CN101657251A - 流化床造粒方法 - Google Patents

Abstract

流化床造粒方法，包括以下步骤：形成选定物质的粒种(S1)的流化床，将含有生长液的连续的流体流(L)送入所述流化床，诱使所述流化床内形成连续的旋涡(V)并保持该旋涡，该旋涡(V)具有基本水平的轴线，其特征在于：所述流体流(L)被送入所述流化床的预定的第一区域(Z1)，该第一区域(Z1)与流化床的没有流体流(L)进入的第二区域(Z2)交替排列。

Description

流化床造粒方法

技术领域

本发明主要涉及适当物质的流化床造粒方法，所述适当物质例如但不限于：尿素、硝酸铵、氯化铵和其它类似的易于形成颗粒状的物质。

特别地，本发明涉及一种流化床造粒方法，其中，所选物质的颗粒是这样形成的：将该物质或其它物质的颗粒种子持续送入流化床中，同时合适的生长物质以液态流动，使得所述颗粒种子的(粒径和质量的)持续生长，从而形成颗粒。

在随后的说明书和权利要求书中，“所选物质的颗粒种子”一般指粒径等于或小于2mm的待造粒物质或其它物质的微粒。另外，为简单起见，也用“粒种”来指代所述颗粒种子。

生长物质可以是要被造粒的物质的相同属性，所述生长物质以液态、合适的湿度、粘度和凝固度沉积在所述粒种和生长中的颗粒上，该粒种和生长中颗粒一起构成流化床。

本发明还涉及适合实现上述方法的造粒设备。

背景技术

已知要用上述类型的流化床方法达到好的造粒效果(实现预定的颗粒尺寸、形状和质量)，需要用生长液对粒种和生长中颗粒进行良好的“湿化”。且为了实现这一目的，所述生长液必须以可能的最小液滴形式进入流化床中，所述最小液滴小于其将要接触的粒种和生长中颗粒。例如，对于尿素，让生长液(尿素溶液)中所含的水蒸发，以便获得高纯度的最终产品(颗粒)。通常，生长液的液滴尺寸对于该生长液中可能含有的溶剂的蒸发至关重要。

最可能地，所述生长液以所谓“喷雾”形式进入。在这种情形下，实际上所述生长液能够与悬浮于流化床中的所有粒种或颗粒一个个地接触，从而让生长液中所含的溶剂有效率地蒸发。

为了将生长液形成喷雾，现有技术中采用特定的喷嘴，通过将所述生长液和大量的高速(例如为100～300m/s)空气(或其它合适气体)送入所述喷嘴中而形成喷雾。

变湿后，所述粒种和生长中颗粒在颗粒生长结束时要经过一个蒸发步骤，用于蒸发所述生长液中可能存在的溶剂，然后进入凝固/固结步骤。

用于尿素生产的这种方法在文献US-A-4 353 730中有记载。

但是，该现有技术文献中的流化床造粒方法具有一些公认的缺点，这些缺点包括实际上不能将成品的粒径控制在预定的范围内，且操作成本很高。实际上，用非均匀分布的、大量高速空气裹挟着大量液体形成的喷雾来湿化所述颗粒，使人们难以对流化床内颗粒的生长进行足够的、令人满意的控制。

此外，前述的缺点包括：生产出来的颗粒的分类和筛选工作，非常多的尺寸不被接受(太大或太小)的颗粒废料，这些废料的回收工作，以及将这些废料回收后再送入造粒过程中的操作。

为了克服上述缺点，现有技术中提议，通过循环引入生长液流、并通过生长液的流动和/或空气或其它气体流的流动而在流化床中形成连续的旋涡来进行所述流化床造粒方法。

这种类型的方法公开在例如专利文献WO 02/083320和WO 2005/097309中，这两篇专利文献是同一个申请人申请的，特别用于获得尿素颗粒。

虽然上述流化床造粒方法在有些方面有优点，特别是这种方法可有效控制最终颗粒的尺寸，但是还需要在保持尺寸的有效控制的同时提高颗粒的硬度，以便不但在造粒过程中、而且在造粒过程之后(例如颗粒的运输和/或处理过程中)，减少粉尘的形成。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一种可行的流化床造粒方法，该方法可获得想要的物质颗粒，这些颗粒具有合适的硬度和受控的粒度。

