TW201829056A - 用於在流體化床造粒中之熱回收的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於用以在一流體化床造粒機中藉由流體化床造粒產生粒狀肥料的方法，其中在該流體化床中用於流體化之空氣透過一導管被抽入並在進入該流體化床造粒機前被加熱，且在該方法中獲得由該流體化床造粒機離開之熱排氣並且依據本發明該熱排氣之至少一子流再循環且用於流體化。這產生利用存在該排氣中之熱能及減少加熱用於流體化之新鮮空氣所需熱能的可能性。該再循環空氣可例如藉由一旋風沈澱器淨化以便在該淨化排氣與該新鮮空氣混合前分離固體顆粒。

Description

用於在流體化床造粒中之熱回收的方法及設備
本發明係有關於用於在一流體化床造粒機中藉由流體化床造粒產生粒狀肥料的方法，其中在該流體化床中用於流體化之空氣被抽入並在進入該流體化床造粒機前被加熱，且在該方法中獲得由該流體化床造粒機離開之熱排氣。
硫酸銨被使用在許多應用中。例如，硫酸銨可作為肥料或肥料添加物使用。在此，硫酸銨代表氮及硫之一來源，而氮及硫係重要之植物養分。在世界上許多土壤中缺乏硫，且這可藉由重點地添加硫酸銨來至少部份地補償。
硫酸銨之製備可以各種方式實施。例如，硫酸銨可藉由將氨加入硫酸中來形成。在工業上，經常由在用以製備己內醯胺之煤爐或設備中獲得硫酸銨作為副產物的溶液結晶。通常具有一1至2mm之直徑的角結晶大部份在硫酸銨結晶時形成。
硫酸銨通常不是一肥料之唯一成分；肥料包含各種植物養分(例如氮、磷、鉀或硫)之組合。使用時，硫酸銨因此經常與其他粒狀肥料混合以便產生一均衡肥料混合物。
但是，結晶硫酸銨具有使它難以混合成粒狀肥料之許多缺點。首先，在結晶時形成之硫酸銨顆粒相當小；其次，該等顆粒之尺寸經常大幅變化。這些性質使包含硫酸銨之物理地均勻的肥料混合物難以產生。但是，個別成分之均勻混合及粒徑分布對於肥料混合物之分布是重要的。此外，過大之粒徑分布亦會在均勻分配該肥料混合物時產生機械問題。另外，結晶及粒狀肥料吸入土壤係以不同速度進行。
基於這些原因，更常使用的是亦可藉由混合個別成分只在使用前短時間地準備好之粒狀肥料或肥料混合物。粒狀硫酸銨理想地呈球形且該粒狀材料之個別顆粒具有例如一2至4mm之直徑。這尺寸係由代表世界上最廣泛使用肥料之粒狀尿素來支配。
用以產生粒狀硫酸銨之各種方法在所屬技術領域中是習知的。
US 4,589,904揭露在具有下游乾燥機之圓筒造粒中造粒硫酸銨，且該溶液之產生在一預中和器中發生。
US 2012/0231277係有關於藉由流體化床或噴流床造粒產生聚集粒。為達此目的，已預先分開製成之造粒核用一含硫酸銨溶液噴灑且接著乾燥。
US 5,809,664揭露用於熱處理動物***物之一方法，其中用於流體化之氣體與燃料及再循環處理空氣一起通過一燃燒室。
在硫酸銨造粒時之一問題係形成粉塵，且「粉塵」表示具有一小於0.5mm之直徑的顆粒。形成粉塵主要可歸因於三種來源。首先，噴灑欲造粒之溶液的噴嘴各產生具有一特定直徑分布之液滴，且某些最小液滴在它們撞擊硫酸銨顆粒前固化，使得依此方式形成之粉塵再與該排氣一起離開該造粒機。亦可一提的是該粒化材料由於該等顆粒移動及撞擊而摩擦成為一粉塵源，且形成之粉塵量實質上取決於該粒狀材料之機械性質。最後，除了破裂之顆粒以外，藉由機械地粉碎過大顆粒而形成且在依據習知技術之方法及設備中通常與該破裂材料一起直接返回該造粒機中的粉塵可稱為第三來源。
在一流體化床造粒設備中產生粒狀肥料時，產生具有例如一大約70℃至大約100℃之溫度的熱排氣，且這熱排氣在習知方法中釋放至外界。因此，存在該熱排氣中之能量損失，因此由能量消耗之觀點來看，該方法在經濟上是不利的。
