CN103657519A - 流化床造粒机 - Google Patents

Abstract

流化床造粒机(1)，包括一个或多个隔室(2、3、4)，所述一个或多个隔室(2、3、4)具有底板(12)，所述底板(12)具有供应流化介质的开口和多个喷雾器(21)。喷雾器连接造粒液体源，并构造成在一个或多个喷雾区域(29)中喷射液体，所述一个或多个喷雾区域(29)与流化床的一个或多个非喷雾区域(30)相邻。

Description

流化床造粒机

技术领域

本发明涉及一种流化床反应器和生产颗粒的方法，所述颗粒例如是通常用作肥料的尿素或硝酸铵颗粒。

背景技术

US4,619,843公开了一种通过将尿素溶液供给到固体核的流化床中来制备固体颗粒的方法。液体在核上固化以形成颗粒。尿素的结晶产生热量，这些热量通过水的蒸发并通过用作流化剂的空气消除。

为了减轻尿素颗粒存储期间的结块问题，最终颗粒中的含水量应是较低，例如低于颗粒总重量的0.25％。

为了生产更干燥的颗粒，可以增加在造粒机中的停留时间，例如通过使用更高的床高度。然而，这要求流化空气的压力更高，并且因而能耗更高。

可选择地，可以通过将尿素溶液雾化为更细小的微滴来降低含水量。这需要更多的空气来雾化尿素溶液，并且因而能耗更高。

也可以通过喷射更加浓缩的尿素溶液实现最终颗粒中较低的含水量。例如，EP-A0289074教导了使用70-99.9wt％尿素含量的溶液。然而，使用含水量较低的尿素浓缩物降低了水蒸发的冷却效果。作为这个问题的补偿，应当通过用于流化的空气的更高流动速度来增强空气的冷却作用。因而，这个选择也导致能耗较高。

发明内容

本发明的目在于提供不需要高能耗就能够生产干燥颗粒的流化床造粒机和方法。

本发明的目的通过一种流化床造粒机实现，所述流化床造粒机包括一个或多个隔室，所述一个或多个隔室具有底板，所述底板具有供应流化介质的开口和连接到造粒液体(例如尿素水溶液)源的多个喷雾器。喷雾器构造成在一个或多个喷雾区域中喷射液体，所述一个或多个喷雾区域与流化床的一个或多个非喷雾区域相邻。通过在隔室中在喷雾器范围之外建立非喷雾区域，核将涡旋下降，直到它们随着喷雾器产生的流动而涡旋向上回去。

令人惊奇的是，已经发现喷雾器的这种不均匀分布产生了具有非常低的含水量的颗粒，同时可以保持方法总能耗较低。利用本发明的造粒机生产的颗粒的含水量可以远低于颗粒总重量的0.3wt％，或甚至远低于0.25wt％。

在一个具体实施方式中，喷雾器彼此以不均匀的距离间隔开。任选的，喷雾器布置成集群(cluster)，其中集群中的喷雾器之间的最短距离小于两个集群之间的最短距离。当这些集群在核的主要流动方向上平行延伸时，能够获得良好的结果。主要流动方向是核从造粒机入口到出口的水平方向，而没有流化介质施加的涡旋。在这样的构造中，平行的集群之间的距离可以例如是约0.5米至约1米，而集群中的喷雾器之间的距离可以例如是约0.1米至约0.4米。集群之间的距离可以例如是集群内的喷雾器之间的距离的约2-3倍。如果需要，还可以使用其它距离。可选择地或此外，喷雾器范围之外的非喷雾区域可通过使喷雾器朝向不同的方向(例如彼此远离)产生。在这种情况下，喷雾器可以均匀或不均匀地分布。

在一个具体实施方式中，至少一个隔室中的喷雾器密度为每平方米至少7个喷雾器，而每个喷雾器集群的密度为每平方米至少25个喷雾器。任选地，造粒机包括：第一隔室，所述第一隔室的喷雾器密度为每平方米至少9个喷雾器，而第一隔室中的每个喷雾器集群的密度为每平方米至少29个喷雾器；和至少一个另外的隔室，所述至少一个另外的隔室的喷雾器密度为每平方米至少7个喷雾器，而每个喷雾器集群的密度为每平方米至少25个喷雾器。如果需要，还可以使用其它的构造。

