雙轉鼓大顆粒尿素生產技術

    1 技術背景
    尿素是一種農業上廣泛使用的優質氮肥。與其它氮肥相比，尿素的有效養分濃度高（含氮質量分數＞46.4％），具有一定的吸濕性，性能良好，長期使用對土壤無不良影響。因此國內多數廠家對尿素裝置進行挖潛改造，同時隨著尿素生產能力的逐漸擴大及尿素市場的不斷轉好，尿素裝置改產大顆粒尿素的技術越來越成熟，大顆粒尿素的市場也越來越好，其主要原因如下。
  （1）采用造粒塔生產的普通尿素顆粒較小，抗破碎強度較低，在運輸貯存中易破碎形成尿素粉塵，因而損耗較大。針對上述問題，采用先進技術生產的大顆粒尿素，產品質量得到很大改善。尿素粉塵含量極低，不易結塊，流動性好，顆粒強度高，施肥后溶解慢，植物吸收期延長，肥料的利用率大大提高。2.5mm粒度的顆粒，其抗碎強度是造粒塔噴淋造粒的5 倍，而且粒度可以在2～8mm范圍內調節，很容易包裝貯存和運輸。
  （2）在復配肥料BB 肥中，由于顆粒的物理性質所致，塔式小顆粒尿素與磷、鉀肥摻混后，在運輸和施肥中很容易分層。使用大顆粒尿素作為原料，能滿足復配肥料（BB 肥）的需要。
  （3）由于尿素裝置生產能力不斷增加，小尿素裝置的能力已經從年產40 kt 改造到年產150kt，原小造粒塔已經限制了生產能力的進一步增加，在生產運行過程中粘塔的現象十分嚴重。2 大顆粒尿素生產技術及雙轉鼓造粒工藝目前國內應用大顆粒尿素生產技術，主要有荷蘭海德魯的流化床造粒技術和雙轉鼓造粒技術。
    海德魯的流化床造粒技術比較成熟，但投資較大。
    雙轉鼓造粒技術近幾年發展比較迅速，已有多套裝置投入運行，技術和應用上都已有較成熟經驗。如中石化巴陵公司20kt/a、山西豐喜肥業50kt/a 和150kt/a、山東華魯恒升化工集團150kt/a、山東魯南化肥廠200kt/a、山東魯西化工集團50kt/a 和100kt/a 等。其流程如下：由尿素造粒塔和振動篩來的小顆粒尿素及超大顆粒尿素破碎后，經由輸送機送入造粒轉鼓作晶種。
   由熔融尿素泵來的熔融尿液，通過造粒轉鼓內的尿液噴嘴噴至滾動的料簾上并與晶種接觸，以使晶種長大。流化空氣由流化空氣鼓風機送入造粒轉鼓內的流化床。開車時流化空氣經流化空氣加熱器加熱到設計溫度后再送造粒轉鼓。
   由造粒轉鼓送出的成品尿素輸送入雙層振動篩。在最上層篩網篩出的超大顆粒尿素經破碎后，與在最下層篩下的小顆粒尿素一起進入造粒轉鼓作晶種（如超大顆粒尿素顆粒規整，也可單獨銷售）。在兩層篩網中間引出的顆粒尿素即為成品，經由輸送機送入轉鼓冷卻機經冷卻水冷卻至≤50℃后，送往成品包裝車間包裝出廠。引風機排出的含尿素粉塵氣體送入尾氣洗滌塔，尾氣中的尿素粉塵被填料層上部噴淋下來的洗滌液吸收，再經二次洗滌后排入大氣。尾氣中尿素粉塵含量將低于國內現有自然通風造粒塔的尾氣粉塵含量，含塵量≤30mg/m3。當洗滌液中尿素的質量分數達到43％～45％時，洗滌液送往尿素裝置真空預濃縮器。洗滌液由水解解吸系統工藝冷凝液補充，保持洗滌塔下部的液位。3 50kt/a 大顆粒尿素裝置兩種工藝技術及投資比較。
