大顆粒尿素技術(shù)與工藝流程比較

崔文科，韓喜民，王小寧

(山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司，山西運城 044000)

大顆粒尿素技術(shù)與工藝流程比較

崔文科，韓喜民，王小寧

(山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司，山西運城 044000)

闡述了大顆粒尿素的特點及當今世界上生產(chǎn)大顆粒尿素的主要造粒工藝，對海德魯、東洋工程公司造粒工藝與雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)進行了比較，對大顆粒尿素的前景進行了展望。

大顆粒尿素;霧化流化床造粒;噴射流化床造粒;雙轉(zhuǎn)鼓流化床技術(shù)

Abstract:This characteristics of the large particle urea as well as the world production of large particle urea prilling process are described.Hydro，toyo engineering corporation granulation process and double drum fluidized technology in large particle urea technology are compared，the prominent future of the large particle urea are exected.

Key words:large particle urea;spray fluidized bed granulation;jet fluidized bed granulation;dualroller fluidized bed technology

0 概述

在國內(nèi)外肥料市場都可以看到，同為尿素的商品肥料有大顆粒和小顆粒之分。大顆粒尿素與常規(guī)小顆粒尿素相比，有以下幾個優(yōu)點:粉塵含量低，抗壓強度較高，流動性好，可散裝運輸，不易破碎和結(jié)塊，適合于機械化施肥;大顆粒尿素施入土壤后溶解速度稍慢，加上單粒重較大，在水田中施用可沉入較深的土下，減少揮發(fā)損失;由于加工工藝對尿液濃度的要求不同，一般大顆粒尿素產(chǎn)品中的縮二脲含量降低，這對作物有利。研究表明[1]，大顆粒尿素肥效持久，氮損失小，在水稻田使用2.00～4.75 mm的大顆粒尿素，比施用普通尿素肥效提高10%，稻谷產(chǎn)量增加10%左右。大顆粒尿素深施可提高氮利用率15%以上。國際上，從1995年以后新建的尿素裝置中，大顆粒尿素裝置所占比例逐年增加。由于質(zhì)量好，用途廣，其價格高于普通尿素10～15美元/t，最高達20美元/t。國內(nèi)大顆粒尿素的生產(chǎn)價格比普通尿素高出約100元/t，產(chǎn)品供不應求，形勢喜人。綜上所述，大顆粒尿素性能優(yōu)良，質(zhì)量好，價格高，且我國大顆粒尿素產(chǎn)量低，僅占全國尿素產(chǎn)量的20%左右，開發(fā)該產(chǎn)品有廣闊的發(fā)展前景。

1 大顆粒尿素造粒工藝

自20世紀70年代起，大顆粒尿素造粒工藝有了較快的發(fā)展，具有代表性的工藝技術(shù)見表1。

表1 國外一些公司的造粒工藝

在大顆粒尿素造粒工藝中，都具有基本相似的工藝流程，每種工藝的特點取決于造粒本身的設(shè)計和功能。最具競爭力且被廣泛采用的主要是前兩種?，F(xiàn)將海德魯公司霧化流化床造粒工藝和東洋工程公司噴射流化床工藝簡介如下。

1.1 海德魯公司霧化流化床造粒工藝

1.1.1 工藝流程簡述

從蒸發(fā)系統(tǒng)來的含尿素質(zhì)量分數(shù)為96%的尿液，在加入標準甲醛溶液后，送入霧化流化床造粒機中，尿液被霧化空氣霧化成細小的液滴，反復包裹涂布在懸浮于流化床中的晶種上，使顆粒不斷增大。從造粒機出來的顆粒尿素經(jīng)初步冷卻、斗式提升后送入振動篩，經(jīng)篩分，分離出粒徑符合要求的顆粒尿素作為產(chǎn)品，再經(jīng)最后冷卻器冷卻后，送入成品庫。分離出超大顆粒尿素經(jīng)破碎后與分離出的細小顆粒尿素并送入造粒機，作為造粒晶種。造粒機和初冷器、最終冷卻器排出的含尿素粉塵的空氣分別送到各自的洗滌塔，回收尿素粉塵后排空。回收的尿液送至尿素裝置。流程見圖1。

