BRPI0512813B1 - Method for the improvement of resistance to crushing and reduction of powder formation and the trend of urine to form grumes, and composition of uréia - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "MÉTODO DE APERFEIÇOAMENTO DA RESISTÊNCIA AO ESMAGAMENTO E REDUÇÃO DA FORMAÇÃO DE PÓ E DA TENDÊNCIA DA URÉIA DE FORMAR GRUMOS, E COMPOSIÇÃO DE URÉIA". A invenção se refere a um método de aperfeiçoamento da resistência ao esmagamento e redução da formação de pó e da tendência de partículas de uréia de formar grumos através da adição de um composto orgânico â uréia. É geralmente sabido que as partículas de uréia estão sujeitas ao esmagamento durante produção, armazenamento e transporte. Até 25% em peso das partículas de uréia podem ser esmagadas se o fertilizante de uréia é movido dentro de um latão de armazenamento ou navio de armazenamento em uma temperatura relativamente elevada, por exemplo, de mais de 4 0 °c. Ainda que as partículas de uréia como tal dificilmente absorvam qualquer umidade e sejam virtualmente não-suscetíveis à formação de grumos, altos percentuais de partículas esmagadas levam a problemas de pó com uma forte tendência a formar grumos.

Sabe-se também que uma série de composições químicas pode ser usada como aditivos para melhorar a resistência ao esmagamento, a tendência de formação de grumos e a resistência à umidade. Formaldeído, hexametileno tetramina e produtos condensados de formaldeído/uréia são aplicados como aperfeiçoadores da resistência ao esmagamento, enquanto que uma combinação de acetato de polivinila/surfactante (US 4,812,158) é usada para reduzir a tendência de formação de grumos. O pedido Internacional WO 00/66515 descreve um produto fertilizante condicionado compreendendo fertilizante contendo uréia e uma quantidade, para condicionamento, de agente de condicionamento derivado de ácido láctico. O agente de condicionamento é, de preferência, incluído em uma concentração de entre cerca de 0,1% em peso e cerca de 5% em peso. O agente de condicionamento é, de preferência, ácido láctico, lactídeo e/ou polilactideo. Um método para condicionamento de fertilizante é proporcionado, incluindo uma etapa de mistura de fertilizante contendo uréia e agente de condicionamento em uma temperatura de entre cerca de 135 °C e cerca de 145 °C.

Todos esses aditivos devem ser adicionados em quantidades relativamente grandes, ou as características tóxicas tornam os mesmos difíceis de manipular. Além disso, o uso de um componente tensoativo, tal como acetato de polivinila/surfactante, resulta em um aumento de formação de espuma quando a uréia é usada para aplicações industriais, tal como produção de resina, enquanto que derivados de formaldeído são inadequados no caso de produção de melamina. Hã também uma grande diferença com relação ao uso de aditivos. Tanto derivados de formaldeído quanto composições de acordo com a invenção são misturadas a um fundido de uréia. A combinação acetato de polivinila/surfactante é, contudo, pulverizada sobre uma partícula pré-formada. 0 GB-A-1217106 descreve um método de redução da formação de grumos da uréia através de uso de um álcool polivínílico que possui um elevado peso molecular como um aditivo anti-formação de grumos. Mais em particular, de acordo com esse método, uma solução aquosa do aditivo é misturada a uma solução aquosa de uréia. De preferência, uma quantidade de aditivo de 0,005 a 5% em peso, baseado no peso da uréia, é misturada. A concentração da solução de uréia é, inicialmente, de 80%, de acordo com o exemplo fornecido; após a mistura da solução do aditivo, uma concentração acima de 95% ocorre em temperatura elevada, após a qual a uréia é deixada cristalizar através de resfriamento. O pedido internacional WO 02/20471 divulga um método no qual uma combinação de um composto polivinílico e sais inorgânicos é misturada com um fundido de uréia. Tanto a resistência ao esmagamento quanto ao impacto do granulado resultante parecem ser aperfeiçoadas comparadas com a uréia não tratada. Além disso, descobriu-se que a compressibilidade da uréia é substancialmente diminuída. A última observação pode ser uma grande vantagem, uma vez que os granulados de uréia serão menos propensos à deformação quando armazenados. Contudo, a introdução de sais inorgânicos, tal como sulfato de alumínio, na uréia, resulta em uma forte diminuição do pH na dissolução da uréia em água. Isso pode ser uma grave desvantagem quando usa-se uréia para aplicações técnicas, tal como a produção de resinas. 0 pedido internacional PCT/EP03/11070 se refere a um método para aperfeiçoamento da resistência ao esmagamento, resistência ao impacto e compressibilidade de grânulos de uréia através da adição de um composto â uréia fundida, onde o referido composto compreende um composto polivinílico e uma molécula orgânica consistindo de 1-10 átomos de carbono e 1-10 grupos orgânicos polares. O composto polivinílico é, de preferência, combinado com pentaeritritol. Em alguns aspectos, seria de interesse descobrir outros aditivos para uréia como alternativas aos aditivos já conhecidos, particularmente aditivos que reduziriam a tendência de formação de grumos das partículas de uréia.

