ПРОИЗВОДСТВО ТВЕРДОГО ХИМИЧЕСКОГО ПРОДУКТА Российский патент 2021 года по МПК B01J2/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу отверждения химического продукта в форме плава для получения твердого продукта в виде прилов или гранул. В частности, изобретение относится к сфере производства твердой мочевины.

Уровень техники

Способы получения твердого химического продукта обычно включают приллирование и гранулирование. Приведенное далее описание будет относиться, в частности, к производству твердой мочевины.

Приллирование выполняется в башне приллирования, где капельки плава (расплава) мочевины создаются разбрызгивающей головкой леечного типа или вращающимся барабаном, и охлаждаются подаваемым в противоток воздухом до полного их затвердевания. Гранулирование является другим процессом, в котором плав мочевины постепенно затвердевает внутри гранулятора. Установки приллирования и гранулирования образуют часть секции конечной (формирующей) обработки мочевины.

Прилы имеют небольшой размер, обычно не превышающий 2 мм, и обладают низкой прочностью на сжатие и ударной прочностью, и поэтому не очень подходят для хранения навалом или в насыпном виде. Гранулы, напротив, отличаются большим средним диаметром и лучшими механическими свойствами, и поэтому считаются продуктом более высокого качества.

Учитывая полученный таким образом продукт, гранулирование считают более предпочтительным, чем приллирование. Однако существующие в настоящее время технологии гранулирования требуют больших инвестиций из-за, например, потребности в определенном количестве твердых частиц (затравочных частиц) для запуска процесса гранулирования и, следовательно, специального оборудования, например таблеточных машин, отличающихся громоздкостью и высокой стоимостью. Поэтому до сих пор распространена технология приллирования, несмотря на худшее качество прилов по сравнению с гранулами.

Башни приллирования обычно изготавливаются из армированного бетона, высотой от 40 до 100 метров, диаметром до 25 м и даже более. Эти сооружения очень дороги, с трудом приспосабливаются к новым требованиям и допускают только незначительные модификации, и для использования в новых проектах, например для значительного увеличения производительности, требуют очень больших капиталовложений. Высокая стоимость этих установок до сих пор также отпугивала производителей мочевины от замены существующих башень приллирования на грануляторы, что потребовало бы совсем отказаться от башень приллирования, оставив их неиспользуемыми, что привело бы к значительным экономическим потерям.

Для использования потенциала существующих башень приллирования и повышения общей производительности секций конечной обработки мочевины, ранее было предложено соединить, последовательно или параллельно, башни приллирования с блоками гранулирования.

В ЕР 2077147, например, описывается секция конечной обработки мочевины, содержащая последовательно соединенные башню приллирования и блоки гранулирования. Полученные в башне приллирования прилы подаются в гранулятор, где они играют роль затравочных частиц. Гранулятор действует как устройство для увеличения размера прилов, выходящих из башни приллирования. В твердом продукте на выходе гранулятора внутренняя часть имеет кристаллографическую структуру, характерную для прилов, а наружные слои изменяемой толщины имеют кристаллографическую структуру, типичную для гранул. Следовательно, механические свойства твердого продукта гранулятора лучше, чем у прилов, но еще не вполне эквивалентны свойствам гранул.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении ставится задача преодоления упомянутых недостатков уровня техники. В частности, настоящее изобретение направлено на создание способа, обеспечивающего получение твердого продукта с улучшенными характеристиками в части размеров и механической прочности, по сравнению с продуктом, получаемым обычными способами, но при использовании существующих башень приллирования.

Эта задача решается способом отверждения (формирования) химического продукта в форме расплава, при осуществлении которого:

подвергают первый поток химического продукта приллированию, с получением прилов различного диаметра;

подают эти прилы в сортировочное устройство, в котором они разделяются по диаметру на по меньшей мере первую фракцию и вторую фракцию, причем средний диаметр прилов первой фракции меньше среднего диаметра прилов второй фракции;

подвергают второй поток химического продукта гранулированию и вводят в этот процесс прилы первой фракции, которые выполняют функцию затравочных частиц для гранулирования, с получением, в итоге, гранул.

