合成氨技術(shù)
推薦企業(yè)
1 引 言
尿素肥料市場是一個不斷增長的市場，尿素消耗也在不斷增加。全世界有許多人都需要食品。食品工業(yè)的主要供應(yīng)商是農(nóng)業(yè)企業(yè)，尿素需求呈現(xiàn)與食品需求同樣的增長趨勢。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中，大部分尿素均用作肥料，只有少部分用于樹脂的技術(shù)生產(chǎn)，樹脂的生產(chǎn)又主要基于三聚氰胺。
因?yàn)槟蛩厥羌兓瘜W(xué)品，所以本文就不對該產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行討論。使用尿素的最重要問題是該產(chǎn)品的物理特性。即使在不利的條件下，大顆粒尿素在搬運(yùn)和儲存過程中均具有優(yōu)異的物理特性。
最關(guān)鍵的特性之一是顆粒的抗碎強(qiáng)度。顆粒在從倉庫運(yùn)輸?shù)睫r(nóng)戶的過程中及隨后在農(nóng)民的施肥機(jī)中均暴露于高機(jī)械力下。農(nóng)民傾向于使用有效施肥寬度為48m的施肥機(jī)。即使在這些條件下，顆粒也不容許降解為粉塵。
2 歷 史
有幾種工藝可用于尿素造粒。Girdler許可的轉(zhuǎn)鼓造粒工藝應(yīng)用已久。盡管該工藝的造粒能力有限，但也向美國和加拿大的公司頒發(fā)了該工藝許可證。
上世紀(jì)七十年代后期，斯塔米卡邦母公司DSM在其研究設(shè)施中開發(fā)了斯塔米卡邦流化床造粒工藝。同時，NSM公司在Sluiskil開發(fā)了自己的工藝，斯塔米卡邦則開發(fā)了專利性薄膜噴嘴，但斯塔米卡邦當(dāng)時決定不將該工藝投入商業(yè)化使用。
之后，斯塔米卡邦與Grodno Azot公司合作，開始在Belarus的商業(yè)化試驗(yàn)工廠中實(shí)施造粒工藝，并于2002年產(chǎn)出第一批產(chǎn)品。該工藝證實(shí)非常成功，后來被Fort Saskatchewan的Agrium尿素工廠接受。2003年，Agrium尿素工廠取得斯塔米卡邦的許可證，開始大顆粒尿素的商業(yè)化生產(chǎn)。
3 參 考
下表顯示所有造粒裝置。
表1 斯塔米卡邦造粒對照表
| 能力 | 合同年份 | 開車 | |
| Grodno Azot | 280 | 1996 | 2002 |
| Agrium | 625 *2 | 2002 | 2003 |
| EFC II | 2000 | 2003 | 2006 |
| Alexfert | 2000 | 2003 | 2006 |
| Helwan | 2000 | 2004 | 2007 |
| Grodno Azot | 1200 | 2006 | 2008 |
| Novomoskovsk | 2000 | 2006 | 2008 |
| Eagrium | 2000 *2 | 2007 | 2010 |
| Novomoskovsk | 1400 | 2007 | 2010 |
1995 ~ 2007年的造粒能力
圖1 1995~2007年的造粒能力
該圖連同其他兩家許可方（UFT和Toyo）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一起顯示斯塔米卡邦造粒的市場份額。斯塔米卡邦在宣布其工藝可投入商業(yè)應(yīng)用后，于2002年開始確定在行業(yè)中的地位。從此，斯塔米卡邦造粒工藝的引用非常成功。
4 布 置
將濃度為98.5%的尿素送入設(shè)備。為了達(dá)到該濃度，將兩個蒸發(fā)器安裝在尿素熔融裝置內(nèi)。在第一個蒸發(fā)器中，尿素濃度達(dá)到約為95.0%。
圖2中，工藝流程圖給出了造粒裝置的布置。熔融尿素在尿素熔融泵的吸入口與尿素甲醛混合。加入尿素甲醛溶液來穩(wěn)定最終產(chǎn)品。尿素甲醛作為甲醛與尿素之間的預(yù)縮液混合物加入，最終產(chǎn)品中，濃度為0.30%的甲醛足以實(shí)現(xiàn)良好的最終產(chǎn)品特性。
將濃度為98.5%的尿素送入設(shè)備。為了達(dá)到該濃度，將兩個蒸發(fā)器安裝在尿素熔融裝置內(nèi)。在第一個蒸發(fā)器中，尿素濃度達(dá)到約為95.0%。
圖2中，工藝流程圖給出了造粒裝置的布置。熔融尿素在尿素熔融泵的吸入口與尿素甲醛混合。加入尿素甲醛溶液來穩(wěn)定最終產(chǎn)品。尿素甲醛作為甲醛與尿素之間的預(yù)縮液混合物加入，最終產(chǎn)品中，濃度為0.30%的甲醛足以實(shí)現(xiàn)良好的最終產(chǎn)品特性。
圖2 造粒設(shè)備的工藝布置
