СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛ МОЧЕВИНЫ Российский патент 1998 года по МПК C05C9/00 C05C1/02 B01J2/16 

Изобретение относится к способу производства гранул мочевины.

Известны различные способы производства гранул мочевины. В прошлом преобладающим способом было гранулирование отверждением капелек распыленных расплавленных солей, при котором по существу безводный расплав мочевины (имеющий содержание воды не более чем 0,1 - 0,3 мас.%) распыляли с вершины колонны гранулирования отверждением капелек распыленных расплавленных солей в восходящем потоке воздуха окружающей температуры, в котором капельки отверждались с образованием так называемых гранул (дробинок). Эти гранулы (дробинки) имели относительно небольшой максимальный диаметр и были механически довольно слабыми.

Гранулы мочевины, имеющие большие размеры и лучшие механические свойства, в настоящее время получают грануляцией по существу безводного расплава мочевины или водного раствора мочевины в псевдоожиженном слое (например, патент США N 4219589). В способе, представленном в этом патенте, водный раствор мочевины, имеющий концентрацию мочевины 70 - 99,9 мас.%, предпочтительно 85 - 96 мас.%, распыляют в виде очень мелких капелек, имеющих средний диаметр 20 - 120 мкм, в псевдоожиженный слой частиц мочевины при такой температуре, при которой вода испаряется из раствора, распыленного на частицы, и мочевина отверждается на частицах с образованием гранул, имеющих желаемый размер, который может составлять 2,5 мм и более. Так как в этом способе образуются довольно большие количества летучей пыли, в особенности, если раствор мочевины, используемый в качестве исходного материала, содержит более 5% по массе, в частности более 10 мас.% воды, к раствору мочевины предпочтительно добавляют замедлитель кристаллизации или грануляционную добавку для мочевины, в частности водорастворимую добавку или продукт конденсации формальдегида и мочевины, посредством чего значительно снижается или даже подавляется образование летучей пыли. В результате присутствия грануляционной добавки гранулы остаются пластичными при образовании, при этом благодаря вальцеванию и/или соударениям во время образования можно получить механически прочные, гладкие и круглые гранулы.

Образовавшиеся гранулы имеют высокое сопротивление раздавливанию, высокую ударную прочность и незначительную склонность к образованию летучей пыли при истирании, и, более того, они не слеживаются даже при продолжительном хранении, хотя мочевина проявляет сильную природную склонность к слеживанию.

Хотя способ, представленный в описании цитированного патента США, является большим шагом вперед в отношении свойств гранул мочевины, было все же найдено, что необходимо дальнейшее усовершенствование, в особенности в отношении количества летучей пыли из конечного продукта и пылеобразования во время грануляции.

Целью настоящего изобретения является обеспечение способа производства гранул мочевины посредством методики грануляции, предпочтительно такой, которая описана в патенте США N 4219539, когда количество пыли, образованной во время грануляции, а также количество летучей пыли из конечного продукта уменьшается.

Изобретение направлено на способ производства гранул мочевины из расплава или раствора мочевины путем распыления расплава или раствора мочевины, который также содержит в качестве грануляционной добавки формальдегид, метилолмочевину или гексаметилентетраамин, в форме очень мелких капелек, в псевдоожиженный слой частиц мочевины, при этом грануляционную добавку добавляют перед грануляцией в такой период, чтобы смесь упомянутой грануляционной добавки и расплава или раствора мочевины проконтактировала в течение по крайней мере 20 с, но не более 20 мин.

Было обнаружено, что при добавлении грануляционной добавки в такой период, чтобы смесь грануляционной добавки и мочевины имела указанное время контактирования, получают усовершенствованный способ и усовершенствованный продукт.

Более конкретно, способ является более экономичным благодаря снижению количества пыли при грануляции. Это также сокращает количество жидкости, используемой для промывки газа из гранулятора и, следовательно, количество пара для выпаривания воды из упомянутого раствора мочевины.

Кроме того, заметно сокращается количество пыли от истирания конечного продукта, что является важным преимуществом при дальнейшем обращении с материалом.

Оптимальное значение времени контактирования зависит от различных факторов, например от содержания воды в расплаве или растворе мочевины, температуры, количества грануляционной добавки и химического состава добавки.

В частности было отмечено, что при более коротком времени контактирования не получали уменьшенное пылеобразование и уменьшенное количество летучей пыли.

Увеличение времени контактирования более 20 мин приводило к недопустимо высоким количествам биурета и триурета.

Предпочтительное время контактирования находится между 25 с и 20 мин, так как в этом диапазоне получают оптимальные результаты.