Portanto, era um objetivo da invenção proporcionar um método por meio do qual uréia teria uma resistência ao esmagamento aperfeiçoada, bem como formação reduzida de pó e uma baixa tendência de formação de grumos, é obtida e por meio do qual as deficiências acima mencionadas são superadas.

Era também um objetivo descobrir aditivos alternativos aos aditivos para uréia jã existentes.

Era um outro objetivo que os aditivos tivessem uma baixa toxicidade.

Descobriu-se que a adição de uma composição compreendendo uma molécula orgânica do tipo carboidrato, tal como monossacarídeo, dissacarídeo, oligossacarídeo, polissacarídeo ou uma mistura dos mesmos, ao fundido de uréia, leva a um aperfeiçoamento tanto da dureza quanto da tendência de formação de grumos das partículas de uréia formadas.

Em outra modalidade, uma composição compreendendo um carboidrato e um composto de polivinila proporciona um aperfeiçoamento similar. Os componentes orgânicos podem ser adicionados separadamente à uréia fundida ou junto com a solução aquosa do composto polivinílico. De acordo com uma modalidade preferida, a quantidade total adicionada de carboidrato é, no máximo, de 5% em peso, baseado na quantidade total de uréia. 0 presente pedido se refere a uma mistura íntima de uréia, pelo menos um carboidrato e opcionalmente um composto polivinílico, resultando em dureza aumentada da composição comparada com a uréia não tratada. De preferência, o composto polivinílico é um álcool polivinílico, enquanto o carboidrato pode ser um mono-, di-, oligo ou um polissacarídeo ou uma mistura dos mesmos. Os carboidratos preferidos são dextrose, frutose, sacarose, amido de milho, amido de batata, lactose, maltose, guar e goma xantana. A presente invenção compreenderá, em seu escopo mais amplo, um método de aperfeiçoamento da resistência ao esmagamento e redução da formação de pó e da tendência de formação de grumos de partículas de uréia através da adição de um composto orgânico à uréia fundida, onde pelo menos um carboidrato e opcionalmente um composto polivinílico são adicionados à uréia. O carboidrato adicionado é um monossacarideo, dissacarídeo, oligossacarídeo, polissacarídeo ou uma mistura dos mesmos. São adicionados, no máximo, 5% em peso de carboidrato, baseado na quantidade total de uréia. Preferencialmente são adicionados 0,02-2% em peso de carboidrato, baseado na quantidade total de uréia. É adicionado um composto polivinílico da formula geral (CHX - CHY) n, onde n = 4 - 10 000 e X e Y são, independentemente um do outro, selecionados do grupo consistindo de ura átomo de hidrogênio e um grupo orgânico polar. 0 grupo orgânico polar é, de preferência, selecionado de um grupo ácido carboxilico, de um grupo és ter, de um grupo hidroxila, de um grupo amina ou de um grupo amida. X é, de preferência, um átomo de hidrogênio e Y, de preferência, consiste substancialmente em um grupo hidroxila. Pelo menos 70%, de preferência pelo menos 80% de Y consistem em um grupo hidroxila. É adicionada uma solução aquosa do composto polivinílico com uma concentração de 0,01 a 1% em peso, baseado na quantidade de uréia. De preferência, é usada uma solução aquosa do composto polivinílico com uma concentração de 0,05 a 0,5% em peso, baseado na quantidade de uréia. O carboidrato poderia ser adicionado â uréia como um sólido ou dissolvido em um solvente ou uma solução aquosa do composto polivinílico ou uma solução de uréia antes de ser adicionado â uréia. A invenção também se refere a uma composição a ser usada no método conforme descrito acima, como um aditivo para uréia. A invenção é ainda descrita e explicada nos experimentos a seguir.