將熔融尿素送入造粒機(jī)。許多集氣管安裝在造粒機(jī)下部，熔融尿素管線位于集氣管中心。通過該設(shè)計(jì)，能確保熔融尿素管線總是處于高溫環(huán)境，從而防止熔融尿素結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。集氣管本身使用防水材料隔熱，以防止冷流化風(fēng)向二次風(fēng)傳熱。
整個系統(tǒng)的核心是造粒機(jī)內(nèi)的尿素熔融噴嘴。熔融尿素噴嘴是薄膜型噴嘴，噴嘴被熔融尿素周圍圓柱模式的噴射風(fēng)所包圍。二次風(fēng)的風(fēng)速較高，因此在噴嘴頂部形成減壓區(qū)。由于壓力較低，晶種料吸入該區(qū)并通過熔融尿素。熔融尿素作為液膜離開噴嘴頂部，而晶種料則必須穿過該薄膜。這樣，所有晶種料均由一層熔融尿素薄膜覆蓋，而濃縮液則完全消耗。通過該工藝，沒有塊狀尿素形成。
造粒區(qū)后面設(shè)置小冷卻區(qū)。產(chǎn)品在該冷卻區(qū)溫度降低約5~10℃，通過提取機(jī)和安全篩，直達(dá)冷卻器，在該冷卻器內(nèi)冷卻至約70℃。在該溫度下，使用斗式提升機(jī)將產(chǎn)品運(yùn)輸至造粒機(jī)廠房頂部，主篩位于造粒機(jī)廠房頂部。產(chǎn)品分為粗顆粒產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)顆粒產(chǎn)品和細(xì)顆粒產(chǎn)品。篩子具有兩個篩板。最終產(chǎn)品規(guī)范通常給出產(chǎn)品的平均顆粒直徑（表示為d50）。確定篩孔尺寸，使最終產(chǎn)品滿足客戶的要求。最終產(chǎn)品的要求確定循環(huán)材料的數(shù)量，循環(huán)量約為裝置能力的30%~35%。篩子安裝在出口方向的斜坡下方，在其裝載點(diǎn)處沿水平面內(nèi)的循環(huán)方向運(yùn)動。通過篩板之間的滾珠防止篩內(nèi)的產(chǎn)品結(jié)垢。
離開篩子的粗顆粒材料收集在粗顆粒料斗內(nèi)，然后送至破碎機(jī)，只有少量產(chǎn)品尺寸過大。在正常操作條件下，粗顆粒料斗內(nèi)沒有料位。破碎機(jī)是具有兩組滾筒的輥式破碎機(jī)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測量值調(diào)整滾筒之間的間隙設(shè)置。破碎機(jī)在造粒工藝中發(fā)揮非常重要的作用。離開破碎機(jī)的產(chǎn)品的尺寸和形狀確定最終產(chǎn)品的質(zhì)量參數(shù)，如顆粒平均球度、休止角、結(jié)塊特性、粒度分布。
產(chǎn)品經(jīng)破碎機(jī)處理后與細(xì)顆粒結(jié)合，然后循環(huán)至造粒機(jī)的第一造粒室。利用造粒機(jī)和冷卻器中使用的流化風(fēng)流經(jīng)洗滌塔除去所有粉塵，斯塔米卡邦工藝的灰塵主要在破碎機(jī)中產(chǎn)生，約為總裝置能力的1.5%。粉塵被洗滌溶液吸收，然后濃度為45%的溶液循環(huán)至熔融裝置。
5 噴嘴設(shè)計(jì)
1980年，在噴嘴設(shè)計(jì)的起始階段，制定了一系列條款。造粒噴嘴應(yīng)具有以下特性：
⑴ 低能耗；
⑵ 最終產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良；
⑶ 低粉塵形成；
⑷ 低甲醛消耗。
這些要求相結(jié)合，導(dǎo)致噴膜造粒噴嘴的產(chǎn)生。特別是有關(guān)低粉塵形成的第三個條件致使在造粒工藝中使用薄膜。通過熔融尿素薄層分層實(shí)現(xiàn)顆粒增長。其他原理基于液滴凝聚，在這種類型的凝聚中，存在一些液滴在發(fā)生凝聚前就已經(jīng)結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要加入甲醛延遲液滴的結(jié)晶過程，以使工藝過程更理想。
薄膜層的干燥時間必須足夠短，以防止?jié)耦w粒凝聚。這就需要高度濃縮的溶液促使快速結(jié)晶。在研究范圍內(nèi)，無需使用甲醛溶液，即可操作造粒設(shè)備。在研究試驗(yàn)中，粉塵形成并不成問題。
薄膜形成工藝使顆粒具有非常光滑的外表面。最終產(chǎn)品的顆粒球度非常好，該特性與結(jié)塊特性之間有重要關(guān)系。純球體之間的接觸面最小，成形顆粒的不規(guī)則性增加了顆粒之間的接觸面。顆粒之間接觸面的水分凝結(jié)導(dǎo)致結(jié)塊的開始，如果接觸面減小，抗結(jié)塊特性則得到改善。自2003年以來，所有這些特性均在斯塔米卡邦工業(yè)造粒裝置中得到證實(shí)。