喷雾器可以例如是雾化器或液力喷雾器，例如空气辅助的液力喷雾器。还可以使用这些类型的喷雾器的组合。例如在US4,619,843中公开了一种合适类型的喷雾器。

当溶液喷射到造粒机隔室中时，溶液可例如具有基本上高于结晶点的温度。如果溶液是尿素溶液，则溶液可以例如在至少约120℃或至少约130℃或至少约135℃的温度下喷射。如果溶液是硝酸铵溶液，则溶液可以例如在至少约160℃或至少约170℃或至少约180℃的温度下喷射。溶液可以例如在1.5-6bar(例如2-4bar)或其它适当的压力的液体静压下喷射。喷射的液滴可例如具有约20-约120μm(例如约30-约60μm)的平均液滴尺寸。

对于尿素造粒，可以使用高浓度溶液，例如尿素含量为尿素溶液总重量的至少90wt％，例如至少95wt％。

尿素溶液的含水量通常较低，例如低于尿素溶液总重量的5wt%，例如低于尿素溶液总重量的3wt％。如果含水量低于2.5wt％，则该溶液通常称为尿素熔融物(melt)。

尿素溶液还可以包含添加剂，例如甲醛和／或尿素-甲醛缩合物(condensation)，其作为用于降低尿素结晶速度的造粒助剂和防止形成的颗粒结团的抗结团剂。如果例如基于尿素溶液总重量的0.1至3％的甲醛被加入尿素水溶液中，则雾化的液滴更好地粘附到尿素核上。也可使用其它合适的添加剂。

对于硝酸铵造粒，Mg(NO3)2和硫酸铝，例如与NaOH一起是合适的添加剂的例子。

可以通过造粒机的入口侧处的一个或多个入口将核供给到造粒机。可以连续地供给核，或者分批供给和处理核。

在进行造粒处理之前，核可具有任何合适的平均颗粒尺寸，通常约至少0.2mm，或至少0.5mm，通常至多6mm。

核可以具有任何合适的组分。通常，这些核可以主要包括与结晶造粒液体(特别是结晶尿素)相同的材料，但是，也可以使用组分与结晶造粒液体不同的核。

通常，空气被用作流化剂。但是，也可使用其他的合适的流化气体。对于造粒尿素，流化床中的流化气体的流速可以例如为约1-8米／秒，例如至少约2米/秒和/或至多约3或4米／秒。对于造粒硝酸铵，流化床中的流化气体的流速可例如为约1-8米／秒，例如至少约2米／秒和/或至多约3.5或4.5米／秒。流化气体可以在任何合适的压力(例如300-900毫米水柱，例如400-600毫米水柱)和任何合适的温度(但优选低于约140℃或低于约110℃)下进入造粒机。

对于尿素造粒，造粒机的隔室中的温度可以例如在90-120℃之间，例如在100-106℃之间。对于硝酸铵造粒，造粒机的隔室中的温度可以例如在110-140℃之间，例如在125-130℃之间。典型地，由于再循环材料的回流，第一隔室中的温度较低。这可以通过在第一隔室使用更高密度的喷雾器来补偿。

流化床可以例如具有1.5m或更低(例如约1m或更低)的床高度。

处理后的颗粒通常通过造粒机的一个或多个出口连续地或分批地排出。处理后的颗粒典型地具有约2-约4mm的平均颗粒尺寸，但如果需要，该平均颗粒尺寸可以更小或更大。颗粒的含水量可以保持远低于颗粒总重量的03wt％，例如远低于025wt％。

颗粒尺寸大于给定限值的颗粒可从流出物中分离。任选地，可以压碎这些颗粒，然后再循环到造粒机中，例如与颗粒尺寸太小的颗粒和／或从造粒机的排出的空气中分离出来的材料一起再循环到造粒机中。

