CN110198778A - 用于在流化床造粒中进行热回收的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在流化床造粒机(17)中通过流化床造粒来产生肥料颗粒的方法，其中，在流化床中用于流化的空气借助于导管(18)吸入并且在进入流化床造粒机(17)之前被加热，其中，在该工艺中发生从流化床造粒机离开的热排气，并且根据本发明，热排气的至少子流被返回并且用于流化。这产生了使用排气中含有的热能并且降低对用于流化的新鲜空气进行加热所需的加热能量的可能性。返回的空气可以例如借助于旋风收尘器(21)来净化，以便在净化的排气与新鲜空气结合之前分离出固体颗粒。

Description

用于在流化床造粒中进行热回收的方法和设备

技术领域

本发明涉及在流化床造粒机中通过流化床造粒来产生粒状肥料的工艺，其中，在流化床中用于流化的空气被吸入并且在进入流化床造粒机之前被加热，在该工艺中，获得从流化床造粒机离开的热排气。

背景技术

硫酸铵用于许多应用中。例如，硫酸铵用作肥料或肥料添加剂。在此，硫酸铵代表氮和硫两者的来源，它们是重要的植物养分。在世界范围内的许多土壤中缺乏硫，而这可以通过有针对性地添加硫酸铵来至少部分地得到补偿。

硫酸铵的制备可以以各种方式进行。例如，可以通过将氨引入硫酸中来形成硫酸铵。工业上，硫酸铵经常由在例如用于制备己内酰胺的煤炉或设备中作为副产品获得的溶液来结晶。在硫酸铵的结晶中主要形成通常具有1至2mm直径的角晶体。

硫酸铵通常不是肥料的唯一成分；相反，肥料包括各种植物养分(例如氮、磷、钾或硫)的组合。因此，使用时，硫酸铵经常与其他粒状肥料混合以产生均衡的肥料混合物。

然而，结晶硫酸铵具有使得难以将其混合成粒状肥料的许多缺点。首先，结晶时形成的硫酸铵颗粒比较小；其次，颗粒的尺寸经常变化很大。这些性质使得难以产生包括硫酸铵的物理地均一的肥料混合物。然而，各个成分的均匀的混合和粒度分布在肥料混合物的分布中是必不可少的。另外，过宽的粒度分布也会导致在肥料混合物的均匀分配中出现机械问题。此外，结晶和粒状肥料进入土壤的吸收以不同的速度进行。

出于这些原因，更常使用也可以通过混合各个成分只在使用前不久准备好的粒状肥料或肥料混合物。粒状硫酸铵理想地呈球形，并且粒状材料的各个颗粒具有例如2至4mm的直径。这种尺寸由代表世界上最广泛的肥料的粒状尿素来支配。

产生粒状硫酸铵的各种工艺在现有技术中是已知的。

US 4,589,904描述了在具有下游干燥器的鼓式造粒中硫酸铵的造粒，溶液的产生在预中和器中发生。

US 2012/0231277涉及通过流化床或喷射床造粒产生聚集粒。为此，预先分开产生的造粒核用含硫酸铵的溶液喷涂，随后干燥。

US 5,809,664公开了用于对动物***物进行热处理的工艺，其中，用于流化的气体与燃料及再循环工艺空气一起通过燃烧室。

硫酸铵造粒中的一个问题是形成粉尘，“粉尘”指的是直径小于0.5mm的颗粒。粉尘的形成主要归因于三个来源。首先，喷射待粒化的溶液的喷嘴各自产生具有特定直径分布的液滴，最小的液滴中的一些在它们碰撞硫酸铵颗粒之前固化，使得以这种方式形成的粉尘再与排气一起离开造粒机。还可以提及的是，例如在流化床中，粒状材料由于颗粒的移动和撞击所引起的磨损成为粉尘源，形成的粉尘量基本上取决于粒状材料的机械性能。最后，除了破碎的颗粒之外，通过机械破碎过大的颗粒而形成且在根据现有技术的方法和设备中通常与破碎的材料一起直接返回造粒机中的粉尘可以提及为第三个来源。

在流化床造粒设备中产生粒状肥料时，出现温度为例如约70℃至约100℃的热排气，并且在常规工艺中将其释放到周围环境中。结果，存在于热排气中的能量损失，使得从能量消耗的观点来看，该工艺在经济上是不利的。

