海德魯流化床造粒技術研究與粉塵治理

馬 超

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

當前世界上應用在工業化的流化床大顆粒尿素生產工藝中比較有競爭力的主要包括挪威海德魯公司（Hydro）和日本東洋工程公司（TEC）的流化床造粒工藝。與TEC相比，流化床造粒工藝經驗豐富，有著比較高的可靠性高，建有數量眾多的工廠數，投資成本低，具有較強的競爭力。雖然海德魯流化床造粒技術有著比較多的優勢和特點，然而在裝置的運行過程中尿素粉塵的問題影響了它的長期穩定性，不但對尿素產品造成不利影響，也對工作人員的健康構成威脅，這些尿素粉塵主要存在于裝置的造粒機、破碎機、冷卻器等部位，因此加強粉塵治理對于實際生產具有重要的意義。鑒于此，本文對海德魯流化床造粒技術及粉塵治理進行探討分析。

1 海德魯流化床造粒技術分析

1.1 海德魯流化床造粒的工藝流程

海德魯流化床工藝生產裝置主要由給料系統、尿素和甲醛溶液混合物制備系統、造粒系統、篩分破碎和返料系統、粉塵洗滌和循環回收系統等組成。

1.1.1 給料系統

在真空濃縮系統尿素裝置中的95%～96%濃度的尿素溶液，與占尿素總產量約0.45%甲醛溶液在靜態混合器中混合，然后再流入到造粒機中進行造粒。

1.1.2 尿素和甲醛溶液混合物（UF溶液）制備系統

把濃度為37%的甲醛溶液通過計量之后置于UF溶液制備槽，再把濃度為96%的尿素溶液也加進去，使尿素與甲醛的摩爾比為1：5，用50%的NaOH溶液把混合液的pH調至7.5，通入蒸汽把UF溶液加熱到75℃，反應30～45min后把UF溶液轉入到UF溶液貯槽中，再用水冷器將其冷卻至50℃以下即成。接著，利用UF溶液計量泵將其打入到靜態混合器，與尿素溶液充分混合之后再進入到造粒機造粒。

1.1.3 造粒系統

造粒機包括造粒室及冷卻室，尿液在造粒室中被分配管轉去霧化噴嘴，霧化空氣經空氣鼓風機加壓加熱后進入噴嘴將尿液噴霧成細小液滴，這些霧化尿素小液滴聚在返料晶種細粒上，懸浮在流化床中慢慢結晶生長，結構呈多層的尿素微粒。流化空氣通過風機進入多孔板，保持流化床的流化狀態，可以去除尿素的結晶熱，使水分蒸發，凝固并且干燥尿素粒子及冷卻作用，并沿同一方向在造粒機中推進尿素粒子的移動。

1.1.4 篩分、破碎和返料系統

造粒機中的物料通過出料機送入安全篩被篩分掉大塊的尿素，然后將其進入循環槽中進行溶解，而顆粒尿素則通過振動篩給料器被輸入到振動篩中篩分出的超大顆粒尿素，這些超大顆粒尿素送入破碎機進行破碎，振動篩篩分出來的微小顆粒與這些破碎后的粒子一起返回到造粒機中用做返料晶種，保持返料比為0.5∶1。通過振動篩篩分出來的合格品將進入到產品冷卻器使其溫度降低到50℃，產品從冷卻器出來以后再被送入包裝工序或倉庫。

1.1.5 粉塵洗滌和循環回收系統

造粒機與流化床冷卻器的含有尿素粉塵的氣體被輸入進洗滌器使用軟水對其進行洗滌、吸收，使用濃度大約占尿素含量45%的洗滌液進行洗滌吸收，然后再回到生產設備的蒸發系統。尾氣從粉塵洗滌器的排氣筒出來，其尿素粉塵含量小于30mg/m3。

1.2 海德魯流化床造粒技術的特點

（1）經過長期工業化的考驗，有著豐富的經驗，工藝成熟可靠；裝置耐用性強，造粒機、粉塵洗滌器等裝置可以長期運行，使用壽命可以長達25a之上，裝置可以保證每年工作運轉330d之上。

（2）以95%～96%濃度的尿液作為原料，只需要對尿液進行一段蒸發濃縮，無需二段蒸發，從而使尿素工藝流程更加簡化；由此省去了二段蒸發所需要的蒸汽消耗，減少了工藝冷凝液，也減少了冷卻水的使用量。

