斯塔米卡邦大顆粒尿素流化床造粒裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

斯塔米卡邦大顆粒尿素流化床造粒裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

固液體流態(tài)化是一種將液體和固體顆粒接觸到整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)。流化床技術(shù)于1922年被Winkler首次用于煤氣化工業(yè)后便逐步應(yīng)用到不同的領(lǐng)域,至今已廣泛用于加熱、混合、浸取、干燥、造粒、吸收、氣流輸送等工藝過程。大顆粒尿素造粒裝置便是流化床技術(shù)成功運(yùn)用的實(shí)例之一。到目前為止,世界上生產(chǎn)大顆粒尿素的工藝主要有伍德公司流化床造粒工藝、斯塔米卡邦流化床造粒工藝、日本東洋工程公司流化床造粒工藝、荷蘭GGT流化床造粒工藝。斯塔米卡邦大顆粒尿素流化床造粒工藝在國(guó)外工廠中有多個(gè)成功應(yīng)用的實(shí)例,而對(duì)于中國(guó)成達(dá)工程公司而言,卻是首次將其在EPC項(xiàng)目———孟加拉沙加拉化肥項(xiàng)目520kt/a尿素裝置中運(yùn)用,獲得了成功。以下就該工藝的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。1流軸理論的基礎(chǔ)當(dāng)流體自下而上通過固體顆粒床層,因流速不同可能會(huì)有以下幾種不同的情況。1.1固定床階段當(dāng)流體流速較低時(shí),流體只是穿過靜止顆粒物之間的空隙而流動(dòng),顆粒間不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),床層高度h1.2邊界流量轉(zhuǎn)化階段若增大流體流速至一定值,此時(shí)床層的壓降大致等于單位面積床層上的重力,部分固體顆粒位置稍有調(diào)整,床層略膨脹,床層高度為h1.3床層的流場(chǎng)繼續(xù)增大流體流速,固體顆粒將懸于流體中,床層開始膨脹、增高,空隙率也隨之增大,但床層的壓降Δp保持不變,約等于單位床層面積上的重力,此時(shí)的床層具有類似于流體的性質(zhì),故稱為流化床(如圖1所示B區(qū)域)。1.4造粒裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)當(dāng)流體流速繼續(xù)增大,固體顆粒被向上的流體帶走,流化床上界面消失,顆粒開始帶出的速度稱為帶出速度v大顆粒尿素流化床造粒技術(shù)就是根據(jù)上述第3種流化特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的工業(yè)化裝置,流化床造粒裝置具有以下幾個(gè)特點(diǎn):①類似液體特性,無固定形狀,有一定的上界面,能像流體一樣連續(xù)流動(dòng)(利用這一特性可在流化床中實(shí)現(xiàn)固體的連續(xù)加料、卸料);②床層任意兩截面間的壓強(qiáng)變化大致等于兩截面間單位床層面積上的重力;③恒定的壓降,流化床內(nèi)的顆粒處于懸浮狀態(tài)(浮力=重力),Δp×A=W(式中:Δp———床層的壓降,N/m2熔融造粒裝置大顆粒流化床造粒工藝是整個(gè)尿素造粒裝置中的核心部分。在斯塔米卡邦流化床造粒裝置中,熔融尿素在流化狀態(tài)下通過“膜噴涂”形式噴射到到晶種上生成顆粒尿素。