顆粒肥產品水含量的影響因素及控制

孫秀芳 朱志暉

(河南煤業化工集團中原大化公司,河南濮陽 457004)

顆粒肥產品水含量的影響因素及控制

孫秀芳 朱志暉

(河南煤業化工集團中原大化公司,河南濮陽 457004)

從真空度、大氣溫度和濕度、通風量等方面分析了顆粒肥產品水含量的影響因素,并提出了控制措施及注意事項。

顆粒肥;水含量;尿素;復合肥

0 引 言

顆粒肥產品的質量,主要取決于生產過程中對水分、粒度和粉塵的有效控制。其中,以顆粒肥產品中水含量的高低最為重要,它不僅與系統控制本身有關,同時受氣候因素的影響也較大。在顆粒肥產品質量事故中,大部分是由于顆粒肥水含量超標所造成的。因此,在不同的工況和氣候條件下控制好顆粒肥產品中的水分尤為重要。

1 顆粒肥產品的造粒有多種工藝方法

1.1 噴漿造粒

噴漿多是指氮肥噴漿,是把氮肥熔融后噴淋達到造粒裝置通常是常見的造粒塔中,減少氮肥粉碎環節,能耗低、顆粒外形好看;缺點是顆粒小、密度偏低易粉化。

1.2 滾筒造粒

滾筒造粒又叫轉鼓造粒,造粒裝置是個傾斜的筒,就象多個圓盤重疊,造粒效率得到了提高。另外可以使用蒸汽,在反應釜內物料之間粘性小的也可以由于水汽充盈而使造粒效率提高。配方限制相對上面的較小。

1.3 圓盤造粒

所有原料混合后進入造粒裝置,它是個傾斜的圓盤,圓盤轉動象滾元宵,要靠粘性物料(性狀好的一銨或者添加劑就是有粘性的土)再加上噴淋水滾成顆粒后烘干篩分就是肥料了,優點是設備投資小,有一定的配方限制。

1.4 高塔

高塔是把復合肥原料高溫熔漿或者變成熔漿混合物,從高空拋撒,在散落時由于表面張力原因變成球狀,再篩分。顆粒因為經受高溫過程水分少,不容易結塊。物料充分混合反映,顆粒晶瑩,品相好。

我廠生產的尿素采用的是高塔噴漿造粒工藝,該工藝一次性投資較大,但運行成本低,產品質量好。現就以我廠尿素的生產來探討顆粒肥產品水含量的影響因素及控制。

2 尿素產品水含量的影響因素

2.1 蒸發溫度

尿素的結晶溫度為132.7℃,為保證蒸發系統的生產安全,蒸發系統一般在高于尿素結晶溫度3～5℃的工況下運行。蒸發系統一、二段設計溫度分別為128～132℃,實際操作中蒸發一段溫度一般控制在128～132℃,蒸發二段溫度一般控制在136～140℃。在生產中嚴格控制好蒸發系統的工藝指標,對保證最終的尿素產品質量至關重要。溫度控制過高,容易導致尿素產品質量中另一主要控制指標縮二脲含量增高;溫度控制過低,系統的真空度會有一定程度的降低,尿液得不到充分濃縮,尿液中的水分不能很好地蒸發,嚴重時,還會導致噴頭尿液濃度過低,在降溫過程中結塊,出現質量事故。

2.2 真空度

蒸發系統的真空度是成品尿素水分控制的關鍵。在真空度較低的狀態下,尿液中的水分不能被充分閃蒸。尿液的濃度就比較低。造粒后尿素中水分含量就有可能超標。所以,生產中一旦發現系統真空度被破壞,應立即停止造粒,及時查明原因,待系統真空度恢復正常后再停送造粒。蒸發系統一、二段真空度的設計指標分別為0.035MPa和0.003MPa。

2.3 大氣溫度和濕度

熔融尿素從造粒噴頭至塔底要經過三個過程,即熔融體降溫、相變和冷卻過程。這三個過程放出的熱量被通過塔底進入的空氣吸收。夏季當環境溫度較高、空氣相對濕度較大、入塔空氣中水蒸氣分壓大于固體尿素表面水蒸氣的分壓時,大氣中的水分就向成品尿素中轉移,整個造粒過程中尿素以吸濕為主,此時成品中水含量就容易超標。因此,在高溫、高濕的夏季,操作中應盡量將蒸發系統的真空度提高些;相反,當環境溫度較低、空氣相對濕度較小時,入塔空氣中水蒸氣的分壓小于固體尿素表面的水蒸氣分壓時,則尿素中的水分向大氣中轉移,整個造粒過程中尿素以放濕為主。此時成品中水分會降至很低,甚至在0.15%左右。為防止因尿素水分含量降低而產生粉塵量增大的問題,操作中應適當降低系統的真空度,以提高成品尿素中的水分,并減少能耗。