这一技术问题通过一种流化床造粒方法来解决，该方法包括以下步骤：

-形成所选物质的粒种的流化床，

-将含有生长液的连续流体流送入所述流化床中，

-诱导所述流化床中产生连续的旋涡并保持该旋涡，所述旋涡具有基本为水平的轴，

其特征在于，所述流体流L进入所述流化床的预定的第一区域，该第一区域与没有流体流进入的、流化床的第二区域交替排列。

上述技术问题还可以通过一种流化床造粒机来解决，该流化床造粒机包括基本为平行六面体形的容器，流化床产生在该容器内，该容器具有底部3，空气或其它合适气体的流化流(fluidification flow)能透过该底部3，且底部3被界定在两个相对的长侧壁和两个相对的短侧壁之间，所述两个相对的短侧壁分别为头壁(head wall)和最终颗粒排出壁；其特征是，所述造粒机包括一系列的分配器，这些分配器沿至少一个长侧壁4、5、以预定的间距设置，用于将所述流体流送入所述流化床的预定的第一区域。

本发明的其它特征和优点将通过下文中本发明之示例性而非限定性的实施例结合附图来加以说明。

附图说明

图1为用于实施本发明的造粒方法的设备(造粒机)的透视示意图；

图2为图1所示造粒机的纵剖面图；

图3和4为图1所示造粒机的横剖面图，分别对应于上述第一和第二区域；

图5为本发明另一可选实施例的造粒机的透视图。

具体实施方式

参见图1～4，根据本发明的流化床造粒机1包括容器2，该容器2的顶部敞开，且容器2大致为平行六面体形状，流化床位于该容器2内，形成流化床的方法将在下文描述。

该容器2具有可透气的底部3，该底部3例如由穿孔元件构成，位于两个相对的长侧壁4、5和两个相对的短侧壁6、7之间。在下面的说明中，短侧壁6也称为造粒机1的头壁，而相对的短侧壁7也称为(颗粒状)最终产品的排出壁。这是因为壁7具有用于排出最终颗粒的排出装置(未图示)，定好了要获得的流化床的总高度。

用于排出最终颗粒的所述排出装置可以是例如开口8(本质上是一个溢流堰)，优选延伸在壁7的所有宽度上、且高度到达底面3处，根据容器2内获得的流化床的厚度来预先设定开口8的高度。

作为选择，也可以使用任何其它合适的排出装置，例如由流化床的水平高度操作的自动阀。

头壁6的上侧支撑着装置9，该装置9本身为惯用的形式，因此没有详细描述，该装置将粒种S1流沿壁6均衡连续地送入容器2中。

根据本发明的一个方面，通过惯用的支撑装置(未描述)、沿所述长侧壁5支撑着一系列的分配器10，该一系列分配器10彼此相隔预定的间距，每个分配器10包括多个喷嘴(未图示)。

所述一系列分配器10几乎跨越了壁5的全部长度，且位于距底部3预定高度处，该预定高度根据容器2内获得的流化床的厚度确定。特别地，分配器10设在长侧壁5上，其高度低于容器2内获得的流化床的自由表面P。

根据本发明，每个分配器10(通过其喷嘴)将含有选定生长液的流体流L送入形成在容器2中的流化床的预定区域Z1，该区域Z1基本跨越了容器2的整个横向延伸，并由支撑各自分配器10的长侧壁4和5的部分纵向定界(相对于容器2的纵向延伸)。另外，如图1所示，被送入含有生长液的流体流L的所述区域Z1与没有流体流L被送入的流化床的区域Z2交替排列，该区域Z2也基本跨越了容器2的整个横向延伸，并由分开两个系列的分配器10的所述长侧壁4、5的部分纵向定界(相对于容器2的纵向延伸)。

