[发明专利]粉料快速流态化干燥热解制粒的方法和装置

说明书

本发明属于化工过程单元操作工艺和设备，具体属于快速循环流态化干燥、热解或制料的工艺和单元操作技术，适用于颗粒物料的干燥脱水、热分解制取产品或制粒，特别是对于粘性粉料或热解中易产生粘稠液相中间产物的颗粒物料如硼酸、硼砂、氯镁石等以及煤的热解干馏、干燥脱水或制粒工艺过程尤为适用。

颗粒物料（原料或产品）的干燥、热解脱水是工业部门广泛采用的单元操作技术，同时又是许多化合物如硼酸、硼砂、氯镁石等进行热解制取无水产品的重要工艺手段。为了包装、运输和使用的方便，粉料造粒往往又是必不可少的。干燥和热解脱水是传热、传质同时进行的物理和化学过程。工艺效果的优劣和产品质量的好坏，除与颗粒物料的物理性能（如粒度、表面形状、湿含量、干燥速率等）和化学性能（如分解温度、相变情况、热敏性等）有关之外，还受到影响传热、传质速率诸因素如气速、气固接触状态等的制约。这些是选择合适工艺参数和设备形式的主要依据。另外，加粘结剂造粒已属常见，利用热解中生成粘性物作粘结剂造粒则是一种新的工艺构思，正确选择热解脱水工艺条件和设备又是其成败的关键。

现已开发应用的颗粒物料干燥、热解脱水的工艺设备有回转筒干燥、鼓泡流态化（单段和多段）干燥和气流式干燥等。回转干燥筒占地面积大，气固接触不理想，有一定温度分布，固而产品质量不均匀，热效率低，难以适应热敏性物料的干燥。鼓泡流态化干燥，床层温度均匀，适应热敏性物料干燥，强化了气固接触和传递，且可组成多段逆流操作以提高热效率;然而操作气速有限，加之分布板的不稳定性，容易出现局部死区，在处理粘性或热解中易生成液相中间产物时，常会因操作参数波动导致“失流”，使操作难以维持;热气流以气泡形式通过床层，气固接触不佳，热能利用不充分。另外，分布板压降较高，增加动能消耗。对于气流式干燥，尽管气固接触良好、传递迅速、但床层固体浓度低，设备体积利用效率差，颗粒停留时间短，难以适应缓慢脱水过程的颗粒物料的干燥。在实际应用中遇到最令人沮丧的问题是，当物料喷入热气流中时，或因自身的粘结，或因出现复盐而结疤粘壁，堵塞干燥器，使操作中断。

就制粒而言，除机械挤压造粒，圆盘制粒外，还有喷雾造粒和锥形流化床造粒等;机械法造粒，一般为较粗的大粒，而喷雾造粒不宜用于脱水缓慢的粘性物料，而且设备庞大;锥形流化床造粒对于粘性或热解中生成粘稠液相中间物而易粘结的物料，往往因粘结而难以实现。

在一些无机化合物热解过程中，由于出现粘稠液相中间产物或过热熔结，所发生的粘结或熔结将更为多见和严重。如硼酸热分解制硼酸酐，水氯镁石热解制镁氧，五水或十水硼砂热解制无水硼砂等均有液相中间物的生成，直接沿用前述的常规工艺设备将是十分困难，甚至难以实现的。以硼酸热分解而论，由于常压热解过程中会出现粘稠液相产物偏硼酸，往往只能得到的玻璃体的硼酸酐，而且需要较长的脱水时间。由于这个原因，传统的硼酸热解工艺多采用高温（感应炉或反射炉）熔融脱水法，因温度高（800-1000℃）能耗大，硼的挥发性损失大，产品为熔融玻璃体拉丝，然后再回切成丝段颗粒，只能间歇生产。另外也可采用真空脱水法以防止液相中间产物生成，可得到粉末状的产品，但为多段间歇操作，流程长、费时多，效率低，投资亦高。苏联学者берлин曾先后提出过热气流法硼砂多段鼓泡流化床脱水制无水硼砂（авм.свид.219582，1964）和硼酸三段回转筒干燥脱水制粉末状硼酸酐（авм.свид.199120，1966）的工艺。在这些工艺中，前节所论及的不足不可避免地依然存在，亦被我们的实验所证实。就制粒而言，如果正确地选择工艺条件和设备，控制粘稠物的生成速率，不仅可以克服熔结，而且可以使细粒硼酸团聚成较为均匀的B₂O₃颗粒，达到造粒的目的。

本发明针对现有工艺设备实际操作中存在的问题，特别是因粘性或粘性液相中间产物而易粘结沾壁的难题，根据物料干燥和热解过程所发生物理化学变化的特点，从工艺和设备两个方面作出对策，提出了复合两段流化床干燥和热解脱水新工艺。