CN1498676A

CN1498676A - 转鼓流化床造粒方法及装置

Info

Publication number: CN1498676A
Application number: CNA021467854A
Authority: CN
Inventors: 王亭杰; 金涌; 魏飞; 王金福
Original assignee: Tsinghua University; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Tsinghua University; China Petroleum and Chemical Corp; China Petrochemical Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-05-26
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: CN1224452C

Abstract

转鼓流化床造粒方法和装置属于化工造粒技术领域，其特征在于：在转动转鼓内壁设置均布的折型抄板，转鼓内有固定流化床，晶种颗粒从转鼓的入料端连续加入，抄板把转鼓底部颗粒抄入流化床，颗粒从溢流口流落，形成连续均匀的料帘。在转鼓轴向垂直于料帘的侧面，安装有多个喷嘴。喷嘴把造粒原料液雾化成液滴，喷向料帘，液滴与运动颗粒碰撞接触，在颗粒表面包覆、固化，增大后的颗粒落到转鼓底部，再次被抄入流化床，重复上述过程。在颗粒从入料端到出料端的移动过程中，经多次冷却(干燥)、包覆、固化的循环，颗粒粒径逐渐增大，从出料端排出后，经筛分、冷却，得到合格产品。它具有投资省、能耗低、操作方便、产品质量好、效率高的优点。

Description

转鼓流化床造粒方法及装置

技术领域

转鼓流化床造粒方法及装置属于化工造粒技术领域。

背景技术

造粒技术在化工、医药、材料、矿业、建材等领域有广泛应用，特别是化肥、化工原料和产品的造粒，需要制备一定粒度、强度、形貌、结构和组分要求的颗粒产品，提高产品性能。造粒方法从原理上可分为包覆造粒、聚团造粒、喷淋造粒和挤压造粒四类，包覆造粒如流化床类和料帘类造粒；聚团造粒如转鼓类、流化床类和园盘类等；喷淋造粒如塔式造粒、钢带造粒等；挤压造粒如挤出造粒等。采用包覆造粒原理设计的造粒方法可以获得球形度好、表面光滑、机械强度高、流动分散性能好的颗粒产品，适用于造粒原料为熔融液和一定浓度的溶液。

以化肥中的尿素造粒为例，其造粒原料有两种，一种是浓度约为99.8％的熔融液，一种是浓度约为96％的溶液，原料温度在135℃左右。现行造粒技术设计原理主要基于喷淋造粒和包覆造粒两种。以喷淋造粒原理设计的主要是喷淋塔造粒技术，适用于尿素熔融液。塔高通常高于60米，直径从数米到数十米。尿素熔融液被加压泵送到造粒塔顶部，由造粒喷头将熔融液喷洒成一定粒径的液滴，液滴从塔顶洒落，在下落过程中冷却，液滴相变和降温放热使塔内空气温度升高，造成气流上升，冷空气从塔底自然补充，形成自下而上的气流运动，与自上而下的液滴形成逆流接触，尿素液滴冷却固化，至塔底形成固体颗粒。该造粒技术存在如下的主要缺点：

1.环境污染严重。由于喷头旋转的离心作用、液滴与气流的逆流剪切作用、喷孔的影响以及在喷洒过程中，会产生大量微细液滴，被上升气流夹带，造成放空气体中的粉尘含量严重超标，给周围设备、环境、农田等造成危害。而且排放气量大、压力低，很难洗涤净化。

2.颗粒强度低。液滴在与上升冷气流接触冷却过程中，液滴首先从外部冷却固化，形成硬壳，对随后液滴内核的冷却固化造成制约，由于液固相变引起体积变化，产生内应力，显著降低固化后产品颗粒的抗冲击和抗压强度，从高空下落，撞击塔底，易于碎裂，产生粉尘。颗粒在储装运等过程中，也易于碎裂。在撒施时，细小颗粒容易粘附叶片，造成烧苗。

