CN104981279B - 改造特别在合成尿素的设备中包括造粒塔的造粒工段的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改造包括将液体转化成固体产品的造粒塔的造粒工段的方法，尤其是用于尿素溶液，其中移除塔的造粒篮；在塔内建造垂直管状壁，其至少上部可透过空气；在塔的顶部安装新的喷嘴，以在所述壁限定的通道内产生具有下降运动的多分散液滴流；提供用于在塔的外壳和所述壁(8)之间限定的间隙(15)中分配固化空气(3)的装置；由此改造的塔形成新的粒化工艺以代替已知的造粒工艺，获得的颗粒具有与由常规造粒装置获得的硬度相当的高硬度。

Description

改造特别在合成尿素的设备中包括造粒塔的造粒工段的方法

技术领域

本发明涉及改造特别用于尿素合成设备的包含造粒塔的造粒工段的方法。

现有技术

许多尿素合成设备包含用于将通过设备合成的液体尿素(称为尿素熔体)转化为固体产品的精加工部分(finishing section)。用于此目的的一种已知技术包括造粒。基本上，造粒包括在塔内部用逆流冷却空气来冷却和固化液滴。通过与空气接触的作用，液滴固化产生被称为小球(prills)的固体颗粒。

造粒塔包括由钢筋混凝土制成的外部结构，其具有圆形或矩形截面。用于液体尿素的分配装置被放置在塔顶，其可包括旋转的多孔篮(perforated basket)，或者更简单地是一些喷头。冷却空气通过天然或强制通风从底部向上流入塔内部。

然而，已经知道，使用这种技术获得的固体产品的机械特性并不令人完全满意。该小球具有一定的孔隙率，这使其易碎，并在运输、储存等过程中可能导致产品破碎。此外，即使使用大塔，该小球的最大直径一般也不超过2mm。

这类问题是由冷却过程的本质所引起的。在塔内部，产生了实质上单分散的液滴流，其中液滴基本上具有由喷淋装置例如多孔篮的孔设置的相同尺寸(除了统计偏差)。在与空气逆流下落的作用下，从外部到内部进行液滴的固化；结果，固体趋向于多孔。

同样已知，通过流化床造粒法的方式可以获得具有良好机械特性的固体产品，这是造粒的一种替代方法。然而，在本来装备有造粒塔的设备中，造粒工段(替换塔)的安装会涉及高成本，并将需要将塔拆除或弃之不用。所有这些都不是有利的。应当指出的是，造粒塔是一个庞大且昂贵的项目；通常，尿素设备的塔具有几十米的高度(甚至高达100米)和10-20米的直径，且对于自然通风塔来说甚至更大。

这种问题仍然没有解决，并且在以液态生产并需要转化为固体形式以用于销售的其它物质例如硝酸铵、硫酸铵的处理中，同样会出现在尿素领域中出现的类似问题。

发明概述

本发明提出了用于改造现有的基于造粒塔的造粒工段(prilling section)的方法，以便获得具有好得多的特性的产品。改造后，塔基本上执行新的粒化过程，不再造粒，且能够产生与可用常规流化床制粒机获得的颗粒特性相似的颗粒。因此，本发明旨在利用现有的塔改善在基于造粒塔的精加工部分中获得的固体产品的品质，特别是在尿素领域中。

本发明的目的是通过用于改造包括将液体转化成固体产品的造粒塔的造粒工段的方法来实现的，该方法包括至少以下步骤：

a)移除起初在塔中提供的用于喷淋所述液体的装置；

b)在所述塔的外壳(casing)内部制造管状或基本上管状的垂直壁，所述壁至少上部可透过空气，且所述壁在所述塔的内部限定出垂直通道；

c)在所述塔的顶部安装一组新喷嘴，所述喷嘴适于在通过所述塔内安装的所述壁限定出的所述通道内产生作下降运动的多分散液滴流；

d)提供用于将可用的液相供给至所述喷嘴的装置；

e)提供用于在所述塔的所述外壳和所述壁之间或所述外壳和所述壁自身可透过空气的部分之间限定的间隙中分配固化空气的装置。

在塔内新安装的上述壁在下文中称为可透过壁(permeable wall)。应当注意，在一些实施方案中，所述壁仅上部实际上可透过空气。为了获得透气性，可以使用例如穿孔金属板或金属栅板，或在EP2014356中描述的“开槽(slotted)”壁技术。