本發明之一目的係提供用於藉由具有開始時所述種類之特徵的流體化床造粒產生粒狀肥料的一改良方法，且該方法具有一更有利之能量均衡。
這目的係藉由用於藉由具有請求項1之特徵的開始時所述種類之流體化床造粒產生粒狀肥料的依據本發明之一方法來達成。
依據本發明，該熱排氣之至少一子流再循環至該造粒機且作為流體化空氣使用。這產生利用存在該排氣中之熱能及減少加熱用於流體化之新鮮空氣所需熱能的可能性。
在本發明之上下文中，實行關於生產品質、經濟性及技術可行性檢查用於熱回收之可能設備組態的理論及實驗研究。已發現具有技術可行性且可實施最佳經濟處理條件之一最佳設備組態。最後，按實驗室規模來檢查對於在該粒狀材料之品質(殘留水分、硬度、體密度、粒徑)，該流體化空氣之組成改變的影響及因此在一造粒機中在該噴灑造粒方法中之處理條件的影響。發現了產品品質沒有發生可察覺變化之處理排氣的再循環度的極限值。
由於該排氣再循環，會產生用於一空氣淨化系統及另一循環鼓風機之資金成本，而這會增加該設備之成本，但同時新鮮空氣鼓風機(如同一熱交換器(空氣預熱器)一般)變小最多至50%，且用於預熱該流體空氣之能量消耗變小很多。用於例如經常用以在工業設備中加熱空氣之蒸汽的操作成本減少最多至30%。
一硫酸銨(AS)流體化床造粒設備之非常高操作成本可依此方式減少。藉由這熱整合達成節能效益。若為AS噴灑造粒方法，在習知方法中供給至該方法之相當大部份的能量另外與具有一最高達100℃之溫度的熱排氣一起由該系統排入外界。因此藉由依據本發明之解決方案可達成一相當大節能效益。
在本發明之一較佳進一步發展中，該再循環熱排氣與一新抽入及/或選擇性地被加熱空氣流互相混合且依此方式產生之混合空氣用於流體化。
依據本發明，該再循環熱排氣流及新抽入用於流體化之空氣流宜各供給至一熱交換器且該新抽入空氣之加熱宜在該熱交換器中發生。
由於存在該排氣之再循環子流中的熱能不足以使全部流體化空氣成為預定溫度，依據本發明之進一步發展，宜藉由一外熱源或另一熱交換器另外地加熱用於流體化之空氣。
若為一工業設備，可使用例如具有在最高至例如大約16巴之範圍內之一壓力的蒸汽作為外熱源。一蒸汽源經常可使用，因為蒸汽可用於其他重要工業用途。亦可利用來自氨與硫酸之中和的反應熱。
依據本發明之進一步發展，用於流體化之空氣宜被淨化，特別是在它被供給至該流體化床前，依這方式移除任何固體顆粒。
為達此目的，用於流體化之空氣可例如在它被供給至該流體化床前，流經至少一淨化裝置。
為移除在該排氣中之固體顆粒，特佳的是用於流體化之空氣在它被供給至該流體化床前，流經作為淨化裝置之至少一旋風沈澱器。
在該排氣再循環前用於該排氣之多數淨化裝置亦可串聯地連接例如一旋風沈澱器及另一過濾器件。
在本發明之一實施例中，使用來自其他(子)設備之現有排氣流，其呈作為一用於流體化之流體流直接加入的形式或作為在一流體化床造粒機中用以間接加熱/預熱一用於流體化之流體流的熱源，以便例如在一現有設備網路中產生用於流體化床造粒一肥料之設備的較佳熱整合。在此，可能需要以各種形式來淨化由其他(子)設備提供之排氣流，且例如可使用分離器、冷凝器、除塵器、熱交換器或其他裝置。亦可想到的是使用來自(子)設備之一可用排氣流的一子流來直接流體化或作為用以間接加熱供一流體化床造粒機使用之一流體空氣流的熱源。此外，使用來自另一(子)設備之一流體流來加熱供流體化床造粒一粒狀肥料使用的一流體空氣流是實用的。