3.制约因素较多。塔式造粒通过自然风对流冷却结晶，受季节影响较大，夏季温度高，产品温度随之升高，加之湿度大，颗粒特别容易粘结。由于冷却时间取决于造粒塔高度，产品粒度存在一定的限制。

采用包覆造粒原理设计的大颗粒尿素生产技术，能够克服喷淋塔造粒技术的缺点。主要有流化床类和料帘类造粒两种，现有包覆造粒技术存在不同程度的缺点，如流化床造粒，一方面，由于颗粒在流化床内返混现象显著，从流化床造粒机中排出颗粒的粒度分布范围宽，须将筛分后占有较多含量的超大颗粒破碎成细颗粒作为返料重新造粒，造成多余造粒和破碎的无效能耗。另一方面，流化床类造粒的床层较高，需要较高的流化空气压力，造成较高的能耗。流化床造粒技术的改型—喷射床造粒，则容易产生粉尘。另一种包覆造粒设计为料帘类造粒，将雾化液滴喷向运动颗粒，通常由转动转鼓形成运动的料流，液滴与运动料流碰撞接触，在颗粒表面包覆、固化，由于晶种颗粒的流动性较差，颗粒之间容易粘结，含有较大的聚团造粒成分，造成产品颗粒的形貌较差，强度较低等缺点。而且由于料流与空气的接触较差，其冷却或干燥效率很低，造成整体造粒效率低。

法国卡尔藤巴赫—蒂林公司在中国申请的专利文献(申请号：98115143.4，公开号：1238320)，是流化滚筒造粒装置，通过滚筒的溢流堰调节颗粒在转鼓内的停留时间。在转鼓内加入流化床冷却颗粒物料，缺乏流化床冷却和使颗粒增大的可实施方法和结构。在蒋大洲专利(申请号：99122286.5，公开号：1257053)将“尿素液滴喷洒在流化床内的尿素颗粒表面上”，且“尿素颗粒在沸腾状态下长大”，属于流化床类造粒技术，产品粒度存在上限，当利用流化床形成料帘进行造粒时，没有说明实现均匀造粒的方法和条件。在蒋大洲专利(申请号：98249040.2，授权公告号：CN2370006Y)中采用锯齿性溢流口，容易形成不均匀的料帘，专利文献没有说明实现均匀造粒的措施和条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投资省、能耗低、操作容易、产品质量好、效率高的转鼓流化床造粒方法及装置。

本发明提出的转鼓流化床造粒方法的特征在于：当一个持料量体积为转鼓体积的(5～30)％、轴向与水平面倾角为(0～5)°的转鼓以(2～10)转/分的转速转动时，从转鼓一端加入的晶种颗粒被均布于转鼓内侧且折角为(90～180)°的折型抄板抄入设置在转鼓内的固定且沿转鼓轴向与水平面呈(0～2)°倾角的流化床上方，使粒径限定在一定范围内的晶种颗粒多点连续地向流化床上均匀落料，部分晶种颗粒落在开孔率为(0～3)％的侧板上，在重力和侧板上小孔气流的作用下，均匀进入与侧板相连且与侧板呈(90～180)°角的开孔率为(0.5～5)％的流化床分布板上，流化床的表观操作气速为(0.1～4.0)米/秒，流化气从上述分布板底部和侧板背面的气室进入对晶种颗粒进行冷却或干燥，同时推动晶种颗粒沿着与转鼓轴向水平面的夹角为(0～2)°、垂直于转鼓轴向水平面的倾角为(0～30)°的上述分布板，经过高度为(0～200)mm的溢料口，均匀下落形成主料帘；造粒原料液经过距离厚度和方向可调的主料帘的中心线的交点距离为(80～400)mm的喷嘴雾化后喷向料帘，使液滴与料帘中的运动晶种颗粒碰撞接触，在表面包覆、固化，抄有较多晶种颗粒的折型抄板在到达流化床上方之前所产生的落料所形成的二次料帘起到防止少量穿透主料帘的雾化液滴在转鼓内壁累积造成结疤的作用，落到转鼓底部的颗粒再由折型抄板抄入流化床，经过如此多次循环，使颗粒粒径连续增大；通过倾斜转鼓的转动把晶种颗粒从转鼓轴向的入料端移动位于转鼓轴向另一端的出料端。当转鼓水平安装时，采用折型抄板沿转鼓内壁呈螺旋形分布的方法将物料从入料端移送到出料端。所述主料帘的厚度和方向的调节是通过调整设置在溢流口的主料帘调节板的转动角度来实现的。所述抄入流化床和流化床侧板上的晶种颗粒的粒径是用设置在流化床上方且网孔直径为(10～100)mm的挡网来限定的。