（3）造粒技術結合了空氣霧化與流化技術，有著較高的造粒效率，產能比較大，且尿素產品的強度高、質量好。

（4）比較易于實際操作，無需長時間開車，通常在投料之后1h內就可以制成產品；有比較大的操作彈性，負荷可以在30%～110%的范圍內。

（5）與別的造粒工藝相比，海德魯流化床造粒技術有較低的返料比，因此提高了裝置的生產能力以及減少了造粒過程中的能耗；通過加入添加劑有效減少了流化床粉塵的形成，運用濕式洗滌器洗滌吸收含塵尾氣，有比較高的吸收效率，可以實現尿素粉塵尾氣達標排放。

2 海德魯流化床造粒裝置的粉塵治理

2.1 海德魯流化床造粒裝置粉塵形成的原因

雖然海德魯流化床造粒工藝在應用中有著諸多優點，但造粒系統在生產過程中難免會產生粉塵。在流化床造粒過程中，尿液在造粒室中被分配管轉去霧化噴嘴，這些霧化的尿素微小液滴如果在接觸返料晶種之前就把水分蒸發掉，就會固體粉塵；抑或是噴出的霧化的尿素液體微粒從流化床層穿出來，并且它的沉降速度比流化氣流的速度小時，也會生成粉塵跟著造粒尾氣一起進入洗滌系統。粉塵的另一個主要來源是來自破碎機，通過振動篩中篩分出的超大顆粒尿素會被送入破碎機進行破碎，然后再返回到造粒機中用做返料晶種，這個過程也會產生粉塵，且粉塵的量隨著破碎機輥間距變小而增大。除此以外，在篩分、輸送等過程中也會產生少量粉塵。

2.2 海德魯流化床造粒裝置的粉塵治理措施

2.2.1 控制造粒機進料尿液濃度

海德魯流化床大顆粒造粒要求以95%～96%濃度的尿液作為原料，然而在實際生產過程中尿液可能達不到這個濃度，由此導致尿液在經過霧化后聚在晶種后，含有的水分停留在造粒機的時間很難全部蒸發掉，降低了粒子的強度，這些粒子在流化床內互相摩擦，從而生成了更多的粉塵。而造成尿液濃度偏低的一個主要原因是蒸發系統真空度達不到要求，尤其是南方地區的夏季溫度高，蒸發系統真空度在高溫下不易達標。對于這種情況，可以提高尿素前系統中、低壓分解器的操作低限溫度，降低中、低壓系統的操作壓力，從而讓系統負荷發生前移，使蒸發系統尿液中NH3的濃度降低，從而提高蒸發系統的真空度。

2.2.2 調整防結塊添加劑的使用

在海德魯流化床造粒給料過程中，需要加入占尿素總產量約0.45%甲醛溶液，其作用是作為防結塊劑。若甲醛加入量不夠，造粒機的粉塵量將會顯著增加。然而有研究表明，加入甲醛作防結塊劑的效果比不上脲醛溶液。即將甲醛與熔融尿素反應約1h，再把生成的脲醛溶液加入到濃度為96%的尿素溶液中，從而可以提高尿素顆粒的強度，減少粉塵的產生。

2.2.3 控制造粒機的料位

流化床造粒技術是尿液通過霧化噴嘴后噴灑出微小液滴，再聚集懸浮在流化床中晶種而形成尿素顆粒。假如造粒機的料位太低，噴嘴噴出的霧化液滴將從床層穿過而進入到流化空氣中，當液滴的沉降速度比流化氣流的速度小時，就會形成粉塵進入洗滌系統。針對這種情況，可以通過現場噴淋試驗確定正常壓力下噴頭噴射的液滴高度，通過這個高度來控制造粒機的料位，造粒機料位控制在大于1m，使觀察視鏡可以全部看到，并且避免流化床產生溝流等現象，避免霧化液滴逃逸到流化空氣中。

2.2.4 控制造粒機溫度

假如造粒機溫度太高，尿液在經過霧化后在接觸到晶種以前水分就已經全部蒸發掉，從而固化生成大量的粉塵，尤其當造粒機溫度達到110℃以后，粉塵量就會大幅增加；若造粒機溫度過低（＜105℃），尿液含有的水分停留在造粒機的時間很難全部蒸發掉，降低了粒子的強度，它們互相摩擦，也會生成粉塵。針對這個問題，可以控制造粒機工作溫度在105～110℃。

3 結束語

其他海德魯流化床造粒裝置的粉塵治理措施還有：控制造粒噴頭壓力、調整破碎機輥間距、定期清理滾筒間的結疤等。