在本發明之一變化例中，不一定要使用來自該流體化床造粒機之至少一熱排氣子流的再循環。或者，可能不再需要使用用於再循環空氣之任何鼓風機及/或一空氣加熱器站1及/或一空氣加熱器站2及/或一新鮮空氣鼓風機。
本發明更提供一種用於藉由流體化床造粒，特別是依據上述種類之一方法產生粒狀肥料的設備，其中該設備包含一流體化床造粒機、用以供給用於流體化之空氣至該流體化床造粒機的至少一導管及用以供給含有用於產生該粒狀材料之物質的一溶液至該流體化床造粒機的至少一導管以及用以由該流體化床造粒機排出被加熱排氣的至少一導管，其中，依據本發明，提供由該流體化床造粒機伸出之至少一返回導管，且藉由該導管，來自該流體化床造粒機之排氣的至少一子流可再循環至用以供給用於流體化之空氣至該流體化床造粒機的該導管。
依據本發明之進一步發展，這設備宜包含至少一淨化裝置，其宜為一旋風沈澱器及/或一過濾器件，且配置在該返回導管之流路中並且在該流體化床造粒機與用以供給空氣至該流體化床造粒機之該導管間。
依據本發明之進一步發展，至少另一鼓風機應配置在該返回導管之流路中。該鼓風機係用以使該再循環排氣之排氣流到達一所欲壓力，且該所欲壓力宜大致對應於該流入新鮮空氣之壓力。
在本發明之一較佳結構變化例中，至少一空氣加熱器配置在用以供給空氣至該流體化床造粒機之該導管中且該返回導管在這空氣加熱器上游通入該導管。在該空氣加熱器中，可藉由蒸汽加熱，藉由一燃燒器直接加熱或，在比較小設備中，使用一電空氣加熱器選擇性地加熱。在上述導管之選路中，該熱排氣可有利地先與預熱新鮮空氣混合且可接著在另一熱交換器中另外地加熱該混合空氣至所需溫度。
有利的是在二熱交換器之間加入該再循環氣流，且該第一熱交換器只作為該新鮮空氣之預熱站而該第二熱交換器用於加熱全體氣流至處理溫度。
有利的是至少一新鮮空氣鼓風機配置在用以供給空氣至該流體化床造粒機之導管中且在與該返回線之接點上游，即，至少二鼓風機通常存在本發明之一設備中，即用於該再循環排氣之一鼓風機及用於該新加入空氣之另一鼓風機。
亦有利的是例如使用另一鼓風機，其宜配置為在用於由該流體化床造粒機離開之未再循環排氣的另一導管中的抽吸鼓風機，使得這排氣可由該系統抽出且在淨化後釋放至環境中。
由於必須由該設備排出該排氣之一部份，由環保觀點來看，在用於未再循環排氣之導管中提供用以由該排氣移除粉塵的至少一淨化站是有用的。
本發明更提供一種設備之用途，用以在開始時所述種類之一本發明方法中產生具有上述特徵的粒狀肥料。
本發明之一特佳變化例係依據用以分配該流體化介質之一多孔底板。這多孔底板用非常適當之氣體速度將該流體化介質分配在一大致(但不一定)矩形裝置之整個面積上。
乾動物***物係一漿液，即懸浮液，其亦選擇性地包含在該水漿液中之固體。吾人以沒有固體顆粒之一溶液來作業，否則吾人之噴嘴會被堵塞。
在本發明之上下文中產生之粒狀材料宜為具有一小於0.5%之水分含量的一氮與硫肥料。該粒狀材料因此本質上是無機物。
在本發明之變化例中，在該排氣中之無機粉塵成分藉由在旋風器(回收氣體)中及在用於排氣(除塵器、過濾器、旋風器)之另一淨化單元中沈積而分開。焚化在此沒有用處。
在本發明之另一較佳變化例中，獲得之粒狀材料只透過一溢流或星形給料器由該造粒機排出。如果有的話，只有細小顆粒存在該排氣中且這些細小顆粒必須分離出來且再循環至該造粒方法；焚化不會用於這些顆粒。
在本發明之某些變化例中，該流體化空氣之溫度範圍宜為180至200℃。
為達本發明之目的，可藉由電能進行加熱。
在本發明之某些較佳變化例中，可使用一電空氣加熱器或使用低壓或中壓蒸汽操作之一熱交換器來預熱空氣。在本發明之該等較佳變化例中，可類似地使用一電空氣加熱器或使用中壓蒸汽操作之一熱交換器來加熱包含再循環空氣及/或新鮮空氣及/或來自其他(子)設備之排氣的整體空氣流至目標溫度。