所述管状或基本上管状的壁应被理解为圆柱形或多边形表面。在一些实施方案中，所述壁略微偏斜(diverge)，即横截面从顶部到底部或从底部到顶部增大。在一个逆流的实施方案中，壁优选从底部到顶部偏斜。壁更优选以小于10°，甚至更优选以小于5°的张角偏斜。

所述可透过壁的横截面位于垂直于所述塔的垂直轴的平面内，其为圆形(圆柱形表面)或更优选为多边形(多边形表面)。出于构造上的原因，多边形形状是优选的，因为它允许用一系列可被直接装配到塔内部的板或平的金属片来实现壁。例如，一种制造可透过壁的方法实质上包括下列步骤：

-制造安装到所述塔的所述外壳(外壳)上的支撑结构；

-在所述结构上安装一系列垂直梁；

-在所述垂直梁上安装一系列基本上平的元件，由此形成所述可透过壁自身。

支撑结构优选为桁架结构(truss structure)，其配有合适的支柱(strut)以支撑可透过壁的重量并支撑相对于锚定壁(anchoring wall)的悬垂部分。塔的外壳通常由钢筋混凝土制成，且支撑结构的安装可以用销或适于向钢筋混凝土壁锚定钢梁的等效装置来进行。

能够产生多分散流的新喷嘴被安装在塔的顶部，代替原来用于喷淋液体(例如造粒篮)的装置。所述改造方法可以包括在塔内部制造适用于支撑喷嘴的顶部结构；在一些实施方案中，所述结构必须可透过气体(例如网状)以允许从顶部抽取空气。在一个可能的实施方案中，例如，提供一个梁件(beamwork)，并将其安装到塔的现有平板(slab)上，用于支撑喷嘴和液体的供给管。

由此改造的造粒塔使固化过程完全不同于原来的造粒过程。所述固化过程基本上是在由新的可透过壁所限定出的通道内发生的粒化过程。因此，所述通道也可以被称为粒化通道。

由新喷嘴产生的多分散液滴流随着下降运动进入粒化通道并与从多孔壁中(至少部分地)出现的固化空气接触。由于质量小，多分散流内的最小液滴(具有接近多分散流的最小尺寸的直径，例如几百微米)迅速固化，且相对于更大的液滴而言，其通过与空气的接触而减速。由此形成的固体粒子与属于多分散流的仍为液态且通常尺寸更大并由高速推动的其它液滴(以非弹性的方式)碰撞。粒化通道内的固体粒子例如被更大的液滴并入，接着固化，由此获得颗粒。应当指出的是，粒化过程能够自给(self-support)，而不需要从外部引入固体材料(种子)，且不需要预造粒。

优选的是，多分散流包含的液滴的可变直径在0.1mm(100μm)和约2.5mm之间，且更优选在0.2mm和2mm之间。新安装的喷嘴适于产生所述多分散流。为了达到这个目的，新安装的喷嘴具有多个孔(orifice)优选包括差异化直径的孔，以便使其能产生所需的多分散流。喷嘴优选包括0.1mm到2.5mm范围内的各种直径的孔。

下面描述一些变化的实施方案。

根据本发明的各种实施方案，可以提供供气装置，以便在粒化通道内产生相对于液滴下降流的顺流或逆流的气流。

顺流实施方案一般更容易实现；然而，对于给定的塔尺寸和其它条件，逆流操作允许增加液体在粒化通道内的停留时间。因此，当要改进的塔相对较小，例如为约50米高的强制通风塔时，逆流的实施方案可能是优选的；反之亦然，当可使用大塔例如塔高约100m时，顺流的实施方案可能是优选的。根据情况，需要对塔进行修改，例如在外壳上的开口通道，用于从塔的底部或顶部抽取空气的装置等，这些可由本领域技术人员进行确定。

本发明的一个选项包括在可透过壁的底部安装一连串侧喷嘴。这些侧喷嘴允许在通道的第一(上面)部分中用实质上常规的造粒过程产生的固体产品的生长。安装这些侧喷嘴有利于获得大直径(例如＞3mm)颗粒。在其他实施方案中，可以提供额外的常规类型的外部造粒机，例如流化床。选择安装侧喷嘴或可能的外部造粒机，本质上取决于可利用的塔的高度和所需的颗粒尺寸。

在塔内形成的固体产品的筛分通过安装在塔自身底部或塔外部的合适的筛子来进行。

在一些优选的实施方案中，所述方法还包括优选在粒化通道本身末端部分中安装用于向该通道内引入二次冷却空气的装置。所述二次空气与一次空气混合，使其可以改善粒化路径尾部中的冷却，其中主要固化空气(上行引入)由于与液相的热交换，因此伴随有相对较高的温度。

