СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОЙ МОЧЕВИНЫ ГРАНУЛИРОВАНИЕМ
METHOD FOR PRODUCTION OF SOLID UREA BY GRANULATION

Область техники
Изобретение относится к области производства твердой мочевины.
Уровень техники
Твердую мочевину получают, в основном, приллированием или гранулированием.
В приллировании используется охлаждение капелек жидкой мочевины, падающих внутри башни, посредством встречного воздушного потока. Полученные таким образом твердые частицы называются приллами. При гранулировании распыляют жидкую мочевину на гранулы внутри соответствующего гранулятора, например, в псевдоожиженный (кипящий) слой; жидкость образует затвердевающий слой, увеличивающий размер гранулы. Оба способа известны специалистам и описаны в литературе, например, в статье Meessen, "Urea", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, изд. Willey-VCH Verlag, 2010 г.
Гранулирование обладает рядом известных преимуществ и считается предпочтительным для использования. Хорошо известно, что приллы отличаются хрупкостью, главным образом, из-за быстрого охлаждения капелек, приводящего к формированию пористой структуры. Твердый продукт, получаемый гранулированием, обладает значительно большей механической прочностью, в частности, в отношении раздробления и ударов, и, поэтому, больше пригоден для хранения и транспортирования в насыпном виде. Другим преимуществом гранулирования является возможность получения гранул большего размера, например, диаметром 3 мм и более, в то время как диаметр прилов не превышает 2 мм, поскольку для получения большего размера потребовалась бы слишком большая и дорогая башня приллирования, и возникли бы проблемы нестабильности капелек.
Несмотря на такие преимущества, большая часть твердой мочевины в настоящее время производится приллированием благодаря меньшей стоимости секции приллирования по сравнению с секцией гранулирования.
В соответствии с существующими технологиями и технической литературой, для приллирования требуется плав мочевины высокой концентрации, предпочтительно, с весовым содержанием 99,7 мас.% или более. Известно, что в производящих мочевину установках получают (на выходе секции регенерации) раствор, содержащий определенное количество воды (обычно примерно 30%), поэтому указанная выше концентрация достигается использованием соответствующей концентрационной и выпарной секции, предназначенной для полного удаления воды.
Процесс гранулирования, напротив, согласно существующим технологиям, проводится с раствором мочевины, имеющим концентрацию 96 или максимум 98 мас.%, т.е. еще содержащим примерно 2-4% воды. Для процесса гранулирования допустимо более высокое содержание воды, чем для приллирования, поэтому в существующих технологиях не считается необходимым полностью удалять воду. Кроме того, содержание воды примерно 4% считается полезным для процесса гранулирования, т.к. препятствует образованию нежелательного побочного продукта - карбамилмочевины (биурета).
Создатели технологий получения мочевины разработали специальные процессы гранулирования, имеющие некоторые отличия, однако необходимый для этих процессов уровень концентрации мочевины соответствует упомянутому выше.
Другой особенностью известных процессов, как гранулирования, так и приллирования, является использование формальдегида в качестве добавки для улучшения механических характеристик твердой мочевины. Обычно, формальдегид добавляют в количестве от 0,2 до 0,4% от количества мочевины. Добавление формальдегида считается необходимым для содействия гранулированию и для обеспечения требуемой потребителями механической прочности, хотя это и влечет за собой два недостатка.
Первый недостаток связан с затратами: для заводов, выпускающих тысячи тонн мочевины в день, требуется большое количество формальдегида, порядка нескольких тонн в день. Формальдегид не всегда производится на месте, а многие заводы по производству мочевины располагаются в отдаленных районах. Поставки этой добавки влекут большие расходы, связанные с приобретением, транспортированием и хранением.
Другим недостатком, привлекающим все большее внимание, является воздействие на окружающую среду. Твердая мочевина (приллы или гранулы) в основном используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения, а значит, формальдегид, содержащийся в мочевине, попадает в землю. Это отрицательно влияет на окружающую среду и создает опасность для здоровья людей, поскольку формальдегид считается возможным канцерогеном. Несмотря на это, он считается незаменимым. Существуют технологии получения мочевины без формальдегида (называемой "технической мочевиной"), однако, они дороги, и таким путем производят небольшие количества.
По указанным причинам, понятно, что существует необходимость повышения качества твердой мочевины, в частности, в отношении ее чистоты и механической прочности.
Сущность изобретения
Решение задачи, лежащей в основе настоящего изобретения, состоит в использовании чистого плава мочевины в грануляционном процессе, без добавления формальдегида.
Предпочтительно, степень чистоты плава мочевины составляет более 98 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере 99,5 мас.%, и даже более предпочтительно, по меньшей мере 99,7 мас.%.
Заявитель установил, что в обычном грануляционном процессе, содержащаяся в подводимой мочевине вода, хотя и в небольших количествах (примерно, 3-4%), ухудшает качество продукта. Гранулирование, по существу, представляет собой процесс послойного наращивания, и Заявитель обнаружил, что испарение воды (происходящее во время гранулирования) способствует возникновению пористости внутри ядра гранулы. В результате, несмотря на то, что поверхность, т.е. наружный слой, визуально воспринимается без дефектов и имеющей хорошие механические свойства, внутренние слои гранулы ослаблены пористостью.
