合成氨技術(shù)
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大規(guī)模生產(chǎn)的尿素肥料也要求大規(guī)模的尿素造粒加工工段。尿素的大規(guī)模造粒塔造粒和機械造粒已得到證實。單套裝置能很容易地處理每日高達3500噸的生產(chǎn)量。
許多尿素生產(chǎn)商在生產(chǎn)持續(xù)滿足產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范要求的造粒塔造粒和/或機械造粒尿素方面都有過困難的經(jīng)歷。這可能是以高于設(shè)計能力的負荷操作該尿素裝置的原因。
在此論文中，我們將關(guān)注另一個經(jīng)驗證的尿素生產(chǎn)造粒加工技術(shù)：錠劑造粒。
此技術(shù)非常適合用來消除瓶頸，以使造粒塔或造粒工段升級，或生產(chǎn)專用尿素產(chǎn)品（UAS S尿素和微營養(yǎng)素）。優(yōu)質(zhì)尿素晶粒的生產(chǎn)為低投資成本、低運行成本、并具有最低（零）排放。
2 傳統(tǒng)加工技術(shù)歷史
直至本世紀，所有的肥料級固體尿素均采用造粒塔造�；驒C械造粒生產(chǎn)。
2.1 造粒塔造粒
在十九世紀末開發(fā)了造粒塔造粒的基本方法，但直到二十世紀中期造粒塔造粒技術(shù)才開始應(yīng)用于尿素肥料工業(yè)。
造粒塔造粒的定義： 將熔融尿素液滴分布到上升空氣柱上，以除去結(jié)晶熱并生產(chǎn)出固體產(chǎn)品！
通常將熔融尿素投進圓錐形料斗，料斗圍繞高大的混凝土造粒塔中心線旋轉(zhuǎn)。有時采用靜電噴霧技術(shù)。
為實現(xiàn)簡單可靠的造粒工藝，過去做出了努力。
優(yōu)化料斗的設(shè)計達到了更狹窄的尿素顆粒分布，從而導(dǎo)致造粒塔造粒期間形成更少的粉塵。
根據(jù)環(huán)境條件，要求的產(chǎn)品溫度、裝置荷載等條件，可以計算出自由落體高度和造粒塔的內(nèi)徑。通常造粒塔造粒工段（造粒塔、風(fēng)機、料斗和產(chǎn)品傳送帶）能處理高達125 - 130 %設(shè)計容量的荷載。
造粒塔造粒技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。但是，造粒塔造粒工藝獲得的產(chǎn)品有密度低和抗碎強度低的弱點。而且最大顆粒尺寸受限。這些特性可使用機械造粒技術(shù)改進。
2.2 機械造粒
在上世紀六十年代，根據(jù)轉(zhuǎn)筒中的sperodizer設(shè)計，北美首次引入了尿素機械造粒技術(shù)。
在上世紀七十年代末，誕生了基于流化床技術(shù)的尿素機械造粒技術(shù)。從1977年到1983年期間，根據(jù)薄膜噴灑技術(shù)開發(fā)了斯塔米卡邦工藝。此工藝產(chǎn)生了性能更好的最終產(chǎn)品。
在實驗室以及小規(guī)模實驗裝置中積累了斯塔米卡邦知識。
參與早期研究的人員仍可在DSM中可找到，這確保了將商業(yè)化規(guī)模的機械造粒裝置正確引入市場的可能。。
此知識被應(yīng)用于白俄羅斯的Azot裝置和加拿大薩斯喀徹溫省的加陽公司（Agrium）裝置。該工藝顯示出可靠性能，從而獲得了質(zhì)量優(yōu)秀的產(chǎn)品。斯塔米卡邦機械造粒工藝已被我們幾個在埃及（2000t/d）、俄羅斯（2000和1400t/d）和白俄羅斯（1200t/d）的客戶運用。
利用現(xiàn)在的技術(shù)可每日在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)出3500公噸機械造粒尿素。
3 代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工技術(shù)的Rotoform工藝