Шаг подачи в сортировочное устройство прилов, полученных на стадии приллирования, обеспечивает получение прилов нужного диаметра в необходимом количестве для обеспечения затравочными частицами процесса гранулирования, для получения на этой стадии гранул нужной формы и механической прочности.

В некоторых вариантах выполнения, эти первый и второй потоки могут быть частями одного и того же потока химического продукта и поэтому могут иметь одинаковую концентрацию. В альтернативном варианте, первый и второй потоки могут иметь разную концентрацию; например, концентрация второго потока может быть меньше концентрации первого потока.

Предпочтительно, прилы, относящиеся к первой фракции, имеют средний диаметр, не превышающий 1,7 мм, более предпочтительно, в интервале от 1 мм до 1,7 мм, и еще более предпочтительно, в интервале от 1,5 мм до 1,7 мм.

Согласно предпочтительному варианту выполнения, прилы второй фракции отделяются и направляются на хранение.

Гранулы, полученные на данной стадии гранулирования, предпочтительно, охлаждаются и направляются на хранение. Гранулы могут охлаждаться внутри самого гранулятора, либо в отдельном охлаждающем устройстве.

Предпочтительно, стадия гранулирования выполняется в псевдоожиженном слое, в который подается воздух.

Предпочтительно, упомянутым химическим продуктом является мочевина. Для простоты изложения, преимущества изобретения будут рассмотрены ниже применительно к мочевине.

Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить два твердых продукта, имеющих различные характеристики, которые могут быть отведены и отправлены на хранение по отдельности, либо могут быть смешаны.

Первый твердый продукт формируется прилами, принадлежащими упомянутой выше второй фракции, средний диаметр которых больше, чем у прилов, полученных обычными способами, поскольку среди них нет более мелких прилов, отделенных в сортировочном устройстве, и поэтому они обладают большей механической прочностью и меньшей склонностью к крошению, особенно при работе с ними и транспортировании.

Второй твердый продукт сформирован гранулами, полученными в упомянутой выше стадии гранулирования. Они обладают более высокими механическими характеристиками, чем гранулы, полученные способами увеличения размеров прилов, благодаря тому, что затравочные частицы для гранулирования меньший диаметр. Заявитель установил, что механические свойства этого второго твердого продукта в основном эквивалентны свойствам гранулированного продукта.

Благодаря их большей механической прочности, оба этих продукта меньше склонны к слеживанию и не крошатся при транспортировании, и они более подходят для хранения навалом.

Благодаря этому, настоящее изобретение позволяет увеличить средний диаметр прилов, направляемых на хранение, и повысить их качество, используя при этом мелкие прилы худшего качества в качестве затравочных частиц для получения гранул, являющихся востребованным продуктом на рынке.

Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить высококачественную твердую мочевину, являющуюся ценным продуктом, при низких капитальных затратах.

Другие особенности изобретения относятся к секции (производственному участку) отверждения (формирования) химического продукта, имеющего форму плава, и к способу переоборудования, согласно приложенной формуле.

Преимущества изобретения станут более понятными при обращении к приложенной фигуре, на которой представлена блок-схема секции отверждения установки получения мочевины, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения.

Подробное описание осуществления изобретения

На фигуре представлена блок-схема секции 1 отверждения потока 10 плава мочевины, поступающего из секции синтеза (не показана) установки получения мочевины.

Секция 1 отверждения в основном включает башню 2 приллирования, в которой вырабатываются прилы различного диаметра, сортировочное устройство 3, которое отделяет более мелкие прилы, и гранулятор 4, в котором эти более мелкие прилы выполняют функцию затравочных частиц гранулирования.

В основном, секция 1 отверждения работает следующим образом.

В башню 2 приллирования подается первая фракция 10а плава мочевины и воздух 11 в противотоке. Внутри башни 2 соответствующие разбрызгивающие головки леечного типа (не показаны) создают капельки плава мочевины, которые охлаждаются воздухом 11 до полного затвердевания, в результате чего получаются прилы с различным диаметром. Альтернативой леечному разбрызгивателю может быть вращающийся барабан.

Приллированный продукт 12, выходящий из башни 2, поступает в сортировочное устройство 3, которое разделяет прилы на первую фракцию 13 и вторую фракцию 14. Средний диаметр прилов первой фракции 13 меньше, чем средний диаметр прилов второй фракции 14.