在本發明之一變化例中，加熱該氣體未藉由一燃燒室、一焚化爐或一類似裝置來實施。
在本發明之一變化例中，可使用來自其他(子)設備之熱、適當的排氣流作為該抽入新空氣之一替代物或外加於該抽入新空氣中，並在該流體化床造粒機中直接地作為用於流體化之流體化流或作為用以加熱/預熱用於流體化之一流體流的熱源。
在本發明之一變化例中，該設備係一肥料生產設備；在這變化例中，可以一相同方式使用用於本發明設備及用於本發明方法之所述事物的各種特徵。
以下，參照圖1更詳細地說明本發明之一可能工作例。該圖顯示依據本發明之用以產生粒狀肥料之一說明性造粒設備的流程圖。這設備係特別設計用於產生比較小量粒狀肥料之一種設備。一流體化床造粒機17被用於產生該粒狀材料。在這設備中，用於流體化之空氣藉由一鼓風機23由外界抽入且透過該導管18流動通過流入板2進入該處理室1。在進入該處理室前，該空氣通過電空氣加熱器10a、10b。安裝成「底噴灑」組態且與該流體化空氣同時垂直地向上噴灑該溶液的噴嘴3設置在該處理室1中。該等噴嘴3係透過具有作為一霧化空氣使用之壓縮空氣的導管20來供應。
該噴灑溶液可在容器8中批式地製備。造粒添加物可溶解在一第一容器8a中或放在該容器中作成溶液。該等造粒添加物係透過一導管11加入這第一容器8a中。用以調整濃度之水可透過另一導管12加入這第一容器8a。
該硫酸銨溶液係在一第二容器8b中製備。水先透過與該導管12連接之一分支導管13供給至這第二容器8b中且作成溶液或更少見地呈結晶形式之該硫酸銨(AS)透過另一導管14加入該第二容器8b。接著計量由該第一容器8a進入含有該AS溶液之第二容器8b中的添加物溶液之適當量。在某些情形中，該添加物亦可呈結晶形式加入該AS溶液中。該溶液藉由一攪拌器均質化且藉由一加熱器件預熱至處理溫度。該溶液接著藉由一泵5透過該導管19在該等噴嘴3運送進入該流體化床造粒機17。
在處理室1上方，設有具有比該處理室1大之裝置橫截面的一膨脹室4。由於該較大橫截面，該空氣速度降低且依此方式減少由該系統排出小顆粒。該排氣進入一外淨化單元6且在此沒有由該造粒機17排出之顆粒。一鼓風機7設置在該淨化站下游，使得全部設備在抽吸模式(負壓)下操作。取出之粒狀材料藉由一篩設備9分成三部份，即尺寸過大、產品及尺寸不足。篩出之尺寸不足材料(細粒)透過該等導管15、16再循環且與另一核材料一起加入該造粒機。
依據本發明，只有該排氣之一淨化子流透過導管26由該系統選擇性地排出，同時另一子流再循環以便利用存在該排氣中之熱能。為達此目的，一分支設置在離開該造粒機17之排氣導管中，使得這欲再循環之子流可透過指向圖中左邊之導管運送至一淨化裝置21，該淨化裝置21係例如一旋風沈澱器且固體顆粒可藉由該旋風沈澱器由該排氣流沈澱。在此分離之該等固體顆粒可例如透過導管28運送返回製備該造粒溶液之容器8b。在這旋風沈澱器21中淨化之該再循環排氣的一子流接著透過一導管27及一鼓風機22運送至該導管18，且用於流體化之空氣透過該導管18進入該處理室1，而該再循環排氣之加入宜發生在該新鮮空氣鼓風機23及電空氣加熱器10a之下游且在該空氣加熱器10b之上游。使用該再循環排氣之優點係熱能仍儲存在這再循環排氣中，使得與由外側供入且已在該鼓風機23下游之電空氣加熱器10a中部份地加熱的新鮮空氣混合後，藉由該熱排氣進一步加熱該加入之新鮮空氣。因此，藉由該電空氣加熱器10b加熱用於流體化之全部空氣所需的能量減少。
同時，該等流18與26因再循環一子流而減少。因此，必須達成之要求及該等鼓風機7與23以及該淨化單元6之能量吸收減少。