此過程主要包括以下幾點(diǎn):①尿素以融熔狀態(tài)通過噴嘴霧化;②尿素粒子分層增大,即連續(xù)凝固的很薄的一層熔融尿液涂到晶核上生長(zhǎng);③UF85[尿素25%(質(zhì)量分率,下同),甲醛60%,水15%]作為一種特殊添加劑,在進(jìn)入造粒機(jī)之前添加到尿液中,防止粒子粘連并降低粉塵。斯塔米卡邦大顆粒尿素造粒工藝以濃度為98.5%的熔融尿液為原料,加入U(xiǎn)F85后將其送入流化床造粒機(jī),以空氣作為流化劑,流化空氣的主要作用是使造粒機(jī)內(nèi)的固體尿素粒子呈流態(tài)化并帶走融熔尿液的熱量(包括結(jié)晶熱及部分顯熱),同時(shí)為晶核長(zhǎng)大提供有利的空間。為噴涂得到大量的固體顆粒同時(shí)又沒有結(jié)塊,必須保持粒子之間的有效分離,流化空氣便是方便、有效的載體,流態(tài)化則是避免從噴嘴噴出的尿液在晶種上結(jié)晶、固化并降低到一定溫度之前相互粘連的唯一方法。在造粒機(jī)內(nèi),每個(gè)顆粒多次覆蓋一層很薄的熔融尿素,粒子均勻、漸進(jìn)式地長(zhǎng)大最終形成外形基本一致的尿素顆粒。添加UF85后的熔融尿液,利用自身的壓力通過經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的噴嘴噴射,在噴嘴上方形成尿素液膜,霧化空氣將晶種吸入液膜中,液膜厚度在50~150μm,噴涂在晶種上的液膜結(jié)晶過程中還要放出熱量,因熔融尿液溫度相對(duì)較高,因此噴涂的過程中下面的包裹層有一個(gè)再融化的過程,通過結(jié)晶,每一層包裹最后都成為晶體的一部分;盡管使用了膜式噴嘴,顆粒內(nèi)部并沒有形成“洋蔥”式的多層結(jié)構(gòu);融熔尿液在晶種上噴涂、結(jié)晶的過程也是尿液中水分蒸發(fā)的過程。離開造粒機(jī)之后,產(chǎn)品經(jīng)過粗篩、成品篩的篩選,不符合規(guī)格要求的小顆粒重新返回至造粒機(jī)中,超過規(guī)定尺寸的顆粒則被送入破碎機(jī)中破碎,與未達(dá)到規(guī)定尺寸的粒子一并被送回造粒機(jī)重新造粒。破碎機(jī)在晶種循環(huán)造粒過程中起到調(diào)節(jié)作用,保證粒子的動(dòng)態(tài)平衡。合格產(chǎn)品將被進(jìn)一步冷卻至可貯藏溫度后送到儲(chǔ)運(yùn)包裝系統(tǒng)。從造粒機(jī)出來的空氣都會(huì)夾帶一些粉塵,一起進(jìn)入洗滌器,洗滌過的空氣被排放到大氣中;洗滌器中的洗滌溶液經(jīng)一定程度濃縮后被送往熔融尿素廠。斯塔米卡邦大顆粒尿素造粒工藝因特殊的噴嘴結(jié)構(gòu)和較高的融熔尿液濃度,造粒過程中產(chǎn)生的粉塵量很少,從而減少了循環(huán)稀尿液的量。3下實(shí)際的熱壓設(shè)備造粒機(jī)是實(shí)現(xiàn)流化床造粒的重要設(shè)備,它是一個(gè)包含了3個(gè)造粒室和1個(gè)冷卻室的矩形箱體,據(jù)不同的功能分為上箱體和下箱體。下箱體主要用于尿液管、霧化空氣管的布置及流化空氣的分布,每個(gè)分區(qū)相對(duì)獨(dú)立;上箱體又分為造粒區(qū)和冷卻區(qū),每個(gè)分區(qū)用豎直的隔板分隔開,但造粒區(qū)和冷卻區(qū)的上部空間則是一體的。造粒機(jī)的前端有2個(gè)晶種入口,用于接收來自破碎機(jī)和成品篩的晶種;造粒機(jī)的后端則是物料的出口。