造粒區(qū)后面設(shè)置小冷卻區(qū)。產(chǎn)品在該冷卻區(qū)溫度降低約5~10℃，通過提取機(jī)和安全篩，直達(dá)冷卻器，在該冷卻器內(nèi)冷卻至約70℃。在該溫度下，使用斗式提升機(jī)將產(chǎn)品運(yùn)輸至造粒機(jī)廠房頂部，主篩位于造粒機(jī)廠房頂部。產(chǎn)品分為粗顆粒產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)顆粒產(chǎn)品和細(xì)顆粒產(chǎn)品。篩子具有兩個篩板。最終產(chǎn)品規(guī)范通常給出產(chǎn)品的平均顆粒直徑（表示為d50）。確定篩孔尺寸，使最終產(chǎn)品滿足客戶的要求。最終產(chǎn)品的要求確定循環(huán)材料的數(shù)量，循環(huán)量約為裝置能力的30%~35%。篩子安裝在出口方向的斜坡下方，在其裝載點(diǎn)處沿水平面內(nèi)的循環(huán)方向運(yùn)動。通過篩板之間的滾珠防止篩內(nèi)的產(chǎn)品結(jié)垢。
離開篩子的粗顆粒材料收集在粗顆粒料斗內(nèi)，然后送至破碎機(jī)，只有少量產(chǎn)品尺寸過大。在正常操作條件下，粗顆粒料斗內(nèi)沒有料位。破碎機(jī)是具有兩組滾筒的輥式破碎機(jī)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測量值調(diào)整滾筒之間的間隙設(shè)置。破碎機(jī)在造粒工藝中發(fā)揮非常重要的作用。離開破碎機(jī)的產(chǎn)品的尺寸和形狀確定最終產(chǎn)品的質(zhì)量參數(shù)，如顆粒平均球度、休止角、結(jié)塊特性、粒度分布。
產(chǎn)品經(jīng)破碎機(jī)處理后與細(xì)顆粒結(jié)合，然后循環(huán)至造粒機(jī)的第一造粒室。利用造粒機(jī)和冷卻器中使用的流化風(fēng)流經(jīng)洗滌塔除去所有粉塵，斯塔米卡邦工藝的灰塵主要在破碎機(jī)中產(chǎn)生，約為總裝置能力的1.5%。粉塵被洗滌溶液吸收，然后濃度為45%的溶液循環(huán)至熔融裝置。
5 噴嘴設(shè)計(jì)
1980年，在噴嘴設(shè)計(jì)的起始階段，制定了一系列條款。造粒噴嘴應(yīng)具有以下特性：
⑴ 低能耗；
⑵ 最終產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良；
⑶ 低粉塵形成；
⑷ 低甲醛消耗。
這些要求相結(jié)合，導(dǎo)致噴膜造粒噴嘴的產(chǎn)生。特別是有關(guān)低粉塵形成的第三個條件致使在造粒工藝中使用薄膜。通過熔融尿素薄層分層實(shí)現(xiàn)顆粒增長。其他原理基于液滴凝聚，在這種類型的凝聚中，存在一些液滴在發(fā)生凝聚前就已經(jīng)結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要加入甲醛延遲液滴的結(jié)晶過程，以使工藝過程更理想。
薄膜層的干燥時間必須足夠短，以防止?jié)耦w粒凝聚。這就需要高度濃縮的溶液促使快速結(jié)晶。在研究范圍內(nèi)，無需使用甲醛溶液，即可操作造粒設(shè)備。在研究試驗(yàn)中，粉塵形成并不成問題。
薄膜形成工藝使顆粒具有非常光滑的外表面。最終產(chǎn)品的顆粒球度非常好，該特性與結(jié)塊特性之間有重要關(guān)系。純球體之間的接觸面最小，成形顆粒的不規(guī)則性增加了顆粒之間的接觸面。顆粒之間接觸面的水分凝結(jié)導(dǎo)致結(jié)塊的開始，如果接觸面減小，抗結(jié)塊特性則得到改善。自2003年以來，所有這些特性均在斯塔米卡邦工業(yè)造粒裝置中得到證實(shí)。
圖3 薄膜噴嘴
6 粉末形成
粉塵形成是造粒工藝中的關(guān)鍵點(diǎn)，如上文所述，粉塵形成與破碎機(jī)有關(guān)。薄膜噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是造粒機(jī)中的粉塵形成有限。在其他工藝中，熔融尿素作為非常細(xì)小的液滴分布在造粒機(jī)內(nèi)。如果細(xì)小液滴不符合晶種顆粒，則結(jié)晶成粉塵顆粒。粉塵顆粒吹出，然后在造粒機(jī)頂部沉淀下來。
由于在斯塔米卡邦工藝中粉塵形成最少，造粒機(jī)洗滌時間間隔約為90天或更長。在大多數(shù)情況下，只在氨裝置或尿素裝置跳閘引起的裝置停機(jī)期間才洗滌造粒機(jī)�，F(xiàn)有裝置方面的經(jīng)驗(yàn)證明裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期有所改進(jìn)，造粒機(jī)洗滌要花費(fèi)數(shù)小時。儲罐容量設(shè)計(jì)為儲存熔融尿素溶液達(dá)8個小時，如果由于造粒機(jī)中形成過多結(jié)塊，而必須進(jìn)行洗滌，尿素裝置仍然通過尿素溶液儲罐的儲存容量運(yùn)行時，造粒設(shè)備停機(jī)。該操作減少了合成工段的負(fù)荷，尤其是預(yù)期到洗滌完成時。造粒機(jī)的此種洗滌導(dǎo)致產(chǎn)品損耗。