圖2顯示另一實施例，其中作為該抽入新鮮空氣之一替代物或外加於該抽入新鮮空氣中的來自其他(子)設備的熱、適當的排氣流30與在導管27中之再循環流混合。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧流入板
3‧‧‧噴嘴
4‧‧‧膨脹室
5‧‧‧泵
6‧‧‧淨化單元
7‧‧‧排氣鼓風機
8‧‧‧容器
8a‧‧‧第一容器
8b‧‧‧第二容器
9‧‧‧篩設備；篩
10a‧‧‧電空氣加熱器；空氣加熱器或熱交換器站1
10b‧‧‧電空氣加熱器；空氣加熱器或熱交換器站2
11‧‧‧用於添加添加物之導管
12‧‧‧用於添加水之導管
13‧‧‧用於添加水之導管；分支導管
14‧‧‧用於添加硫酸銨之導管
15,16‧‧‧用於再循環細粒之導管
17‧‧‧流體化床造粒機；造粒機
18‧‧‧導管；流；用於新鮮空氣之導管
19‧‧‧導管；用於將溶液導入造粒機之導管
20‧‧‧用於壓縮空氣之導管
21‧‧‧再循環空氣之淨化(旋風器)；淨化裝置(旋風沈澱器)
22‧‧‧鼓風機；用於再循環空氣之鼓風機
23‧‧‧鼓風機；新鮮空氣鼓風機
24‧‧‧用於粗顆粒之導管(至粉碎器)
25‧‧‧用於造粒產物之導管
26‧‧‧導管；流；用於淨化排氣之導管
27‧‧‧導管；用於再循環空氣之導管
28,29‧‧‧導管；用於分離固體顆粒之導管
30‧‧‧排氣流；用於來自其他(子)設備之排氣流的導管
以下參照圖1更詳細地說明本發明之一工作例。在此： 圖1顯示依據本發明之用於藉由熱回收生產粒狀肥料之一說明性造粒設備的流程圖。 圖2顯示另一實施例，其中作為該抽入新鮮空氣之一替代物或外加於該抽入新鮮空氣中的來自其他(子)設備的熱、適當的排氣流30與在導管27中之再循環流混合。

Claims (22)

  1. 一種用於在一流體化床造粒機中藉由流體化床造粒產生粒狀肥料的方法，其中在該流體化床中用於流體化之空氣被抽入並在進入該流體化床造粒機前被加熱，且在該方法中獲得由該流體化床造粒機離開之熱排氣，其特徵在於該熱排氣之至少一子流係被再循環且用以加熱該用於流體化之空氣。
  2. 如請求項1之方法，其中該再循環熱排氣與一新抽入空氣流互相混合且依此方式產生之混合空氣係用於流體化，且在與該再循環熱排氣混合前選擇性地預熱該新抽入空氣流。
  3. 如請求項1之方法，其中該再循環熱排氣流及用於流體化之該新抽入空氣流各供給至一熱交換器且藉由該熱排氣至少部份地加熱該新抽入空氣係在該熱交換器中發生。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中用於流體化之該新抽入空氣流與來自另一(子)設備之一排氣流部份地混合或被該排氣流部份地取代， 或其中用於流體化之該新抽入空氣流被來自另一(子)設備之另一流體流的熱含量至少部份地預熱， 或其中作為該抽入新鮮空氣之一替代物或外加於該抽入新鮮空氣中的來自其他(子)設備的熱、適當的排氣流與在導管中之該再循環流混合。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該再循環熱排氣流與已新抽入用於流體化且選擇性地已在一熱交換器中預熱之空氣一起供給至另一熱交換器中，且加熱至所需溫度，其係藉由在該另一熱交換器中之一外熱源達成。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中藉由一外熱源另外地加熱該用於流體化之空氣。