发明内容

本发明的目的是提供通过具有开始时提及的类型的特征的流化床造粒来产生粒状肥料的改进工艺，该工艺具有更有利的能量均衡。

该目的通过根据本发明的、用于通过具有权利要求1的特征的开始时提及的类型的流化床造粒产生粒状肥料的工艺来实现。

根据本发明，热排气的至少一个子流再循环到造粒机并且用作流化空气。这产生了利用存在于排气中的热能并且降低加热用于流化的新鲜空气所需的热能的可能性。

在本发明的上下文中，实施了理论和实验研究，其中，针对产品质量、经济性和技术可行性，检查用于热回收的可能的设备构造。已经发现了技术上可行并且可以实现最佳经济工艺条件的最佳设备构造。最后，按实验室规模来检查对于粒状材料的质量(残留水分、硬度、体密度、粒度)，流化空气的组成改变的影响及因此在造粒机中喷射造粒工艺期间的工艺条件的影响。发现了工艺排气的再循环度的极限值，在该极限值处，产品质量没有发生明显变化。

由于排气再循环，可能会产生用于空气净化***和另外的循环鼓风机的资金成本，这增加了设备的成本，但同时新鲜空气鼓风机变小高达50％(如热交换器(空气预加热器)一样)，并且用于预加热流体空气的能量消耗显著变小。例如，经常用于在工业设备中加热空气的蒸汽的运行成本降低高达30％。

硫酸铵(AS)流化床造粒设备的相对高的运行成本以这种方式减小。通过这种热整合实现了节能潜能。在AS喷射造粒工艺的情况下，在常规工艺中，相当大比例的馈送到工艺中的能量原本与温度高达100℃的热排气一起从***排入周围环境。因此，通过根据本发明的解决方案实现了相当大的节能潜能。

在本发明优选的进一步发展中，再循环热排气和新吸入的和/或可选地预加热的空气流彼此混合，并且以这种方式产生的混合空气用于流化。

根据本发明，再循环热排气流和用于流化的新吸入空气流优选各自馈送至热交换器，并且对新吸入空气的加热优选在热交换器中发生。

由于存在于排气的再循环子流中的热能不足以使所有流化空气达到预期温度，因此根据本发明的进一步发展，优选设置为借助于外部热源或另一热交换器对设置用于流化的空气另外进行加热。

在工业设备的情况下，可以使用例如具有在高达例如约16巴的范围内的压力的蒸汽作为外部热源。蒸汽源经常是可用的，因为蒸汽也用于其他重要的工业用途。也可以利用氨与硫酸中和的反应热。

根据本发明的进一步发展，设置用于流化的空气优选在将其馈送至流化床之前被净化，特别是以这种方式去除任何固体颗粒。

为此，设置用于流化的空气可以例如在其被馈送至流化床之前流动通过至少一个净化装置。

为了去除排气中的固体颗粒，特别有利的是，设置用于流化的空气在其被馈送至流化床之前流动通过作为净化装置的至少一个旋风收尘器。

在排气再循环之前用于排气的多个净化装置也可以串联连接，例如旋风收尘器和另外的过滤器件。

在本发明的实施例中，利用来自其他(子)设备的现有排气流，其呈作为用于流化的流体流直接引入的形式或者作为在流化床造粒机中用于间接加热/预加热用于流化的流体流的热源，以便例如在现有设备网络中产生用于肥料的流化床造粒的设备的改进的热整合。在此，可能需要以各种形式来净化由其他(子)设备提供的排气流，例如可以使用分离器、冷凝器、洗涤器、热交换器或其他装置。也可以想到的是，使用来自(子)设备的可用排气流的子流来直接流化，或者作为用于间接加热供流化床造粒机使用的流体空气流的热源。此外，使用源自另一(子)设备的流体流来加热供粒状肥料的流化床造粒使用的流体空气流可以是有用的。

在本发明的一个变形例中，不一定要使用源自流化床造粒机的至少一热排气子流的再循环。可选地，于是可能不再需要使用用于再循环空气的任何鼓风机和/或空气加热器站1和/或空气加热器站2和/或新鲜空气鼓风机。

本发明进一步提供了一种用于通过流化床造粒、特别是根据上述类型的工艺来产生粒状肥料的设备，其中，该设备包括流化床造粒机、将用于流化的空气馈送至流化床造粒机的至少一个导管、将含有用于产生粒状材料的物质的溶液馈送至流化床造粒机的至少一个导管以及用于从流化床造粒机排出热排气的至少一个导管，其中，根据本发明，设置从流化床造粒机引出的至少一个返回导管，通过该导管，来自流化床造粒机的排气的至少子流可以再循环至将用于流化的空气馈送至流化床造粒机的导管。