造粒机可以具有串联和／或平行布置的一个或多个造粒机隔室。在一个具体实施方式中，造粒机具有至少两个，例如三个或更多个串联布置的隔室。

造粒机隔室的底板提供用于流化剂的入口。为此，底板可以例如是位于空气源上方的栅格。

任选地，造粒机可以包括接收来自造粒机隔室的排出颗粒的后冷却器，例如流化床冷却器。后冷却器可以例如用于将颗粒冷却到约40℃的温度。

根据本发明的造粒机特别适用于生产颗粒的方法，其中造粒液体在流化床的与非喷雾区域交替的喷雾区域中被喷射到隔室。

每个喷雾区域可以例如由喷雾器的集群产生。在喷雾区域中，造粒液体向上流动。非喷雾区域不在喷雾器的范围内，并允许核向下流动。已经发现，核更快地流动通过喷雾区域，因而每次它们通过喷雾区域时，较少的新溶液沉降在核上。较薄的溶液层允许水分更好地蒸发。在非喷雾区域中，核向下流动并再循环到喷雾区域。结果，核通过喷雾区域很多次。每次它们通过喷雾区域，它们收集另外的喷射溶液的覆层。最后，这产生残留水分含量较低的要求尺寸的颗粒。结果，可以减少核在造粒机中的平均停留时间，因而可以保持流化床水平高度较低，这继而需要较低的流化空气压力和较低的能耗。

所述方法可例如按照连续方法执行，其中流化床的材料在流动方向上从造粒机的一个或多个入口运动到一个或多个出口，喷雾区域平行于流动方向。

如果采用位于非喷雾区域相反侧的两个喷雾器之间的最短距离为相应的隔室中所容纳的流化床的高度的至少一半的方式实施该方法，则能够获得好的结果。

附图说明

下面将参考附图描述根据本发明的造粒机的示例性具体实施方式。

图1：示出了根据本发明的造粒机的沿着流动方向的横截面；

图2：示出了图1的造粒机的垂直于流动方向的横截面；

图3：示出了图1的造粒机的平面图。

具体实施方式

图1示出了生产尿素颗粒或硝酸铵颗粒的造粒机的示例性具体实施方式。造粒机1被分成用于造粒的三个隔室2、3、4和用于后续冷却和干燥颗粒的隔室5。

造粒机1的第一隔室2包括供应核(nuclei)的入口7。与入口7相对的是第一通道8，第一通道8通向第二隔室3。第二隔室3包括与第一通道8相对并通向第三隔室4的第二通道9。第三隔室4包括与第二通道9相对的出口10。结果，核可以从入口7沿着在图1中由箭头A表示的直的流动路径流向出口10。

造粒机1包括栅格(grid)制成的底板12，底板12支撑核的床13并允许流化剂(例如空气)通过，所述流化剂从栅格底板12下方的空间14供应并由空间14中的加热器15预热。经过加热的空气流化核的床13。

栅格底板12下方的空间14被分成与栅格底板12上方的隔室2、3、4对应的隔室17、18、19。在每个隔室2、3、4中，造粒机1的栅格底板12上具有空气辅助喷雾器21的集群，空气辅助喷雾器21伸出到栅格底板12上方。喷雾器21将尿素水溶液喷射到流化床13中。在造粒机隔室2、3、4中，喷射的尿素溶液中的水蒸发，并且尿素在核上结晶，其生长以形成颗粒。

后冷却器5是流化床冷却器，其具有支撑新生产的颗粒的床23的栅格底板22和位于栅格底板22下方的空间，该空间具有加热器24，以供应流化并干燥床23的空气。

空气和空气运载的尘粒从造粒机隔室2、3、4和后冷却器5排出。空气可被气提(stripped)，例如在涤气塔和／或旋流器或类似的分离器中。分离的尘粒可被再循环到造粒机。

后冷却器5具有排出干燥且冷却的颗粒的出口26。随后，尺寸过小和尺寸过大的颗粒从期望尺寸的颗粒中分离，这些期望尺寸的颗粒被排出并存储。尺寸过大的颗粒可压碎为更小的颗粒，这些更小的颗粒可与尺寸过小的颗粒一起再循环。

图2示出了造粒机1的穿过垂直于流动方向A的平面的横截面。在所示的具体实施方式中，隔室中的喷雾器21布置成三个集群27，集群27之间有间隔28。每个集群27均通过空气辅助喷雾器21产生喷雾区域29，在该喷雾区域29中使核向上流动。集群27之间的间隔28形成没有雾化空气的非喷雾区域30，核在非喷雾区域30趋向向下流动(图2中的箭头B)。