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中藉由一外熱源加熱該用於流體化之空氣，且使用具有最高至大約16巴之範圍內之一壓力的蒸汽作為外熱源。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中藉由一外熱源加熱該用於流體化之空氣，且使用加熱一燃燒器之一燃料氣體作為外熱源。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中在該用於流體化之排氣供給至該流體化床前淨化該用於流體化之排氣。
  10. 如請求項9之方法，其中該用於流體化之排氣在它供給至該流體化床前流經至少一淨化裝置及/或一過濾器件。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該用於流體化之排氣在它供給至該流體化床前流經至少一第一淨化裝置且接著選擇性地流經至少一第二淨化裝置。
  12. 如請求項9至11中任一項之方法，其中該用於流體化之排氣在它供給至該流體化床前流經作為淨化裝置之至少一旋風沈澱器。
  13. 如請求項9至12中任一項之方法，其中該用於流體化之排氣在它供給至該流體化床前流經作為淨化裝置之至少一旋風沈澱器且接著或預先選擇性地流經作為一第二淨化裝置之一過濾器件。
  14. 一種用於藉由流體化床造粒產生粒狀肥料的設備，特別是藉由如請求項1至13中任一項之方法產生粒狀肥料的設備，其中該設備包含一流體化床造粒機、用以供給用於流體化之空氣至該流體化床造粒機的至少一導管、用以供給含有用於產生粒狀材料之物質的一溶液至該流體化床造粒機的至少一導管、以及用以由該流體化床造粒機排出被加熱排氣的至少一導管，其特徵在於提供由該流體化床造粒機伸出之至少一返回導管，且藉由該返回導管，來自該流體化床造粒機之該排氣的至少一子流可再循環至用以供給用於流體化之空氣至該流體化床造粒機的該導管。
  15. 如請求項14之設備，其中至少一淨化裝置，較佳為一旋風沈澱器，配置在該返回導管之流路中並且在該流體化床造粒機與用以供給空氣至該流體化床造粒機之該導管間。
  16. 如請求項14或15之設備，其中至少一額外鼓風機配置在該返回導管之該流路中。
  17. 如請求項14至16中任一項之設備，其中至少一空氣加熱器配置在用以供給空氣至該流體化床造粒機之該導管中且該返回導管在這空氣加熱器上游通入該導管。
  18. 如請求項14至17中任一項之設備，其中至少一新鮮空氣鼓風機配置在用以供給空氣至該流體化床造粒機之該導管中且在與該返回導管之接點的上游。
  19. 如請求項14至18中任一項之設備，其中設置用於由該流體化床造粒機離開之未循環排氣的另一導管且其中配置一較佳地抽吸之排氣鼓風機。
  20. 如請求項19之設備，其中在該另一導管中設置用以淨化欲排入外界之該排氣的至少一淨化站。
  21. 一種如請求項14至20中任一項之設備的用途，用以在如請求項1至13中任一項之方法中產生粒狀肥料。
  22. 一種用以在一流體化床造粒機中藉由流體化床造粒產生粒狀肥料之方法，其中在該流體化床中用於流體化之該流體被抽入並在進入該流體化床造粒機前被選擇性地加熱，其特徵在於：該用於流體化之流體來自另一(子)設備之一排氣流；或被抽入而在該流體化床中用於流體化之該新鮮空氣與來自另一(子)設備之一排氣流至少部份地混合及/或來自另一(子)設備之一排氣及/或流體流的至少一部份用以間接地預熱該用於流體化之流體流。
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