根据本发明的进一步发展，该设备优选包括至少一个净化装置，优选旋风收尘器和/或过滤器件，其布置在返回导管的流路中流化床造粒机和用于将空气馈送至流化床造粒机的导管之间。

根据本发明的进一步发展，至少一个另外的鼓风机应当布置在返回导管的流路中。鼓风机用于使再循环排气的排气流达到期望压力，该压力优选大致对应于流入的新鲜空气的压力。

在本发明优选的结构变形例中，至少一个空气加热器布置在用于将空气馈送至流化床造粒机的导管中并且返回导管在该空气加热器的上游通向该导管中。在空气加热器中，可以进行借助于蒸汽的加热、借助于燃烧器直接加热，或者在相对小的设备中可选地使用电空气加热器进行加热。在上述的导管布线中，热排气可以有利地首先与预加热的新鲜空气混合，然后可以在另一热交换器中进行另外地将混合空气加热至所需温度。

有利的是，将再循环空气流引入两个热交换器之间，第一个热交换器用作仅用于新鲜空气的预加热站，而第二个热交换器用于将总空气流加热至工艺温度。

有利的是，至少一个新鲜空气鼓风机在与返回管线的接点上游布置在用于将空气馈送至流化床造粒机的导管中，即，在本发明的设备中通常存在至少两个鼓风机，即一个用于再循环排气的鼓风机和一个用于新引入的空气的单独的鼓风机。

例如，还可以有利的是，使用另一鼓风机，该另一鼓风机优选布置为在用于从流化床造粒机离开的未再循环排气的单独的导管中的抽吸鼓风机，使得该排气可以从该***抽出并且在净化后释放至环境中。

由于从设备排出部分排气是必要的，因此从环境的观点来看，在用于未再循环排气的导管中设置用于去除来自排气的粉尘的至少一个净化站是有用的。

本发明进一步提供了用于在开始时所述的类型的发明工艺中产生具有上述特征的粒状肥料的设备的用途。

本发明的特别优选的变形例是基于用于分布流化介质的多孔底板。这用非常适中的气体速度将流化介质分布在大致(但未必)矩形装置的整个面积上。

干燥的动物***物是浆液，即悬浮液，其可选地还包括含水浆液中的固体。我们使用不含固体颗粒的溶液作业，否则我们的喷嘴会堵塞。

在本发明的上下文中产生的粒状材料优选是水分含量小于0.5％的氮和硫肥料。因此，粒状材料本质上是无机的。

在本发明的变形例中，排气中的无机粉尘成分通过在旋风器(循环气体)中和在用于排气的另一个净化单元(除尘器、过滤器、旋风器)中沉积而分离出。焚烧在此无用。

在本发明的另一优选变形例中，获得的粒状材料仅通过溢流或星形给料器从造粒机排出。只有细小颗粒(如果有的话)存在于排气中，并且这些细小颗粒可能必须被分离出并且再循环至造粒工艺；焚烧对这些细小颗粒没有意义。

在本发明的一些变形例中，流化空气的温度范围优选为180-200℃。

为了本发明的目的，可以借助于电能来进行加热。

在本发明的某些优选变形例中，电空气加热器或使用低压或中压蒸汽运行的热交换器可以用于预加热空气。在本发明的这种优选变形例中，电空气加热器或使用中压蒸汽运行的热交换器同样可以用于将由再循环空气和/或新鲜空气和/或来自其他(子)设备的排气组成的总空气流加热至目标温度。

在本发明的一个变形例中，气体的加热不借助于燃烧室、焚烧炉或类似装置来进行。

在本发明的一个变形例中，来自其他(子)设备的热的、合适的排气流可以在流化床造粒机中用作吸入的新鲜空气的替代或补充、直接用作用于流化的流化流或者用作对用于流化的流体流进行加热/预加热的热源。

在本发明的一个变形例中，设备是肥料产生设备；在该变形例中，可以以相同的方式使用针对本发明的设备和用于本发明的工艺所述的主题的各种特征。

附图说明

下面将参考图1更详细地解释本发明的工作示例。在此：

图1示出了根据本发明的用于通过热回收来产生粒状肥料的说明性造粒设备的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考图1更详细地解释本发明的可能的工作示例。该图示出了根据本发明的用于产生粒状肥料的说明性造粒设备的流程图。该设备是特别设计用于产生相对少量的粒状肥料的类型的设备。流化床造粒机17用于产生粒状材料。在该设备中，用于流化的空气通过鼓风机23从周围环境吸入并经由导管18流动通过流入板2进入处理室1。在进入处理室之前，空气通过电空气加热器10a、10b。以“底喷射”配置安装并且与流化空气同时竖直地向上喷射溶液的喷嘴3位于处理室1中。喷嘴3经由具有作为雾化空气使用的压缩空气的导管20来供应。