如果气流是顺流，则可透过壁可以是圆柱形(限定出具有恒定截面的面积)或略微圆锥形。如果所述流为逆流，则壁有利地为截面从底部向上增大的圆锥形。

当侧喷嘴未安装时，穿过可透过壁的空气的自由流出横截面(例如组成壁的穿孔金属板的孔的总横截面)优选从底部向上增大。

在逆流的实施方案中，离开通道上部的空气必须被输送到安置在地平面的洗涤器。为此，可以在塔的外部或内部安装下行管道(下降管)。在一些实施方案中，可以在粒化通道的壁内安装第二同轴壁，以限定出上述下行管道。在这种情况下，粒化通道具有环状截面。

另一个优选的方面包括再引入所产生的除必须在已知洗涤器中处理的粉末外的细微粒。因此，所述改造方法还可包括提供细微粒的再循环管线和用于在粒化通道内再引入细微粒的相应喷嘴。术语细微粒是指在粒化通道出口没有达到临界尺寸的固体颗粒。特别是如果细微粒具有中间尺寸，则其可以在塔的顶部或中间点例如在大约一半位置上被再引入。

根据本发明的方法可以获得高硬度的固体产品，并且如果提供了细微粒的再循环，还可以获得优异的尺寸均匀性，所得固体产品实质上具有如常规粒化工艺所获得的相同品质。本发明的极大优点在于上述效果的获得不需要安装昂贵的粒化装置，而仅利用现有的造粒塔。还应当提到的是，由于新工艺的特点，不需要昂贵的制片机或用于产生种子的类似设备。

下面将参考一些示例性实施方案并借助于附图来进行阐述本发明的优点。

附图说明

图1、2、3和4示意性地示出根据本发明的一些优选变体的改造后的包括造粒塔的造粒工段。

图5显示改造后的造粒塔的简化横截面，且特别显示出安装在塔内的可透过壁的支撑系统。

图6类似于图5，但涉及的是具有矩形横截面的塔。

图7显示支撑系统的侧视图。

图8示意性地显示在经改造的塔中进行粒化过程，上述过程特别是在整个塔中进行，或者在侧喷嘴例如按照图3安装在塔的上部的情况下进行。

图9显示当按照图3配备有侧喷嘴时，在塔的下部进行的常规生长过程。

具体实施方式

图1的方案显示出已根据本发明一个可能的实施方案进行了改造的包括造粒塔1的造粒工段。

新壁8安装在塔1内，由此在塔本身内限定出基本上垂直的通道6。在塔的外壳C和新壁8之间限定出间隙15。壁8可透过空气，以使引入间隙15的空气可以流入通道6内。

壁8优选为由适当地锚定到壳C上的穿孔金属板形成；锚定的优选方式将在下文中进行更详细地描述。所述壁8可具有圆形或优选多边形的截面；通常，其为略微圆锥形，以沿其路径改变空气的速度。

通道6基本上从塔1顶部延伸到虚线7所示的出口部分。所述线7为虚线，并不相当于确实存在于塔内的壁。

移除原有的液体喷淋装置例如造粒篮。根据本发明，将一组新喷嘴4安装在塔顶。液相2的供料管线与所述组的喷嘴相连。

所述喷嘴4能够在通道6内产生具有下降运动的多分散液滴流。

而且，粒化设备配备有在间隙15中分配空气3(称作固化空气)的流量的装置。所述间隙15通过底部壁15a在底部闭合。

图1的实施例涉及顺流类型的实施方案。在间隙15中引入的空气3从可透过壁8中出来，向下流动并穿过部分7到达塔1的下部。也就是说，空气在通道6内具有相对于通过喷嘴4排出的液体为顺流的下降运动。在附图中，箭头A表示空气的方向，并且箭头F表示由液滴和固体颗粒形成的流的方向。

由箭头21表示的输出颗粒被导向能够分离颗粒11和线12表示的细微粒的筛子10。筛子可以安装在塔内或塔外；无论何种情况，都提供穿过塔的壳C的输送管21。细微粒12(除粉末外)优选被再引入至塔顶的通道6内，塔顶安装有合适的喷嘴5。细微粒的再引入优选例如借助于喷射器19用运输空气13进行气动操作。线14表示细微粒到喷嘴5的运输。

