部分料漿轉鼓造粒與熔體塔式造粒的工藝比較

孟亞利，吳愛國

(上?；ぱ芯吭骸∩虾！?00062)

?

部分料漿轉鼓造粒與熔體塔式造粒的工藝比較

孟亞利，吳愛國

(上?；ぱ芯吭荷虾?00062)

介紹了部分料漿轉鼓造粒工藝和熔體塔式造粒工藝的成粒原理和生產流程，以及尿素熔融和尿液輸送過程中控制縮二脲含量的方法。熔體塔式造粒裝置投資較大，產品無需進行干燥，單位產品能耗較低；部分料漿轉鼓造粒裝置投資較小，產品需進行干燥，單位產品能耗較高。前者適合生產高氮復混肥，而后者適合生產w(N)≤20%的復混肥，2種工藝在產品規格上互為補充，企業應結合自身情況、資金狀況及目標銷售市場要求選擇合適的工藝路線。

部分料漿轉鼓造粒熔體塔式造粒比較

針對尿素(尿液)-磷酸銨-氯化鉀體系，由上?；ぱ芯吭貉邪l的部分料漿轉鼓造粒及熔體塔式造粒成套工程技術分別于1998年和2004年在國內生產裝置上得到成功應用，標志著國內復混肥工藝生產技術進入到一個新的階段[1- 6]。這2項技術各有其特點，在選擇時應結合現場情況綜合考慮。

1　部分料漿轉鼓造粒工藝

1.1成粒原理

復混肥轉鼓造粒過程原理可分為團聚成粒和涂布成粒兩大類。

團聚成粒：粉狀肥料的團聚成粒是靠肥料鹽類自身產生的溶液在一定水分含量和溫度下形成液相量，將粉粒表面潤濕，物料在翻動料床中相互擠壓與摩擦作用下，團聚成一定粒度分布的物料，然后通過干燥形成具有較高機械強度的顆粒，再經冷卻、篩分得到粒度符合《復混肥料(復合肥料)》(GB 15063—2009)要求的成品，大顆粒破碎后與細粉一起返回轉鼓造粒機內重新造粒。

涂布成粒：料漿噴涂在造粒物料表面，形成厚度均勻且含水量適宜的薄膜，通過干燥使其中的水分蒸發；經反復涂布和干燥，顆粒層層增厚長大，最后經冷卻、篩分得到物性良好、化學組成均勻的成品顆粒，大顆粒經破碎后與細粉一起作為返料返回造粒機。

部分料漿轉鼓造粒過程中既有團聚成粒的特點又兼有涂布成粒的作用，操作過程中具有如下特點：①成粒率高，返料少；②產品顆粒外觀圓潤，抗壓強度較高；③利用尿液在造粒過程中釋放出的結晶熱來提高造粒溫度，可降低蒸汽消耗量，利于降低能耗。

1.2轉鼓造粒過程的影響因素

1.2.1液相量

在轉鼓造粒過程中，造粒原料必須具有適當的黏附性和流動性，這就要求具有一定的液相量。對于尿素、磷酸銨及氯化鉀等水溶性鹽類肥料，其液相量與溶解度呈正相關，溶解度隨溫度升高而增大，增加水分含量和提高溫度都能使液相量增加。因此，根據原料種類，造粒過程應在適當的水分含量和溫度范圍內進行，針對某一特定的肥料體系選擇合適的操作條件，方能取得良好的造粒效果。

1.2.2鹽類的化學反應

部分鹽類在造粒時會產生化學反應，使水溶性低的化合物轉變為水溶性高的化合物，有利于提高造粒物料成粒率。如尿素-磷酸銨-氯化鉀混合物中，用磷酸一銨作為磷素來源時，磷酸一銨本身的溶解度較低，不能提供足夠的液相量，造粒時較難與其他物料團聚成粒。此時可在配料中加入少量碳酸氫銨(或在造粒過程中通氨),使部分磷酸一銨與碳酸氫銨(或氨)反應生成磷酸二銨，控制造粒物料的NH3與H3PO4物質的量比在1.35～1.50(圖1)，相應的pH在6.0～6.5。

圖1　NH3- H3PO4- H2O體系的溶解度

1.2.3造粒原料的破碎作用

在造粒過程中，由于一般鹽類達到飽和需要一段時間，故固體鹽類的液相溶解速率是值得考慮的問題。在成長初期,粒子處于固體、液體和空氣相互作用的低密度成核階段；在后期，由于料層的擠壓和溫度升高，使其中固體鹽類向液相中溶解而達到該溫度下的飽和狀態，從而形成含有液固兩相并由表面張力而連結在一起的顆粒。因顆粒在造粒機內的停留時間僅10 min左右，因此，加快固體物料的溶解速率往往是提高造粒效果的重要措施之一，這可通過提高原料的比表面積來實現，即必須將造粒原料先破碎至某一個粒度后再送入造粒機。

