CN103402620B - 用于生产粒状尿素产品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在流化床中生产粒状尿素产品的方法，其中：新熔融尿素的小微滴（10）与冷却介质相接触从而形成固态颗粒；所述固态颗粒（11）与比胚芽颗粒更大的熔融尿素微滴（12）相接触，所述固态颗粒和所述微滴一起形成更大的固态颗粒（13），并且所述固态颗粒的尺寸还在与熔融尿素微滴接触后逐步增加，直到所述固态颗粒达到给定尺寸，然后所述固态颗粒通过与此时比固态颗粒小的液态微滴相接触而经历进一步的生长过程，直到达到粒状产品的期望尺寸。

Description

用于生产粒状尿素产品的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于生产粒状尿素产品的方法和设备。

背景技术

获取粒状尿素产品的现有技术方法主要基于在流化床状态中维持的颗粒的逐渐生长。在流化床上方喷射或雾化熔融尿素，并且在种子和颗粒上沉积和固化熔融尿素以形成所期望的粒状产品。

通过使生长液的微滴在种子和颗粒上浸润、粘附和固化而进行该方法，种子和颗粒共同形成流化床。已知方法的基本思想是使熔融的液态尿素的小微滴与相对大的固态颗粒相接触，使得液态微滴围绕固态颗粒或者至少围绕固态颗粒的一部分形成薄的液体层，所述层经历蒸发和固化。

例如，US-A-4353730公开了用于粒化的现有技术的方法和设备。

该方法开始于直径至少为0.5至1.5mm的固态颗粒，通常称为种子。可以使用两种技术生成种子。第一种技术是筛选粒状产品并使用尺寸不足和/或尺寸过大的颗粒来提供种子。尺寸不足的颗粒可用作种子，而尺寸过大的颗粒可被粉碎从而生成种子材料。该技术的缺点在于种子材料的尺寸和形状不统一，并且需要以占流化床流速一定比率的速率进行再循环，例如50%。此外，循环一些最终产品作为种子材料导致种子材料中也包含在粒化过程中添加的添加剂。结果，粒状产品中添加剂的浓度会偏离所期望的值。

另一种技术是在单独的设备中通过固化少量的新熔融尿素来生产种子。种子生成器通常包括冷却传输带，熔融的尿素液滴沉积在该带上并固化形成具有约1.5mm的直径的晶粒或微粒（lentille）。种子材料具有统一的尺寸和成分，然而机器的体积很大（约10m长）并且价格昂贵。此外，形成晶粒需要具有高纯度（>99.8%）的熔融尿素，并且通常需要蒸发器从而将熔融尿素的纯度从96%提高到超过99.8%，这是额外的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服与需要种子材料进行尿素的流化床粒化相关的上述缺陷。

本发明是用于生产粒状尿素产品的新颖的方法，其中，用于发起粒化的固态颗粒固有地在该方法本身中生成，而该方法只需供给液体。该步骤称为萌芽，表现为熔融的尿素小微滴通过与冷却介质相接触而被固化从而形成小的固态颗粒。所述小的固态颗粒一旦与其它大于所述颗粒的熔融液态尿素微滴相接触就开始生长。在本方法的该阶段，被液态微滴撞击的固态颗粒可以被包裹在该微滴中，并且随后的固化形成了更大的固态颗粒。因此，固态颗粒逐步变得越来越大，直到它们达到能与现有技术种子相比的尺寸并足以发起常规的粒化过程。

因此，本发明的一个方面是一种方法，其中：

a）新熔融尿素的初始的且小的微滴与冷却介质相接触从而形成固态起始颗粒；

b）所述起始颗粒与比其大的熔融尿素微滴相接触，所述颗粒和所述微滴一起形成更大的固态颗粒，所述固态颗粒的尺寸在与比其大的熔融尿素的微滴相接触后逐步增大，直到固态颗粒达到给定尺寸，并且

c）然后，这样获取的固态颗粒通过与此时比其小的液态微滴相接触而在流化床中经历进一步的生长过程，直到形成具有期望的颗粒尺寸的粒状产品。

在流化床状态下实施步骤c）。尽管不是必要的，但先前的步骤a）和步骤b）也可以在流化床状态下实施。

优选地，流化介质是空气，空气也用作冷却介质。以受控方式供应熔融尿素和冷却空气从而支持上述方法步骤并且至少在该方法的阶段c）中保持流化床状态。更具体地，考虑到颗粒逐渐增加的质量，控制空气的流率和速度从而保持流体化。

用于形成起始颗粒的小微滴的平均尺寸优选地小于或等于200μm（0.2mm），并且更优选地是约50-200μm（0.05-0.2mm）。因此，固态起始颗粒的尺寸优选地也在相同的范围50-200μm内。在该方法的阶段b)中供应的更大微滴的尺寸在200μm至1mm的范围内，优选地在200μm至500μm的范围内。在优选的实施方式中，使用具有增加的尺寸的几种微滴输入来供给阶段b）。