根据本发明的一个方面，在位于壁5上的一系列流体流L分配器10中，末端分配器10与头壁6和排出壁7之间的距离分别被设为预定值。

这样，所述方法开始于在第一区域Z2(即靠近头壁6的区域Z2)中对待造粒物质的粒种进行处理，而结束于在最末区域Z2(即靠近排出壁7的区域Z2)中对已经生长成的颗粒进行处理。

本发明的造粒机1还包括鼓入空气A或其它气态流体的鼓风系统(传统型，未描述)，该鼓风系统位于容器2的下方，用于造成和维持容器2内的颗粒流化床以及该流化床内具有水平轴线的连续旋涡。

为此，所述穿孔底部3设有合适的常规装置，该装置用于使气体流A在容器2内不均匀分布(例如将流A分成速率不同的两股，或者改变流化床内所述流的进入方向)，从而在流化床内造成和维持旋涡V。

优选地，所述常规装置可选自本申请人的另一专利申请WO 2005/097309中披露的那些装置，例如在底部3形成多个不均匀分布的洞，在底部3形成多个不同直径的洞或倾斜的洞，等等。

参照图1～4中描绘的设备，现在说明本发明的造粒方法的一种实施方式。

稳定状态下，在容器2中，生长中颗粒和待造粒选定物质的粒种S1的流化床通过头壁6处的分配器9被连续送入。通过合适的连续气体流A获得、支撑和维持所述流化床，所述气体流A通过容器2的穿孔底部3从下方连续不断地进入容器2。因此所述气体A也被称为流化气体。

此外，穿过底部3的流体流A被以不均匀的方式分配到所述流化床内，从而在该流化床内形成和维持具有水平轴线的连续旋涡V，如图3所示。该旋涡V被限制在容器2的壁4～7和底部3之间。

流化床的厚度使其自由表面到达一个水平高度，该水平高度通过控制颗粒(例如通过所述开口8或自动排除阀)排出容器2外而确定。这种连续的排出(由粒种S1的连续送入予以平衡)在流化床内形成了一种“流体脉”(fluid vein)，该流体脉从头壁6向与该头壁相对的壁7流动，自由表面P在流化床方向上稍微向下倾斜。

根据这种结构，粒种S1仅仅位于区域Z2的第一个区域中靠近造粒机1的头部(壁6)的位置，而流化床的其它部分均为生长中颗粒。

有利地，靠近头壁6的区域Z2(即粒种S2所在位置)的存在使得在粒种S1被生长液润湿之前能够形成粒种S1的规则旋涡。此外，粒种S1最好由空气流A预热。

还要注意，从下方吹入容器2中的流化空气A穿过所述流化床，并与构成流化床的生长中颗粒进行热交换(原因将在下文详述)，使其自身不断被加热。流化空气A带走被送到粒种S1和生长中颗粒上的生长液的凝固热，这将在下文详述。

根据本发明，连续的(热)流体流L被引入容器2中流化床的预定区域Z1处。特别地，该流体流L被引入区域Z1的上层，该区域Z1包括流化床的自由表面P，但是该自由表面P的下方为流化床的较热的层。

流体流L可包括用溶剂相对稀释的喷雾状生长液。例如，在生产尿素颗粒时，喷雾状的生长液中可含有从94％到接近100％(重量百分比)的熔融尿素，其余为水(溶剂)。

流体流L由沿壁5的整个长度设置的分配器10以预定的流速和动量通量(动量)提供，并被大致(斜地或有角度地)导向前述的“流体脉”。

在区域Z1中，位于流化床上层(旋涡V的上部区域)的待造粒物质的各单个颗粒(或靠近头壁6的区域Z2之后的区域Z1中的粒种)与喷雾状生长液流L的颗粒多次碰撞(湿化)，过程中伴随着所述物质的凝固和可能存在于所述生长液中的溶剂的部分蒸发。这在区域Z1中升高了旋涡V上部区域中的颗粒温度。各个“湿化”颗粒被空气流A引起的旋涡压紧并推向容器2的相对壁4。由于旋涡V的存在，当颗粒到达靠近壁4的位置时，各个颗粒自然地向容器2的底部3偏转。