Прилы первой фракции 13 передаются в гранулятор 4, где они выполняют функцию затравочных частиц грануляции; прилы второй фракции 14 отводятся из секции 1 отверждения и отправляются на хранение.

Фракцию 14 также называют "крупным" продуктом башни 2 приллирования, в то время как фракцию 13, которая далее подвергается обработке внутри гранулятора 4, называют "мелким" продуктом башни 2.

В некоторых вариантах выполнения, фракцию 14 перед передачей на хранение охлаждают в соответствующем охладителе (не показан).

В соответствие с примером, показанным на фигуре, гранулятором 4 является устройство с псевдоожиженным слоем. На него подается вторая часть 10b плава мочевины вместе с потоком охлаждающего воздуха 15, поддерживающим слой в псевдоожиженном ("кипящем") состоянии. Плав 10b разбрызгивается на прилы (затравочные частицы) первой фракции 13, которые постепенно увеличиваются в размере, превращаясь в гранулы 16. Воздушный поток 15 подается в гранулятор 4 вентилятором 5.

Гранулы 16 направляются в секцию 6 охлаждения, где они затвердевают с получением конечного продукта 17, пригодного для хранения.

В варианте выполнения, в башню 2 приллирования и гранулятор 4 подаются потоки плава мочевины, которые не являются частями одного потока. Эти потоки плава мочевины могут, поэтому, иметь разную концентрацию. Например, концентрация мочевины в потоке, поступающем в гранулятор 4, может быть меньше, чем в потоке, направленном в башню 2 приллирования.

Загрязненный воздух 18, выходящий из гранулятора 4 и содержащий пыль мочевины и аммиак, направляется в моечную машину 7, где он обычно обрабатывается водной средой для удаления пыли мочевины и аммиака. В некоторых случаях, загрязненный воздух 18 также подвергается обработке раствором кислоты, например, содержащим серную кислоту, для сведения к минимуму потерь аммиака.

С выхода моечной машины 7 поток 19 очищенного воздуха выбрасывается в атмосферу, а водный раствор 20, содержащий мочевину, частично возвращается насосом 8 в моечную машину 7 в виде потока 20а. Оставшаяся часть 20b отводится.

В том случае, когда загрязненный воздух 18 подвергается обработке в водной среде и вышеупомянутом растворе кислоты, водный раствор 20, помимо мочевины, обычно также содержит соли (например, сульфат аммония).

Примеры

Рассматривается установка по производству мочевины, включающая башню приллирования. Эта установка производит 1000 метрических тонн в день (мт/д) плава мочевины, который подается в башню приллирования, где и подвергается отверждению в виде прилов. После доработки достигали 50% увеличение производительности, благодаря чему производительность выпуска мочевины стала 1500 мт/д. Дополнительные 500 мт/д плава мочевины, полученного в модернизированной установке, подавали в гранулятор, установленный последовательно с башней приллирования.

Сравнительный пример (уровень техники)

Сравнение со способом из ЕР 2077147. Все прилы, полученные в башне приллирования, направляются в гранулятор, где они выполняют функцию затравочных частиц для гранулирования с получением конечного продукта.

Средний диаметр прилов, действующих как затравочные частицы в грануляторе, составляет 2 мм. Средний диаметр конечного продукта гранулятора составляет 2,3 мм, согласно следующей формуле:

где:

D=средний диаметр конечного продукта гранулятора;

d=средний диаметр прилов, используемых в качестве затравочных частиц;

F=полное количество плава мочевины, а именно, плава мочевины, подаваемого в башню приллирования и гранулятор;

F₂ = количество плава мочевины, подаваемого в башню приллирования.

Указанный диаметр 2,3 мм является средним между диаметром прилов и диаметром обычных гранул. Соответственно, механические характеристики конечного продукта получаются лучше, чем у прилов, но хуже, чем у гранул.

Пример согласно изобретению

Сортировочное устройство было отрегулировано на пороговый размер прилов, равный 2 мм. 28% прилов (т.е., 280 мт/д мочевины), полученных в башне приллирования, которые направляли в гранулятор, где они выполняют функцию затравочных частиц, а 72% прилов (т.е., 720 мт/д мочевины) отводили и направляли на хранение. Оставшиеся 780 мт/д от общего количества мочевины, полученной в модернизированной установке, отводили в виде гранул.