本发明提出的转鼓流化床造粒装置的特征在于：它含有轴向与水平面呈(0～5)°倾角的转鼓1；均匀分布在转鼓1的内壁且折角为(90～180)°的折型抄板2；侧面和底面与流化床分布板15及侧板14构成气室且沿转鼓1轴向和水平面呈(0～2)°倾角的设置在转鼓1内的静止流化床13；在流化床13的一个内侧是一块贯穿流化床13轴向的开有一定数量的小孔且开孔率为(0～3)％的侧板14；与侧板14呈(90～180)°角相连且开孔率为(0.5～5.0％)的分布板15，该分布板15沿转鼓1轴向与水平面的倾角为(0～2)°，而在垂直于转鼓1的横向与水平面的倾角为(0～30)°；在垂直于转鼓1轴向的分布板15的末端设有堰高为(0～200)mm的溢流口16；用螺钉固定在流化床13上且可用另一螺钉来调整转角以调整主料帘21的厚度和方向的主料帘调节板17；用于限定抄入流化床13和流化床侧板14上的晶种颗粒粒径的设置在流化床13上方且网孔直径为(10～100)mm并由流化床侧板14和挡网支承19来支承的挡网18；沿转鼓1轴向引入转鼓1内的原料液管8、蒸汽管9和雾化气管10，蒸汽管9为原料液管8提供蒸汽保温，雾化气管10采用保温材料保温；连通原料液管8和雾化气管10且咀的端部距离主料帘21中心线的交点距离为(80～400)mm的喷嘴20；自转鼓1高端沿转鼓1轴向引入转鼓1内的进料管6；沿转鼓1轴向引入转鼓1内且轴向贯穿转鼓1并在管壁上又开有出气孔的流化气管7；流化气管7同时起支撑流化床13的作用；固定在支座5上用以托住外表面带传动齿圈4的转鼓1的托轮支承3以及设在转鼓1与入料端相对的另一端的静止出料口11和引风口12。

使用证明，本方法和装置达到了预期目的。

附图说明

图1：转鼓流化床造粒方法的原理示意图。

图2：转鼓流化床造粒装置的纵向剖视图。

图3：转鼓流化床造粒装置的横向剖视图。

图4：转鼓流化床造粒装置的主料帘调节板17连接放大图。

图5：转鼓流化床造粒方法和装置实施所获得的产品照片(粒度：(2～4)mm，强度：～30N)。

图6：转鼓流化床造粒方法和装置实施所获得的产品照片(粒度：(6～8)mm，强度：～80N)。

图7：转鼓流化床造粒方法和装置实施所获得的产品照片(粒度：(10～15)mm，强度：～150N)。

具体实施方式

本发明利用流化床优良的气固接触，强化颗粒移热或脱水(采用一定浓度的原料液时)。流化床分布板设有一定的开孔率，流化气速根据转鼓内晶种颗粒的粒径大小进行调节，粒径较大时，采用较高的气速，粒径较小时，采用较低的气速，以保证流化床上颗粒处于均匀的流化状态，并在晶种颗粒流落后形成的料帘中，颗粒处于较强烈的运动状态。在雾化液滴与运动颗粒表面的碰撞接触中，实现等概率随机包覆、固化，使晶种颗粒粒度逐渐增大，形成致密均匀结构的颗粒，提高颗粒的球形度和强度。流化床沿转鼓轴向保持水平或有微小的倾角，使流化气体不会在轴向因为床层高度的差别而导致气体分布不均匀。在流化床溢流口，设置主料帘调节板，用于调节主料帘方向、厚度和喷嘴与主料帘之间的距离，实现最佳的造粒状态。流化床侧板与分布板保持一定的夹角，侧板开孔通气，推动流化床内物料向溢流口运动。