其他工藝中過多粉塵形成導(dǎo)致主篩的效率降低，因此需要定期清洗。必須進(jìn)行清洗來維持良好的產(chǎn)品分類。如果大量粉塵沉積在裝置內(nèi)，最終產(chǎn)品的表面將含有粉塵顆粒，致使產(chǎn)品含塵。在斯塔米卡邦造粒裝置中，篩子和破碎機(jī)中積聚的粉塵不會造成任何問題。即使不進(jìn)行清洗，主篩也具有良好的性能。
7 甲醛消耗
通常因兩個原因使用甲醛：
�、� 造粒機(jī)內(nèi)的造粒助劑，用于抑制粉塵形成；
�、� 穩(wěn)定最終產(chǎn)品。
在我們的工藝中，甲醛的作用僅限于最后一點(diǎn)，即穩(wěn)定最終產(chǎn)品。由于我們的工藝證明粉塵形成減少，我們就沒有理由使用甲醛來減少造粒機(jī)內(nèi)的粉塵形成。無需甲醛，我們也可操作試驗(yàn)裝置，即使在這種情況下，也有可能操作裝置。當(dāng)然，甲醛的缺失會影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。從Klapeida將無甲醛產(chǎn)品運(yùn)輸至Antwerp，客戶并未投訴，然而，抗碎強(qiáng)度較低，且產(chǎn)品的結(jié)塊趨勢增強(qiáng)。
斯塔米卡邦建議甲醛含量為0.30%，該產(chǎn)品已從埃及運(yùn)至加拿大和美國。經(jīng)過3周行程后，我們目睹了在加拿大漢密爾頓進(jìn)行的卸船。產(chǎn)品狀態(tài)良好，顯示良好的自由流動性能。另一艘船駛往英國，由于技術(shù)/機(jī)械問題，該船經(jīng)4周后才到達(dá)英國，產(chǎn)品質(zhì)量較好。
我們考慮經(jīng)營成本時，相比其他工藝，甲醛減少是一個重要因素。甲醛的基本材料是甲醇。由于能源價格上漲，甲醇的生產(chǎn)成本與能源價格一樣不斷增加。對于3000t/d的裝置，節(jié)約達(dá)14200kg尿素甲醇溶液。為了進(jìn)行公平比較，必須考慮14200kg尿素甲醇溶液含3550kg/h尿素，而現(xiàn)在必須由該裝置生產(chǎn)3550kg/h尿素。世界范圍內(nèi)裝置的總成本節(jié)約額約為每年200萬美元。
圖5 運(yùn)至英國伊普斯威奇
粉塵形成是造粒工藝中的關(guān)鍵點(diǎn)，如上文所述，粉塵形成與破碎機(jī)有關(guān)。薄膜噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是造粒機(jī)中的粉塵形成有限。在其他工藝中，熔融尿素作為非常細(xì)小的液滴分布在造粒機(jī)內(nèi)。如果細(xì)小液滴不符合晶種顆粒，則結(jié)晶成粉塵顆粒。粉塵顆粒吹出，然后在造粒機(jī)頂部沉淀下來。
由于在斯塔米卡邦工藝中粉塵形成最少，造粒機(jī)洗滌時間間隔約為90天或更長。在大多數(shù)情況下，只在氨裝置或尿素裝置跳閘引起的裝置停機(jī)期間才洗滌造粒機(jī)�，F(xiàn)有裝置方面的經(jīng)驗(yàn)證明裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期有所改進(jìn)，造粒機(jī)洗滌要花費(fèi)數(shù)小時。儲罐容量設(shè)計(jì)為儲存熔融尿素溶液達(dá)8個小時，如果由于造粒機(jī)中形成過多結(jié)塊，而必須進(jìn)行洗滌，尿素裝置仍然通過尿素溶液儲罐的儲存容量運(yùn)行時，造粒設(shè)備停機(jī)。該操作減少了合成工段的負(fù)荷，尤其是預(yù)期到洗滌完成時。造粒機(jī)的此種洗滌導(dǎo)致產(chǎn)品損耗。
其他工藝中過多粉塵形成導(dǎo)致主篩的效率降低，因此需要定期清洗。必須進(jìn)行清洗來維持良好的產(chǎn)品分類。如果大量粉塵沉積在裝置內(nèi)，最終產(chǎn)品的表面將含有粉塵顆粒，致使產(chǎn)品含塵。在斯塔米卡邦造粒裝置中，篩子和破碎機(jī)中積聚的粉塵不會造成任何問題。即使不進(jìn)行清洗，主篩也具有良好的性能。
7 甲醛消耗
通常因兩個原因使用甲醛：
�、� 造粒機(jī)內(nèi)的造粒助劑，用于抑制粉塵形成；
�、� 穩(wěn)定最終產(chǎn)品。
在我們的工藝中，甲醛的作用僅限于最后一點(diǎn)，即穩(wěn)定最終產(chǎn)品。由于我們的工藝證明粉塵形成減少，我們就沒有理由使用甲醛來減少造粒機(jī)內(nèi)的粉塵形成。無需甲醛，我們也可操作試驗(yàn)裝置，即使在這種情況下，也有可能操作裝置。當(dāng)然，甲醛的缺失會影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。從Klapeida將無甲醛產(chǎn)品運(yùn)輸至Antwerp，客戶并未投訴，然而，抗碎強(qiáng)度較低，且產(chǎn)品的結(jié)塊趨勢增強(qiáng)。