用气流3引入的空气必须从塔1的底部抽出，并在洗涤器16中进行处理以减少粉末。线22表示从塔的底部抽出含有粉末的空气。例如，在尿素设备中，洗涤器16中的空气与含有尿素的液体溶液接触，以溶解粉末并获得液体再循环溶液17和净化的空气18。可根据已知的技术使溶液17在尿素设备中再循环。

为了改善冷却，可以在通道6的下部供给新鲜的冷却空气(又称为二次空气)流。例如，间隙15可任选地通过壁分开(图1中未示出)，获得用于一次固化空气3进入的上部间隙和供给实质上专用于冷却流的二次空气的下部间隙。

图2示出图1的变体，即另一种改造包含造粒塔的造粒工段的方式。在这种情况中，经改造的塔操作通道6中的空气向上运动，因此该操作可以被定义为逆流，用箭头A和F表示。在塔1的下部供给空气3；然后空气从塔的顶部抽出并通过管线22输送至洗涤器16，在这种情况下，管线22包括塔外部的下行管道。

在这个实施方案中，壁8具有可透过空气的上部8a和不可透过空气的下部8b。有利的是，通过间隙15和可透过部分8a来供给气流3a。所述气流3a在邻近喷嘴4和5的区域提供额外的新鲜气流以改善该过程，其中多分散液体和可能的细微粒通过喷嘴4和5引入。优选地，气流3代表供给到塔1的全部空气的主要部分。例如，气流3为全部空气的三分之二，并且气流3a代表剩余的1/3。

作为示例，图2还示出塔内的筛子10。它还示出细微粒12与运输的空气13的再循环，其基本上类似于图1。

选择在塔内(图2)或是在塔外(图1)进行筛分取决于具体情况的要求，包括可利用塔的高度、所需颗粒的尺寸等。

在类似图2的实施方案中，逆流空气倾向于减缓液体从而增加液体在造粒机中的停留时间。这提供了对可用高度的最佳利用，并增大了通道6的出口处的颗粒尺寸。通常，对于根据图1的顺流的改造更易实行，并且对于相关高度的塔(大约80-100m)可以是优选的，由于此可用高度，用顺流工艺也可以获得足够大的颗粒(例如2.5mm)。

图3示出图1的变体，其中还安装了(可选的)侧喷嘴25，以传送料液2的一部分2a。侧喷嘴位于通道6的下部，并在区域6a内提供之前在塔的最上部形成的颗粒的生长。在本发明的各种其他的实施方案中也可以安装侧喷嘴。

还应该注意的是，在一些变体中，可以将在塔1中获得的产品供给到外部的生长造粒机。

图4示出类似于图2的另一变体。在这个变体中，图2的下行管线22建在塔1内部，并且由在可透过壁8内部的壁23所限定。在这个实例中空气的抽取同样发生在塔1的底部，并导向至洗涤器16。

通过观察图4，应当理解的是，在这个实施方案中的通道6呈现为安装在塔1内的新壁8和23之间所包含的环形部分。

图5到7示出将壁8(并且如果存在，可能是壁23)稳固地锚定到塔的壳上的优选方式。壁8(图5和图6)基本上由多个由垂直梁31支撑的平的元件30(例如金属钢板)组成。所述梁31依次由网状支撑结构32支撑，其可用销子或等同方式锚定在壳C上。图7示出结构32，其基本上包含悬臂(canti-levered)梁33和支柱34以支撑金属板30的重量。

装配壁8的一个可能的方式如下。直接在塔1内部建造结构32；通过将垂直梁31安装到结构32上来确定其位置；然后通过将金属板30安装到垂直梁31上来确定其位置。在此之前，必须移除起初安装在塔内的造粒篮以及相关的辅助件例如电子板、支撑结构等。

应当注意的是，为了简单起见，图5中绘制了八边形壁；在实践中，尤其在圆柱形塔内，使壁具有大量的边是有益的，以使壁接近圆柱形。因此，梁33的数量会很多，形成致密的网状结构用于支撑平板30。考虑到操作期间不同的热膨胀，有利的是，平板30安装有槽孔和/或提供一定的重叠。

本发明的其他特征如下。所述组的喷嘴4和可能用于细微粒的喷嘴5的支撑，可以托付(entrusted)给安装于造粒塔现有的平板上的网状梁件。所述梁件支撑用于分配液体2的管线和喷嘴4。优选网状结构的原因还在于当空气将要从塔顶部抽出时(根据图2和4的逆流)，其允许有空气通道。在一些变体中，液体的管线可具有承重功能并可支撑喷嘴。

