СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ МОЧЕВИНЫ В КАЧЕСТВЕ ПРОДУКТА
METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING GRANULAR UREA PRODUCT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения гранулированной мочевины в качестве продукта.
Уровень техники
Известный в данной области техники способ получения гранулированной мочевины в качестве продукта по существу основан на постепенном выращивании гранул, поддерживаемых в состоянии псевдоожиженного слоя. Расплавленную мочевину разбрызгивают или распыляют в псевдоожиженном слое, при этом осаждение и затвердевание расплавленной мочевины на зародышах и гранулах приводит к постепенному образованию требуемого гранулированного продукта.
Этот способ осуществляется с помощью капелек жидкости для выращивания гранул, смачивающих, прилипающих и затвердевающих на зародышах и гранулах, которые вместе образуют псевдоожиженный слой. Основная концепция известного способа заключается в том, что маленькие капельки жидкой расплавленной мочевины контактируют со сравнительно крупными твердыми частицами, так что капелька жидкости образует тонкий слой жидкости вокруг твердой частицы или, по меньшей мере, вокруг ее части, и этот слой подвергается испарению и отверждению.
Известный способ и устройство для гранулирования раскрыты, например, в US-A-4353730.
Исходным материалом способа являются твердые частицы диаметром по меньшей мере 0,5-1,5 мм, обычно называемые зародышами. Эти зародыши можно получить двумя способами. Первый способ заключается в сортировке (грохочении) гранулированного продукта и использовании гранул размером меньше номинального (нижнего продукта грохочения) и(или) гранул размером больше номинального (надрешетного продукта) для получения зародышей. Гранулы размером меньше номинального могут использоваться как таковые, тогда как гранулы размером больше номинального для получения материала зародышей измельчают. Недостатками этого способа являются неодинаковые размер и форма материала зародышей, а также необходимость рециркуляции соответствующего объема расхода псевдоожиженного слоя, например 50%. Более того, рециркуляция части конечного продукта в качестве материала зародышей приводит к тому, что материал зародышей содержит также добавки, введенные в процессе гранулирования. В результате концентрация добавок в гранулированном продукте может отклоняться от требуемой величины.
Другой способ заключается в получении зародышей в отдельном устройстве путем отверждения небольшого количества свежей расплавленной мочевины. Генератор зародышей (устройство для получения зародышей) обычно включает охлажденную конвейерную ленту, на которой капли расплавленной мочевины осаждаются и затвердевают, образуя пастилки или чечевицеобразные гранулы диаметром около 1,5 мм. Материал зародышей имеет одинаковый размер и состав, однако это устройство является крупногабаритным (длина около 10 м) и дорогостоящим. Более того, для образования пастилок необходима расплавленная мочевина высокой степени чистоты (более 99,8%) и, как правило, для повышения степени чистоты расплавленной мочевины с 96% до более 99,8% требуется испаритель, что означает дополнительные затраты.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, что связано с потребностью в материале зародышей для гранулирования мочевины в псевдоожиженном слое.
Настоящее изобретение представляет собой новый способ получения гранулированной мочевины в качестве продукта, в котором твердые частицы, необходимые для начала гранулирования, получают в процессе осуществления самого способа, питанием для которого служит только жидкость. Эта стадия называется стадией получения зародышей и заключается в отверждении маленьких капелек расплавленной мочевины при контакте с охлаждающей средой для образования маленьких твердых частиц. После контакта с другими капельками жидкой расплавленной мочевины, которые крупнее вышеуказанных частиц, эти маленькие твердые частицы начинают расти. На этой стадии способа твердая частица, столкнувшаяся с капелькой жидкости, может быть покрыта оболочкой из этой капельки и последующее отверждение приводит к образованию более крупной твердой частицы. Таким образом, твердые частицы постепенно становятся все крупнее и крупнее, пока не достигнут размера, сравнимого с размером зародышей в известном способе и достаточного для начала обычного способа гранулирования.