喷雾溶液可以在容器8中分批制备。造粒添加剂可以溶解在第一容器8a中或放置在容器中作成溶液。经由导管11将造粒添加剂引入该第一容器8a中。用于调节浓度的水可以经由另一导管12引入该第一容器8a中。

硫酸铵溶液在第二容器8b中制备。首先经由连接到导管12的分支导管13将水馈送至该第二容器8b中，并且经由另一导管14将作为溶液或更少见地以晶体形式的硫酸铵(AS)引入第二容器8b中。随后，计量由第一容器8a进入含有AS溶液的第二容器8b中的添加剂溶液的适当量。在某些情况下，添加剂也可以以晶体形式引入到AS溶液中。溶液借助于搅拌器均质化并且借助于加热器件预加热至工艺温度。然后，溶液借助于泵5通过导管19在喷嘴3处运送进入流化床造粒机17。

在处理室1上方，存在具有比处理室1更大的装置横截面的膨胀室4。由于增大的横截面，空气速度减小并且以这种方式减小从***排出的小颗粒。排气进入外部净化单元6，并且在此没有从造粒机17排出的颗粒。鼓风机7位于净化站的下游，使得整个设备在抽吸模式(负压)下运行。取出的粒状材料借助于筛设备9分类成三部分：尺寸过大、产品和尺寸过小。筛出的尺寸不足的材料(细粉)经由导管15、16再循环，并与另外的核材料一起引入造粒机。

根据本发明，只有排气的净化子流经由导管26从***可选地排出，而另一子流再循环以利用存在于排气中的热能。为此，在排气导管中设置离开造粒机17的分支，使得待再循环的该子流可以经由指向图中左侧的导管运送至净化装置21，该净化装置21例如是旋风收尘器且固体颗粒可通过该旋风收尘器从排气流中沉淀。从那里分离出的固体颗粒可以例如经由导管28运送返回制备造粒溶液的容器8b。然后在该旋风收尘器21中净化的再循环排气的子流经由导管27和鼓风机22运送至供用于流化的空气进入处理室1的导管18，再循环排气的引入优选发生在新鲜空气鼓风机23和空气加热器10a的下游并在空气加热器10b的上游。使用再循环排气的优点在于，热能仍然存储在其中，使得与从外部馈送并且已在鼓风机23下游的空气加热器10a中部分加热的新鲜空气结合之后，发生热排气对引入的新鲜空气的进一步加热。结果，借助于空气加热器10b加热用于流化的总空气所需的能量减小。

同时，通过子流的再循环降低了流18和26。结果，必须满足的要求以及鼓风机7和23及净化单元6的能量吸收减小。

图2示出了替代实施例，其中，作为吸入的新鲜空气的替代或补充，来自其他(子)设备的热的、合适的排气流30与导管27中的再循环流混合。

附图标记表

1 处理室

2 流入板

3 喷嘴

4 膨胀室

5 泵

6 净化单元

7 排气鼓风机

8a 第一容器

8b 第二容器

9 筛

10a 空气加热器或热交换器站1

10b 空气加热器或热交换器站2

11 用于添加添加剂的导管

12 用于添加水的导管

13 用于添加水的导管

14 用于添加硫酸铵的导管

15 用于再循环细粒的导管

16 用于再循环细粒的导管

17 造粒机

18 用于新鲜空气的导管

19 用于将溶液引入造粒机的导管

20 用于压缩空气的导管

21 再循环空气的净化(旋风器)

22 用于再循环空气的鼓风机

23 新鲜空气鼓风机

24 用于粗颗粒的导管(至破碎机)

25 用于粒状产品的导管

26 用于净化排气的导管

27 用于再循环空气的导管

28 用于分离出的固体颗粒的导管

29 用于分离出的固体颗粒的导管

30 用于来自其他(子)设备的排气流的导管

Claims (22)