在向底部3行进的过程中，各个湿的颗粒离开流化床的热的上层(旋涡的上部区域)、穿过下层(旋涡V的下部区域)，渐渐变凉。在此过程中，一些生长液在粒种表面上固结。该生长液的固结步骤(consolidation step)是在各个颗粒被上述旋涡V推向壁5、获得各自的体积和质量稍微增大的颗粒的过程中完成的。这样就形成了各个生长中颗粒，通常在旋涡V的推动下，这些生长中颗粒在靠近壁5的地方、向着流化床的热的上层偏转。

一旦到达所述热的上层，各个生长中颗粒就与喷雾状生长液接触，并被旋涡V推向壁4。这些颗粒基本重复上述过程，进行同样的湿化、凝固和蒸发步骤，从而使得它们的体积和质量渐渐增长，直到它们沿靠近头壁6的区域Z1移动。

于每个Z1区域的末端获得的生长中颗粒，在所述纵向流体脉的推动下，接着穿入相邻的、没有流体流L进入的区域Z2。在每个Z2区域，所述生长中颗粒被空气流A或其它合适的流化流体流干燥，使得所述生长液的剩余溶剂基本蒸发掉，并重新获得凝固热，从而使所述生长中颗粒上发生进一步的生长液固结过程，以改善这些颗粒的机械性能，特别是它们的硬度。

处理过程在最末的Z2区域(靠近排出壁7)中结束后，已经生长成的颗粒从壁7排出。

总而言之，在每个Z1区域，所述生长中颗粒经历上述的湿化/凝固/固结步骤和一些溶剂蒸发的步骤，从而使得它们的体积和质量增大；而在每个Z2区域，已经在前一Z1区域中获得了生长的颗粒经历充分的干燥和固结过程，增加了硬度。

注意，根据本发明的这个实施例，对生产的颗粒的粒度多分散性测量表明，颗粒的粒度处在一个很窄的范围内，例如90％的颗粒粒径为2～4mm，因此获得了一种可直接用于市场销售的产品。在现有技术中，只有对造粒机排出的颗粒进行筛分、并通过碾磨过大或过小的颗粒使高达总量的50％的颗粒进入再循环，才能获得类似的商售产品。

本发明能获得上述优点，主要原因是：由于在流化床Z1区域中进行的每个湿化/凝固/蒸发/固结循环和在流化床Z2区域中进行的每个干燥循环的操作时间、以及在流化床内要进行的循环的数量，均可以通过控制过程参数来加以控制，因此每个生长中颗粒基本都经历相同的生长过程。所述过程参数为本说明书中述及的一些参数，例如所述流化床不同区域中的流化空气流的流速、以及生长液的方向，等等。

因此，根据本发明生产的颗粒，由于流化床Z2区域内的干燥步骤使得颗粒的机械性能(特别是硬度)上升，从而减少了颗粒生产过程中和生产后(例如运输和/或运用过程中)粉尘的产生。

可获得合适粒度的最终产品即可直接销售的产品这一优点降低了投入和维护成本和相应造粒设备的能耗。

图5中，实施本发明的造粒方法、获得流化床，先后制得第一粒种S1和生长中颗粒，形成两个上述类型的相对的螺旋状旋涡V1和V2。为此，容器2的相对的长侧壁4、5上分别设有两个系列的分配器10a、10b，用于供应相同的生长液流L、L1，且容器2设有带通孔11的底部3，这些通孔相对于中轴线M-M对称、等量分布。

在该图中，造粒机1的特征中结构和功能与前面附图中相当的部分将用同样的附图标记来表示，并且不再作进一步描述。

这样，可以在保持容器2长度和流化床的操作条件不变的同时，使适于实施本发明方法的造粒机的产量翻倍。

注意，在本实施例中，所述造粒机可设有一个盖在容器2上的盖8(图中用虚线表示)，用于排出烟气，该烟气包括空气和从生长液中蒸发出来的溶剂。

在本发明中，特别令人满意的旋涡(或多个旋涡)是这样形成的：通过沿单个长侧壁设置的一系列2～20个分配器、以2～50m/s的速度，将含有生长液的流体流L送入流化床的Z1区域。每两个相邻分配器之间的间距可以相同，也可以不同，视待造粒的物质而定，最好是约等于分配器长度大小。