3.1 工藝技術對比（見表1） 
  
 3.2 投資對比
    雙轉鼓造粒裝置總投資約599 萬元人民幣。其中含專利費40 萬元，工藝包費、2 臺專利設備計295 萬元，工程設計費40 萬元，其余設備135 萬元，包裝及輸送40 萬元，電器儀表6 萬元，土建13 萬元，安裝費21 萬元，防腐保溫9 萬元。而同等規模的流化床造粒裝置總投資在1 200 萬元左右。
4 生產規模及產品規格
 4.1 生產規模
日產大顆粒尿素：170t；
年產大顆粒尿素50 000t；
 4.2 大顆粒尿素產品規格
（1）顆粒直徑Φ2～4.75mm，其質量分數≥97％；
（2）含水質量分數：＜0.3%；
  含縮二脲質量分數：＜0.9%（與原裝置噴淋尿素相關）；顆粒抗壓強度：≥30N（Φ3mm顆粒）；含N 質量分數：≥46.2％；含亞甲基二脲（以甲醛計）質量分數≤0.35％（生產本身無須加甲醛，如考慮長期儲存的結塊問題，須加甲醛）。
5 轉鼓造粒技術關鍵設備簡介
 5.1 轉鼓流化床造粒機
    轉鼓造粒機是本造粒技術的關鍵設備。造粒轉鼓內設有流化床以實現良好的氣固相接觸，快速及時地使進料降溫和移走熔融尿素結晶潛熱，使尿素液滴逐層包復在晶種尿素顆粒上。在轉鼓流化床造粒機中，晶種尿素顆粒和返料顆粒以及熔融尿素從一端通入，流化空氣從兩端排氣出口排出。熔融尿素經噴嘴噴灑在轉鼓內的懸浮顆粒上。在結晶和冷卻過程中，顆粒由）內層到外層，形成均勻緊密的結構，尿素顆粒直徑不斷增大，直至達到要求的粒度。
 5.2 轉鼓冷卻機
   這是一種全新的冷卻設備，在轉鼓內有1 臺設計獨特的不銹鋼顆粒尿素/ 水冷卻器，在冷卻過程中，轉鼓將顆粒尿素多次投入冷卻器，這樣就保證了冷卻器內顆粒尿素和換熱器表面的接觸時間，保證了冷卻效果。從轉鼓造粒器出來的大顆粒尿素經篩分后進入水冷器，被冷卻水冷卻至≤50℃，即得到大顆粒尿素成品。
6 裝置運行中的一些情況及解決措施
  （1）噴頭滴液會造成造粒轉鼓嚴重粘鼓的情況。應及時解決噴頭滴液問題，以延長大顆粒尿素系統的運轉周期，為整個生產的安全運行打下堅實的基礎。
  （2）為了適應瞬息萬變的市場，提高產品競爭力，根據市場對大顆粒尿素的粒度要求，建議采用先進的平面回轉篩，以保證粒度要求。
  （3）尿液管上加裝專用過濾器，以清除尿液中的雜質，延長噴頭的使用周期。
  （4）為適應環保的要求，減少造粒轉鼓內和粒子中的粉塵，注意加強造粒轉鼓兩側密封及冷卻轉鼓進料端的密封。提高造粒轉鼓的真空度，減少成品中的粉塵量，降低粉塵對于周圍環境的影響。
 （5）逐步完善和確定最終工藝指標，包括造粒轉鼓、冷卻轉鼓的轉數，尿液溫度控制，返料比控制，造粒轉鼓內溫度控制等。
7 效益分析
    根據市場調查，大顆粒尿素較小顆粒尿素價格高出80 元/t，成本中固定資產折舊約6～10 元/t，其它成本增加約18 元/t，總增加成本28 元/t，以增加效益52 元/t。年產按5×104t 計， 5×104t×52 元/t=260 萬元。按此計算預計2 年多可收回投資。