本发明涉及的造粒装置包含一个转鼓，转鼓内壁装有折型抄板，转鼓以一定的速度转动，在转鼓内安装一个固定的流化床，晶种颗粒自转鼓的入料端加入，抄板将颗粒连续地抄入流化床，由于流化床良好的气固接触特性，通入低温流化空气冷却移热或通入热风将颗粒干燥，流化床中的颗粒在气流的搅动作用下不停地运动，经溢流口流落形成连续均匀的料帘。在转鼓轴向垂直于料帘的侧面设置多个喷嘴，造粒原料液通过喷嘴形成雾化液滴，喷向料帘，与动态颗粒碰撞接触，在颗粒表面包覆、固化，使颗粒粒径增大，增大后的颗粒落入转鼓底部，再次被抄板抄入流化床，进行冷却(或干燥)、包覆、固化的循环。由于转鼓与水平面有一定的倾角，或在转鼓水平安装时将折型抄板在转鼓内呈螺旋状分布，颗粒从入料端逐渐移动到出料端，在颗粒沿转鼓轴向移动过程中，粒径逐渐增大。增大后的颗粒经过筛分、冷却，获得合格粒径和温度的颗粒产品。

以下结合图1～图4对本发明进行说明：

折型抄板2将颗粒抄入流化床13，折型抄扳2设计一定的角度，将晶种颗粒连续均匀地抄入流化床13内，不会破坏流化床13的流化状态。包覆、固化后的颗粒在流化床13中冷却或干燥，由于流化颗粒自身的流动性和来自侧板14气流的推动，料流在溢流口16流落，形成主料帘21。采用无溢流堰方式，可以使流化床13在物料流落时，产生均匀料帘，并通过主料帘调节板17调整主料帘21的厚度、均匀性、与喷嘴20之间的距离和方向，必要时，也可以设置一定的溢流口16，其高度为(0～200)mm。在流化床13上方，设置网孔直径为(10～100)mm的挡网18，用于限制抄入流化床13和流化床侧板14上的晶种颗粒粒径，防止可能的粘结粗颗粒或结块进入流化床13而影响流化状态，结块或过粗颗粒可从挡网18上取出，也可安装一定的挡网角度，使其在不断经过挡网18和下落的循环后排出转鼓1，经筛分后去熔融或破碎。

主料帘21与喷嘴20之间的距离通过主料帘调节板17进行调节，雾化喷嘴20可以采用气液双流式喷嘴也可以采用单流压力式喷嘴，采用单流喷嘴时，不需要雾化气管10。造粒原料液经过喷嘴20雾化成液滴，喷向主料帘21，与主料帘21中的运动颗粒碰撞接触，在颗粒表面包覆、固化，使颗粒粒径得到增大，主料帘21中的颗粒落到转鼓1的底部，再次被抄扳2抄入流化床13中，进行冷却或干燥，如此多次循环，实现颗粒粒径的逐渐增大。转鼓1中需要保持一定的持料量，当折型抄扳2抄起颗粒时，物料在进入流化床13之前，便开始落料，形成二次料帘22，有利于防止少数穿透主料帘21的雾化液滴在转鼓1内壁累积结疤。

本发明方法和装置的基本工艺参数如下：

1.转鼓1轴向与水平面的安装倾角为(0～5)°；转鼓1转速为(2～10)转/分；折型抄扳2的折角为(90～180)°。

2.转鼓1中持料量为转鼓1体积的(5～30)％；造粒转鼓1内温度为(80～120)℃；转鼓1内压力为(-30～-200)mm H₂O柱。

3.沿转鼓1轴向流化床分布板15与水平面的夹角为(0～2)°，在垂直于转鼓1轴向流化床分布板15与水平面的夹角为(0～30)°；流化床分布板15的开孔率为(0.5～5)％，流化气的表观操作气速为(0.1～4)m/s。

