BR112013022748A2 - processo e equipamento para produção de um produto granular de uréia - Google Patents

Abstract

PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA PRODUÇAO DE UM PRODUTO GRANULAR DE URÉIA A presente invenção está correlacionada a um processo para produção de um produto granular de uréia em um leito fluidizado, em que: pequenas gotas (10) de uréia fresca fundida são contadas com um meio de resfriamento para formar partículas sólidas, ditas partículas sólidas (11) sendo contadas com gotículas de uréia fundida (12) que são maiores que as ditas partículas de germinação, as partículas sólidas e as ditas gotículas formando juntas partículas sólidas maiores (13), e as ditas partículas sólidas aumentando ainda de tamanho gradualmente, após contato com as gotículas de uréia fundida, até as partículas sólidas alcançarem um determinado tamanho, e as ditas partículas sólidas sendo depois submetidas a um posterior processo de crescimento, mediante contato com gotículas líquidas, agora, menores que as partículas sólidas, até um desejado tamanho do produto granular ser obtido.

Description

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"PROCESSO E EQUIPNTO PARA PRODUÇÃO DE UM PRODUTO GRANULAR DE URÉIA" Campo da Invenção 5 A presente invenção está correlacionada a um processo e equipamento para produção de um produto granular de uréia.

Estado da Técnica lO Um processo do estado da técnica para obtenção de um produto granular de uréia é baseado substancialmente no crescimento progressivo de grânulos mantidos em um estado de leito fluidizado. Uréia fundida é pulverizada ou atomizada sobre c) leito fluidizado e a deposição e 15 solidificação da uréia fundida sobre os grãos e grânulos causa a progressiva formação do desejado produto granular.

O processo ocorre mediante umedecimento, adesão e solidificação das gotículas do líquido de crescimento sobre os grãos e grânulos, que, juntos, formam c) leito fluido. O 20 conceito básico do processo conhecido é que pequenas gotas de uréia líquida fundida sejam contatadas com partículas sólidas relativamente grandes, de modo que a gotícula de líquido forme uma fina camada de líquido em torno da partícula sólida ou sobre pelo menos uma porção da mesma, e 25 a dita camada seja submetida à evaporação e solidificação.

A Patente US-A-4.353.730 divulga, por exemplo, um processo e aparelho do estado da técnica para granulação.

Os pontos de partida do processo são partículas sólidas, de diâmetro de pelo menos 0,5 a 1,5 mm, 30 normalmente chamadas de grãos. Os grãos podem ser gerados por meio de duas técnicas. Uma prirneira técnica consiste em peneirar o produto granular e utilizar os grânulos de menor tamanho e/ou maior tamanho para prover os grãos. Os grânulos de menor tamanho podem ser usados como tais, enquanto os grânulos são triturados para produzir o 5 material em grão. As desvantagens dessa técnica incluem o tamanho e formato irregulares do material e a necessidade de recircular uma relevante quantidade de vazão do leito fluidizado, da ordem, por exemplo, de 50%. Além disso, a reciclagem de algum produto final como material granular lO tem a conseqüência de que os aditivos adicionados durante o processo de granulação são também contidos no material em grãos. Como conseqüência, a concentração do aditivo no produto granular pode se desviar da quantidade desejada.

Outra técnica consiste em produzir os grãos em um equipamento separado mediante solidificação de uma pequena quantidade da uréia fresca fundida. O gerador de grãos, normalmente, compreende uma correia transportadora resfriada, onde as gotas de uréia fundida são depositadas e se solidificam formando pastilhas ou lentilhas com cerca de 1,5 mm de diâmetro. O material em grãos apresenta um tamanho e composição uniforme, entretanto, a máquina é grande (cerca de 10 m de comprimento) e dispendiosa. Além disso, a formação de pastilhas precisa de uréia fundida com um alto grau de pureza (>99,8%) e, normalmente, exige um evaporador, a fim de produzir uréia fundida com pureza de 96% a 99,8%, o que representa um custo adicional.

Resumo da Invenção A invenção tem por objetivo superar os inconvenientes acima mencionados da necessidade de um material em grão para granulação de uréia em leito fluidizado.