斯塔米卡邦建議甲醛含量為0.30%，該產(chǎn)品已從埃及運(yùn)至加拿大和美國。經(jīng)過3周行程后，我們目睹了在加拿大漢密爾頓進(jìn)行的卸船。產(chǎn)品狀態(tài)良好，顯示良好的自由流動性能。另一艘船駛往英國，由于技術(shù)/機(jī)械問題，該船經(jīng)4周后才到達(dá)英國，產(chǎn)品質(zhì)量較好。
表2 所運(yùn)產(chǎn)品的化學(xué)特性
| 新法蘭西 | 英國伊普斯威奇 | 加拿大漢密爾頓 | ||
| 雙縮脲 | wt % | 0.86 | 0.83 | 0.79 |
| 水 | wt % | 0.12 | 0.09 | 0.09 |
| 甲醛 | wt % | 0.30 | 0.33 | 0.31 |
| d50 | mm | 2.88 | 3.02 | 3.36 |
| UI (d5/d90) | % | 61 | 60 | 65 |
| 抗碎強(qiáng)度 | N | 38.4 (2.80 mm) | 35.5 (2.80 mm) | 57.1 (3.35 mm) |
| 堆積密度 | kg/m3 | 808 | 823 | 834 |
| 休止角 | (°) | 29.5 | 30.5 | 31.2 |
我們考慮經(jīng)營成本時，相比其他工藝，甲醛減少是一個重要因素。甲醛的基本材料是甲醇。由于能源價格上漲，甲醇的生產(chǎn)成本與能源價格一樣不斷增加。對于3000t/d的裝置，節(jié)約達(dá)14200kg尿素甲醇溶液。為了進(jìn)行公平比較，必須考慮14200kg尿素甲醇溶液含3550kg/h尿素，而現(xiàn)在必須由該裝置生產(chǎn)3550kg/h尿素。世界范圍內(nèi)裝置的總成本節(jié)約額約為每年200萬美元。
圖4 在加拿大卸船
8 最終產(chǎn)品質(zhì)量
最終產(chǎn)品特性與化學(xué)成分和物理特性（例如結(jié)塊特性和抗碎強(qiáng)度）有關(guān)。
8.1 化學(xué)成分
在所有項(xiàng)目中，大顆粒尿素產(chǎn)品的化學(xué)成分要求均非常相似。普遍接受雙縮脲濃度為0.90 wt%。由于甲醛濃度減少且最終產(chǎn)品的含水量低，可輕易達(dá)到最終產(chǎn)品中要求的含氮量。
裝置操作經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，在所有情況下，含水量均不超過保證值，即0.30%。
8.2 物理特性
產(chǎn)品的主要特性是粒度分布�？蛻粝Ｍa(chǎn)品具有要求的平均直徑和良好的均勻性。通過主篩進(jìn)行產(chǎn)品分類，正確選擇篩網(wǎng)的篩孔尺寸會實(shí)現(xiàn)要求的粒度分布。已證明斯塔米卡邦的造粒工藝具有非常高的造粒效率。從造粒機(jī)產(chǎn)出的大多數(shù)產(chǎn)品均具有要求的直徑，因此在穩(wěn)定操作過程中，循環(huán)流動率低。
最終產(chǎn)品特性與化學(xué)成分和物理特性（例如結(jié)塊特性和抗碎強(qiáng)度）有關(guān)。
8.1 化學(xué)成分
在所有項(xiàng)目中，大顆粒尿素產(chǎn)品的化學(xué)成分要求均非常相似。普遍接受雙縮脲濃度為0.90 wt%。由于甲醛濃度減少且最終產(chǎn)品的含水量低，可輕易達(dá)到最終產(chǎn)品中要求的含氮量。
裝置操作經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，在所有情況下，含水量均不超過保證值，即0.30%。
8.2 物理特性
產(chǎn)品的主要特性是粒度分布�？蛻粝Ｍa(chǎn)品具有要求的平均直徑和良好的均勻性。通過主篩進(jìn)行產(chǎn)品分類，正確選擇篩網(wǎng)的篩孔尺寸會實(shí)現(xiàn)要求的粒度分布。已證明斯塔米卡邦的造粒工藝具有非常高的造粒效率。從造粒機(jī)產(chǎn)出的大多數(shù)產(chǎn)品均具有要求的直徑，因此在穩(wěn)定操作過程中，循環(huán)流動率低。
圖5 運(yùn)至英國伊普斯威奇
其他特性（例如抗碎強(qiáng)度和結(jié)塊特性）具有相互作用。含水量、結(jié)塊特性與抗碎強(qiáng)度之間具有密切關(guān)系，含水量低的結(jié)果是抗碎強(qiáng)度更好，且結(jié)塊趨勢下降。Pan Orphanides1描述了在大顆粒尿素堆中水分遷移影響的綜合研究。
9 成本比較