4.侧板14与分布板15的夹角为(90～180)°；在侧板14上开有一定数量的小孔，开孔率为(0～3)％。

5.溢流口16的溢流堰高度为(0～200)mm，喷嘴20端部距离料帘中心线的交点距离为(80～400)mm。

本发明方法和装置已经进行了工业实施：

该造粒技术和装置用于浓度约为99.8％的尿素熔融液造粒，将平均粒径约为2mm的筛下细颗粒和补加造粒塔尿素颗粒作为晶种，在转鼓流化床造粒机内造粒，所造得合格产品颗粒的粒径为(2～4)mm，根据需要，可以生产任意粒径的产品颗粒，也可以造出粒度更大如15mm的颗粒，在生产不同粒径产品时，需要更换造粒流程中的筛网孔径，并适当调整流化气的表观速度，所用晶种为造粒机筛分后的细颗粒返料和补加来自造粒塔的普通尿素颗粒。图5、图6、图7为采用本发明生产的大颗粒尿素和超大颗粒尿素产品照片，其粒度和强度分别为(2～4)mm，～30 N；(6～8)mm，～80N；(10～15)mm，～150N。造粒过程中不增加缩二脲含量。图5为流程中筛分机的上下层筛网尺寸选取分别为2mm和4mm时所获得的产品，小于2mm的细颗粒用作返料晶种，在造粒产品中，大于4mm的颗粒很少；图6为流程中筛分机的上下层筛网尺寸选取分别为6mm和8mm时，获得的产品颗粒，小于6mm的颗粒用于返料晶种；图7为流程中筛分机的上下层筛网尺寸选取分别为10mm和15mm，小于10mm的颗粒用于返料晶种，由于在超大颗粒生产时，自投料开始需要较长的造粒时间，才开始获得满足超大粒径要求的产品，在颗粒粒径增大的同时，会造成造粒机中持料量太大，需要分流部分较粗颗粒的返料，同时为了保持造粒料帘的合适空隙率，仍然需要不断补加粒度较小的晶种。在实施过程中，其基本工艺参数如下：

1.转鼓轴向与水平面的安装倾角为1°；转鼓1转速为6rpm；折型抄扳2的折角为150°。

2.转鼓1中持料量约为转鼓1体积的15％；造粒转鼓1内温度为95℃；转鼓1内压力为-50mm H₂O柱。

3.沿转鼓1轴向流化床分布板15与水平面的夹角为0°，在垂直于转鼓1轴向流化床分布板15与水平面的夹角为0°；流化床分布板15的开孔率为3.2％，生产(2～4)mm的大颗粒尿素时，流化气的表观操作气速约为1.4m/s；生产(6～8)mm的大颗粒尿素时，流化气的表观操作气速约为1.6m/s；生产(10～15)mm的超大颗粒时，流化气的表观操作气速约为2.0m/s；均存在一定的操作范围。