Средний диаметр прилов, действующих как затравочные частицы в грануляторе, составлял 1,7 мм. Средний диаметр конечного продукта на выходе гранулятора составлял 3 мм, согласно приведенной выше формуле.

Конечный продукт, полученный в грануляторе предложенным в изобретении способом, имел средний диаметр больше, чем конечный продукт, полученный способом, известным в уровне техники. Соответственно, его механические характеристики в основном эквивалентны характеристикам обычного гранулированного продукта.

Изобретение относится к способу отверждения химического продукта в форме плава для получения твердого продукта в виде прилов или гранул. В частности, изобретение относится к сфере производства твердой мочевины. В заявке описан способ отверждения химического продукта, имеющего форму плава, при осуществлении которого: подвергают первый поток химического продукта приллированию с получением прилов различного диаметра; подают эти прилы в сортировочное устройство, в котором они разделяются по диаметру на по меньшей мере первую фракцию и вторую фракцию, причем средний диаметр прилов первой фракции меньше среднего диаметра прилов второй фракции, подвергают второй поток химического продукта и первую фракцию прилов гранулированию с получением гранул. Изобретение позволяет получить твердый продукт с улучшенными характеристиками в части размеров и механической прочности по сравнению с продуктом, получаемым обычными способами. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ отверждения химического продукта (10), имеющего вид плава, включающий стадии, на которых:

подвергают первый поток (10а) химического продукта приллированию с получением прилов (12) различного диаметра;

подают указанные прилы (12) в сортировочное устройство, в котором они разделяются по диаметру на по меньшей мере первую фракцию (13) и вторую фракцию (14), причем средний диаметр прилов первой фракции (13) меньше среднего диаметра прилов второй фракции (14);

подвергают второй поток (10b) химического продукта гранулированию и подают на эту стадию прилы первой фракции (13), которые выполняют функцию затравочных частиц для гранулирования, и получают гранулы (16),

причем вторую фракцию (14) отводят и направляют на хранение.

2. Способ по п. 1, в котором прилы первой фракции (13) имеют средний диаметр не более 1,7 мм, предпочтительно в интервале от 1 до 1,7 мм.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором стадию гранулирования осуществляют в псевдоожиженном слое, куда подается воздух (15).

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором химическим продуктом (10) является мочевина.

5. Секция отверждения химического продукта (10), имеющего вид плава, включающая по меньшей мере:

башню (2) приллирования, выполненную с возможностью получения первого потока (10а) химического продукта и выработки прилов (12) различного диаметра;

сортировочное устройство (3), выполненное с возможностью разделения прилов (12) по их диаметру на по меньшей мере первую фракцию (13) и вторую фракцию (14), причем средний диаметр прилов первой фракции (13) меньше среднего диаметра прилов второй фракции (14);

гранулятор (4), выполненный с возможностью получения второго потока (10b) химического продукта и выработки гранул (16);

подводящую линию для подачи в гранулятор (4) первой фракции (13) прилов, выполняющих функцию затравочных частиц для гранулирования;

линию для отведения и передачи на хранение второй фракции (14) прилов.

6. Способ переоборудования секции отверждения химического продукта, имеющего вид плава, включающей по меньшей мере:

башню (2) приллирования, выполненную с возможностью получения первого потока (10а) химического продукта и выработки прилов (12) различного диаметра;

гранулятор (4), выполненный с возможностью получения второго потока (10b) химического продукта и выработки гранул (16);

подводящую линию для подачи прилов (12) в гранулятор (4), отличающийся тем, что он включает по меньшей мере следующие операции:

после башни приллирования устанавливают сортировочное устройство (3) для разделения прилов (12) в соответствии с их диаметром на по меньшей мере первую фракцию (13) и вторую фракцию (14), так что средний диаметр прилов первой фракции (13) меньше среднего диаметра прилов второй фракции (14);

модифицируют подводящую линию для подачи указанной первой фракции (13) прилов в гранулятор (4);

устанавливают линию для отведения от секции отверждения и хранения второй фракции (14) прилов.