用于斯塔米卡邦造粒設(shè)備的尿素溶液濃度為98.5%。有可能在較低熔融尿素濃度下操作裝置，然而，產(chǎn)品質(zhì)量會下降。其他工藝基于95-96%的尿素溶液濃度。在該濃度下，只有一段蒸發(fā)器需要達(dá)到最終濃度。然而由于其他原因，需要預(yù)蒸發(fā)器。從該部分得出的結(jié)論是，任何工藝均具有兩個蒸發(fā)器。
�、� 濃度較低時，一個蒸發(fā)器設(shè)置在尿素溶液儲罐上游，一個設(shè)置在儲罐下游。
�、� 濃度高于96.5%時，兩個蒸發(fā)器均設(shè)置在尿素溶液儲罐下游。
總結(jié)論是，在所有情況下，兩個蒸發(fā)器的安裝均不受所需濃度約束。從熔融尿素濃度的角度看，幾乎對投資成本沒有任何影響。
較高濃度的另一個影響是蒸發(fā)段產(chǎn)生的水蒸氣量。水蒸氣總量必須在解析段重新加工。第一種方法描述用于水處理的較大設(shè)備，例如解析塔、水解塔、泵和換熱器。然而，所有造粒設(shè)備均具有至熔融尿素設(shè)備的濕循環(huán)，將濕循環(huán)材料送至蒸發(fā)器。為了對水處理段進(jìn)行清晰的對比，必須考慮兩種影響，即：
⑴ 斯塔米卡邦工藝的較高濃度造成的水量增加；
⑵ 濕循環(huán)材料因粉塵形成減少而減少。
讓我們來計(jì)算2000t/d裝置的影響。
補(bǔ)遺1
斯塔米卡邦造粒裝置要求熔融尿素濃度為98.5%。相比在96.0%熔融尿素濃度下操作的工藝，蒸發(fā)部分商討的額外水量等于2000t/d尿素生產(chǎn)所需水量的2.5%，即50t/d水。
補(bǔ)遺2
由于粉塵形成，斯塔米卡邦工藝的濕循環(huán)在45%溶液中達(dá)到1.5%尿素。表4中，計(jì)算了濕循環(huán)中的水量。
9 成本比較
用于斯塔米卡邦造粒設(shè)備的尿素溶液濃度為98.5%。有可能在較低熔融尿素濃度下操作裝置，然而，產(chǎn)品質(zhì)量會下降。其他工藝基于95-96%的尿素溶液濃度。在該濃度下，只有一段蒸發(fā)器需要達(dá)到最終濃度。然而由于其他原因，需要預(yù)蒸發(fā)器。從該部分得出的結(jié)論是，任何工藝均具有兩個蒸發(fā)器。
�、� 濃度較低時，一個蒸發(fā)器設(shè)置在尿素溶液儲罐上游，一個設(shè)置在儲罐下游。
�、� 濃度高于96.5%時，兩個蒸發(fā)器均設(shè)置在尿素溶液儲罐下游。
總結(jié)論是，在所有情況下，兩個蒸發(fā)器的安裝均不受所需濃度約束。從熔融尿素濃度的角度看，幾乎對投資成本沒有任何影響。
較高濃度的另一個影響是蒸發(fā)段產(chǎn)生的水蒸氣量。水蒸氣總量必須在解析段重新加工。第一種方法描述用于水處理的較大設(shè)備，例如解析塔、水解塔、泵和換熱器。然而，所有造粒設(shè)備均具有至熔融尿素設(shè)備的濕循環(huán)，將濕循環(huán)材料送至蒸發(fā)器。為了對水處理段進(jìn)行清晰的對比，必須考慮兩種影響，即：
⑴ 斯塔米卡邦工藝的較高濃度造成的水量增加；
⑵ 濕循環(huán)材料因粉塵形成減少而減少。
讓我們來計(jì)算2000t/d裝置的影響。
補(bǔ)遺1
斯塔米卡邦造粒裝置要求熔融尿素濃度為98.5%。相比在96.0%熔融尿素濃度下操作的工藝，蒸發(fā)部分商討的額外水量等于2000t/d尿素生產(chǎn)所需水量的2.5%，即50t/d水。
補(bǔ)遺2
由于粉塵形成，斯塔米卡邦工藝的濕循環(huán)在45%溶液中達(dá)到1.5%尿素。表4中，計(jì)算了濕循環(huán)中的水量。
表4 濕循環(huán)對水分蒸發(fā)的影響
| 98.5 % | 96.0 % | |
| t/d | t/d | |
| 尿素循環(huán)流量 | 30 | 100 |
| 濕循環(huán)流量，濃度45% | 67 | 222 |
| 水循環(huán) | 37 | 122 |
總結(jié)這兩種影響，最終結(jié)果為水流量減少35t/d。完整的比較應(yīng)包括第二蒸發(fā)器所需噴射器的蒸汽消耗量。噴射器的消耗量大約與最終計(jì)算結(jié)果相同。總體而言，對水處理段沒有有效影響。
10 耗電量
給出具體耗電量的數(shù)據(jù)并不簡單。問題是在某些情況下，通過裝置的局部布置確定壓差。另一個重要因素是選定排風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的效率和控制。耗電量通常約為35~40 kWh/t且只與排風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)有關(guān)，不考慮制冷設(shè)備的耗電量�？稍诒�5中找到排風(fēng)機(jī)的更具體耗電量。
10 耗電量