1.2.4提高造粒溫度的方法

(1)蒸汽在相變過程中轉變成冷凝水并釋放出潛熱，可提升造粒溫度，其特點是在不改變基礎原料配比的情況下獲得所需熱量。通過調節蒸汽用量以改變造粒機床層的溫度和濕含量，可使造粒機出口成粒物料的化學組成保持穩定。

(2)在造粒過程中添加硫酸、磷酸、氨等物料，利用化學反應熱提升造粒溫度，可在不增加水分含量的情況下獲得所需熱量。

(3)尿素在溫度120～140 ℃下能制得高濃度溶液或熔體，在造粒過程中加入尿液，利用其釋放出的結晶熱以獲得所需熱量。

1.3工藝流程

部分料漿轉鼓造粒工藝流程見圖2。

圖2　部分料漿轉鼓造粒工藝流程

原料尿素拆包后經提升機送至振動篩，篩除雜物后送入尿素貯斗，然后經計量進入熔融槽，熔融后的尿液泵送至造粒機。粉狀磷酸銨、氯化鉀、填充料等分別進入對應的原料貯斗，然后經計量皮帶輸送機計量后與返料一起進入造粒機。在造粒機內，物料按一定的軌跡運動，在擠壓、摩擦力的作用下團聚形成顆粒。造粒機料層上方設有尿液和水噴管，料床中埋有蒸汽噴管。出造粒機的物料(溫度約為60 ℃，含水質量分數在2.5%～3.5%)經皮帶輸送機送入干燥機，由升舉抄板升舉拋撒在干燥機的空間，使物料與來自燃燒爐的熱氣流充分接觸，完成物料的脫水干燥過程。干燥后的物料由提升機送至大粒篩，得到的粒度大于Φ4.5 mm的大顆粒經破碎機破碎后返回造粒機，粒度小于Φ4.5 mm的顆粒進入成品篩。經成品篩得到的粒度小于Φ2.5 mm的顆粒返回造粒機，篩出的Φ2.5～4.5 mm的成品送至冷卻機，經室溫空氣冷卻至45 ℃左右后送至成品料斗，再經計量、包裝后入庫。

來自造粒機、干燥機、冷卻機的含有少量肥料粉塵和煙塵的尾氣經干法除塵后由風機送至洗滌器，經濕法除塵后達標排放。干法除塵得到的固體物料經返料皮帶輸送機返回系統；濕法除塵得到的洗滌液進入沉降池，一部分自身循環，其余作為造粒工藝用水。

2　熔體塔式造粒工藝

2.1成粒原理

根據尿素與氯化鉀可形成低共熔物的特點，可制得具有良好流動性的熔體料漿。該熔體料漿通過特制的差動造粒裝置噴灑在造粒塔的圓形截面中，料漿流體在運動過程中斷裂成液滴，在重力和浮力作用下自然降落并與造粒塔內上升的常溫空氣逆向接觸以進行傳熱及傳質，自身得到冷卻并自動收縮成球形固體顆粒，即可得到顆粒狀尿基復混肥產品。

熔體塔式造粒工藝過程的特點：①產品化學組成均勻，成粒率高；②顆粒表面光滑、圓潤；③無需干燥過程，大大降低了能耗。

2.2工藝流程

熔體塔式造粒工藝流程見圖3。

圖3　熔體塔式造粒工藝流程

原料尿素拆包后經提升機送至振動篩，篩除雜物后進入尿素貯斗，然后經計量進入熔融槽，熔融后的尿液送入混合槽。粉狀氯化鉀、磷酸一銨和填充劑分別進入對應的貯斗，然后經原料篩去除大顆粒并經計量后進入加熱器，加熱后的物料進入混合槽與尿液充分混合，出混合槽的氮磷鉀熔體料漿進入差動造粒機。從造粒塔塔頂噴灑下來的熔體料漿通過空氣冷卻后凝固成固體顆粒，在塔底收集后經皮帶輸送機輸送至冷卻機，顆粒肥料得到進一步冷卻后由提升機送至成品篩，成品分級后送入包裹機進行防結塊處理，再經包裝后送至成品庫。含有少量肥料粉塵的冷卻尾氣經干法除塵后達標排放。

3　尿液輸送及固體尿素熔融過程中縮二脲含量的控制

縮二脲是由尿素的異構化作用形成，其生成速率與溫度、停留時間等因素密切相關，溫度越高、停留時間越長，縮二脲的形成速率越快。肥料中縮二脲含量過高對農作物的生長、發育會產生危害，因此，國家對尿素及尿基復混肥中的縮二脲含量作出了規定。上述2種工藝流程均涉及到尿液輸送及固體尿素熔融過程，故在設計及操作過程中須嚴格控制縮二脲的含量，確保產品不對農作物產生危害。

(1)尿液輸送

對于尿素生產企業，可直接從尿素生產裝置引出溫度為120～140 ℃、質量分數為95%～99%的尿素溶液送入復混肥生產裝置。在設計時，應盡量縮短尿液輸送距離、停留時間；在操作過程中，尿液輸送管的保溫蒸汽溫度略高于尿液溫度即可，以避免尿液溫度在輸送過程中大幅上升。