1.1.2 工藝特點

圖1 海德魯公司霧化流化床造粒工藝流程

①造粒機采用空氣霧化和流化床相結(jié)合的技術(shù)，造粒效率高，生產(chǎn)能力大，成品質(zhì)量好，顆粒大，強度高。②造粒采用96%濃度的尿液做原料。尿液加工只需要一段蒸發(fā)濃縮，省去尿液二段蒸發(fā)濃縮流程，簡化工藝，減少設(shè)備，節(jié)省投資。③操作簡單。開停車時間短，負荷變化為30% ～105%，調(diào)節(jié)靈活，彈性大，適應性高。④與其它機械造粒裝置相比，返料比較低，僅為0.5∶1。⑤采用添加劑及霧化流化造粒技術(shù)，流化床形成的粉塵量少，含塵尾氣采用分段濕式洗滌，吸收率高。放空尾氣中尿素粉塵含量低于20 mg/Nm3。

1.2 東洋工程公司噴射流化床造粒工藝

1.2.1 工藝流程簡述

含MMU的尿液送入噴射流化床造粒機中，由噴嘴噴灑成液滴，使返料晶種不斷增大。經(jīng)蒸發(fā)水分、快速冷卻和結(jié)晶固化后，形成大顆粒尿素。從造粒機出來的大顆粒尿素經(jīng)斗式提升機送入篩分裝置。分離出符合產(chǎn)品規(guī)格的顆粒尿素，經(jīng)冷卻后去產(chǎn)品庫。分離出的超大顆粒尿素經(jīng)破碎后與分離出的細小顆粒返造粒機作晶種。造粒機、冷卻器等處排出的含尿素粉塵的空氣，經(jīng)洗滌塔回收尿素粉塵后排空。回收后尿液送至尿素裝置。流程見圖2。

1.2.2 工藝特點

①工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。該造粒機分流化成粒和冷卻兩部分。造粒噴嘴采用普通壓力式噴嘴，結(jié)構(gòu)簡單，單臺能力大。②生產(chǎn)操作靈活方便。正常生產(chǎn)時，可通過調(diào)節(jié)返料比達到合格產(chǎn)品。負荷變化時，可直接調(diào)節(jié)噴嘴。③該工藝使用尿液質(zhì)量分數(shù)在98%以上。④造粒時間短，造粒效率高。成品粒度大，壓碎強度高。⑤液化床床層高度低。負荷在50% ～100%時壓力降僅為0.526 MPa，床層阻力小，節(jié)省動力。⑥粉塵回收采用集中收集和高效濕法洗滌回收，放空尾氣中尿素粉塵含量可小于30 mg/Nm3。洗滌塔直接與造粒機頂部相連，簡化流程，節(jié)省投資。⑦該工藝設(shè)置添加劑MMU溶液制備系統(tǒng)。該溶液由甲醛和尿液制備，并加入少量液氨控制反應，生成的MMU溶液，可克服甲醛尿液混合不均影響產(chǎn)品質(zhì)量的弊端。

1.3 雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)

雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)是我國開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大顆粒尿素造粒工藝，并已獲國家發(fā)明專利，該專利在清華大學進行了造粒轉(zhuǎn)鼓的驗證性試驗。2001年，在洞庭氮肥廠建成1.2萬t/a試驗裝置，2002年、2003年在山西豐喜肥業(yè)集團分別建了5萬t/a和10萬t/a裝置，開車后基本達到設(shè)計預期目的，全面驗證了流程的合理性和兩臺設(shè)備的科學性。

1.3.1 雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝流程

圖2 東洋工程公司噴射流化床造粒工藝流程

圖3 雙轉(zhuǎn)鼓流化床大顆粒尿素工藝流程圖

如圖3所示，尿素物料進入雙滾筒流化工藝的第一個轉(zhuǎn)鼓——流化床造粒轉(zhuǎn)鼓，熔融尿素從尿素熔融泵來，晶種顆粒尿素從造粒塔小顆粒肥料來(亦可從破碎機來)，尿素返料從滾筒篩分機來，在特殊設(shè)計的流化造粒轉(zhuǎn)鼓中，霧化的熔融尿素與顆粒尿素不斷碰撞并結(jié)晶，使顆粒尿素逐步長大，結(jié)晶熱由流化空氣移走。