1.一种用于在流化床造粒机(17)中通过流化床造粒来产生粒状肥料的工艺，其中，在所述流化床中用于流化的空气被吸入并且在进入所述流化床造粒机(17)之前被加热，在所述工艺中获得从所述流化床造粒机(17)离开的热排气，其特征在于，所述热排气的至少一个子流被再循环并且用于对设置用于流化的空气进行加热。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，再循环的热排气和新吸入的空气的流彼此混合，并且以这种方式产生的混合空气用于流化，新吸入的空气在与再循环的热排气混合之前可选地预加热。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，再循环的热排气的流和用于流化的新吸入的空气的流各自馈送至热交换器，并且借助于所述热排气对新吸入的空气的至少部分加热在所述热交换器中发生。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其特征在于，用于流化的新吸入的空气流与来自另一(子)设备的排气流部分地混合或被所述排气流取代，

或者

用于流化的新吸入的空气流由源自另一(子)设备的另一流体流的热含量至少部分地预加热，

或者

作为吸入的新鲜空气的替代或补充，来自其他(子)设备的热的、合适的排气流(30)在导管(27)中与再循环的流混合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，其特征在于，再循环的热排气流与用于流化的新吸入的并且在热交换器(10a)中可选地预加热的空气一起馈送至另一热交换器(10b)，加热至所需温度借助于所述另一热交换器(10b)中的外部热源发生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工艺，其特征在于，借助于外部热源对设置用于流化的空气进行另外加热。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的工艺，其特征在于，借助于外部热源对设置用于流化的空气进行加热，使用具有高达约16巴的范围内的压力的蒸汽作为外部热源。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工艺，其特征在于，借助于外部热源对设置用于流化的空气进行加热，使用加热燃烧器的燃料气体作为外部热源。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的工艺，其特征在于，设置用于流化的排气在其被馈送至所述流化床之前被净化。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于，设置用于流化的排气在其被馈送至所述流化床之前，流动通过至少一个净化装置(21)和/或过滤器件。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的工艺，其特征在于，设置用于流化的排气在其被馈送至所述流化床之前，流动通过至少一个第一净化装置(21)，并且然后可选地流动通过至少一个第二净化装置。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的工艺，其特征在于，设置用于流化的排气在其被馈送至所述流化床之前，流动通过作为净化装置的至少一个旋风收尘器(21)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的工艺，其特征在于，设置用于流化的排气在其被馈送至所述流化床之前，流动通过作为第一净化装置的至少一个旋风收尘器(21)，并且然后或预先可选地流动通过作为第二净化装置的过滤器件。

14.一种用于通过流化床造粒、特别是通过根据权利要求1至13中任一项所述的工艺来产生粒状肥料的设备，其中，所述设备包括流化床造粒机(17)、用以将用于流化的空气馈送至所述流化床造粒机的至少一个导管(18)、以及用以将含有用于产生粒状材料的物质的溶液馈送至所述流化床造粒机的至少一个导管(19)以及用于从所述流化床造粒机(17)排出加热的排气的至少一个导管，其特征在于，设置从所述流化床造粒机(17)引出的至少一个返回导管(27)，借助于所述返回导管(27)，来自所述流化床造粒机的排气的至少一子流能够再循环至用以将用于流化的空气馈送至所述流化床造粒机的导管(18)。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，至少一个净化装置、优选旋风收尘器(21)布置在所述返回导管(27)的流路中所述流化床造粒机与用于将空气馈送至所述流化床造粒机的导管(18)之间。

16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，至少一个另外的鼓风机(22)布置在所述返回导管(27)的流路中。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个空气加热器(10a、10b)布置在用于将空气馈送至所述流化床造粒机(17)的导管(18)中并且所述返回导管(27)在该空气加热器(10b)上游通向所述导管(18)。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个新鲜空气鼓风机(23)在与所述返回导管(27)的接点的上游布置在用于将空气馈送至所述流化床造粒机(17)的导管(18)中。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的设备，其特征在于，设置用于未再循环的排气的单独的导管(26)，所述单独的导管(26)从所述流化床造粒机(17)离开，并且在所述单独的导管(26)中布置优选抽吸排气鼓风机(17)。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，在所述导管(26)中设置用于净化待排出到周围环境中的排气的至少一个净化站。

21.一种根据权利要求14至20中任一项所述的用于产生粒状肥料的设备在根据权利要求1至13中任一项所述的工艺中的用途。

22.一种用于在流化床造粒机(17)中通过流化床造粒来产生粒状肥料的工艺，其中，在所述流化床中用于流化的流体被吸入并且在进入所述流化床造粒机(17)之前被可选地加热，其特征在于，用于流化的流体源自另一(子)设备的排气流；或者在所述流化床中用于流化的吸入的新鲜空气与来自另一(子)设备的排气流至少部分地混合和/或来自另一(子)设备的排气和/或流体流的至少一部分用以对用于流化的所述流体流进行间接预加热。