颗粒肥产品水含量的影响因素及控制

2010-08-29孙秀芳朱志晖

化工设计通讯 2010年1期

关键词：风窗造粒真空度

孙秀芳朱志晖

(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳 457004)

颗粒肥产品水含量的影响因素及控制

孙秀芳朱志晖

(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳 457004)

从真空度、大气温度和湿度、通风量等方面分析了颗粒肥产品水含量的影响因素,并提出了控制措施及注意事项。

颗粒肥;水含量;尿素;复合肥

0 引言

颗粒肥产品的质量,主要取决于生产过程中对水分、粒度和粉尘的有效控制。其中,以颗粒肥产品中水含量的高低最为重要,它不仅与系统控制本身有关,同时受气候因素的影响也较大。在颗粒肥产品质量事故中,大部分是由于颗粒肥水含量超标所造成的。因此,在不同的工况和气候条件下控制好颗粒肥产品中的水分尤为重要。

1 颗粒肥产品的造粒有多种工艺方法

1.1 喷浆造粒

喷浆多是指氮肥喷浆,是把氮肥熔融后喷淋达到造粒装置通常是常见的造粒塔中,减少氮肥粉碎环节,能耗低、颗粒外形好看;缺点是颗粒小、密度偏低易粉化。

1.2 滚筒造粒

滚筒造粒又叫转鼓造粒,造粒装置是个倾斜的筒,就象多个圆盘重叠,造粒效率得到了提高。另外可以使用蒸汽,在反应釜内物料之间粘性小的也可以由于水汽充盈而使造粒效率提高。配方限制相对上面的较小。

1.3 圆盘造粒

所有原料混合后进入造粒装置,它是个倾斜的圆盘,圆盘转动象滚元宵,要靠粘性物料(性状好的一铵或者添加剂就是有粘性的土)再加上喷淋水滚成颗粒后烘干筛分就是肥料了,优点是设备投资小,有一定的配方限制。

1.4 高塔

高塔是把复合肥原料高温熔浆或者变成熔浆混合物,从高空抛撒,在散落时由于表面张力原因变成球状,再筛分。颗粒因为经受高温过程水分少,不容易结块。物料充分混合反映,颗粒晶莹,品相好。

我厂生产的尿素采用的是高塔喷浆造粒工艺,该工艺一次性投资较大,但运行成本低,产品质量好。现就以我厂尿素的生产来探讨颗粒肥产品水含量的影响因素及控制。

2 尿素产品水含量的影响因素

2.1 蒸发温度

尿素的结晶温度为132.7℃,为保证蒸发系统的生产安全,蒸发系统一般在高于尿素结晶温度3～5℃的工况下运行。蒸发系统一、二段设计温度分别为128～132℃,实际操作中蒸发一段温度一般控制在128～132℃,蒸发二段温度一般控制在136～140℃。在生产中严格控制好蒸发系统的工艺指标,对保证最终的尿素产品质量至关重要。温度控制过高,容易导致尿素产品质量中另一主要控制指标缩二脲含量增高;温度控制过低,系统的真空度会有一定程度的降低,尿液得不到充分浓缩,尿液中的水分不能很好地蒸发,严重时,还会导致喷头尿液浓度过低,在降温过程中结块,出现质量事故。

2.2 真空度

蒸发系统的真空度是成品尿素水分控制的关键。在真空度较低的状态下,尿液中的水分不能被充分闪蒸。尿液的浓度就比较低。造粒后尿素中水分含量就有可能超标。所以,生产中一旦发现系统真空度被破坏,应立即停止造粒,及时查明原因,待系统真空度恢复正常后再停送造粒。蒸发系统一、二段真空度的设计指标分别为0.035MPa和0.003MPa。