Предпочтительными гранулированными добавками являются формальдегид и водорастворимые аддукты и/или продукты конденсации формальдегида и мочевины. Производство водорастворимых аддуктов формальдегида и мочевины известно (например, патент США N 3067177), а производство водорастворимых продуктов конденсации формальдегида и мочевины представлено в патенте США N 3112343.

Можно также использовать аддукты формальдегида и мочевины, полученные сперва в щелочной среде и затем сконденсированные в кислой среде с образованием от тонкослойных до сиропообразных жидкостей, например, жидких клеев, используемых при производстве картона из макулатуры.

Способ настоящего изобретения можно применять при традиционном производстве мочевины в обычной грануляционной ячейке (например, патент США N 4219859).

При осуществлении способа настоящего изобретения синтетический раствор мочевины, полученный с фабрики по производству мочевины, концентрацию которого необязательно впоследствии доводят до требуемого содержания воды, смешивают с грануляционной добавкой, предпочтительно в количестве 0,3 - 0,8 мас. %, вычисленном в пересчете на формальдегид, относительно веса конечных гранул.

Смешивание можно осуществлять на любой ступени способа при условии, что обеспечено необходимое время контактирования. Если необходимо, можно включить отдельную буферную емкость после приспособления для смешивания и перед псевдосжиженным слоем. Альтернативно грануляционную добавку можно добавить перед выпариванием воды из раствора мочевины при условии, что время контактирования остается в пределах указанного диапазона.

Кроме того, было обнаружено, что при осуществлении способа настоящего изобретения образуется состав гранул, который безупречно возобновляется, посредством чего также предотвращается образование летучей пыли, при этом полученные гранулы мочевины имеют очень высокое сопротивление раздавливанию и очень высокую плотность. Еще одна особенность состоит в том, что гранулы мочевины, полученные в соответствии с изобретением, не слеживаются даже при длительном хранении.

Предпочтительно добавку используют в количестве, соответствующем 0,3 - 0,8 мас. % формальдегида, вычисленном относительно конечного продукта. При желании могут быть использованы более высокие соотношения, но это не вносит каких-либо особенных преимуществ. Добавку можно добавлять в любой подходящей форме, но предпочтительно в виде концентрированных водных растворов, вследствие чего концентрация находится в диапазоне 30 - 85 мас.%.

Гранулы после их образования предпочтительно охлаждают до температуры, совместимой с температурой окружающего воздуха, например до 40 - 45^oC для тропических условий или до 30^oC для умеренных климатических условий, например, посредством потока воздуха, влагосодержание которого предпочтительно уменьшают до такой степени, что во время процесса охлаждения гранулы не абсорбируют влагу из воздуха.

Гранулы мочевины, полученные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть выгодно использованы в сочетании с суперфосфатом и тройным суперфосфатом. Кроме того, могут быть использованы и другие компоненты, например калиевые удобрения (обычно KCl).

Гранулирование мочевины можно осуществить путем распыления водного раствора на псевдоожиженные зародыши кристаллизации мочевины, при этом упомянутый раствор имеет концентрацию мочевины 70 - 99 мас.%. Предпочтительным является использование раствора, имеющего концентрацию мочевины 85 - 96 мас. %.

Раствор мочевины распыляют газом, например воздухом. Предпочтительно раствор распыляют в псевдосжиженном слое зародышей кристаллизации, так как распыление на слой включает риск, состоящий в том, что распыленные капельки увлекаются воздухом псевдоожижения, выходящим из слоя. Давление распыляющего воздуха составляет предпочтительно 118 - 392 кПа (1,2 - 4,0 атм). Это давление оказывает весьма значительное воздействие на размер распыленных капелек. Чем выше давление, тем меньше распыленные капельки. Средний диаметр капли составляет предпочтительно 25 - 250 мкм.

Размер зародышей кристаллизации мочевины, подаваемых в псевдоожиженный слой, в котором происходит грануляция, обычно составляет 0,2 - 3 мм, но может быть и больше, когда получают гранулы мочевины большего размера.

Температура псевдоожиженного слоя зародышей кристаллизации мочевины обычно находится в диапазоне 70 - 115^oC, предпочтительно 80 - 110^oC. Внутри этих пределов температура может быть ниже, поскольку концентрация мочевины в растворе, распыленном на зародыши кристаллизации, выше. Температуру псевдоожиженного слоя можно регулировать соответствующим выбором температуры псевдоожижающего воздуха и концентрацией распыляемого раствора мочевины.

