大顆粒尿素生產(chǎn)技術

1、大顆粒尿素技術的現(xiàn)狀和發(fā)展李思強一、尿素成粒原理大顆粒尿素（機械造粒尿素）與小顆粒尿素（造粒塔造粒尿素）的成粒原理是不同的。簡單地說，大顆粒尿素是依靠機械方法將尿素熔融物霧化為細小液滴，在特定環(huán)境下以固體尿素顆粒為晶種，多個細小液滴結晶固化在一粒晶種上，使這個固體顆粒越長越大，最終成為大顆粒尿素。大顆粒尿素粒子形成是多次結晶的結果，結晶的方向交錯分布，成粒的大小與細小液滴數(shù)量（結晶次數(shù)）相關。小顆粒尿素（造粒塔造粒尿素）是利用旋轉的尿素造粒噴頭（也可使用固定的尿素造粒噴頭，但尿素熔融物要有一定的靜壓頭）的小孔將尿素熔融物以液柱形式噴出，尿素熔融物的表面張力使液柱斷裂，形成球型液滴。在造粒塔中球

2、型液滴與空氣逆流接觸降落，降落過程中冷卻結晶，結晶的方向單一，成粒的大小與冷卻過程相關，由于造粒塔高度有限，粒子不能過大，否則落到塔底還未固化，就無法完成造粒過程。相比較可以看到：1、大顆粒尿素（機械造粒尿素）的結晶方向交錯分布，小顆粒尿素（造粒塔造粒尿素）的結晶呈單一方向，這個差別使兩者的顆粒強度明顯不同。2、大顆粒尿素成粒的大小只與結晶次數(shù)相關，從工程角度看，沒有約束條件，小顆粒尿素成粒的大小與尿素造粒塔高度相關，從工程角度看，存在硬性約束條件，這個差別使兩者的顆粒大小不同。大顆粒尿素的優(yōu)越性是無庸置疑的：顆粒強度高，破碎少；表面粗糙，可與磷鉀等顆粒肥料混配；氮素利用率高等，是市場歡迎的化

3、肥品種，但是大顆粒尿素制造成本高于小顆粒尿素，影響了用戶使用的積極性。作為化肥生產(chǎn)企業(yè)，選擇一個好的技術，以較小的投資，較低的運行成本，給用戶提供質(zhì)量優(yōu)良、價格合理的產(chǎn)品是我們義不容辭的責任。二、國外的兩種大顆粒尿素技術簡介生產(chǎn)大顆粒尿素的方法主要有流化床造粒、轉鼓造粒、圓盤造粒、鋼帶直冷造粒等。這些方法大多是成熟的，有效的。以下重點介紹兩種能力比較大，有工業(yè)裝置的國外工藝。2.1 挪威海德魯公司的流化床造粒挪威海德魯公司（Norsk Hydro） 的流化床造粒器為矩形設備，由上室、下室、多孔分布板和溶液噴嘴組成，上室用檔板隔成若干部分，檔板的作用是防止尿素粒子返混；多孔分布板起到均勻分配流化

4、空氣的作用；溶液噴嘴位于多孔分布板上方，具有一定高度，并和器壁保持一定距離，防止尿液霧滴粘附在器壁上。95% 96%的添加有甲醛的尿液經(jīng)噴嘴被低壓空氣霧化后噴灑到流化床內(nèi)形成一個倒錐形的細霧區(qū)，為避免噴嘴堵塞，霧化用低壓空氣需先加熱到略高于尿液的結晶溫度；返料的細粒尿素被流化空氣吹起在流化床內(nèi)劇烈攪動形成一個沸騰區(qū)；2 個區(qū)域互相交錯，尿液細霧即噴涂在尿素粒子上，經(jīng)冷卻與干燥作用，成為一個較大的粒子。在流化床攪動的過程中，又產(chǎn)生另一個噴涂過程，使較大的粒子不斷增大成為大顆粒尿素，大顆粒尿素由于重力作用沉降到底部多孔分布板上，借助于流化空氣在多孔板錐形孔產(chǎn)生的水平推力進到下一室。根據(jù)所需的粒徑要