A invenção consiste de um novo processo para produção de um produto granular de uréia, onde partículas sólidas para iniciar a granulação são produzidas internamente no processo em si, que é somente alimentado de 5 líquido. Essa etapa é chamada de germinação e consiste de pequenas gotas de uréia fundida sendo solidificadas por contato com um rneio de resfriamento, de modo a formar pequenas partículas sólidas. As ditas pequenas partículas sólidas começarn a crescer após contato com outras gotículas lO de uréia líquida fundida, que são rriaiores que as ditas partículas. Nesse estágio do processo, uma partícula sólida que é encontrada com uma gotícula de líquido pode ser incluída na gotícula e uma subsequente solidificação provoca a formação de uma maior partícula sólida. Conseqüentemente, as partículas sólidas se tornam cada vez maiores em urn processo gradual, até alcançarem um tamanho que é comparável ao dos grãos citados no estado da técnica, e que é suficiente para iniciar um convencional processo de granulação.

Assim, um aspecto da invenção compreende um processo em que: a) primeiras e pequenas gotas de uréia fresca fundida são contatadas com um meio de resfriamento para formar partículas sólidas de partida; b) ditas partículas de partida são contatadas com as gotículas de uréia fundida, que são maiores que as ditas partículas de partida, ditas partículas e ditas gotículas formando juntas partículas sólidas rnaiores, as partículas sólidas aumentando de tamanho gradualmente, após contato com as gotículas de uréia fundida maiores que as partículas, até as partículas sólidas alcançarem um determinado tamanho; e

4 /12 C) as partículas sólidas assim obtidas sendo depois submetidas a um posterior processo de crescimento em um leito fluidizado, mediante contato com gotículas líquidas, agora, menores que as partículas sólidas, até que um 5 produto granular com urn desejado tamanho de grânulos seja formado.

A etapa {C) é realizada em um estado de leito fluidizado. As etapas anteriores (a) e (b) podem também ser realizadas em um estado d eleito fluidizado, embora isso lO não seja essencial.

Preferivelmente, o meio de fluidificação é c) ar, que também atua como um meio de resfriamento. O material derretido e o ar de resfriamento são alimentados de uma maneira controlada, a fim de suportar as etapas do processo mencionado acima, e ainda para manter a condição do leito fluidizado, pelo menos no estágio (c) do processo. Em particular, a vazão e velocidade do ar são controladas, a fim de manter a fluidização, levando em conta o aumento de massa das partículas.

O tamanho médio das pequenas gotas usadas para formação das partículas de partida é preferivelmente igual ou inferior a 200 µm {0,2 mm), mais preferivelmente, cerca de 50 - 200 µm (0,05 - 0,2 mm). Desse modo, o tamanho das partículas sólidas de partida é preferivelmente na mesma faixa de 50 - 200 µm. As gotículas maiores alimentadas no estágio (b} do processo podem ter um tamanho na faixa de 200 µm a 1 mm, preferivelmente, de 200 µm a 500 µm. Em uma modalidade preferida, o estágio {b) é alimentado com diversas entradas de gotículas de tamanho maior.

O tamanho das partículas sólidas obtidas após a etapa {b) possibilita dar início a um processo convencional de crescimento mediante deposição de gotículas líquidas sobre a superfície de partículas sólidas. O dito tamanho após a etapa (b) é, por exemplo, aproximadamente de 0,05 mm, preferivelmente, na faixa de 0,5 a 1 mm. O tamanho das partículas sólidas deve ser idealizado como de diâmetro de 5 partículas esféricas ou diâmetro equivalente. A invenção pode obter partículas sólidas que são esféricas ou quase esféricas.

Os estágios {a) e (b) do processo acima mencionado podem ser vistos como uma germinação interna. As lO partículas sólidas liberadas ao final do estágio (b) podem ser chamadas de "sementes" do processo de granulação. A última etapa (C) é substancialmente similar a um processo convencional, onde c) crescimento é baseado na deposição de líquido derretido sobre grânulos sólidos; entretanto, a invenção proporciona que não seja necessária nenhuma entrada externa de um material de grão sólido, pelo fato de que a granulação começa em volta das sementes sólidas liberadas pela germinação anterior.

Deve ser observado que os processos citados pelo estado da técnica introduzem grânulos sólidos (grãos) no leito fluidizado. Esses grãos precisam ser suficientemente grandes para permitir a solidificação das gotículas de uréia fundida na superfície dos mesmos. A invenção adota uma diferente abordagem, onde nenhum material sólido é alimentado ao leito fluidizado e a granulação começa com a formação das acima mencionadas sementes de gotículas líquidas de uréia fundida.

As etapas do processo {a) a (c) podem ser executadas em função do tempo, no mesmo ambiente, ou em diferentes porções ou estágios de um recipiente.