給出具體耗電量的數(shù)據(jù)并不簡單。問題是在某些情況下，通過裝置的局部布置確定壓差。另一個重要因素是選定排風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的效率和控制。耗電量通常約為35~40 kWh/t且只與排風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)有關(guān)，不考慮制冷設(shè)備的耗電量�？稍诒�5中找到排風(fēng)機(jī)的更具體耗電量。
表5 排風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的估計(jì)耗電量
|
耗電量 kW |
具體耗電量 kWh/t |
|||
| 效率 | 70% | 80% | 70% | 80% |
| 流化風(fēng)機(jī) | 2196 | 1921 | 19.52 | 17.08 |
| 大顆粒尿素冷卻器風(fēng)機(jī) | 230 | 201 | 2.04 | 1.79 |
| 二次風(fēng)鼓風(fēng)機(jī) | 972 | 850 | 8.64 | 7.56 |
| 造粒機(jī)洗滌塔風(fēng)機(jī) | 1075 | 939 | 9.55 | 8.34 |
| 冷卻器洗滌塔風(fēng)機(jī) | 351 | 307 | 3.12 | 2.73 |
| 除塵風(fēng)機(jī) | 60 | 53 | 0.53 | 0.47 |
| 最終冷卻器風(fēng)機(jī) | 137 | 120 | 1.22 | 1.06 |
| 總計(jì) | 5020 | 4391 | 44.63 | 39.03 |
主要耗電裝置為流化風(fēng)機(jī)，流化風(fēng)機(jī)的一個非常重要的因素是造粒機(jī)內(nèi)的流化床高度。造粒機(jī)運(yùn)行時，流化床高度為70-80cm，導(dǎo)致流化床（包括底板）上方總壓差達(dá)75 mbar。我們的工藝能在這一低位運(yùn)行，而沒有流化床過度噴灑的風(fēng)險(xiǎn)。噴嘴的作用僅限于約40cm的高度。理論上，有可能在這一低位進(jìn)行操作，然而，由于產(chǎn)品在造粒機(jī)中的停留時間短，所以這一低位并非首選。
大流量換熱器作為最終冷卻器用于大量新項(xiàng)目。大流量換熱器大約在15年前被引用到肥料領(lǐng)域。因?yàn)榘逯g存在產(chǎn)品結(jié)塊的風(fēng)險(xiǎn)且冷卻器中存在產(chǎn)品阻塞的風(fēng)險(xiǎn)，所以早期，肥料生產(chǎn)商不愿意接受板式換熱器�，F(xiàn)在，即使是大顆粒尿素或顆粒狀尿素產(chǎn)品，板式換熱器的應(yīng)用已被人們廣泛接受。
11 埃及化肥公司的經(jīng)驗(yàn)
EFC是開辦第一家2000t/d斯塔米卡邦造粒工廠的客戶。工廠位于Ain Sukhna，靠近紅海，蘇伊士運(yùn)河以南40km。這個位置已經(jīng)有一臺既有設(shè)備（EFC I），該設(shè)備的設(shè)計(jì)與斯塔米卡邦熔融尿素裝置的設(shè)計(jì)相同，但隨后又設(shè)置了一臺UFT造粒設(shè)備。新的聯(lián)合裝置連同斯塔米卡邦造粒裝置（由多特蒙得的伍德公司簽約）一起于2006年6月開車，熔融尿素裝置完全照抄第一個設(shè)備，包括水處理段。唯一的區(qū)別是熔融尿素裝置包括設(shè)置在第一蒸發(fā)器之后的其他蒸發(fā)器，用以達(dá)到操作斯塔米卡邦造粒設(shè)備所需的濃度，即98.5%。
從聯(lián)動試車的第一天起，裝置的運(yùn)行沒有任何問題，且裝置接受熔融尿素裝置生產(chǎn)的所有熔融尿素。造粒設(shè)備的最大負(fù)荷試驗(yàn)得出2100t/d的能力。
經(jīng)過一年運(yùn)行后，造粒機(jī)已經(jīng)可以運(yùn)行100多天，而沒有因洗滌引起的任何中斷。長期運(yùn)行因裝置跳閘中斷，而不因造粒機(jī)洗滌中斷。應(yīng)該有可能實(shí)現(xiàn)更長的運(yùn)行時間，相比其他裝置，該裝置的可用性更高。裝置通過尿素溶液儲罐相互連接，使尿素溶液能從EFC I運(yùn)至EFC II，反之亦然。最終產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，產(chǎn)品具有良好的結(jié)塊特性。在運(yùn)輸和搬運(yùn)過程中，幾乎沒有任何粉塵形成。
在性能測試運(yùn)行期間，由DSM的實(shí)驗(yàn)室測量排放量，下表顯示測量結(jié)果。
大流量換熱器作為最終冷卻器用于大量新項(xiàng)目。大流量換熱器大約在15年前被引用到肥料領(lǐng)域。因?yàn)榘逯g存在產(chǎn)品結(jié)塊的風(fēng)險(xiǎn)且冷卻器中存在產(chǎn)品阻塞的風(fēng)險(xiǎn)，所以早期，肥料生產(chǎn)商不愿意接受板式換熱器�，F(xiàn)在，即使是大顆粒尿素或顆粒狀尿素產(chǎn)品，板式換熱器的應(yīng)用已被人們廣泛接受。