在步骤b）后获得的固态颗粒的尺寸使得能够通过液态微滴在固态颗粒表面上的沉积而开始常规的生长过程。在步骤b）后的所述尺寸例如是约0.5mm，并且优选地在0.5至1mm的范围内。固态颗粒的尺寸应计为球形颗粒的直径或当量直径。本发明可以获取的是球形或准球形的固态颗粒。

上述公开方法的阶段a）和b）可视为内部萌芽。在阶段b）结束时传送的固态颗粒可称为粒化过程的“胚芽”。最后的步骤c）基本与常规方法类似，其中基于熔融液体在固态颗粒上的沉积而进行生长；然而，本发明不需要固态种子材料的外部输入，因为粒化是围绕先前的萌发作用所传输的固态胚芽开始的。

应该注意，现有技术方法在流化床中引入了固态颗粒（种子）。这些种子必须足够大从而允许熔融尿素的微滴在其表面上固化。本发明采用了不同的方法，其中不对流化床供给固态材料，并且粒化开始于由熔融尿素的液体微滴形成上述公开的胚芽。

方法步骤a）至c）可以在相同的环境中或在容器的不同部分或阶段中实施为时间的函数。

可以在相同设备，例如相同的制粒机中实施步骤a）至c）。在一些实施方式中，在制粒机的专用前端部分实施初始步骤a）和b）中的萌芽。

在本发明的一个实施方式中，在纵向流化床中，优选地在WO2009/086903中所描述的双涡旋纵向流化床中连续实施该方法。在纵向流化床的第一部分中实施初始步骤a）和b），在相同流化床的剩余的第二部分中实施根据步骤c）的常规生长。尽管物理的隔开装置并非必需的，但所述流化床的第一部分和第二部分可以通过挡板隔开。

根据另一个实施方式，在第一容器中生成胚芽颗粒，并且在与所述第一容器隔开的第二容器中实施随后的常规粒化。

本发明获得的粒状产品可以具有任何尺寸，例如2至8mm。

本发明的优点包括：

–具有相同的新熔融成分的几乎完美的球形种子材料；

–不需要用于传输晶粒的体积大且价格昂贵的设备，例如冷却带传输机；

–不需要蒸发器来提高熔融尿素的纯度，本方法能够以95%至96%的纯度操作；

–与已知的用于生产尿素的种子和晶粒的机器相比，萌芽阶段所需的熔融尿素少，并且用于萌芽的设备的尺寸小。

本发明的一个方面是用于实施上述方法的设备。根据本发明的设备包括：

–第一环境；

–适于将新熔融尿素的小微滴的至少第一流和冷却空气供应到所述第一环境从而形成固态起始颗粒的装置，

–将熔融尿素的更大微滴的至少第二流以及优选地多个流供应到所述第一环境的装置，所述第二流或所述多个流的微滴比所述第一流的微滴大；

–与所述第一环境连通的第二环境，和用于将在第一环境中形成的颗粒和尿素微滴以及流化空气供应至所述第二环境从而使在流化床状态下的所述固态颗粒粒化的装置。

第一和第二环境可以是单独的容器或单个容器的一部分。所述第一微滴流优选地使用喷嘴产生，该喷嘴适于传送直径小于或等于200μm、并且更优选地在50μm至200μm范围内的微滴。在一个优选的实施方式中，第一容器或单个容器的第一部分具有适于传送直径在50μm至200μm之间的微滴的至少第一组喷嘴，以及适于传送更大熔融尿素微滴的至少第二组喷嘴。更优选地，第二组喷嘴包括多个喷嘴的子分组，并且每一个子分组适于传送不同尺寸的微滴，例如从200μm至500μm。所述喷嘴的子分组能够在第一环境的容器的上方或容器的一部分的上方以从较小喷嘴至较大喷嘴的方式分布。

现在参考优选和非限制性的实施方式来描述本发明的特征和优点。

附图说明

图1是适于实施本发明的设备的实施方式的示意图；

图2是该设备的另选实施方式的示意图；

图3是根据本发明的方法的略图。

具体实施方式

图1示出了第一实施方式，其包括用于流化床粒化的容器102（制粒机）和经由线路107连接到所述容器102的单独的容器101。所述容器分别限定了环境E₁、E₂。

容器102包含具有单涡旋或双涡旋模式的流化床。在操作过程中，流化床在纵向方向上具有连续流或流体管，两个横向涡旋的旋转方向相反并且具有平行于所述纵向方向的轴线。

根据本发明，容器101作为种子发芽器操作。种子发芽器接收熔融尿素20的部分21和冷却空气流A。喷射或雾化喷嘴沿着容器101分布。在附图中，每个直线箭头23、24和25表示一组喷射或雾化喷嘴。喷嘴23能够传输非常精细的熔融尿素液滴，优选地具有约100μm或200μm的尺寸。所述精细微滴借助于冷却空气A固化，在环境E₁的第一区域中形成小的固态颗粒。用箭头24和25表示的接下来的喷嘴传输更大的微滴，例如直径为300μm和400μm的微滴。

然后，初始的且较小的颗粒受到较大液滴的撞击，并且其尺寸在所述环境E₁内的另一区域中逐步增加。这样获得的固态颗粒经由线路107被发送到制粒机102。熔融尿素的剩余部分22被喷射（箭头26）到维持有流化床的环境E₂中。