Таким образом, объектом изобретения является способ, в котором:
а) первые и маленькие капельки свежей расплавленной мочевины контактируют с охлаждающей средой для образования твердых исходных частиц;
б) вышеуказанные исходные частицы контактируют с капельками расплавленной мочевины, которые крупнее этих исходных частиц, причем эти частицы и вышеуказанные капельки вместе образуют более крупные твердые частицы; эти твердые частицы после контакта с капельками расплавленной мочевины, которые крупнее этих частиц, постепенно увеличиваются в размере, пока эти твердые частицы не достигнут заданного размера; а
в) затем полученные таким образом твердые частицы подвергают дальнейшему процессу выращивания в псевдоожиженном слое, причем путем контакта с капельками жидкости, размер которых теперь меньше размера твердых частиц, до получения гранулированного продукта с требуемым размером гранул.
Стадия (в) осуществляется в состоянии псевдоожиженного слоя. Предыдущие стадии (а) и (б) также могут осуществляться в состоянии псевдоожиженного слоя, хотя в этом нет необходимости.
Предпочтительно сжижающей средой является воздух, который, кроме того, действует как охлаждающая среда. Для поддержания вышеуказанных стадий способа и сохранения состояния псевдоожиженного слоя по меньшей мере на стадии (в) способа подачу расплава и охлаждающего воздуха регулируют. В частности, для поддержания режима псевдоожижения с учетом увеличивающейся массы частиц регулируют расход и скорость потока воздуха.
Средний размер маленьких капелек, используемых для образования исходных частиц, предпочтительно составляет не более 200 мк (0,2 мм), а более предпочтительно - примерно 50-200 мк (0,05-0,2 мм). Следовательно, и размер твердых исходных частиц предпочтительно находится в тех же пределах 50-200 мк. Более крупные капельки, подаваемые на стадии б) способа, могут иметь размер в пределах 200 мк - 1 мм, а предпочтительно - 200 мк - 500 мк. В предпочтительном варианте осуществления изобретения на стадию (б) несколько раз осуществляется подача капелек с увеличением их размера.
Размер твердых частиц, полученных после стадии (б), дает возможность начать обычный процесс выращивания путем осаждения капелек жидкости на поверхность твердых частиц. Например, размер частиц после стадии (б) составляет приблизительно 0,5 мм, а предпочтительно находится в пределах 0,5-1 мм. Под размером твердых частиц имеют в виду диаметр сферических частиц или эквивалентный диаметр. Настоящее изобретение дает возможность получать сферические или почти сферические твердые частицы.
Стадии (а) и (б) раскрытого выше способа можно рассматривать как стадии внутреннего образования зародышей. Твердые частицы, которые подают по окончании стадии (б), можно назвать "зародышами" для процесса гранулирования. Последняя стадия (в) по существу аналогична обычному способу, в котором выращивание основано на осаждении жидкого расплава на твердых гранулах; однако настоящее изобретение исключает необходимость подачи материала твердых зародышей извне, так как гранулирование начинается вокруг твердых зародышей, полученных на предыдущих стадиях образования зародышей.
Следует отметить, что известные способы предусматривают ввод твердых гранул (зародышей) в псевдоожиженный слой. Эти зародыши должны быть достаточно крупными, чтобы обеспечить отверждение капелек расплавленной мочевины на их поверхности. В настоящем изобретении выбран другой подход, при котором в псевдоожиженный слой не подают твердый материал, а гранулирование начинается с образования вышеописанных зародышей из жидких капелек расплавленной мочевины.
Стадии (а)-(в) способа можно осуществлять в зависимости от времени в том же устройстве или в другой части или на других стадиях в одной емкости.
Стадии (а)-(в) можно осуществлять в одном и том же устройстве, например в одном и том же грануляторе. В некоторых вариантах осуществления изобретения образование зародышей на первых стадиях (а) и (б) осуществляется в предназначенной для этого передней (входной) части гранулятора.
В одном варианте осуществления изобретения способ осуществляется непрерывно в продольном псевдоожиженном слое, предпочтительно в продольном псевдоожиженном слое с двумя вихревыми потоками, описанном в WO 2009/086903. Первые стадии (а) и (б) осуществляются в первой части продольного псевдоожиженного слоя, а обычное выращивание (гранул) в соответствии со стадией (в) осуществляется во второй оставшейся части того же псевдоожиженного слоя. Вышеуказанные первая часть и вторая часть псевдоожиженного слоя могут быть разделены перегородкой, хотя физические средства разделения не являются необходимыми.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения частицы-зародыши получают в первой емкости, а последующее обычное гранулирование осуществляют во второй емкости, которая отделена от вышеуказанной первой емкости.