斯塔米卡邦公司不斷努力改進尿素工藝，現(xiàn)已將山特維克傳動系統(tǒng)公司的Rotoform工藝作為一種非常有用的替代造粒技術(shù)，或作為傳統(tǒng)造粒塔造�；驒C械造粒工藝的補充。
從二十世紀八十年代早期開始，Rotoform工藝就已經(jīng)成功應(yīng)用于石化、化工、食品和肥料工業(yè)，目前全球有1400多臺Rotoform裝置在運行。
山特維克ROTOFORM工藝
3.1 基于Rotoform的尿素錠劑造粒說明
從機械上來說，單臺尿素錠劑造粒用Rotoform裝置包括連續(xù)輸送鋼帶，通常1.5 m寬，15和20 m長（用于125 t/d裝置），輸送帶一端有液滴成形機給料裝置，出料端有刮板（見圖1）。
圖1： 山特維克的Rotoform尿素錠劑造粒工藝
Rotoform的進料是濃度為99.6 wt%的熔融尿素，其通常用熔融尿素泵將熔融尿素從尿素蒸發(fā)工段下游分出。在（3 bar g）壓力下，尿素以熔融尿素形式引入液滴成形機。Rotoform HS或高速液滴成形機（山特維克授予專利）包括加熱定子和多孔旋轉(zhuǎn)殼，旋轉(zhuǎn)殼將繞定子同心旋轉(zhuǎn)，使尿素液滴在輸送帶的全寬度范圍內(nèi)落在輸送帶上。Rotoformer的圓周速度與鋼帶冷卻器速度同步，這確保了液滴不變形就可沉積在帶上，并在固化后，定期形成有最佳形狀的晶粒。旋轉(zhuǎn)殼包括按輸送的所需產(chǎn)品尺寸制造的多排小孔。結(jié)晶和冷卻期間釋放的熱量由不銹鋼帶傳送至冷卻水。帶下側(cè)噴灑出的冷卻水吸收熱量，水收集在盤中，在冷卻系統(tǒng)（冷卻塔）中冷卻送回Rotoform裝置。冷卻水在任何情況下均不能接觸尿素產(chǎn)品。
固化后，晶粒通過振動刮板從鋼帶上順利釋放。然后，產(chǎn)品直接落到輸送帶上而輸送至儲藏室。上述工段中，輸送鋼帶圍有罩子并將風(fēng)排至現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)。無可見尿素粉塵排放，僅有一些氨蒸汽可通過常壓吸收塔很容易地從非常小的氣流中消除。
圖2: Rotoform橇裝設(shè)備
幾臺Rotoform裝置可并聯(lián)安裝以獲得更高的產(chǎn)量。圖2顯示了使用四臺Rotoform裝置實現(xiàn)500 t/d產(chǎn)量的錠劑造粒裝置的典型工藝流程圖。
圖3： 四臺并聯(lián)Rotoform組成的500 t/d尿素錠劑造粒裝置
圖4： 4臺Rotoform裝置組成的500 t/d尿素裝置的安裝正面圖
3.2 與其他加工技術(shù)相比，Rotoform工藝的優(yōu)勢• Rotoform工藝非常容易掌握，而且需要最少的設(shè)備。
• Rotoform工藝中篩選、循環(huán)、粉碎、散貨冷卻系統(tǒng)、洗滌等過程都不需要。
• Rotoform產(chǎn)生極少的粉塵，因為粉塵產(chǎn)生源如篩選、循環(huán)或破碎過程都不存在。
• 由于尿素晶粒的多晶體生長，Rotoform產(chǎn)品的抗碎強度明顯高于造粒塔造粒尿素的抗碎強度。這些晶粒的生產(chǎn)期間，不使用添加劑、甲醛或其他。
• Rotoform工藝中幾乎沒有排放。高強度晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧氼w粒，因此不需要粉塵洗滌，而且使用此技術(shù)幾乎不產(chǎn)生氣流。采用與造粒塔造�；驒C械造粒技術(shù)相比具有顯著優(yōu)勢的小型常壓吸收塔可進一步減少氣態(tài)氨排放。
• 與其他加工技術(shù)相比，Rotoform產(chǎn)品非常規(guī)則（參見圖5）。
圖5: 運行中鋼帶上的晶粒分布
• Rotoform比機械造粒技術(shù)需要的耗電量要低得多。• Rotoform使用比其他加工技術(shù)使用的空氣冷卻系統(tǒng)更有效的間接水冷卻系統(tǒng)。