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(zhuǎn)鼓。此時尿素的溫度為90～110℃，進入兩層絲網(wǎng)的滾筒篩分機。小顆粒尿素返回流化造粒轉(zhuǎn)鼓，超大顆粒的尿素或直接出售，或經(jīng)破碎機破碎后也返回流化造粒轉(zhuǎn)鼓。為使粒度合格的大顆粒尿素進一步冷卻，從滾筒篩分機流出的大顆粒尿素進入冷卻轉(zhuǎn)鼓，在此轉(zhuǎn)鼓中，冷卻風和冷卻水移走尿素的顯熱，使尿素的溫度低于50℃，至此合格的大顆粒尿素稱重包裝出廠。造粒轉(zhuǎn)鼓和冷卻轉(zhuǎn)鼓的尾氣經(jīng)引風機引往洗滌系統(tǒng)經(jīng)洗滌合格后排放。

1.3.2 所需的原料、輔助材料及技術(shù)規(guī)格

大顆粒尿素裝置所需的原料、輔助材料的品種、規(guī)格、單耗、年需量和動力供應見表2(單耗以噸大顆粒尿素計)。

從豐喜肥業(yè)、魯西等單位實際數(shù)據(jù)看，每噸大顆粒尿素比小顆粒尿素成本增加約35元。

1.3.3 雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝特點

該流程轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)自身優(yōu)勢:①轉(zhuǎn)鼓內(nèi)用流化床，裝置簡單;②大顆粒物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間比小顆粒的短，有利于尿素顆粒的均勻包覆，可進一步減小返料比;③粉塵少，有利于環(huán)境保護。該技術(shù)具有的突出特點是:流化床與轉(zhuǎn)鼓結(jié)合、空冷與水冷結(jié)合，流程簡單、設(shè)備效率高、能耗低、投資少。在老廠改造中應用雙轉(zhuǎn)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(shè)中，在投資、能耗方面也有很強的競爭性。

表2 大顆粒尿素裝置所需的原料、輔助材料及技術(shù)規(guī)格

2 結(jié)束語

隨著市場的不斷開拓，大顆粒尿素的生產(chǎn)能力逐年呈上升趨勢。根據(jù)中國氮肥工業(yè)協(xié)會分析，預計到2015年大顆粒尿素產(chǎn)量達1800 t/a，大顆粒尿素所占比例增加到25%，而大顆粒尿素需求達到2300萬t/a，缺口達500萬t/a。在今后較長一段時間內(nèi)，大顆粒尿素仍將具有良好的市場前景。

海德魯公司霧化流化床造粒工藝和東洋工程公司噴射流化床工藝各具有特點，造粒機理各異，最終產(chǎn)品均取得滿意結(jié)果。兩者都屬先進、成熟、可靠的造粒工藝。相比較而言，海德魯公司工藝技術(shù)建廠較多，業(yè)績好，經(jīng)驗豐富?；椿静捎玫木褪谴思夹g(shù)。國外的大顆粒尿素技術(shù)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，從而限制了國內(nèi)大顆粒尿素的生產(chǎn)，也影響了科學施肥工作的進展。而具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)流程簡單、設(shè)備效率高、能耗低、投資少，在競爭中具有不可比擬的優(yōu)勢。

[1]李付興，張 坤，袁利劍.大顆粒尿素項目的前景分析[J].煉油與化工，2010，21(1):12－14.

[2]袁紅艷.大顆粒尿素工藝介紹[J].瀘天化科技，1999(2):158－163.

[3]汪家銘.大顆粒尿素生產(chǎn)開發(fā)及發(fā)展前景[J].川化，2000(2):34－36.

Comparison of Large Partic1e Urea Techno1ogy and Process

CUI Wen－ke，HAN Xi－min，WANG Xiao－ning
(Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Industry＜Group＞ Co.Ltd，Yuncheng 044000，China)

TQ441.41

A

1003－3467(2012)07－0021－03

2012－02－27

崔文科(1981－)，男，工學碩士，工程師，從事化工技術(shù)管理工作，電話:15935979768。