Раствор мочевины распыляют над зародышами кристаллизации мочевины в виде очень мелких капелек. Под влиянием температуры, преобладающей в псевдоожиженном слое, вода испаряется из раствора и мочевина кристаллизуется на поверхности зародышей кристаллизации мочевины. Вследствие маленького размера капелек они обычно покрывают только часть поверхности отдельных зародышей кристаллизации мочевины. Таким образом, предотвращается образование структуры гранул, похожей на луковицу, в которой зародыши кристаллизации последовательно покрыты по существу наложенными слоями. Как следствие, гранулы в соответствии с настоящим изобретением не имеют напряжений, свойственных структуре, похожей на луковицу. Полагают, что превосходные механические свойства гранул мочевины в соответствии с этим изобретением получают благодаря отсутствию этих напряжений. Еще одним преимуществом мельчайшего размера капли распыляемого раствора мочевины является то, что из нее можно полностью выпарить воду в течение короткого периода времени.

Продукт, получаемый способом в соответствии с настоящим изобретением, содержит лишь незначительные количества свободного NH₃, CO₂, влаги и биурета и имеет такие механические свойства, которые являются подходящими для пневматической транспортировки, и остается свободно текучим даже после продолжительного хранения.

Особенное преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что во время грануляции почти полностью предотвращается образование биурета. Таким образом, путем распыления раствора мочевины, имеющего, например, содержание мочевины 75 - 85 мас.% и содержание биурета менее чем 0,1%, можно получить гранулы мочевины с содержанием биурета менее 0,1%.

Гранулы мочевины, полученные способом этого изобретения, являются весьма подходящими для покрытия, например, серой, для образования медленно выделяющихся гранул, благодаря превосходной сферичности и закрытой поверхности которых сводят к минимуму необходимое количество покрывающего материала.

Способ в соответствии с настоящим изобретением можно осуществлять в любом типе гранулятора с псевдоожиженным слоем. Один пример подходящей аппаратуры схематически показан на чертеже, на котором представлен гранулятор 1, разделенный на множество отделений 2, 3 и 4 для грануляции и последующие отделения 5 и 6 для последующего охлаждения и сушки гранул мочевины. Гранулятор 1 содержит решетку 7, которая содействует псевдоожиженному слою и передает воздух псевдоожижения, возможно предварительно нагретый в одном или нескольких подогревателях (не показаны) и подаваемый через трубопровод 8. Пространство ниже решетки можно разделить тем же самым образом, что и пространство, расположенное над ней, на отделения, в этом случае воздух псевдоожижения подают в каждое из этих отделений. Гранулятор 1, кроме того, снабжен в донной части пневматическими системами распылителя 9, 10 и 11, которые простираются до уровня выше решетки 7. Можно использовать две или несколько систем распылителя в каждом отделении.

Через эти распылители раствор мочевины, к которому добавляют грануляционную добавку, подаваемый через трубопровод 13, распыляют с помощью воздушного потока, подаваемого через трубопровод 14, в отделения грануляции 2, 3 и 4. Раствор мочевины подают в буферную емкость 13^c через линию 13^a. В то же самое время грануляционную добавку вводят в буферную емкость через линию 13^в. Размеры буферной емкости таковы, что гарантируется достаточное время контактирования. Псевдоожиженный слой состоит из зародышей кристаллизации мочевины.

Для последующего кондиционирования, охлаждения и возможной сушки гранул в отделениях 5 и 6 гранулятор 1 снабжен трубопроводом 16 для подачи воздуха.

Для удаления воздуха и возможно увеличенных частиц пыли гранулятор 1 имеет разгрузочные трубопроводы 17 и 18, которые присоединены к скрубберу 19, в котором воздух промывается разбавленным раствором мочевины для удаления пыли и возможно остающихся очень маленьких гранул. Для того чтобы можно было достигнуть высокой эффективности промывки, воду можно распылять в воздух через распылитель 23. Воздух, удаляемый из пыли, можно выпустить через разгрузочный трубопровод 24, а образованный разбавленный раствор мочевины выпускают через трубопровод 25.

Гранулятор 1, кроме того, содержит донный спуск 26 для гранул мочевины, расположенный над вибрационным желобом 27, откуда гранулы транспортируют к просеивающему устройству (грохоту) 28, в котором их разделяют на фракции, а именно на нижнюю подгрохотную фракцию, имеющую желаемые размеры, и верхнюю надгрохотную фракцию. Фракцию, имеющую желаемые размеры, необязательно пропускают через холодильник 29 к месту хранения, где можно осуществить дальнейшее разделение на фракции, осуществляемое для различных целей. По желанию холодильник можно расположить выше по потоку от просеивающего устройства (грохота).