5、求，可在若干個室內(nèi)依次噴涂、依次沉降后推到下一室，直到達到要求的粒徑，再從造粒器內(nèi)排出。挪威海德魯技術的優(yōu)點是推出的歷史長久，建設裝置業(yè)績多，技術成熟，缺點是投資高，能耗高。適于新建大型裝置。2.2 日本東洋工程公司的噴射流化床造粒日本東洋工程公司（TEC ）開發(fā)的噴射流化床造粒器由噴射床、多孔板、流化床、噴嘴、空氣分配管和氣室組成。噴射床被多孔板上的流化床所環(huán)繞，一個噴射床有一個噴嘴，根據(jù)各裝置生產(chǎn)規(guī)?？梢栽谠炝Ｆ鲀?nèi)布置多個噴射床，噴射床由噴射空氣形成，能使尿素粒子與尿液充分混合，使產(chǎn)品形狀更加圓整、大小均勻，且噴射床合適的空間也不會使顆粒結塊；流化床由流化空氣形成，噴射床和流化床的優(yōu)化組合

6、對顆粒不僅能產(chǎn)生有效的冷卻作用，而且由于帶壓尿液直接經(jīng)噴嘴噴淋在噴射床上，可減少霧化空氣加熱需要的能量。TEC技術的能耗略低于海德魯技術，但是工業(yè)業(yè)績少，投資高，投入產(chǎn)出比不甚合理。三、北京達立科公司的雙轉鼓流化床技術以下介紹我公司具有自主知識產(chǎn)權的雙轉鼓流化工藝（DDG）及相關技術新的進展。3.1雙轉鼓流化床技術概況國外的大顆粒尿素技術是成熟的，但也有一些局限性。例如床造工藝復雜，投資和能耗都比較高，這個兩高，限制了國內(nèi)大顆粒尿素的生產(chǎn)，也影響了科學施肥工作的進展。1998年我公司提出了雙轉鼓流化床技術的基本方案，與清華大學的院士、教授一起研究完善，并共同申請了由雙方共同所有，我公司獨家經(jīng)營

7、的國內(nèi)專利（一種尿素轉鼓造粒裝置 ZL98249040.2；一種尿素轉鼓冷卻裝置 ZL98250394.6；一種凈化含尿素粉塵氣體的方法ZL99121906.6；大顆粒尿素組合轉鼓造粒工藝及設備ZL99122286.5），該專利在清華大學進行了造粒轉鼓的驗證性試驗。2001年，在洞庭氮肥廠建成公稱1.2萬噸/年試驗裝置，開車后基本達到設計預期目的，全面驗證了專利流程的合理性和兩臺專利設備的科學性。該技術具有的突出特點是：流化床與轉鼓結合、空冷與水冷結合，流程簡單、設備效率高、能耗低、投資少。在老廠改造中應用雙轉鼓流化工藝，較其他生產(chǎn)方法有無可比擬的優(yōu)越性；在新廠建設中，在投資、能耗方面也有很強

8、的競爭性。2002年2月第一套5萬噸/年工業(yè)化雙轉鼓流化裝置在山西豐喜肥業(yè)集團首次投入生產(chǎn)后，裝置運行的技術經(jīng)濟指標令人滿意，豐喜肥業(yè)集團又建設了一套15萬噸/年裝置，并于2003年投入生產(chǎn)。2003年在華魯恒升30萬噸/年尿素大顆粒工程總承包國際招標中，我公司以能耗低于國外公司1/3，投資也低于國外公司1/3的絕對優(yōu)勢中標，該裝置于2004年2月21日化工投料，當天即達到設計指標。14以下是我公司技術的業(yè)績表：序 號裝 置 規(guī) 模裝 置 所 在 地 投 產(chǎn) 日 期目 前 情 況15萬噸/年山西豐喜肥業(yè)集團臨猗分公司2002年1月生產(chǎn)良好210萬噸/年山西豐喜肥業(yè)集團臨猗分公司2003年4月生

9、產(chǎn)良好330萬噸/年(一期15萬噸)山東德州華魯恒升化工股份有限公司2004年2月生產(chǎn)良好420萬噸/年(一期10萬噸)山東滕縣魯南化肥廠2004年7月生產(chǎn)良好515萬噸/年河北滄州大化集團股份有限公司2005年7月生產(chǎn)良好65萬噸/年山東魯西化工股份有限公司2005年10月生產(chǎn)良好715萬噸/年石家莊柏坡正元化肥有限公司2006年6月生產(chǎn)良好85萬噸/年（兩套）山東魯西化工股份有限公司2006年7月生產(chǎn)良好910萬噸/年山東魯西化工股份有限公司2006年10月生產(chǎn)良好1015萬噸/年（第二套）河北滄州大化集團股份有限公司2006年12月生產(chǎn)良好1115萬噸/年內(nèi)蒙古烏拉山化肥有限公司2006