Эта техническая проблема никогда не осознавалась в существующих технологиях, в которых рекомендовалось проводить гранулирование с использованием мочевины с весовым содержанием примерно 96 мас.%. Заявитель установил, что использование в грануляционном процессе с практически обезвоженной мочевины (концентрация более 98%) позволяет получить такие механические свойства, что добавление формальдегида становится ненужным. Заявитель также установил, что формирование карбамилмочевины при этом остается в пределах норм, принятых для коммерческого продукта (например, менее 0,9%).
Следует отметить, что в изобретении требуется более эффективное удаление воды, по сравнению с существующей технологией гранулирования, и это может повлечь за собой, хотя и в ограниченной степени, дополнительные затраты. Эти затраты, однако, компенсируются значительно более высоким качеством конечного продукта и, в частности, очень важным преимуществом, обусловленным исключением добавки формальдегида.
Высокое качество продукта является следствием улучшения структуры гранулы. Изобретение позволяет получить более однородную структуру гранулы благодаря исключению испарения воды, вызывающего появление пористости во внутренних слоях гранулы.
Устранение формальдегида дает двойное преимущество, поскольку из процесса исключается дорогая добавка, а также устраняется причина для опасений в части экологической безопасности и воздействия на окружающую среду.
В настоящем изобретении предлагается способ получения твердой мочевины в гранулированной форме, свободной от (не содержащей) формальдегида. Благодаря этому, изобретение позволяет производителям выпускать продукт, по механической прочности соответствующий или превосходящий производимые в настоящее время гранулы, но выгодно отличающийся отсутствием добавки формальдегида, что позволяет считать его экологически безопасным продуктом. При этом мочевина, не содержащая формальдегида, может быть получена при меньших затратах, по сравнению с известными технологиями производства технической мочевины.
Особенностью изобретения также является способ модернизации существующих установок, имеющих секцию приллирования. Эти установки уже содержат выпарную секцию, предназначенную для достижения высокой концентрации (например, 99,7%), для подачи в башню приллирования сырья с нужными характеристиками, благодаря чему могут быть реконструированы добавлением секции гранулирования и подачей по меньшей мере части высококонцентрированного плава мочевины, получаемого в существующей выпарной секции, в новую секцию гранулирования. Благодаря этому, в установке получается улучшенный продукт (гранулы вместо прилов), можно избежать добавления формальдегида, и может быть использована уже существующая выпарная секция.
Таким путем, изобретение также решает вопрос модернизации и усовершенствования установок производства мочевины, использующих башни приллирования, зачастую устаревших, но все еще используемых в большом количестве по всему миру.
В соответствии с вариантом выполнения изобретения, часть плава мочевины может быть использована в башне приллирования для создания затравочных зерен для процесса гранулирования. Такая схема процесса предпочтительна, в частности, когда изобретение используется для модернизации установки получения мочевины, содержащей башню приллирования, поскольку для этого может быть использована имеющаяся башня. В некоторых вариантах выполнения, производство приллов может быть прекращено, т.е. выходной продукцией модернизированной установки будут только гранулы.
Изобретение может быть осуществлено с использованием всей известной технологии гранулирования. Предпочтительно, может быть использовано гранулирование в псевдоожиженном слое. Еще более предпочтительно использование гранулирования в псевдоожиженном слое внутри гранулятора продольного типа, где псевдоожиженные гранулы вращаются, формируя вихревый поток или два встречно-вращающихся вихря, как это описано в ЕР 1412069. Часть подводимого плава мочевины может быть, соответственно, использована для приготовления затравочных зерен для процесса гранулирования.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлена схема первого варианта выполнения изобретения;
на фиг. 2 представлена схема второго варианта выполнения;
на фиг. 3 представлена схема третьего варианта выполнения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематически показана установка получения мочевины, включающая секцию ССМ синтеза мочевины и секцию СРМ регенерации мочевины. На выходе секции СРМ регенерации мочевины получается водный раствор ВРМ мочевины, содержащий примерно 70 мас.% мочевины.
Этот раствор проходит через выпарную секцию ВС, внутри которой удаляется вода, с получением плава ПМ мочевины, содержащего более 98 мас.%, например, 99,7 мас.% мочевины. Этот плав ПМ мочевины, без добавок формальдегида, подается в секцию СГ гранулирования для получения гранул мочевины М.
На фиг. 2 представлен пример модернизации установки, в которой плав ПМ мочевины исходно подается в секцию СП приллирования, в которой образуются приллы П мочевины. По меньшей мере часть ПМ' этого плава ПМ мочевины подается в секцию СГ гранулирования, установленную параллельно секции СП приллирования, также, в данном случае, без добавления формальдегида.
В некоторых вариантах выполнения, поток плава ПМ мочевины направляется целиком в новую секцию СГ гранулирования, т.е. получение приллов П прекращается.
На фиг. 3 показан вариант выполнения, являющийся версией варианта, показанного на фиг. 2, но в котором часть ПМ'' плава мочевины используется в существующей секции СП приллирования для получения твердых затравочных зерен 3 для секции СГ гранулирования.