喷雾器21的布置如图3的平面图所示。在这个示例性具体实施方式中，第一隔室2包括布置成三个平行的集群27的64个喷雾器21。在宽3m、长2.35m的隔室中，这表示平均喷雾器密度超过每平方米9个喷雾器。第一隔室中的集群27具有相同的宽度和相同的长度。中间的集群27包括3行，其中每行8个喷雾器。另外两个集群各自包括8列，这8列交替地具有二个和三个喷雾器，加起来每个集群总共16个喷雾器。对于0.4m的集群宽度和1.7m的集群长度，中间的集群中的喷雾器密度将超过每平方米35个喷雾器，而其它两个集群中的喷雾器密度将超过每平方米29个喷雾器。

第二隔室3和第三隔室4具有三个平行的集群27，每个集群27均具有18个喷雾器。对于0.4m的集群宽度和1.7m的集群长度，这些集群27的喷雾器密度将超过每平方米26个喷雾器。在宽3m、长2.35m的隔室中，这表示超过每平方米7个喷雾器的平均喷雾器密度。在第二隔室3和第三隔室4的每个集群27中，集群27均具有六列，每列三个喷雾器21。第二行和第三行之间的距离以及第四列和第五列之间的距离大于其它列之间的距离。

Claims (15)

1.一种流化床造粒机(1)，包括一个或多个隔室(2，3，4)，所述一个或多个隔室具有底板(12)，所述底板(12)具有用于供应流化介质的开口和连接到造粒液体源的多个喷雾器(21)，其中，所述喷雾器构造成在一个或多个喷雾区域(29)中喷射所述液体，所述一个或多个喷雾区域与流化床的一个或多个非喷雾区域(30)相邻。

2.根据权利要求1所述的造粒机，其中，喷雾器(21)彼此间隔开不均匀的距离。

3.根据权利要求2所述的造粒机，其中，喷雾器(21)布置成集群(27)，其中集群中的相邻喷雾器之间的最短距离小于两个相邻的集群之间的最短距离。

4.根据权利要求3所述的造粒机，其中，集群(27)是在流动方向(A)上延伸的平行的集群。

5.根据权利要求4所述的造粒机，其中，平行的集群(27)之间的距离为约0.4米至1米。

6.根据前述权利要求3-5中的任一项所述的造粒机，其中，集群(27)中的喷雾器(21)之间的距离为约0.1米至0.4米。

7.根据前述权利要求3-6中的任一项所述的造粒机，其中，对于至少一部分喷雾器(21)，集群(27)之间的距离是集群内的喷雾器之间的距离的约2-3倍。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的造粒机，其中，喷雾器(21)布置成集群(27)，并且其中，至少一个隔室中的喷雾器密度为每平方米至少7个喷雾器，而每个集群的喷雾器密度为每平方米至少25个喷雾器。

9.根据权利要求8所述的造粒机，所述造粒机包括：第一隔室(2)，所述第一隔室(2)的喷雾器密度为每平方米至少9个喷雾器(21)，而第一隔室中的每个集群的喷雾器密度为每平方米至少29个喷雾器；和至少一个另外的隔室(3，4)，所述至少一个另外的隔室(3，4)的喷雾器密度为每平方米至少7个喷雾器，而每个集群的喷雾器密度为每平方米至少25个喷雾器。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的造粒机，其中，底板(12)为栅格底板。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的造粒机，其中，造粒机(1)的出口通向后冷却器(15)。

12.根据权利要求11所述的造粒机，其中，后冷却器为流化床冷却器(15)。

13.一种使用流化床造粒机(1)生产颗粒的方法，所述流化床造粒机(1)包括容纳核的床的一个或多个隔室(2，3，4)，其中流化介质经由隔室的底板(12)中的开口被吹入隔室，同时造粒液体在流化床的与非喷雾区域(30)交替的喷雾区域(29)中被喷射到隔室中。

14.根据权利要求13所述的方法，所述方法作为连续方法执行，其中流化床的材料在流动方向(A)上从造粒机的一个或多个入口(7)运动到造粒机的一个或多个出口(10)，其中喷雾区域(29)平行于流动方向(A)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在非喷雾区域(30)的相反侧处的两个喷雾器(21)之间的最短距离为相应的隔室(2，3，4)中所容纳的流化床的高度的至少一半。

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