10、年12月生產(chǎn)良好1215萬噸/年煙臺巨力化肥有限公司2007年4月生產(chǎn)良好1315萬噸/年河南心連心化工有限公司2007年4月生產(chǎn)良好145萬噸/年黑龍江農(nóng)墾博興化工有限責任公司2007年10月生產(chǎn)良好1510萬噸/年山西豐喜肥業(yè)集團臨猗分公司2008年6月生產(chǎn)良好16 5萬噸/年山東聯(lián)合化工股份有限公司正在建設雙轉鼓流化工藝（DDG）基本工藝過程的簡單描述：如原則流程圖所示，有三股尿素物料進入雙滾筒流化工藝的第一個轉鼓流化造粒轉鼓：熔融尿素從尿素熔融泵來，晶種顆粒尿素從破碎機來，尿素返料從篩分機來，在特殊設計的流化造粒轉鼓中，霧化的熔融尿素與顆粒尿素不斷碰撞并結晶，使顆粒尿素逐步長大。結晶熱

11、由流化空氣移走。尿素顆粒一邊長大，一邊向出口運動，并逐步流出流化造粒轉鼓。此時尿素的溫度為90110C，進入兩層絲網(wǎng)的篩分機。小顆粒尿素返回流化造粒轉鼓，超大顆粒的尿素經(jīng)破碎機破碎后也返回流化造粒轉鼓。為使粒度合格的大顆粒尿素進一步冷卻，從篩分機流出的大顆粒尿素進入接觸冷卻轉鼓，在此轉鼓中，冷卻風和冷卻水移走尿素的顯熱，使尿素的溫度低于50C，至此合格的大顆粒尿素稱重包裝出廠。流化造粒轉鼓和接觸冷卻轉鼓的尾氣經(jīng)排風機送往洗滌系統(tǒng)經(jīng)洗滌合格后排放。有些老廠已有造粒塔，由于有造粒塔尿素作為晶種，可不上破碎機，超大顆粒尿素數(shù)量很少（小于1%）可直接作為產(chǎn)品出廠，也可粉碎后送地下槽。3.2雙轉鼓流化床

12、大顆粒尿素技術（DDG）的新發(fā)展3.2.1整體布置的優(yōu)化：從1998年專利研究階段開始，DDG技術就有兩種布置方式：平面布置和框架布置。經(jīng)過多次工業(yè)實踐和反復的方案比較，我們推出了最新的優(yōu)化設計方案：a、20萬噸/年及以下裝置，包括20萬噸/年、15萬噸/年、10萬噸/年、5萬噸/年優(yōu)先推薦平面布置方案，典型的布置，如圖1所示。 圖 1平面布置的優(yōu)點是：投資省，一般節(jié)約510%；建設周期短，一般4個月可建成；可充份利用原有場地（例如棧橋下的空地等）。缺點是占地面積較大，一般占地多出30%左右。 全套工程（交鑰匙工程的全部內(nèi)容）造價估算值為： 能 力造價估算值能 力造價估算值20萬噸/年1100

13、萬元15萬噸/年900萬元10萬噸/年700萬元5萬噸/年450萬元 b、30萬噸/年及以上裝置，30萬噸/年、40萬噸/年、50萬噸/年、60萬噸/年優(yōu)先推薦框架布置，如圖2所示。 圖 2立面布置的優(yōu)點是：能力大于20萬噸/年，必須設置2臺或以上的造粒轉鼓，框架布置有利于節(jié)約占地，且使物料運行更為順暢。由于隨著裝置能力的增加，土建費用所占比例逐步下降，與平面布置相比較，投資差距已不明顯。缺點是：建設周期長，建設周期一般要7個月左右，全套工程（交鑰匙工程的全部內(nèi)容）造價估算值為：能 力造價估算值能 力造價估算值30萬噸/年1800萬元40萬噸/年2200萬元50萬噸/年2800萬元60萬噸/年

14、3000萬元3.2.2裝置的局部改進a、轉鼓出料方式傳統(tǒng)的轉鼓一般在出料器底部出料，與斗提機配合時必須為斗提機設置地坑。經(jīng)過反復試驗，我公司專利設備造粒轉鼓和冷卻轉鼓均采用新技術措施，達到了高位出料的目的，可使與之配套的斗提機設置于平面，不必置于機坑之內(nèi)。b、粉塵沉降室在粉體工程中，含塵氣體運動過程中粉塵的沉降是不可避免的，在不適當位置沉降將造成系統(tǒng)堵塞。為帶走氣體中的固體微粒，提高氣體流速又會增加能耗。為了合理地解決這個問題，我們在專利設備造粒轉鼓中設置了沉降室。在沉降室中，將含塵氣體中的固體微粒予以區(qū)分，較大的微粒沉降下來，用機械方式送往地下槽。這樣即節(jié)約了氣體輸送能耗，又可防止管道堵塞。