可对本发明的上述构思进行改变和修改，这些都应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (15)

1.流化床造粒方法，包括以下步骤：

-形成选定物质的粒种(S1)的流化床，

-将含有生长液的连续的流体流(L)送入所述流化床，

-诱使所述流化床内形成连续的旋涡(V)并保持该旋涡，该旋涡(V)具有基本水平的轴线，

其特征在于：所述流体流(L)被送入所述流化床的预定的第一区域(Z1)，该第一区域(Z1)与流化床的没有流体流(L)进入的第二区域(Z2)交替排列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过空气或其他气体的流化流(A)形成所述流化床、诱使所述旋涡(V)产生并保持该旋涡(V)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：含有生长液的所述流体流(L)被送入所述流化床的自由表面(P)下方的所述第一区域(Z1)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：含有生长液的所述流体流(L)被送入接近所述流化床的自由表面(P)的所述第一区域(Z1)。

5.根据前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在所述流化床的所述第一区域(Z1)，所述旋涡(V)包括上部区域和下部区域，所述上部区域用于粒种湿化、凝固和所述流体流(L)中可能含有的溶剂的蒸发，所述下部区域用于所述生长液的固结。

6.根据前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于：在所述流化床的所述第二区域(Z2)进行所述物质的生长中颗粒的干燥步骤。

7.根据前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述流化床位于平行六面体形的容器(2)内，该容器(2)具有穿孔的底部(3)，该底部(3)形成在两个相对的长侧壁(4、5)、两个相对的短侧壁即短侧壁(7)和短头壁(6)之间；所述容器还具有位于短侧壁(7)处的最终产品排出装置，所述连续的旋涡(V)随着其螺旋运动、从所述头壁(6)向排出口(8)延伸。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：含有生长液的所述流体流(L)从所述容器(2)的至少一个长侧壁(4、5)处被送入流化床的位于所述自由表面(P)下方的所述第一区域(Z1)，而所述粒种(S1)通过头壁(6)处的分配器(9)被送入所述流化床中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：含有生长液的所述流体流(L、L1)被送入流化床的位于所述容器(2)的相对长侧壁(4、5)处的所述第一区域(Z1)中，且通过空气或其它气体的流化流(A)、在所述流化床内形成两个相对的螺旋状旋涡(V1、V2)。

10.流化床造粒机，包括基本为平行六面体形的容器(2)，流化床产生在该容器内，该容器(2)具有底部(3)，空气或其它合适气体的流化流(A)能透过该底部(3)，且该底部(3)形成在两个相对的长侧壁(4、5)和两个相对的短侧壁(6、7)之间，所述两个相对的短侧壁(6、7)分别为头壁(6)和最终颗粒的排出壁(7)；其特征在于：所述造粒机包括一系列的分配器(10、10a、10b)，这些分配器沿至少一个长侧壁(4、5)、以预定的间距设置，用于将所述流体流(L)送入所述流化床的预定的第一区域(Z1)。

11.根据权利要求10所述的流化床造粒机，其特征在于：所述第一区域(Z1)与没有流体流(L)进入的第二区域(Z2)交替排列。

12.根据权利要求10或11所述的造粒机，其特征在于：所述一系列的分配器(10a、10b)沿每个所述长侧壁(4、5)设置。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的造粒机，其特征在于：每一系列的分配器中位于末端的分配器(10)与头壁(6)和排出壁(7)之间的距离分别被设为预定值。

14.根据权利要求10～13中任一项所述的造粒机，其特征在于：还包括将空气或其它合适气体的流化流(A)从容器(2)的所述底部(3)送入的装置。

15.根据权利要求10～14中任一项所述的造粒机，其特征在于：所述分配器(10、10a、10b)被支撑在距所述底部(3)预定高度处。

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