As etapas (a) a (c) podem ser realizadas no mesmo equipamento, por exemplo, no mesmo granulador. Em aígumas modalidades, a germinação das primeiras etapas (a) e (b) é realizada em uma porção dedicada de fachada de um granulador.

Em uma modalidade da invenção, o processo é 5 realizado continuamente em um leito fluidizado longitudinal, preferivelmente, um leito fluidizado longitudinal de duplo vórtice, tal como, o descrito no documento de patente WO 2009/086903. As primeiras etapas (a) e (b) são realizadas em uma primeira parte do leito lO fluidizado longitudinal, e o crescimento convencional de acordo com a etapa {c) é realizado em uma segunda parte restante do mesmo leito fluidizado. As ditas primeira parte e segunda parte do leito fluidizado podem ser separadas por uma chicana, embora um dispositivo físico de separação não seja necessário.

De acordo com outra modalidade, as partículas de semente/germinação são geradas em um primeiro recipiente e a subsequente convencional granulação é realizada em um segundo recipiente, o qual é separado do dito primeiro recipiente.

O produto granular obtido de acordo com a invenção pode ter qualquer tamanho, por exemplo, de 2 a 8 mm.

As vantagens da presente invenção incluem: - um material de grão esférico, quase perfeito, com a mesma composição do material derretido/fundido fresco; - nenhuma necessidade de equipamentos grandes e dispendiosos, como, por exemplo, correia transportadora resfriada para liberação de pastilhas; - nenhuma necessidade de evaporadores para aumentar a pureza da uréia fundida, na medida em que o processo pode operar corrt uma pureza de 95%-96%;

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- pouca quantidade de uréia fundida exigida para o estágio de germinação e pequeno tamanho do aparelho para germinação, se comparado com máquinas conhecidas para produção de grãos ou pastilhas de uréia.

5 Urn aspecto da invenção compreende também um equipamento para realização do processo acima mencionado. O equipamento de acordo com a invenção coinpreende: - um primeiro ambiente; - meios adaptados para alimentar pelo menos um primeiro lO fluxo de pequenas gotas de uréia fresca fundida e ar de resfriamento ao dito primeiro ambiente, de modo a provocar a formação de partículas sólidas de partida; - meios para alimentar pelo menos um segundo fluxo e, preferivelmente, uma pluralidade de fluxos de gotículas maiores de uréia fundida ao dito primeiro ambiente, as gotículas do dito segundo fluxo ou da pluralidade de fluxos sendo maiores que as gotículas do dito primeiro fluxo; - um segundo ambiente em comunicação com o primeiro ambiente, e rneios para alimentar as partículas formadas no primeiro ambiente e as gotículas de uréia e ar de fluidização ao dito segundo ambiente, para granulação das ditas partículas sólidas em um estado de leito fluidizado.

Os primeiro e segundo ambientes podem ser recipientes separados ou partes de um único ambiente. O dito primeiro fluxo de gotículas, preferivelmente, é produzido com a participação de bocais adaptados para liberar gotículas com um diâmetro igual ou inferior a 200 µm, mais preferivelmente, numa faixa de 50 a 200 µm de diâmetro. Numa modalidade preferida, o primeiro recipiente ou primeira parte de um único recipiente apresenta pelo menos um primeiro conjunto de bocais adaptados para liberar gotículas de 50 a 200 µm, e pelo menos um segundo conjunto de bocais adaptados para liberar gotículas maiores de uréia fundida. Mais preferivelmente, o segundo conjunto de bocais compreende diversos sub-conjuntos de bocais e cada sub- conjunto é adaptado para liberar gotículas de diferentes 5 tamanhos, por exemplo, de 200 a 500 µm. Os ditos sub- conjuntos de bocais podem ser distribuídos por todo o recipiente ou parte do recipiente do primeiro ambiente, consistindo de bocais menores ou bocais rnaiores.

As características e vantagens da presente lO invenção serão agora esclarecidas fazendo-se referência a modalidades preferidas e não-limitativas.

Descrição dos Desenhos A figura 1 é um esquema de uma modalidade do equipamento adaptado para realização da invenção.

A figura 2 é um esquema de uma modalidade alternativa para o equipamento.

A figura 3 representa um esboço do processo de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida A figura 1 mostra uma primeira modalidade, incluindo um recipiente (102) para uma granulação em leito fluidizado (granulador) e um recipiente separado (101) conectado ao dito recipiente (101) através da linha (10"7).

Os ditos recipientes definem ambientes (Éj, E2), respectivamente.