Para demonstrar o efeito da invenção, uma série de experimentos foi realizada, empregando métodos que são representativos para a produção e teste da qualidade das partículas de uréia produzidas.

Partículas de uréia foram produzidas através de mistura do aditivo, na forma de um sólido, de um líquido viscoso ou de uma solução aquosa (possuindo as concentrações indicadas nos experimentos), com um fundido de uréia consistindo de mais de 96% peso/peso de uréia e menos de 4% peso/peso de água. Após isso, o fundido de uréia foi transformado em partículas em um processo de granulação. As partículas foram coletadas e mantidas em uma garrafa hermética ao ar até que as análises fossem realizadas. A resistência ao esmagamento foi determinada submetendo partículas individuais de uréia de 3,15 mm a uma força medida, aplicada por meio de um embolo de metal. A força na qual a partícula fratura foi tomada como uma medida de resistência. A resistência média de 20 partículas foi descrita. O índice de formação de grumo foi medido através do seguinte procedimento: uma quantidade de partículas foi pressurizada a 143 kgf (2 bar aplicados sobre uma superfície de 69,96 cm2) durante 24 horas a 27 °C. O aglomerado do material foi, então, tomado e quebrado, e a quantidade de força (kgf) necessária para isso é tomada como uma medida da tendência de formação de grumos. A formação de põ nos produtos foi medida através do seguinte procedimento: ar limpo foi soprado através de um leito com esguicho de vidro (85 mm de diâmetro) preenchido com 40 0 g de partículas de uréia durante 2 minutos em uma taxa de fluxo de 25 Nm3/h. A formação de pó é a perda de peso do produto após tratamento com ar no leito com esguicho.

Baseado na experiência, a resistência ao esmagamento deve ser > 3 kgf, a tendência de formação de grumos deve ser <75, e a formação de pó deve ser < -500 mg/kg. Experimento 1 Diferentes carboidratos foram adicionados ao fundido de uréia e transformados em partículas conforme descrito acima. A adição de carboidratos foi comparada com uréia sem aditivo e com um produto padrão com agente de condicionamento de uréia-formaldeído, UF80 (da Dynea, uma mistura de uréia/formaldeído/ãgua em uma proporção de 23/57/20). A Tabela 1 mostra a resistência ao esmagamento, formação de pó e índice de formação de grumos para uréia, sem aditivo, com agente de condicionamento de uréia-formaldeído e com diferentes carboidratos.

Tabela 1 Esse experimento mostra que tanto a dureza quanto a tendência de formação de grumos melhoraram com a adição dos carboidratos. A qualidade pode ser tão boa ou ainda melhor do que um produto tratado com formaldeído, especialmente com relação à formação de pó.

Experimento 2 Uma solução aquosa de álcool polivinílico (12% de PVA com um grau de hidrõlise > 80%) foi obtida da Holland Novochem nos Países Baixos. O carboidrato foi misturado na solução aquosa de álcool polivinílico e a solução aquosa resultante de carboidrato e álcool polivinílico foi adicionada ao fundido de uréia onde, após o qual, o fundido foi transformado em partículas. Os carboidratos adicionados foram frutose e HFS42, o qual é um xarope comumente disponível compreendendo 71% em peso de matéria seca e 29% em peso de água, onde a matéria seca compreende 42% em peso de frutose, 53% em peso de dextrose, 2,5% em peso de maltose, 1% em peso de malotriose e 1,5% em peso de polissacarídeos. As combinações de carboidrato e álcool polivinílico foram comparadas com uréia sem aditivo e o produto padrão com agente de condicionamento de uréia-formaldeído, UF80. A Tabela 2 mostra a resistência ao esmagamento, formação de pó e índice de formação de grumos para uréia, sem aditivo, com agente de condicionamento de uréia-formaldeído e com diferentes combinações de carboidrato e álcool polivinílico.

Tabela 2 Esse experimento demonstra que a adição de uma combinação de álcool polivinílico e carboidrato a um fundido de uréia resulta em partículas de uréia com resistência ao esmagamento aperfeiçoada, baixa tendência de formação de grumos e baixa formação de pó.