Гранулированный продукт, полученный при использовании этого изобретения, может иметь любой размер, например 2-8 мм.
Настоящее изобретение имеет следующие преимущества:
- почти безупречный материал зародышей сферической формы при одинаковом составе свежего расплава;
- нет необходимости в крупногабаритных и дорогостоящих устройствах, таких как охлажденная конвейерная лента для подачи пастилок;
- нет необходимости в испарителях для повышения степени чистоты расплавленной мочевины, этот способ может работать при степени чистоты 95%-96%;
- небольшой требуемый расход расплавленной мочевины на стадии образования зародышей и небольшие размеры устройства для образования зародышей в сравнении с известными устройствами для получения из мочевины зародышей или пастилок.
Объектом изобретения является также установка (оборудование) для осуществления вышеописанного способа. Установка, предлагаемая в изобретении, включает:
- первое устройство;
- средства, предназначенные для подачи по меньшей мере первого потока маленьких капелек свежей расплавленной мочевины и охлаждающего воздуха в вышеупомянутое первое устройство для обеспечения образования твердых исходных частиц;
- средства подачи по меньшей мере второго потока или предпочтительно ряда потоков более крупных капелек расплавленной мочевины в вышеупомянутое первое устройство, причем капельки в вышеуказанном втором потоке или потоках крупнее капелек в вышеуказанном первом потоке;
- второе устройство, сообщающееся с первым устройством, и средства подачи частиц, образовавшихся в первом устройстве, и капелек мочевины, а также сжижающего воздуха в вышеуказанное второе устройство для гранулирования вышеупомянутых твердых частиц в состоянии псевдоожиженного слоя.
Первое и второе устройства могут представлять собой отдельные емкости или являться частями одной емкости. Вышеуказанный первый поток капелек предпочтительно получают с использованием насадок, предназначенных для подачи капелек диаметром не более 200 мк, а более предпочтительно - диаметром в пределах 50-200 мк. В предпочтительном варианте осуществления изобретения первая емкость или первая часть одной емкости имеет по меньшей мере первую группу насадок, предназначенных для подачи капелек диаметром 50-200 мк, и по меньшей мере вторую группу насадок, предназначенных для подачи более крупных капелек расплавленной мочевины. Более предпочтительно вторая группа насадок включает несколько подгрупп насадок, и каждая подгруппа предназначена для подачи капелек разного размера, например диаметром от 200 до 500 мк. Вышеуказанные подгруппы насадок могут быть размещены в емкости или части емкости первого устройства, начиная от маленьких насадок до больших насадок.
Отличительные признаки и преимущества изобретения раскрыты далее со ссылкой на предпочтительные и неограничивающие варианты осуществления изобретения.
Описание чертежей
Фиг.1 - схема конструкции устройства, предназначенного для осуществления изобретения.
Фиг.2 - схема варианта конструкции устройства.
Фиг.3 - эскиз, изображающий способ, предлагаемый в изобретении.
Подробное описание осуществления изобретения
1
2
На фиг.1 показано первое устройство, включающее емкость 102 для гранулирования в псевдоожиженном слое (гранулятор) и отдельную емкость 101, соединенную с вышеуказанной емкостью 101 посредством трубопровода 107. Вышеуказанные емкости образуют устройства E и E соответственно.
В емкости 102 находится псевдоожиженный слой в режиме работы с одним или двумя вихревыми потоками. В рабочем режиме псевдоожиженный слой имеет непрерывный поток или струю текучей среды в продольном направлении и два поперечных вихревых потока, имеющих противоположное направление вращения, а также ось, параллельную вышеуказанному продольному направлению.
1
В соответствии с изобретением емкость 101 работает как генератор зародышей. Генератор зародышей получает часть 21 расплавленной мочевины 20 и поток А охлаждающего воздуха. Вдоль емкости 101 размещены разбрызгивающие или распыляющие насадки. На рисунке каждая стрелка 23, 24 и 25 обозначает группу разбрызгивающих или распыляющих насадок. Насадки 23 могут подавать очень мелкие капли расплавленной мочевины, предпочтительно диаметром около 100 или 200 мк. Эти мелкие капельки отверждаются с использованием охлаждающего воздуха А, образуя маленькие твердые гранулы в первой зоне устройства E. Следующие насадки, обозначенные стрелками 24 и 25, подают более крупные капельки, например, диаметром 300 и 400 мк.