4.侧板14与分布板15的夹角为145°；在侧板14上开有一定数量的小孔，开孔率为0.8％。

5.溢流口16的溢流堰高度为0mm，喷嘴20端部距离料帘中心线的交点距离约为280mm。

Claims

1.转鼓流化床造粒方法，含有转鼓造粒和料帘包覆造粒的步骤，其特征在于：当一个持料量体积为转鼓体积的(5～30)％、轴向与水平面倾角为(0～5)°的转鼓以(2～10)转/分的转速转动时，从转鼓一端加入的晶种颗粒被均布于转鼓内侧且折角为(90～180)°的折型抄板抄入设置在转鼓内且沿转鼓轴向与水平面呈(0～2)°倾角的固定流化床上方，使粒径限定在一定范围内的晶种颗粒多点连续地向流化床上均匀落料，部分晶种颗粒落在开孔率为(0～3)％的侧板上，在重力和侧板上小孔气流的作用下，均匀进入与侧板相连且与侧板呈(90～180)°角的开孔率为(0.5～5)％的流化床分布板上，流化床的表观操作气速为(0.1～4.0)米/秒，流化气从上述分布板底部和侧板背面的气室进入对晶种颗粒进行冷却或干燥，同时推动晶种颗粒沿着与转鼓轴向水平面的夹角为(0～2)°、垂直于转鼓轴向水平面的倾角为(0～30)°的上述分布板，经过高度为(0～200)mm的溢料口，均匀下落形成主料帘；造粒原料液经过距离厚度和方向可调的主料帘的中心线的交点距离为(80～400)mm的喷嘴雾化后喷向主料帘，使液滴与主料帘中的运动晶种颗粒碰撞接触，在表面包覆、固化，抄有较多晶种颗粒的折型抄板在到达流化床上方之前所产生的落料所形成的二次料帘起到防止少量穿透主料帘的雾化液滴在转鼓内壁累积造成结疤的作用，落到转鼓底部的颗粒再由折型抄板抄入流化床，经过如此多次循环，使颗粒粒径连续增大；通过倾斜转鼓的转动把晶种颗粒从转鼓轴向的入料端移动到位于转鼓轴向另一端的出料端。

2.根据权利要求1所述的转鼓流化床造粒方法，其特征在于：当转鼓水平安装时，采用折型抄板沿转鼓内壁呈螺旋形分布的方法将物料从入料端移送到出料端。

3.根据权利要求1所述的转鼓流化床造粒方法，其特征在于：所述主料帘的厚度和方向的调节是通过调整设置在溢流口的主料帘调节板的转动角度来实现的。

4.根据权利要求1所述的转鼓流化床造粒方法，其特征在于：所述抄入流化床和流化床侧板上的晶种颗粒的粒径是用设置在流化床上方且网孔直径为(10～100)mm的挡网来限定的。

5.根据权利要求1所述的方法而设计的装置，其特征在于：它含有轴向与水平面呈(0～5)°倾角的转鼓1；均匀分布在转鼓1的内壁且折角为(90～180)°的折型抄板2；侧面和底面与流化床分布板15及侧板14构成气室且沿转鼓1轴向和水平面呈(0～2)°倾角的设置在转鼓1内的固定流化床13；在流化床13的一个内侧是一块贯穿流化床13轴向的开有一定数量的小孔且开孔率为(0～3)％的侧板14；与侧板14呈(90～180)°角相连且开孔率为(0.5～5.0％)的分布板15，该分布板15沿转鼓1轴向与水平面的倾角为(0～2)°，而在垂直于转鼓1轴向与水平面的倾角为(0～30)°；在垂直于转鼓1轴向的分布板15的末端设有堰高为(0～200)mm的溢流口16；用螺钉固定在流化床13上且可用另一螺钉来调整转角以调整主料帘21的厚度和方向的主料帘调节板17；用于限定抄入流化床13和流化床侧板14上的晶种颗粒粒径的设置在流化床13上方且网孔直径为(10～100)mm并由流化床侧板14和挡网支承19来支承的挡网18；沿转鼓1轴向引入转鼓1内的原料液管8、蒸汽管9和雾化气管10，蒸汽管9为原料液管8提供蒸汽保温，雾化气管10采用保温材料保温；连通原料液管8和雾化气管10且咀的端部距离主料帘21中心线的交点距离为(80～400)mm的喷嘴20；自转鼓1高端沿转鼓1轴向引入转鼓1内的进料管6；沿转鼓1轴向引入转鼓1内且轴向贯穿转鼓1并在管壁上又开有出气孔的流化气管7，流化气管7同时起支撑流化床13的作用；固定在支座5上用以托住外表面带传动齿圈4的转鼓1的托轮支承3以及设在转鼓1与入料端相对的另一端的静止出料口11和引风口12。