优选地，在通道6内还可以制造移动服务平台。所述平台通过缆索或链条(例如绞盘)悬浮并且在通道6内垂直移动，通过适当的引导以允许接近喷嘴4，并且如果需要，可允许进入壁8内侧用于清理或维护。

在根据本发明改造的塔里发生的粒化过程例示于图8中。来自于由喷嘴4生成的多分散流的小尺寸(例如小于500微米)液滴100极缓慢地下降，并一经与空气接触即迅速凝固生成小固体颗粒101。同时，另一更大的液滴102稍微迅速地缓慢下降。由于空气的冷却，该液滴102与颗粒101碰撞形成固体颗粒103。由此形成的固体103接着与另一更大尺寸的液滴104等碰撞，得到最终颗粒，如图8中的顺序所示。

如果未安装侧喷嘴，图8的过程实质上发生在沿着塔的整个高度即通道6。另一方面，如果安装了侧喷嘴25，图9中所示的常规的粒化(生长)过程发生在塔的下部。在这种情况下，颗粒通过薄液体层L的沉积作用来生长，如所描述的进行固化。例如，再看图3，图8的过程发生在上面的部分6中，而图9的过程(常规的)发生在6a所指示的部分中，在该处颗粒与由侧喷嘴25所喷射的液体发生碰撞。

本领域技术人员可以认识到此方法与原先的造粒方法完全不同。本发明通过使用改造的造粒塔可以实现所述目的，获得具有高硬度的固体产品。

Claims (15)

1.一种改造包括将液体转化成固体产品的造粒塔的造粒工段的方法，所述方法包括至少以下步骤：

a)移除起初在所述塔中提供的用于喷淋所述液体的装置；

b)在所述塔的内部制造管状的或基本上管状的垂直壁(8)，所述壁在所述塔的内部限定出垂直通道(6)，并且其中所述壁(8)可透过空气，或至少所述壁(8)的上部可透过空气；

c)在所述塔的顶部安装一组新喷嘴(4)，所述新喷嘴适于在所述通道(6)内产生具有下降运动的多分散液滴流，所述新喷嘴具有各种直径的孔，以产生所述多分散流；

d)提供用于将至少部分可用的液体(2)供给到所述新喷嘴(4)的装置；

e)在所述塔(1)的外壳(C)和所述壁(8)之间或所述塔的所述外壳和所述壁自身可透过空气的部分(8a)之间限定的间隙(15)中提供分配空气(3,3a)的装置。

2.根据权利要求1所述的方法，所述新喷嘴具有0.1mm到2.5mm范围内的各种直径的孔。

3.根据权利要求1所述的方法，包括在所述通道(6)的下部区域中安装与所述新喷嘴(4)相同类型的喷嘴(25)。

4.根据权利要求1所述的方法，包括在所述塔的下部安装空气供给装置(3)，在所述塔本身内安装的所述壁(8)所限定的所述通道(6)内获得上升气流。

5.根据权利要求4所述的方法，包括在所述造粒塔的外部或内部安装下行管线(22)，以将从所述塔顶部抽出的空气输送至外部洗涤器(16)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中通过在所述壁(8)的内部制造限定出粒化通道(6)的第二壁(23)，在所述塔(1)内部制造所述下行管线(22)。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述塔(1)的内部或外部安装筛子(10)。

8.根据权利要求7所述的方法，包括安装用于再循环通过所述筛子(10)分离的细微粒(12)的管线，并且还包括在所述塔内安装适于产生含有所述细微粒的气流的顶部喷嘴(5)，用于在所述通道(6)内再引入所述细微粒。

9.根据权利要求1所述的方法，其中用于分配所述液体(2)的新喷嘴(4)适于产生包含可变直径的液滴的多分散流，所述直径在0.1mm(100μm)和2.5mm之间。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述直径在0.2mm和2mm之间。

11.根据权利要求1所述的方法，包括在所述塔的顶部制造网状结构，以支撑所述新喷嘴(4)。

12.根据权利要求1所述的方法，包括使可透过空气的壁(8)锚定在所述塔(1)的外壳上的下列步骤：

-在所述塔内制造支撑结构，其安装到所述塔自身的所述外壳上；

-将一系列垂直梁安装到所述结构上；

-将一系列基本上平的元件安装到所述垂直梁上，平板形成所述管状壁。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述平的元件代表金属板。

14.根据权利要求1所述的方法，包括在所述通道(6)内部制造移动服务平台，所述平台可在所述通道(6)内部垂直移动。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述造粒塔为尿素设备内的造粒塔。