O recipiente (102) aloja um leito fluidizado com um modo de operação de vórtice único ou duplo. Quando em operação, o leito fíuidizado apresenta um fluxo contínuo ou corrente de fluido na direção longitudinal, e dois vórtices 'I transversais tendo sentido oposto de rotação, e um eixo paralelo à dita direção longitudinal.

O recipiente {101), de acordo com a invenção, opera como um germinador. O germinador recebe uma porção 5 (21) da uréia fundida (20) e um fluxo de ar de resfriamento (A). Bocais de pulverização ou atomização são distribuídos ao longo do recipiente (101). Na figura, cada das setas de linha (23, 24, 25) indica um conjunto de bocais de pulverização ou atomização. Os bocais (23) são capazes de liberar gotas bastante finas de uréia fundida, preferivelmente, tendo um tamanho de aproximadamente 100 ou 200 µm. As ditas gotículas finas são solidificadas com a ajuda do ar de resfriamento (A), formando pequenos grânulos sólidos numa primeira região do ambiente (Éj). Os bocais !5 seguintes indicados pelas setas (24} e (25) liberam gotículas maiores, por exemplo, de diâmetro de 300 e 400 µm.

Os primeiros e menores grânulos são depois chocados pelas ditas gotas maiores e aumentam de tamanho gradualmente, numa adicional região no interior do dito ambiente (Éj). Os grânulos sólidos assim obtidos são enviados para o granulador (102) através da linha (107); o restante (22) da uréia fundida é pulverizada (seta (26)) dentro do arnbiente U2), onde um leito fluidizado é mantido.

Os bocais do recipiente {101) são dispostos a partir de bocais menores, liberando as gotículas de partida bastante finas para os bocais maiores, para liberação das gotículas maiores. Preferivelmente, o tamanho das gotículas de entrada aumenta regularmente, a partir do lado de entrada para c) lado de saída do ambiente (Éj).

A figura 2 ilustra uma modalidade em que os ambientes {Éj e E2) para germinação e granulação são delimitados pelas partes (201), (202) do mesmo recipiente (200). Em outras palavras, um germinador é integrado em um 5 granulador de leito fluidizado longitudinal. As ditas partes (201, 202) do recipiente são separadas por uma chicana {204), o que, entretanto, não é essencial.

Um estado de leito fluidizado é mantido no recipiente (200), pelo menos na porção (202), por exemplo, lO com o ar de fluidização entrando numa parede de base perfurada (205). A uréia fundida pode ser pulverizada com bocais localizados nas paredes laterais dianteira/traseira (206, 207).

A operação é similar à da modalidade da figura 1.

l5 Finas gotículas de uréia fundida são solidificadas com a ajuda do ar de resfriamento (A), forrnando pequenas partículas sólidas no ambiente (Éj), que são partículas de partida de todo o processo. As ditas partículas começam a aumentar de tamanho quando contatam as gotículas maiores de uréia fundida, alimentadas, por exemplo, pelas entradas (24, 25).

A porção do germinador (201) pode ser dividida em adicionais sub-porções, eventualmente, por chicanas internas, para separar as zonas da porção (201), de acordo com o tamanho médio das partículas de uréia.

Em algumas modalidades, a entrada de ar é modulada, de tal modo a manter um estado de leito fluidizado também na porção (201).

Na extremidade da porção do germinador (201), notadamente, próximo à chicana (204), se provida, ou na saída do germinador (101), os grânulos sólidos alcançam um tamanho (por exemplo, de aproximadamente 0,5 a 1 mm) que é j y | 't suficiente para permitir um convencional processo de granulação. O processo convencional é um processo onde os grânulos ganham tamanho pela deposição de gotículas líquidas menores que os grânulos e que formam uma camada de 5 líquido sobre a superfície dos grânulos. O dito processo convencional de granulação é realizado no granulador (102) ou em"parte (202) do recipiente (200).

O processo é esquematizado na figura 3. A figura 3(A) mostra uma minúscula gota (10) de uréia fundida, que é 10 contatada com um ar de resfriamento e fluidização {A), no ambiente (Éj) das 'figuras 1 ou 2. A gotícula líquida (10) é rapidamente solidificada pelo ar de resfriamento e forma uma partícula esférica sólida (11). A partícula (11) é contatada com gotículas líquidas (12), por exemplo, das 15 linhas de entrada (24, 25). O tamanho das ditas gotículas (12) é pequeno, porém, maior que aquele da minúscula gota de partida (10), desse modo, maior que o tamanho da partícula sólida (11). As partículas sólidas (11) atuam como ponto de partida para solidificação das gotículas 20 (12). Em particular, uma partícula sólida (11) é tipicamente incluída em uma gotícula (12), conforme mostrado na figura 3(B); a solidificação da fração líquida em torno da partícula (11) pelo ar de resfriamento (A) provoca a formação de uma maior partícula esférica ou quase 25 esférica.