15、c、安全篩在大顆粒尿素生產(chǎn)過程中，不規(guī)則大塊出現(xiàn)的概率較小，但仍有出現(xiàn)的可能。為此流程中均需設置安全篩。為了簡化流程，DDG技術將安全篩設于專利設備之內(nèi)，收到了很好的效果。3.3新型尾氣洗滌器為了進一步凈化含塵尾氣，降低能耗，我公司與天津大學共同研制了新型尿素尾氣洗滌塔，并已申請了專利，如圖3所示。新型尾氣洗滌器的吸收方式與其他設備不同，傳統(tǒng)的吸收塔都是氣液逆流操作，容易發(fā)生液泛，氣速受到限制，使得設備本體龐大。而新型尾氣洗滌器的設備本體可大大縮小。在新型尾氣洗滌器內(nèi)含塵氣體在一定的氣速下通過沖噴洗滌裝置與水流經(jīng)過上下兩次充分混合建立起動態(tài)平衡的交換場，高效進行質(zhì)量傳遞和熱量傳遞，氣液混合物先

16、 通過填料床層近一步傳質(zhì)并初步分圖 3離后，經(jīng)過由規(guī)整填料做成的捕液吸能器進一步充分分離，分離后的液體向下流入母液槽中，氣體向上經(jīng)過高效絲網(wǎng)除沫器后達標排放到大氣中。整個洗滌器為立式結構，上下封頭，封頭形式根據(jù)現(xiàn)場情況可采用平型、錐型、橢圓型、碟型等，使得設備的平立面布置更加靈活方便。在滿足環(huán)保要求的條件下，與其他裝置相比，同等條件下壓力降降低超過50%，一次投資降低40%，水電消耗大幅降低。3.4與DDG相關的技術發(fā)展3.4.1 DDG與造粒塔相結合，DDG和造粒塔的全部尾氣均可洗滌。DDG的優(yōu)勢之一是造粒轉鼓內(nèi)流化床床層很低，只有200mm左右，對流化風的要求不高；冷卻轉鼓內(nèi)裝有特殊結構的

17、水冷器，因此每噸大顆粒尿素產(chǎn)品產(chǎn)生的尾氣量比造粒塔和其它大顆粒技術產(chǎn)生了尾氣都要少，大約少30%左右。經(jīng)過縝密的技術分析，我們提出了結合DDG技術改造原有造粒塔尾氣的方案。如下圖所示。將造粒塔的能力降至原有能力的20%，采用新型低能力噴頭，生產(chǎn)2mm的造粒塔尿素作晶種。（此噴頭已研制成功）將80%的尿素融熔物與20%的2mm的尿素顆粒送入DDG裝置生產(chǎn)大顆粒尿素。將DDG與造粒塔的尾氣均送入洗滌器，洗滌后放空。 20%尿素熔融物洗滌器造粒塔大顆粒尿素產(chǎn)品80%尿素熔融物D D G 通過這樣的技術改造，需要洗滌的尾氣（造粒塔尾氣和DDG尾氣總量）比原造粒塔尾氣減少了20%，同時全部尿素產(chǎn)品均為大

18、顆粒尿素，可以以較少投資和較低能耗完成尾氣洗滌和產(chǎn)品結構調(diào)整兩大目的。3.4.2造粒塔尾氣洗滌的新設計 為了解決造粒塔洗滌問題，我們與清華大學共同研究，精心設計了新的造粒塔洗滌系統(tǒng)，并申請了專利，如圖所示造粒塔含尿素粉塵氣體通過風機和風管進入汽霧室，在汽霧室內(nèi)與霧化的洗滌水充分接觸，潤濕后經(jīng)填料層和除沫器分離水分，經(jīng)百頁窗排入大氣。排入大氣的氣體中所含尿素粉塵將減少75%左右。汽霧室內(nèi)的補充水是由尿素裝置的工藝系統(tǒng)送來，與循環(huán)水一起經(jīng)水洗噴頭霧化，霧化后的水與經(jīng)風管送入的尿素粉塵接觸，將尿素粉塵溶入水中。在不斷的溶解循環(huán)過程中，水中的尿素含量越來越高，當濃度接近飽和時，部分接近飽和的含尿素溶液在泵后排出，送往尿素裝置。洗滌粉塵的補充水來自于尿素裝置（一般來自于水解后的排放液），而接近于飽和的尿素溶液又返送回尿素裝置，