11 埃及化肥公司的經(jīng)驗(yàn)
EFC是開辦第一家2000t/d斯塔米卡邦造粒工廠的客戶。工廠位于Ain Sukhna，靠近紅海，蘇伊士運(yùn)河以南40km。這個位置已經(jīng)有一臺既有設(shè)備（EFC I），該設(shè)備的設(shè)計(jì)與斯塔米卡邦熔融尿素裝置的設(shè)計(jì)相同，但隨后又設(shè)置了一臺UFT造粒設(shè)備。新的聯(lián)合裝置連同斯塔米卡邦造粒裝置（由多特蒙得的伍德公司簽約）一起于2006年6月開車，熔融尿素裝置完全照抄第一個設(shè)備，包括水處理段。唯一的區(qū)別是熔融尿素裝置包括設(shè)置在第一蒸發(fā)器之后的其他蒸發(fā)器，用以達(dá)到操作斯塔米卡邦造粒設(shè)備所需的濃度，即98.5%。
從聯(lián)動試車的第一天起，裝置的運(yùn)行沒有任何問題，且裝置接受熔融尿素裝置生產(chǎn)的所有熔融尿素。造粒設(shè)備的最大負(fù)荷試驗(yàn)得出2100t/d的能力。
經(jīng)過一年運(yùn)行后，造粒機(jī)已經(jīng)可以運(yùn)行100多天，而沒有因洗滌引起的任何中斷。長期運(yùn)行因裝置跳閘中斷，而不因造粒機(jī)洗滌中斷。應(yīng)該有可能實(shí)現(xiàn)更長的運(yùn)行時間，相比其他裝置，該裝置的可用性更高。裝置通過尿素溶液儲罐相互連接，使尿素溶液能從EFC I運(yùn)至EFC II，反之亦然。最終產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，產(chǎn)品具有良好的結(jié)塊特性。在運(yùn)輸和搬運(yùn)過程中，幾乎沒有任何粉塵形成。
在性能測試運(yùn)行期間，由DSM的實(shí)驗(yàn)室測量排放量，下表顯示測量結(jié)果。
表6 EFC裝置的排放量
| 粉塵 mg/m3 | 氨 mg/m3 | |
| 排放量 | 20~25 | 75~100 |
EFC對斯塔米卡邦造粒工藝非常滿意。所有斯塔米卡邦現(xiàn)場人員均根據(jù)對工藝的豐富知識和經(jīng)驗(yàn)提供良好的服務(wù)。已經(jīng)開始討論改進(jìn)造粒裝置，使其具有更高的造粒能力。EFC與斯塔米卡邦之間密切合作的第一次較高造粒能力測試取得了較好的結(jié)果。
12 專利設(shè)備
噴嘴被認(rèn)為是斯塔米卡邦的專利設(shè)備。在斯塔米卡邦母公司DSM的研究設(shè)施中開發(fā)了噴嘴設(shè)計(jì)，且噴嘴設(shè)計(jì)受到多項(xiàng)專利保護(hù)。斯塔米卡邦向造粒機(jī)制造車間提供噴嘴。造粒設(shè)備的所有其他零件均可在市場上購買且可在商業(yè)競爭中出價。
13 結(jié) 論
�、� 在2002年首次引用斯塔米卡邦造粒工藝后，斯塔米卡邦造粒工藝在市場上很受歡迎，從而形成12份參考。
�、� 進(jìn)行中試測試的客戶均選擇了斯塔米卡邦造粒工藝用于其擴(kuò)建項(xiàng)目。
⑶ 運(yùn)行成本低，運(yùn)行成本較低的主要原因是甲醛消耗量顯著減少。
⑷ 最終產(chǎn)品的質(zhì)量非常好。由于薄膜噴嘴，大顆粒尿素具有良好的顆粒球度和光滑的表面。
�、� 產(chǎn)品的物理特性滿足所有國際運(yùn)輸要求。
【參考文獻(xiàn)】
1 如何避免尿素結(jié)塊問題 Orphanides. P. 國際肥料工藝協(xié)會技術(shù)會議，印度欽奈，2002年9月24日至27日，第14頁.
12 專利設(shè)備
噴嘴被認(rèn)為是斯塔米卡邦的專利設(shè)備。在斯塔米卡邦母公司DSM的研究設(shè)施中開發(fā)了噴嘴設(shè)計(jì)，且噴嘴設(shè)計(jì)受到多項(xiàng)專利保護(hù)。斯塔米卡邦向造粒機(jī)制造車間提供噴嘴。造粒設(shè)備的所有其他零件均可在市場上購買且可在商業(yè)競爭中出價。
13 結(jié) 論
�、� 在2002年首次引用斯塔米卡邦造粒工藝后，斯塔米卡邦造粒工藝在市場上很受歡迎，從而形成12份參考。
�、� 進(jìn)行中試測試的客戶均選擇了斯塔米卡邦造粒工藝用于其擴(kuò)建項(xiàng)目。
⑶ 運(yùn)行成本低，運(yùn)行成本較低的主要原因是甲醛消耗量顯著減少。
⑷ 最終產(chǎn)品的質(zhì)量非常好。由于薄膜噴嘴，大顆粒尿素具有良好的顆粒球度和光滑的表面。
�、� 產(chǎn)品的物理特性滿足所有國際運(yùn)輸要求。
【參考文獻(xiàn)】
1 如何避免尿素結(jié)塊問題 Orphanides. P. 國際肥料工藝協(xié)會技術(shù)會議，印度欽奈，2002年9月24日至27日，第14頁.