• Rotoform冷卻水不需要進行處理，因為其不直接接觸產(chǎn)品。
• Rotoform特殊尿素產(chǎn)品如S包衣尿素、AS/尿素、有微營養(yǎng)素的尿素和工業(yè)級尿素易于生產(chǎn)且生產(chǎn)數(shù)量有限，在不同產(chǎn)品（高靈活性、易于市場推廣）間可簡單轉(zhuǎn)換。
• Rotoform的模塊化系統(tǒng)設(shè)計使產(chǎn)能快速且容易地增加/減少。
• 用有不同孔尺寸的更換多孔旋轉(zhuǎn)殼，可簡單地改變晶粒尺寸。
• Rotoform可安裝于單層構(gòu)筑物上。
• Rotoform的產(chǎn)品種類變化范圍大于現(xiàn)有技術(shù)。
• 由于一個人即可承擔(dān)整個裝置的維護或清潔工作，因此，Rotoform工藝遭受的停產(chǎn)和/或生產(chǎn)損失最少。
4. 市場份額
1. 尿素肥料
已將Rotoform生產(chǎn)的尿素用作肥料，分布試驗證明其質(zhì)量大大優(yōu)于造粒塔造粒的尿素。也證明Rotoform是生產(chǎn)含硫化肥的最佳選擇。主要優(yōu)點為低粉塵和低氨排放、高靈活性和低投資與低運行成本。
2. 工業(yè)級尿素
工業(yè)級尿素通常指在尿素樹脂生產(chǎn)中使用的不含甲醛的尿素、含水尿素溶液（NOX還原）、以及作為牛飼料、藥物等的尿素。由于越來越多的客戶對使其產(chǎn)品范圍多樣化感興趣，該市場增長比肥料市場更快。
3. AS/尿素肥料或其他衍生產(chǎn)品
AS/尿素或尿素硫酸銨（UAS）是肥料領(lǐng)域中的一個不斷增長的市場。越來越多的尿素生產(chǎn)商通過添加微營養(yǎng)素、硫酸銨、硫或其他物質(zhì)從散貨生產(chǎn)向?qū)Ｓ梅柿仙a(chǎn)轉(zhuǎn)變。
而且，Rotoform UAS工藝可提供完美的溶液，以對造粒塔造粒和機械造粒裝置采用硫酸來處理氨減排技術(shù)產(chǎn)生的副產(chǎn)品。
5 Rotoform尿素工藝所需的裝置改造
基于Rotoform的尿素晶粒生產(chǎn)已證明熔融尿素進料的要求濃度為99.6 wt%，與造粒塔進料的要求濃度相同。通過Rotoform裝置消除現(xiàn)有造粒塔的瓶頸不需要對蒸發(fā)工段進行任何改造。
一些客戶使用伍德公司的肥料機械造粒裝置，只能獲得96 wt%的熔融尿素。其他客戶使用斯塔米卡邦造粒裝置，僅有98.5 wt%的熔融尿素。這些客戶需要改造蒸發(fā)工段以生產(chǎn)99.6 wt%的熔融尿素。也可能需要晶粒固體搬運和儲存設(shè)施。
6 通過Rotoform工藝補償缺硫
硫?qū)ι椭参锷L十分重要，然而現(xiàn)在，在世界上大多數(shù)農(nóng)業(yè)區(qū)均缺乏硫。缺硫可通過以下方法補償：
- 混有元素硫的尿素錠劑造粒
- 混有硫酸銨的尿素錠劑造粒
- 混有膨潤土的硫錠劑造粒
6.1 含元素硫的尿素錠劑造粒
Rotoform工藝與第3段中描述相同，99.6 wt%的熔融尿素將由現(xiàn)有尿素熔融泵供應(yīng)。
進入Rotoformer造粒機前，直接將液體硫加入熔融尿素。然后采用超聲波裝置將液體硫霧化和混合。通過精確投料和混合，在Rotoformer系統(tǒng)將獲得含有92%尿素和8%硫的恒定液體混合物。
混合物中成型的含硫尿素（US）液滴將在鋼帶上結(jié)晶，產(chǎn)生非常硬的含有42% N和8% S的晶粒，并顯示出理想的儲存特性（不結(jié)塊）。晶粒分布到土壤中后，細菌將非常細小的元素硫顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}。由于元素硫不溶于水，認為此肥料是具有高抗結(jié)特性的緩釋產(chǎn)品。
6.2 含硫酸銨的尿素錠劑造粒