2.4 通風量

本裝置采用的是塔式自然通風造粒,尿素從塔頂經過噴頭自由下落,空氣從塔底風窗進入與塔頂下落的高溫尿素逆向接觸,達到尿素冷卻降溫的目的。在尿素顆粒下降的過程中,塔底進風量越大,尿素冷卻效果越好,造粒塔下部成型尿素的溫度就會越低;相反,塔底進風量越少,尿素冷卻效果越差,造粒塔下部成型尿素溫度就越高。造粒塔下部成型尿素溫度一般不超過50℃為宜。

不同季節塔的通風量對成品尿素的水含量影響各不相同,通常用熱量平衡的方法計算進風量。造粒塔的通風量可根據系統負荷,環境溫度進行調節。在負荷較低時,若通風量過大,容易增加塔頂的粉塵量,但風窗開度過小,空氣量不夠,尿素得不到充分冷卻,容易使下塔尿素溫度升高。

2.5 其他因素

此外,尿素顆粒的大小與蒸發系統相連的沖洗水或蒸汽閥門內漏以及尿素的貯運過程都有關系,可能造成成品尿素中水含量超標。

3 應對措施

3.1 造粒溫度

當真空度不能再提高時,在溫度可控范圍內提高蒸發系統兩段的溫度。最高可控制在一段132℃、二段140℃。當尿液被離心式噴頭噴出時,尿液中仍有0.15%～0.2%的水分,此時適當提高造粒熔融尿液的溫度有利于造粒時與空氣接觸時水分的揮發,溫度高揮發速度越快,可降低成型產品尿素中的水含量,但要避免溫度過高引起的縮二脲含量超標。

3.2 真空度

實際生產中,隨負荷和季節的變化蒸發系統一、二段的真空度一般控制在0.05～0.035MPa和0.006～0.003MPa,另外增加表面冷凝系統的冷卻效率同樣也能增加真空度,對此做了以下改進:

(1)2002年大修期間在一段蒸發表面冷凝器后串聯一臺換熱面積為210m2的立式換熱器,其工藝介質走殼程,管程用中壓氨冷器的二次用水。改造后增加了表面冷凝器的換熱面積,提高了真空度,擴大了對真空度的操作空間。

(2)在一段蒸發表面冷凝器頂部,加入適當的洗滌水,以降低表面冷凝器的溫度,提高了真空度。

3.3 尿素粒度

由于尿素顆粒在降落的過程中,表面水蒸氣分壓與大氣中水分的分壓是個動態的平衡。在夏季高溫潮濕的氣候條件下,尿素顆粒在降落過程中表面水蒸氣分壓小于大氣中水分分壓,熱量傳出的冷卻過程中,大氣中的水分向尿素顆粒移動,尿素顆粒呈吸濕狀態,這時大顆粒的尿素比小顆粒的尿素具有更小的單位比表面積,大氣中水分的影響相對較小;在冬季寒冷干燥的氣候條件下,尿素顆粒在降落過程中表面水蒸氣分壓大于大氣中水分分壓,熱量傳出的冷卻過程中,尿素顆粒中的水分向外部運動,尿素顆粒水分逐漸減少,這時小顆粒的尿素比大顆粒的尿素具有更大的單位比表面積,尿素產品的含水量降的更低。

因此,我們采用夏季較多使用大顆粒噴頭,冬季采用小顆粒噴頭,更好的對產品尿素水分進行控制。

3.4 通風量

本裝置采用大葉片調節風窗,不同狀態下風窗開度對尿素水含量的影響,如下表1。

由表1可以看出,凌晨由于環境溫度較低,空氣含濕量較大,尿素水含量較高,可關小風窗開度但此時下塔尿素溫度較高;白天環境濕度較低,空氣含濕量較少,尿素水含量較低,可把風窗開到最大風量,以降低下塔尿素溫度。

表1 不同狀態下風窗開度對尿素水含量的影響

造粒塔的通風量、系統負荷、大氣溫度之間相對關系,如下表2。

表2 造粒塔的通風量、系統負荷、大氣溫度之間的關系表

在調節風窗時,一定要根據當時的負荷、環境濕度、大氣濕度進行調節。夏季濕度較大時,風窗關小或全關;濕度較小時,風窗開度可調為3-4格。冬天天氣干燥,為保持尿素水分在正常范圍內,且又考慮到尿素顆粒通過風窗葉片時飄落情況,可把風窗內翻,即調為7-9格。

TQ444

A

1003-6490(2010)01-0009-03

2009-12-15

孫秀芳(1981-),女,2005年畢業于河南工業大學化學工程與工藝專業,助理工程師,主要從事煤化工生產工作。聯系電話: 13721756761