箱體支撐著多孔板、噴頭和上箱體，里面充滿著流化空氣)。造粒室上箱體分成三到五個室：第一室接收循環(huán)晶種物料(細粉和破碎產(chǎn)品)，該物料從流化床層側(cè)上方進造粒機。第一室共裝配四組尿素分配管(120個噴頭)。第二室與第三室各裝配三組尿液分配管(每室為90個噴頭)以實現(xiàn)連續(xù)、均勻增大顆粒粒徑。流化床冷卻器和造粒機之間距離大約為0.6m。上箱體內(nèi)的隔板焊接在造粒機壁上(沒有調(diào)整部件)，尿素顆粒從造粒室出來后就進冷卻室，冷卻室通常設(shè)置5個室，靠近造粒的兩個室內(nèi)加入循環(huán)水冷卻器，利用冷卻水和低溫的流化風(fēng)將尿素顆粒冷卻到45℃以下。有些裝置還將最后兩個冷卻室的流化風(fēng)通過一個氨冷卻器，降低流化風(fēng)的溫度來實現(xiàn)尿素顆粒小于40℃(可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定)。

從流化床冷卻器來的尿素顆粒經(jīng)振動輸料器取出，然后被送入A/B/C/D四臺篩分機，尿素顆粒在此被篩分為三部分：偏大、偏小、尺寸合適的顆粒尿素。其中超大粒徑尿素被送到回收槽溶解回收利用，直徑在4.75～6mm大顆粒尿素進入破碎機，破損成直徑為1.5mm的尿素顆粒作為晶種通過斗提機和分料器進造粒機；直徑為2～4.75mm的顆粒通過分料器進入成品皮帶送至包裝系統(tǒng)進行包裝；小于2mm將通過斗提機和分料器進造粒室作為晶種再次造粒。從造粒機出去的粉塵空氣在排放到大氣之前先被送到造粒洗滌器，進一步做洗滌處理，合格的空氣通過煙囪排入大氣。

出流化床的空氣攜帶的粉塵量約占總產(chǎn)量的3%～5%，這些尿素粉塵在濕法洗滌段中以45%尿素溶液的形式被回收，并循環(huán)回熔融尿素裝置的蒸發(fā)段。通常，濕法洗滌段采用來自尿素合成裝置的工藝冷凝液或解吸液(不含氨)作為洗滌組成水，同時補充因引風(fēng)空氣濕飽和化而蒸發(fā)的水。裝置界區(qū)內(nèi)設(shè)有一個小的溶液槽(也稱回收槽)，用于匯集所有固體和液體的溢流。

負壓操作技術(shù)的流程相對要簡短一些，尿素顆粒出造粒室后就直接進入篩分，篩分后進入成品皮帶送出界區(qū)。斗提機只需要將小顆粒晶種和破碎機破碎后作為晶種的尿素顆粒提升到一定高度后再進造粒室，所以它的能力就比前者要小一半。另外出冷卻器的尿素顆粒溫度低于40℃(稱為冷料循環(huán))，既不影響斗提機和篩分機的性能，又能有效的避免產(chǎn)品結(jié)塊現(xiàn)象。

3.3比較兩種工藝技術(shù)的特點及能耗

以日產(chǎn)2860t大顆粒尿素的兩種工藝技術(shù)為例，對其特點及能耗進行比較。

正壓操作技術(shù)是利用流化風(fēng)的壓力和流速讓造粒床層的尿素顆粒沸騰起來，洗滌引風(fēng)機只需要將造粒室抽成微負壓就可以連續(xù)運行，因此洗滌引風(fēng)機的作用就是將造粒室的粉塵抽到洗滌器中進行洗滌，同時抽成微負壓也是防止粉塵在大顆粒廠房內(nèi)擴散，降低粉塵對環(huán)境的污染。

負壓操作技術(shù)是利用洗滌引風(fēng)機將造粒室抽成高負壓，讓進造粒床層的尿素顆粒在負壓的狀態(tài)下沸騰起來，而流化風(fēng)機只是起輔助作用。

兩種工藝的壓力控制指標(biāo)見表1。

表1　兩種工藝的壓力控制指標(biāo)　(kPa(G))

從表1可見兩種工藝的風(fēng)壓控制指標(biāo)差別很大。

兩種工藝的風(fēng)機功率指標(biāo)見表2。

表2　兩種工藝的電耗　(kW)

從表2可見兩種工藝耗電相差1380kW，負壓操作技術(shù)的電耗比正壓操作技術(shù)的電耗要低。

兩種工藝的蒸汽消耗指標(biāo)見表3。

從表3可見兩種工藝的蒸汽消耗相差不大。

3.4兩種工藝的實際操作

兩種工藝技術(shù)在原始開車時操作順序基本一致，但負壓操作技術(shù)在正常運行時冷卻室的負壓較

表3　兩種工藝的蒸汽消耗　(t/h)

難控制，料位的高低會直接影響到冷卻室的負壓，冷卻室的負壓高低將直接影響到系統(tǒng)的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量，因此在操作過程中一定要嚴格控制好造粒室和冷卻室的負壓差，一旦負壓不平衡就會直接導(dǎo)致造粒室的料位大幅度的波動，甚至?xí)霈F(xiàn)造粒室沒有晶種的現(xiàn)象，從而影響到整個系統(tǒng)的運行。正壓操作技術(shù)一般不會出現(xiàn)類似的情況，只是在負壓過低時會造成粉塵從系統(tǒng)中出來，污染環(huán)境。

在負壓操作技術(shù)中，由于系統(tǒng)需要高負壓才能使造粒室內(nèi)的晶種沸騰起來，強有力的抽吸會使得應(yīng)該成為晶種的小顆粒變成了粉塵，大量的粉塵會粘結(jié)在造粒室頂部，隨著粉塵粘結(jié)的量越來越多，就會有一些粘結(jié)在一起的大塊粉塵掉落到造粒機里面，堵住尿液噴頭，使得造粒系統(tǒng)惡化，最后只能停車處理。同時掉落的大粉塵塊也會對多孔板造成損壞。因此負壓操作技術(shù)的運行時間相對要比正壓操作技術(shù)短。隨著粉塵量的增多，洗滌系統(tǒng)的負荷也會加重，因此在負壓操作技術(shù)中，洗滌器的有效洗滌面積要比正壓操作技術(shù)大，洗滌回收量也比較大，增加了蒸發(fā)系統(tǒng)的負荷。

4結(jié)語

目前國內(nèi)運行及在建的大顆粒造粒項目，大部分都在使用荷豐公司推廣的綠色造粒技術(shù)，無論是正壓操作技術(shù)還是負壓操作技術(shù)，都是比較先進的造粒技術(shù)，操作程序和控制系統(tǒng)的簡單化讓大顆粒操作技術(shù)變得簡單輕松，員工培訓(xùn)一周就能直接上崗操作。產(chǎn)品的質(zhì)量也容易控制，尤其是縮二脲和水份很易控制在國標(biāo)范圍內(nèi)。

負壓操作技術(shù)進入市場較晚，實際運行裝置相對較少，仍然存在一些技術(shù)問題需要改進和完善。但負壓技術(shù)具有流程短、能耗低、操作簡單方便等特點，已深受廣大用戶的青睞，通過進一步改進和優(yōu)化，有望成為未來主流尿素大顆粒造粒技術(shù)。

(收稿日期2015-11-29)