Experimento 3 Uma solução aquosa de álcool polivinílico (12% de PVA com um grau de hidrólise > 80%) foi obtida da Holland Novochem nos Países Baixos. 0 carboidrato foi misturado na solução aquosa de álcool polivinílico e a solução aquosa resultante de carboidrato e álcool polivinílico foi adicionada ao fundido de uréia onde, após o qual, o fundido foi transformado em partículas. Os carboidratos adicionados foram frutose e HFS42. As combinações de carboidrato e álcool polivinílico foram comparadas com uréia sem aditivo e o produto padrão com agente de condicionamento de uréia-formaldeído, UF80. Nesse experimento, a concentração do fundido de uréia era de mais de 99% peso/peso de uréia e menos de 1% peso/peso de água. A Tabela 3 mostra a resistência ao esmagamento, formação de pó e índice de formação de grumos para uréia, sem aditivo, com agente de condicionamento de uréia-formaldeído e com diferentes combinações de carboidratos e álcool polivinílico.

Tabela 3 Esse experimento demonstra que a adição de uma combinação de álcool polivinílico e carboidrato a um fundido de uréia resulta em partículas de uréia com resistência ao esmagamento aperfeiçoada, baixa formação de pó e de tendência de formação de grumos, quando um fundido de uréia quase puro é usado para formação de partícula. A presente invenção mostra que é possível melhorar a resistência ao esmagamento, reduzir a formação de pó e a tendência de formação de grumos de partículas de uréia através da adição de pelo menos um carboidrato, com ou sem um composto polivinílico ao fundido de uréia antes de formação de partículas. O fundido de uréia obtido pelo método de acordo com a presente invenção pode ser transformado em partículas através de todos os métodos comuns para formação de partículas. Para certos métodos de formação de partículas, por exemplo, em processos de granulação em leito fluido, podería ser possível ter uma temperatura de granulação superior comparado com a granulação de uréia sem aditivo ou com aditivos comumente usados.

Os aditivos de acordo com a presente invenção podem ser facilmente adicionados ao fundido de uréia e não requerem uma particular pré-formada. Os carboidratos podem ser adicionados ao fundido de uréia como sólidos, eles podem ser dissolvidos em um solvente ou uma solução aquosa do composto polivinilico ou uma solução de uréia antes de serem adicionados ao fundido de uréia. As quantidades requeridas dos aditivos de acordo com a presente invenção são muito menores do que a maioria dos outros agentes de condicionamento e a toxicidade é muito menor do que para o agente de condicionamento comumente usado, formaldeído REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Método de aperfeiçoamento da resistência ao esmagamento e redução de formação de pó e da tendência de formação de grumos de partícula de uréia através da adição de um aditivo à uréia fundida caracterizado pelo fato de pelo menos um carboidrato e opcionalmente um composto polivinílico ser adicionado à uréia, em que o carboidrato adicionado é selecionado dentre monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos, polissacarídeos ou uma mistura dos mesmos.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de serem adicionados no máximo 5% em peso de carboidrato, baseado na quantidade de uréia.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de serem adicionados 0,02 -2% em peso de carboidrato, baseado na quantidade de uréia.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de ser adicionado um composto polivinílico da fórmula geral (CHX-CHY)n, onde n = 4 -10.000, e X e Y são, independentemente um do outro, selecionados do grupo consistindo de um átomo de hidrogênio e um grupo polar orgânico.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de um composto da fórmula especificada na reivindicação 5 ser adicionado, em que o referido grupo orgânico polar é selecionado de um grupo ácido carboxílico, um grupo éster, um grupo hidroxila, em grupo amina ou um grupo amida.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de um composto polivinílico ser adicionado conforme descrito na reivindicação 5 ou 6, em que X é um átomo de hidrogênio e Y consiste substancialmente de um grupo hidroxila.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de pelo menos 70%, de preferência pelo menos 80% de Y consistirem de um grupo hidroxila.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ser adicionada uma solução aquosa do composto polivinilico com uma concentração de 0,01 a 1% em peso, baseado na quantidade de uréia.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de ser adicionada uma solução aquosa do composto polivinilico com uma concentração de 0,05 a 0,5% em peso, baseado na quantidade de uréia.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o carboidrato ser adicionado à uréia como um sólido ou ser dissolvido em um solvente ou uma solução aquosa do composto polivinilico ou uma solução de uréia antes de ser adicionado à uréia.

11. Composição com resistência ao esmagamento aperfeiçoada e redução de formação de pó e da tendência de formação de grumos caracterizada pelo fato de compreender partículas de uréia formadas por particulação de um fundido de uréia consistindo de mais de 96% em peso de uréia e menos que 4% em peso de água, em que um aditivo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, é adicionado ao fundido de uréia antes da particulação.