K Esse processo ilustrado na figura 3{B) continua de modo gradual até que a partícula sólida .alcance um tamanho que seja suficiente para a partícula possibilitar um convencional processo de crescimento, tipicamente, de 30 pelo menos 0,5 mm. Nesse estágio, a partícula passa dentro do ambiente E2). O processo convencional de crescirnento é ilustrado na figura 3(C), onde uma gotícula líquida {14), agora, menor que a partícula sólida (13), impacta a 'I partícula sólida (13). O tamanho da gotícula (14) pode ser o mesmo ou diferente do tamanho das partículas (12) contatadas com as pequenas partículas (11) na etapa anterior.

Claims (8)

^ 1/3 K < e e * REIVINDICAÇÕES

1. Processo para produção de um produto granular de uréia, earaeterízado pelo fato de que: 5 a) pequenas gotas (10) de uréia fresca fundida são contatadas com um meio de resfriamento para formar partículas sólidas de partida; b) ditas partículas de partida (11) são contatadas com as gotículas de uréia fundida (12), que são maiores que as 10 ditas partículas, as partículas sólidas e as ditas gotículas formando juntas partículas sólidas maiores, e as ditas partículas sólidas aumentando ainda de tamanho gradualmente, após contato com as maiores gotículas de uréia fundida, até as partículas sólidas (13) alcançarem um 15 determinado tamanho; e C) ditas partículas sólidas (13) sendo depois submetidas a um posterior processo de crescimento, mediante contato com gotículas líquidas (14), agora, menores que as partículas sólidas, até um desejado tamanho do produto granular ser 20 obtido.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caraeterízado pelo fato de que as ditas pequenas gotas {10) que formam as particulas de partida apresentam um tamanho 25 médio igual ou inferior a 200 µm (0,2 mm), preferivelmente, numa faixa de 50 - 200 µm (0,05 - 0,2 mm).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, earaQterízado pelo fato de que as partículas sólidas (13) ' 30 obtidas após a etapa (b) apresentam um tamanho médio de cerca de 0,5 mm, preferivelmente, na faixa de 0,5 a 1 mm.

4. Processo, de acordo com quaisquer das

" 2/3 è *

V 4 % reivindicações 1 a 3, caraeterízado pelo fato de que um estado de leito fluidizado é mantido com ar pelo menos no estágio (C) do processo, o ar atuando também como um rrteio de resfriamento.

5

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, earaeterízado pelo fato de o leito fluidizado no estágio (C) é um leito fluidizado longitudinal, com uma direção de fluxo principal e uma disposição de duplo vórtice, em que lO os dois vórtices formados no leito fluidizado apresentam sentido de rotação oposto em torno de eixos substancialmente paralelos à dita direção de fluxo principal.

l5 6. Equipamento para realização de um processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5, caraeterízado pelo fato de compreender, pelo rnenos: - um primeiro ambiente (Éj); - meios (23), adaptados para alimentar pelo menos um 20 primeiro fluxo de pequenas gotas de uréia fresca fundida e ar (A) de resfriamento ao dito primeiro ambiente, de modo a provocar a formação de partículas sólidas de partida; - meios (24, 25) para alimentar pelo menos um segundo fluxo e, preferivelmente, uma pluralidade de fluxos de gotículas 25 maiores de uréia fundida ao dito primeiro ambiente, as gotículas do dito segundo fluxo sendo maiores que as gotículas do dito primeiro fluxo; - um segundo ambiente (E2) eín comunicação com o prirneiro ambiente, e meios para alimentar as partículas formadas no 30 primeiro ambiente e as gotículas de uréia (26) e ar de fluidização ao dito segundo ambiente, para granulação das ditas partículas sólidas em um estado de leito fluidizado.

7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, \ _

earacterízado pelo fato de que os meios (23) de alimentação do dito primeiro fluxo de pequenas gotas são adaptados para liberar as gotículas com um diâmetro igual ou inferior a 200 µm.

8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, earacterízado pelo fato de compreender recipientes separados (101, 102) que delimitam c) dito primeiro ambiente e dito segundo ambiente, ou um recipiente único (200), lO compreendendo porções que delimitam o dito primeiro ambiente e dito segundo ambiente.