斯塔米卡邦造粒機(jī)的流化板、噴嘴及噴嘴的布置有其獨(dú)有的特點(diǎn),具體如下。3.1通過空氣流量分布防止偏流上箱體和下箱體的分隔采用多孔流化板,熔融尿素噴嘴都安裝在流化板上。造粒機(jī)的下箱體和上箱體相對(duì)應(yīng)地也分為4個(gè)不同的腔室,空氣流量有規(guī)律地分布,對(duì)防止偏流有十分重要的作用;流化板將空氣分布到造粒機(jī)上箱體,并支撐顆粒在流化層停留時(shí)的重量,流化板水平安裝,上面有穿透性的孔眼,形成一個(gè)向前突出的邊緣,給顆粒輕微的縱向推力,這種穿孔結(jié)構(gòu)有利于促進(jìn)造粒機(jī)排空并將結(jié)塊或塊狀物料輸送到造粒機(jī)出口。3.2大顆粒成品的制備大顆粒尿素造粒工藝的核心部分是噴嘴。斯塔米卡邦膜式噴嘴有如下優(yōu)點(diǎn):①空氣消耗低;②霧化空氣能量消耗少;③粉塵產(chǎn)生量小;④產(chǎn)品有良好的圓整度;⑤成品含水量低。在開始噴射階段,會(huì)在噴嘴口上方形成一個(gè)很薄的液膜,這層膜在噴嘴口上方幾厘米處接觸霧化空氣氣流;霧化空氣從包圍液體出口的一個(gè)環(huán)形管道高速噴出,空氣的吸附作用將晶種從流化床吸起,迫使它們穿過液膜,晶種不斷被液膜包裹,最終達(dá)到大顆粒成品所要求的規(guī)格。成品接近球形,即使是較大的顆粒也是如此,因此產(chǎn)品具有較好的分散相,粒子之間的接觸表面最小,產(chǎn)品結(jié)塊的可能性降低。3.3融熔歷史網(wǎng)口與融熔高校管口連接口噴嘴是沿造粒機(jī)一組一組地安裝在母管上的,這些母管位于流化板下面,融熔尿液母管套在霧化空氣母管內(nèi),這樣設(shè)計(jì)的目的是霧化空氣可以為融熔尿液母管提供保溫,從而省去融熔尿液管的伴熱管線,因?yàn)槌鲮F化空氣加熱器的霧化空氣溫度達(dá)到140℃。通過一個(gè)支管融熔尿液母管和噴嘴相連接。熔融尿素噴嘴可與造粒機(jī)外部用于吹掃的蒸汽管線相連,也可與霧化空氣相連,這樣設(shè)計(jì)的目的是使噴嘴管口在沒有熔融尿素時(shí)能保持霧化空氣處于常通狀態(tài),避免噴嘴堵塞。熔融尿素噴嘴與吹掃蒸汽系統(tǒng)或霧化空氣系統(tǒng)的連接是由三通閥控制的。4系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用,得到了顯著孟加拉沙加拉化肥項(xiàng)目520kt/a尿素裝置最終產(chǎn)品為大顆粒尿素。裝置采用斯塔米卡邦的池式反應(yīng)器工藝技術(shù),池式反應(yīng)器的應(yīng)用使高壓圈設(shè)備得以簡(jiǎn)化并降低了整個(gè)框架的高度,從而降低了投資并簡(jiǎn)化了操作;最終產(chǎn)品的生產(chǎn)采用斯塔米卡邦的大顆粒尿素造粒工藝,同一專利商的工藝技術(shù)使得整個(gè)系統(tǒng)得以優(yōu)化,工藝技術(shù)的整體優(yōu)勢(shì)得以更充分體現(xiàn),同時(shí)也減少了不同專利商之間工藝條件的交接。項(xiàng)目歷時(shí)3a建成,2015年9月一次性投運(yùn)成功并產(chǎn)出合格尿素產(chǎn)品。在2015年11月24—26日進(jìn)行的72h的性能考核中,裝置運(yùn)行平穩(wěn),達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。產(chǎn)品氮含量、縮二脲含量、甲醛含