斯塔米卡邦大颗粒尿素流化床造粒技术及其应用
邓 君1， 陈 磊2，段焰熙3
（1.中国成达工程有限公司，四川 成都610041；2.中国石油长庆油田分公司，陕西 西安710016；
3.川化集团有限责任公司，四川 成都610301）
［摘 要］结合流体力学原理分析流化床造粒工艺的理论基础，阐述斯塔米卡邦大颗粒尿素流化床造粒装置的设计理念、造粒机的结构特点，以及大颗粒尿素的成粒过程，并简介其在孟加拉沙加拉化肥项目520 kt/a尿素装置上的应用情况。
［关键词］ 大颗粒尿素；流化床造粒装置；流化床造粒理论；工艺流程；造粒机；应用情况
［中图分类号］ TQ 441.41 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）05-0040-03
固体流态化技术是一种使流体与固体颗粒接触并使整个系统具有流体性质的技术。流化床技术于1922年被Winkler首次用于煤气化工业后便逐步应用到不同的领域，至今已广泛用于加热、混合、浸取、干燥、造粒、吸收、气流输送等工艺过程。大颗粒尿素造粒装置便是流化床技术成功运用的实例之一。到目前为止，世界上生产大颗粒尿素的工艺主要有伍德公司流化床造粒工艺、斯塔米卡邦流化床造粒工艺、日本东洋工程公司流化床造粒工艺、荷兰GGT流化床造粒工艺。斯塔米卡邦大颗粒尿素流化床造粒工艺在国外工厂中有多个成功应用的实例，而对于中国成达工程公司而言，却是首次将其在EPC项目——孟加拉沙加拉化肥项目520 kt/a尿素装置中运用，获得了成功。以下就该工艺的技术特点及应用情况进行介绍。
1 流化床造粒理论基础
当流体自下而上通过固体颗粒床层，因流速不同可能会有以下几种不同的情况。
1.1 固定床阶段
当流体流速较低时，流体只是穿过静止颗粒物之间的空隙而流动，颗粒间不发生相对运动，床层高度h0不发生变化，此种床层称为固定床（如图1所示A区域）。
图1流化风速-床层压降-床层高度之间的关系
1.2 临界流化阶段
若增大流体流速至一定值，此时床层的压降大致等于单位面积床层上的重力，部分固体颗粒位置稍有调整，床层略膨胀，床层高度为hmf，这种情况称为初始流化或临界流化。
1.3 流态化阶段
继续增大流体流速，固体颗粒将悬于流体中，床层开始膨胀、增高，空隙率也随之增大，但床层的压降Δp保持不变，约等于单位床层面积上的重力，此时的床层具有类似于流体的性质，故称为流化床（如图1所示B区域）。
1.4 带出阶段
当流体流速继续增大，固体颗粒被向上的流体带走，流化床上界面消失，颗粒开始带出的速度称为带出速度vmax，其数值等于固体粒子在该流体中的沉降速度（如图1所示C区域）。
大颗粒尿素流化床造粒技术就是根据上述第3种流化特点而设计的工业化装置，流化床造粒装置具有以下几个特点：① 类似液体特性，无固定形状，有一定的上界面，能像流体一样连续流动（利用这一特性可在流化床中实现固体的连续加料、卸料）；② 床层任意两截面间的压强变化大致等于两截面间单位床层面积上的重力；③ 恒定的压降，流化床内的颗粒处于悬浮状态（浮力=重力），Δp×A=W（式中：Δp——床层的压降，N/m2；A——床层的截面积，m2；W——床层颗粒表观重力，N），即流化床的压降等于单位截面积上颗粒的表观重力，为一定值，而与流速无关。因此，流化床的操作范围应在临界流化速度之上而又不能大于带出速度，即流化风速处于图1中的vmf和vmax之间。
2 流化床造粒装置工艺流程
大颗粒流化床造粒工艺是整个尿素造粒装置中的核心部分。在斯塔米卡邦流化床造粒装置中，熔融尿素在流化状态下通过“膜喷涂”形式喷射到到晶种上生成颗粒尿素。此过程主要包括以下几点: ① 尿素以融熔状态通过喷嘴雾化；② 尿素粒子分层增大，即连续凝固的很薄的一层熔融尿液涂到晶核上生长；③ UF85［尿素25%（质量分率，下同），甲醛60%，水15%］作为一种特殊添加剂，在进入造粒机之前添加到尿液中，防止粒子粘连并降低粉尘。
斯塔米卡邦大颗粒尿素造粒工艺以浓度为 98.5%的熔融尿液为原料，加入UF85后将其送入流化床造粒机，以空气作为流化剂，流化空气的主要作用是使造粒机内的固体尿素粒子呈流态化并带走融熔尿液的热量（包括结晶热及部分显热），同时为晶核长大提供有利的空间。为喷涂得到大量的固体颗粒同时又没有结块，必须保持粒子之间的有效分离，流化空气便是方便、有效的载体，流态化则是避免从喷嘴喷出的尿液在晶种上结晶、固化并降低到一定温度之前相互粘连的唯一方法。在造粒机内，每个颗粒多次覆盖一层很薄的熔融尿素，粒子均匀、渐进式地长大最终形成外形基本一致的尿素颗粒。
添加UF85后的熔融尿液，利用自身的压力通过经特殊设计的喷嘴喷射，在喷嘴上方形成尿素液膜，雾化空气将晶种吸入液膜中，液膜厚度在50～150 μm，喷涂在晶种上的液膜结晶过程中还要放出热量，因熔融尿液温度相对较高，因此喷涂的过程中下面的包裹层有一个再融化的过程，通过结晶，每一层包裹最后都成为晶体的一部分；尽管使用了膜式喷嘴，颗粒内部并没有形成“洋葱”式的多层结构；融熔尿液在晶种上喷涂、结晶的过程也是尿液中水分蒸发的过程。离开造粒机之后，产品经过粗筛、成品筛的筛选，不符合规格要求的小颗粒重新返回至造粒机中，超过规定尺寸的颗粒则被送入破碎机中破碎，与未达到规定尺寸的粒子一并被送回造粒机重新造粒。破碎机在晶种循环造粒过程中起到调节作用，保证粒子的动态平衡。合格产品将被进一步冷却至可贮藏温度后送到储运包装系统。从造粒机出来的空气都会夹带一些粉尘，一起进入洗涤器，洗涤过的空气被排放到大气中；洗涤器中的洗涤溶液经一定程度浓缩后被送往熔融尿素厂。 斯塔米卡邦大颗粒尿素造粒工艺因特殊的喷嘴结构和较高的融熔尿液浓度，造粒过程中产生的粉尘量很少，从而减少了循环稀尿液的量。
3 造粒机简介
更多内容详见《中氮肥》2016年第5期