安裝于Rotoformer上游管線中的混合器將制備含有99.6 wt%熔融尿素和（例如）50 %硫酸銨（固體顆粒）的混合物。
圖6： UAS生產(chǎn)工藝流程圖
硫酸銨將通過配料系統(tǒng)以粉末或細小顆粒形式（＜ 2 mm）加入�？勺杂烧{(diào)節(jié)配料系統(tǒng)，以達到不同的尿素和硫酸銨混合比（70:30、60:40、50:50等）。管線中的混合器將使熔融尿素和硫酸銨顆�；旌暇鶆�，同時將較大的顆粒磨細。為了防止Rotoform堵塞，硫酸銨顆粒最大尺寸應(yīng)為200 μm。
最終晶粒非常硬、無粉塵，且極不易結(jié)塊�？闪⒓醋鳛楫a(chǎn)品裝袋。
6.3 含膨潤土的硫錠劑造粒
目前，世界上有12臺Rotoform裝置利用該技術(shù)生產(chǎn)硫膨潤土晶粒（市場中不使用機械造粒產(chǎn)品）；然后由農(nóng)民將其直接施布應(yīng)用于農(nóng)田中。
工藝描述與尿素和硫酸銨描述相似（見圖4），但是使用含90%液體硫和10%膨潤土粉末的混合物。最終產(chǎn)品非常硬、無粉塵，且無結(jié)塊趨勢。
膨潤土潤濕后將膨脹到原體積的11倍，所以當(dāng)施用于農(nóng)田時，各晶粒將爆發(fā)成非常細小的元素硫顆粒，然后由土壤中的細菌將其轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}。
Rotoform裝置自身的設(shè)計在所有有混合產(chǎn)品的應(yīng)用中實質(zhì)上沒有改變，因此客戶能用同一機械生產(chǎn)出不同的肥料產(chǎn)品。
7 Rotoform尿素工藝的參考信息
Rotoform尿素工藝從約十年前開始開發(fā)。
德國Fellbach的山特維克傳動系統(tǒng)公司的試驗設(shè)施上進行的首次小規(guī)模實驗提供了令人鼓舞的結(jié)果。
德國Piesteritz的SKW隨后進行了小型試點商業(yè)運行。
美國的PCS已成功運行了五臺Rotoform尿素裝置兩年以上。
2007年12月，在德國Yara Brunsbüttel對商業(yè)化運行的Rotoform生產(chǎn)線成功進行了包含添加元素硫（8%）到熔融尿素的試驗，晶粒分析結(jié)果令人鼓舞。目前，Yara的Rotoform裝置應(yīng)用于生產(chǎn)肥料尿素和工業(yè)級尿素。
基于Rotoform的硫膨潤土裝置在不同肥料公司中運行，包括： 意大利的Esseco、沙特阿拉伯的NEAIS、印度的Coromandel Fertilizer、美國的Martin Resources、美國的Montana和澳大利亞的Coogee。在伊朗的Kanghiran和伊朗的Ilam（產(chǎn)量均為600 t/d）的新裝置正在建造中。
將尿素與其他成分（如P2O5和K2O）和微營養(yǎng)素（ZnO等）混合的試驗正在進行中。
目前有幾家尿素生產(chǎn)商正在評估Rotoform工藝，很快我們預(yù)計有更多的山特維克Rotoform晶粒進入市場。
8 結(jié) 論
Rotoform工藝在尿素生產(chǎn)中靈活性高，提供了機會來增加您現(xiàn)有尿素產(chǎn)品的價值，且投資和運行成本低、能耗低、排放值可忽略不計、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。
在現(xiàn)有造粒加工系統(tǒng)中可隨時并聯(lián)添加一臺或多臺Rotoform裝置。Rotoform工藝是一種消除現(xiàn)有尿素裝置瓶頸或改進此裝置的、經(jīng)濟和優(yōu)良的技術(shù)方法。而且，在并聯(lián)生產(chǎn)線上生產(chǎn)專用肥料可增加產(chǎn)品的價值。
Rotoform造粒機制造尿素晶粒：可持續(xù)優(yōu)質(zhì)尿素產(chǎn)品