(2)固體尿素熔融

固體尿素的熔融應采用快速熔融設備，以縮短尿液的停留時間；同時，尿素溶液溫度應控制在120～140 ℃，質量分數控制在95%～99%。尿素可與多種物質形成低共熔物，如氯化鉀、氯化銨等，在條件許可的情況下，在固體尿素熔融過程中添加上述物質，有利于降低尿素熔融溫度，從而抑制縮二脲的生成。

4　工藝比較

以200 kt/a生產裝置為例，熔體塔式造粒與部分料漿轉鼓造粒工藝的比較見表1。

表1熔體塔式造粒與部分料漿轉鼓造粒工藝的比較

項 目熔體塔式造粒部分料漿轉鼓造粒設備投資/萬元約2500約1500生產車間占地面積/m2約4000主車間單層4000(其中加料區1000)主車間雙層2500(其中加料區1000)造粒返料比0.0～0.31.5～2.0能 耗1)水/(t·t-1)少量0.10電/(kW·h·t-1)2020蒸汽/(t·t-1)0.100.04煤/(t·t-1)0.03操作彈性較大大產品規格調節能力 適合生產高氮[w(N)≥20%]的復混肥料,不宜生產中低氮規格產品 適合生產低中氮[w(N)≤20%]的復混肥料,不宜生產高氮規格產品產品外觀 顆粒光滑、圓潤,中間帶小孔,平均粒徑約為Φ2.3mm 顆粒的光滑度和圓潤度稍差,平均粒徑約為Φ3.0mm三廢排放 無廢水、廢渣排放,含塵廢氣經處理后可達標排放 無廢水、廢渣排放,含塵廢氣經處理后可達標排放技術成熟程度 國內已有上百套類似生產裝置投運,技術成熟、可靠 國內已有幾百套類似生產裝置投運,技術成熟、可靠

注：1)水的壓力為0.35 MPa；電的規格為380 V，50 Hz；蒸汽壓力為0.6 MPa；煤的熱值約為23 000 kJ/kg。

5　結語

選擇熔體塔式造粒與部分料漿轉鼓造粒工藝技術時，需要考慮下列因素。

(1)由于造粒塔投資較大，相同規模的熔體塔式造粒裝置的投資較大，但無需干燥過程，單位產品能耗較低。部分料漿轉鼓造粒裝置投資較小，但需干燥過程，單位產品能耗較高。

(2)熔體塔式造粒裝置適合生產高氮復混肥，不宜生產中低氮規格產品。部分料漿轉鼓造粒裝置適合生產w(N)≤20%的復混肥，不宜生產高氮規格產品。2種工藝在產品規格上互為補充，生產企業應結合自身情況、資金狀況及目標銷售市場要求選擇合適的工藝路線。

[1]陳隆隆，潘振玉．復混肥料和功能性肥料技術與裝備[M]．北京：化學工業出版社，2008：95- 98.

[2]甄宏偉.蒸汽團粒法復混肥工藝及裝置的優化改造[J].煉油與化工，2006(3)：21- 24.

[3]魏志忠，彭華平，何建芳，等.高塔造粒與油冷塔式造粒復混肥生產工藝比較[J].化肥工業，2012(4):9- 13.

[4]袁勇，賈可，馮國忠，等.不同生產工藝復合肥料的理化特性[J].吉林農業大學學報，2014(1)：89- 96.

[5]念吉紅.混合法復混肥裝置生產工藝特點[J]. 硫磷設計與粉體工程，2013(3)：36- 38.

[6]焦士杰，解宗勵.AZF工藝與高塔熔體造粒工藝生產尿基復合肥的優缺點[J].磷肥與復肥，2010(6)：48- 49.

Comparison of Partial Slurry Drum Granulation Process and Melt Prilling Process

MENG Yali, WU Aiguo

(Shanghai Research Institute of Chemical IndustryShanghai200062)

An introduction is given to granulation principle and production flow of partial slurry drum granulation process and melt prilling process, and control method of biuret content in urea melting and urea melt conveying process. The investment of melt prilling tower device is larger, its product does not need dry, and energy consumption per unit product is smaller; while the investment of partial slurry drum granulation device is smaller, but its product needs dry, and energy consumption per unit product is higher. The former is suitable for production of high nitrogen fertilizer, and the latter is suitable for production of low or middle content of nitrogen fertilizer [w(N)≤20%], these two technologies complement each other in product specification. Enterprises should select appropriate process according to its own circumstance, capital position and requirement of target sales market.

partial slurry drum granulationmelt prilling processcomparison

孟亞利(1989—)，女，碩士研究生，從事化肥生產與研發工作；jintian.nixiaole@163.com。

TQ444.5

A

1006- 7779(2016)04- 0011- 04

2015- 12- 08)