2.3 大气温度和湿度

熔融尿素从造粒喷头至塔底要经过三个过程,即熔融体降温、相变和冷却过程。这三个过程放出的热量被通过塔底进入的空气吸收。夏季当环境温度较高、空气相对湿度较大、入塔空气中水蒸气分压大于固体尿素表面水蒸气的分压时,大气中的水分就向成品尿素中转移,整个造粒过程中尿素以吸湿为主,此时成品中水含量就容易超标。因此,在高温、高湿的夏季,操作中应尽量将蒸发系统的真空度提高些;相反,当环境温度较低、空气相对湿度较小时,入塔空气中水蒸气的分压小于固体尿素表面的水蒸气分压时,则尿素中的水分向大气中转移,整个造粒过程中尿素以放湿为主。此时成品中水分会降至很低,甚至在0.15%左右。为防止因尿素水分含量降低而产生粉尘量增大的问题,操作中应适当降低系统的真空度,以提高成品尿素中的水分,并减少能耗。

2.4 通风量

本装置采用的是塔式自然通风造粒,尿素从塔顶经过喷头自由下落,空气从塔底风窗进入与塔顶下落的高温尿素逆向接触,达到尿素冷却降温的目的。在尿素颗粒下降的过程中,塔底进风量越大,尿素冷却效果越好,造粒塔下部成型尿素的温度就会越低;相反,塔底进风量越少,尿素冷却效果越差,造粒塔下部成型尿素温度就越高。造粒塔下部成型尿素温度一般不超过50℃为宜。

不同季节塔的通风量对成品尿素的水含量影响各不相同,通常用热量平衡的方法计算进风量。造粒塔的通风量可根据系统负荷,环境温度进行调节。在负荷较低时,若通风量过大,容易增加塔顶的粉尘量,但风窗开度过小,空气量不够,尿素得不到充分冷却,容易使下塔尿素温度升高。

2.5 其他因素

此外,尿素颗粒的大小与蒸发系统相连的冲洗水或蒸汽阀门内漏以及尿素的贮运过程都有关系,可能造成成品尿素中水含量超标。

3 应对措施

3.1 造粒温度

当真空度不能再提高时,在温度可控范围内提高蒸发系统两段的温度。最高可控制在一段132℃、二段140℃。当尿液被离心式喷头喷出时,尿液中仍有0.15%～0.2%的水分,此时适当提高造粒熔融尿液的温度有利于造粒时与空气接触时水分的挥发,温度高挥发速度越快,可降低成型产品尿素中的水含量,但要避免温度过高引起的缩二脲含量超标。

3.2 真空度

实际生产中,随负荷和季节的变化蒸发系统一、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统的冷却效率同样也能增加真空度,对此做了以下改进:

(1)2002年大修期间在一段蒸发表面冷凝器后串联一台换热面积为210m2的立式换热器,其工艺介质走壳程,管程用中压氨冷器的二次用水。改造后增加了表面冷凝器的换热面积,提高了真空度,扩大了对真空度的操作空间。

(2)在一段蒸发表面冷凝器顶部,加入适当的洗涤水,以降低表面冷凝器的温度,提高了真空度。

3.3 尿素粒度

由于尿素颗粒在降落的过程中,表面水蒸气分压与大气中水分的分压是个动态的平衡。在夏季高温潮湿的气候条件下,尿素颗粒在降落过程中表面水蒸气分压小于大气中水分分压,热量传出的冷却过程中,大气中的水分向尿素颗粒移动,尿素颗粒呈吸湿状态,这时大颗粒的尿素比小颗粒的尿素具有更小的单位比表面积,大气中水分的影响相对较小;在冬季寒冷干燥的气候条件下,尿素颗粒在降落过程中表面水蒸气分压大于大气中水分分压,热量传出的冷却过程中,尿素颗粒中的水分向外部运动,尿素颗粒水分逐渐减少,这时小颗粒的尿素比大颗粒的尿素具有更大的单位比表面积,尿素产品的含水量降的更低。

因此,我们采用夏季较多使用大颗粒喷头,冬季采用小颗粒喷头,更好的对产品尿素水分进行控制。