Верхнюю надгрохотную фракцию гранул, отделенную в просеивающем устройстве (грохоте) 28, транспортируют в дробилку 30, в которой эту фракцию дробят до необходимого размера, чтобы она могла служить в качестве свежих зародышей кристаллизации. Нижнюю подгрохотную фракцию, отделенную в просеивающем устройстве (грохоте) 28, пропускают через трубопровод 32 в трубопровод 31 вместе с фракцией из дробилки 30, которую возвращают в гранулятор 1.

Некоторое количество гранул мочевины, удаленных из системы в хранилище, заменяют свежими зародышами кристаллизации мочевины из дробилки.

Размер гранул продукта зависит от ряда факторов, например, количества зародышей кристаллизации мочевины в псевдоожиженном слое, размера этих зародышей кристаллизации, количества раствора мочевины, распыленного в единицу времени, и времени пребывания зародышей в слое. Таким образом, например, гранулы продукта большего размера можно получить, если уменьшить количество зародышей кристаллизации в псевдоожиженном слое и увеличить время пребывания. Для того чтобы можно было сохранять предварительно определенный гранулометрический состав продукта, необходимо, чтобы содержимое слоя сохранялось постоянным настолько, насколько это возможно, как в отношении гранулометрического состава, так и в отношении количества зародышей кристаллизации. Этого можно достигнуть путем обеспечения того, чтобы количество по весу зародышей кристаллизации мочевины с правильным гранулометрическим составом, добавляемых в псевдоожиженный слой, всегда находилось в соответствии с количеством по весу гранул продукта, удаленных из слоя.

Если по той или иной причине происходит отклонение от желаемых размеров продукта, эти отклонения автоматически корректируют в вышеописанном варианте способа: если продукт становится крупным, более крупную надгрохотную фракцию отделяют в просеивающем устройстве (грохоте) 28, при этом нагрузка дробилки 30 будет возрастать, и через линию 31 в псевдоожиженный слой в грануляторе 1 подают большее количество зародышей кристаллизации, посредством чего уменьшается средний диаметр гранул. Работу дробилки 30 регулируют должным образом: если измельченный продукт слишком мелкозернистый, в псевдоожиженный слой подается слишком много пыли, откуда она уносится газом псевдоожижения или вызывает агломерацию, если измельченный продукт слишком крупнозернистый, в псевдоожиженный слой подают очень мало зародышей кристаллизации.

В установке, которая представлена на чертеже, гранулировали 1700 t/d мочевины. К мочевине добавили грануляционную добавку, основанную на конденсате мочевины и формальдегида, в количестве, соответствующем 0,50 мас.% CH₂O, вычисленном относительно конечного продукта. Время контактирования грануляционной добавки и расплава мочевины изменяли. В таблице представлены результаты различных опытов.

Использование: изобретение относится к способу получения гранул мочевины из расплава или раствора мочевины, которые используют в качестве удобрения самостоятельно и в сочетании с минеральными добавками. Сущность способа состоит в том, что в расплав или раствор мочевины перед грануляцией вводят грануляционную добавку, выбранную из ряда, содержащего формальдегид, метилолмочевину, продукты конденсации мочевины и формальдегида, гексаметилентетраамин в такой период времени, чтобы смесь добавки и расплава или раствора мочевины имела контакт в течение по крайней мере 20 с, но не более 20 мин. Гранулирование ведут распылением в форме очень мелких капелек в псевдоожиженный слой частиц мочевины. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ производства гранул мочевины из расплава или раствора мочевины путем распыления расплава или раствора мочевины и грануляционной добавки, выбранной из ряда, содержащего формальдегид, метилолмочевину, продукты конденсации мочевины и формальдегида, гексаметилентетрамин, в форме очень мелких капелек в псевдоожиженный слой частиц мочевины, отличающийся тем, что гранулированную добавку вводят в расплав или раствор мочевины перед грануляцией в такой период времени, чтобы смесь грануляционной добавки и расплава или раствора мочевины имела контакт в течение по крайней мере 20 с, но не более 20 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время контакта составляет 25 с
15 мин. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что количество грануляционной добавки составляет 0,3 0,8 мас. вычисленное в пересчете на формальдегид, относительно массы гранул мочевины. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что необходимое время контактирования обеспечивают присутствием буферной емкости между ячейкой для смешивания и псевдоожиженным слоем. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что необходимое время контактирования обеспечивают путем добавления грануляционной добавки к раствору мочевины перед выпариванием из него воды для получения расплава или раствора мочевины, подаваемого на распыление. 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что размер очень мелких капелек 25 250 мкм.