1
2
Затем в другой зоне вышеуказанного устройства E первые и более мелкие гранулы сталкиваются с вышеуказанными более крупными каплями и постепенно увеличиваются в размере. Полученные таким образом твердые гранулы по трубопроводу 107 подают в гранулятор 102; остаток 22 расплавленной мочевины разбрызгивают (стрелка 26) в устройстве Е, в котором поддерживается псевдоожиженный слой.
1
Насадки в емкости 101 расположены начиная от маленьких насадок, подающих очень мелкие исходные капельки, до больших насадок, подающих более крупные капельки. Предпочтительно диаметр подаваемых капелек в процессе их перемещения со стороны входа в устройство E к стороне выхода постоянно увеличивается.
1
2
На фиг.2 показан вариант осуществления изобретения, в котором устройства E и E для образования зародышей и гранулирования представлены частями 201 и 202 одной емкости 200. Другими словами, генератор зародышей интегрирован в продольный гранулятор с псевдоожиженным слоем. Вышеуказанные части 201, 202 емкости разделены перегородкой 204, которая, впрочем, не является необходимой.
Состояние псевдоожиженного слоя поддерживается в емкости 200 по меньшей мере в части 202 с использованием, например, сжижающего воздуха, поступающего через перфорированную нижнюю стенку 205. Расплавленную мочевину можно разбрызгивать с использованием насадок, расположенных на передней или задней боковых стенках 206, 207.
1
Процесс осуществляется так же, как в варианте, представленном на фиг.1. Мелкие капельки расплавленной мочевины отверждаются с использованием охлаждающего воздуха А, образуя в устройстве E маленькие твердые частицы, являющиеся исходными частицами всего процесса. Контактируя с более крупными капельками расплавленной мочевины, подаваемыми, например, с использованием устройств ввода 24, 25, эти частицы начинают увеличиваться в размере.
Часть 201, генератор зародышей, конечно, может быть еще разделена на части внутренними перегородками для выделения зон части 201 в соответствии со средним размером частиц мочевины.
В некоторых вариантах осуществления изобретения подачу воздуха регулируют таким образом, чтобы поддерживать состояние псевдоожиженного слоя также в части 201.
В конце части 201 генератора зародышей, а именно рядом с перегородкой 204, если таковая имеется, или на выходе генератора зародышей 101 твердые гранулы достигли размера (например, около 0,5-1 мм), который является достаточным, чтобы сделать возможным обычный способ гранулирования. Обычный способ гранулирования - это процесс, в котором гранулы увеличиваются в размере путем осаждения капелек жидкости меньшего размера, чем гранулы, и образования слоя жидкости на поверхности гранул. Вышеуказанный обычный способ гранулирования осуществляется в грануляторе 102 или части 202 в емкости 200.
1
Схема процесса представлена на фиг.3. На фиг.3(А) показана очень маленькая капелька 10 расплавленной мочевины, контактирующая с охлаждающим и сжижающим воздухом А в устройстве E, изображенном на фиг.1 и 2. Капелька 10 жидкости быстро отверждается охлаждающим воздухом и образует твердую сферическую частицу 11. Частица 11 контактирует с капельками 12 жидкости, поступающими, например, из линий подачи 24, 25. Эти капельки 12 - небольшого размера, но их размер больше размера исходной очень маленькой капельки 10 и, следовательно, больше размера твердой частицы 11. Твердые частицы 11 служат исходным материалом для отверждения капелек 12. В частности, капелька 12 обычно образует оболочку вокруг твердой частицы 11, как показано на фиг.3(Б); отверждение жидкой фракции вокруг частицы 11 охлаждающим воздухом А приводит к образованию более крупной сферической или почти сферической частицы.
2
Этот процесс, показанный на фиг.3(Б), последовательно продолжается до тех пор, пока твердая частица не достигнет достаточного для частицы размера, чтобы сделать возможным обычный процесс выращивания гранул, как правило, по меньшей мере 0,5 мм. На этой стадии частица переходит в устройство E. Обычный процесс выращивания показан на фиг.3(В), где капелька 14 жидкости теперь уже меньшего размера, чем твердая частица 13, сталкивается с твердой частицей 13. Капелька 14 может иметь такой же или другой размер в сравнении с частицами 12, контактировавшими с небольшими частицами 11 на предыдущей стадии.