容器101的喷嘴被设置为从传送非常精细的起始微滴的较小喷嘴到传送更大微滴的较大喷嘴。优选地，输入微滴的尺寸从环境E₁的输入侧向输出侧有规律地增加。

图2例示了一个实施方式，其中通过同一容器200的部分201和202来界定用于萌芽和粒化的环境E₁和E₂。换句话说，种子发芽器集成在纵向的流化床制粒机中。容器的所述部分201、202由挡板204隔开，然而该挡板不是必需的。

在容器200中，例如使用进入穿孔底壁205的流化空气，至少在部分202中维持流化床状态。用位于前/后侧壁206、207上的喷嘴喷射熔融的尿素。

与附图1的实施方式的操作类似。熔融尿素的精细微滴借助于冷却空气A固化，在环境E₁中形成小的固态颗粒，其是整个过程的起始颗粒。当接触例如使用输入线路24、25供应的熔融尿素的更大微滴时，所述颗粒的尺寸开始增加。

种子发芽器部分201最终可由内部挡板进一步分割成各子部分，从而根据尿素颗粒的平均尺寸来分割部分201的区域。

在一些实施方式中，以这种方式调节空气输入从而还在该部分201中维持流化床状态。

在种子发芽器部分201的端部，如果存在的话也就是靠近挡板204的地方，或者在种子发芽器101的输出位置处，固态颗粒已经达到足够允许常规粒化方法的尺寸（例如，约0.5至1mm）。常规方法是这样一种方法，其中颗粒的尺寸通过比该颗粒小的液态微滴的沉积而增加，并在颗粒表面上方形成液体层。所述常规粒化方法在制粒机102中或容器200的部分202中进行。

在图3中例示了该方法。图3（A）示出了熔融尿素的极小微滴10，其与图1或2的环境E₁中的冷却流化空气A相接触。液态微滴10通过冷却空气迅速固化并形成固态球形颗粒11。颗粒11与例如来自输入线路24、25的液态微滴12相接触。所述微滴12的尺寸很小，但是比开始的极小微滴10的尺寸大，然后比固态颗粒11的尺寸大。固态颗粒11用作微滴12固化的起始点。更具体地，固态颗粒11典型地包裹在微滴12中，如图3（B）所示；由冷却空气A围绕颗粒11的部分液体的固化作用形成更大的球形颗粒或准球形颗粒。

在附图3（B）中描述的该方法逐步继续直到固态颗粒达到足够使颗粒进行常规生长过程的尺寸，典型地至少为0.5mm。在该阶段，颗粒进入环境E₂。在附图3（c）中描述了常规生长过程，其中，此时比固态颗粒13尺寸小的液体微滴14撞击固态颗粒13。微滴14的尺寸可以与在先前步骤中接触小颗粒11的颗粒12的尺寸相同或不同。

Claims (8)

1.一种用于生产粒状尿素产品的方法，其中：

a)新熔融尿素的小微滴(10)与冷却介质相接触从而形成固态起始颗粒；

b)所述起始颗粒(11)与比其大的熔融尿素微滴(12)相接触，固态颗粒和所述微滴一起形成更大的固态颗粒，并且所述固态颗粒的尺寸在与熔融尿素的更大微滴接触后逐步增加，直到所述固态颗粒(13)达到给定尺寸，并且

c)然后，所述固态颗粒(13)通过与此时比其小的液态微滴(14)相接触而经历进一步的生长过程，直到达到粒状产品的期望尺寸，

其中，形成所述起始颗粒的所述小微滴(10)具有小于或等于200μm(0.2mm)的平均尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小微滴(10)具有在50至200μm(0.05-0.2mm)的范围内的平均尺寸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)之后得到的固态颗粒(13)具有在0.5至1mm的范围内的平均尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，至少在方法的阶段c)中，使用也作为冷却介质的空气维持流化床状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在阶段c)中的流化床是具有主流动方向和双涡旋设置的纵向流化床，双涡旋设置具有在流化床中形成的、围绕实质上平行于所述主流动方向的轴线反方向旋转的两个涡旋。

6.一种用于实施根据权利要求1至5中任一项所述方法的设备，该设备至少包括：

–第一环境(E1)；

–适于将新熔融尿素的小微滴的至少第一流和冷却空气(A)供应到所述第一环境从而形成固态起始颗粒的装置(23)；

–适于将熔融尿素的更大微滴的至少第二流供应到所述第一环境的装置(24、25)，所述第二流的微滴比所述第一流的微滴大；

–与所述第一环境连通的第二环境(E₂)，和用于将在第一环境中形成的颗粒和尿素微滴(26)以及流化空气供应至所述第二环境从而使在流化床状态下的所述固态颗粒粒化的装置；

其中，供应所述小微滴的第一流的装置(23)适于传送直径小于或等于200μm的微滴。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二流为多个流。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，该设备包括界定所述第一环境和第二环境的单独的容器(101、102)，或者包括界定所述第一环境和第二环境的单个容器(200)。