CN116390909A - 生产饲料级尿素的方法 - Google Patents

Abstract

一种从液态尿素熔体开始生产饲料级尿素的方法，该方法包括处理尿素熔体(6)以促进缩二脲的形成直到至少3％缩二脲的浓度，以及使所得到的含有缩二脲的尿素熔体(8)进行成型处理，得到颗粒状尿素产品。

Description

生产饲料级尿素的方法

技术领域

本发明涉及一种生产饲料级固体尿素的方法。

背景技术

尿素在工业上是由氨和二氧化碳在合适的尿素形成条件下(通常在高压和高温下)反应生产的。

尿素在100bar以上的合成压力下合成，得到含有尿素、水和未转化的试剂(大部分为氨基甲酸铵的形式)的反应流出物。由于在反应环境中达到平衡，反应流出物中未转化的物质的量是显著的，通常对反应流出物进行处理以回收。

在广泛使用的汽提方法(strippingprocess)中，反应流出物在可能存在汽提剂(strippingagent)的情况下，在高压汽提器中加热，以分解氨基甲酸铵并提取气态氨和二氧化碳。这些在高压冷凝器中冷凝并循环到合成反应器。使用时，汽提剂一般为气态二氧化碳或气态氨。

所述高压汽提器和高压冷凝器可以在与合成反应器基本相同的压力下运行，从而形成高压合成段或回路。然后将汽提器的含有尿素的流出物在一个或多个回收段中，在较低压力下进行处理，以进一步回收未转化的试剂，得到纯化的尿素水溶液。所述纯化的溶液主要由尿素和水制成，并且可以包含例如约65重量％至70重量％的尿素，余量为水和不可避免的杂质。

许多应用需要固体形式的尿素。固体尿素的生产也被称为精加工(finishing)或产品成型。

最常见的尿素成型技术包括造粒(prilling)和制粒(granulation)。在这两种情况下，处理纯化的尿素溶液以除去水，例如在合适的蒸发段中进行。所得到的液态尿素熔体含有少量或可忽略不计含量的水，然后被转化为固体颗粒。

在造粒方法中，尿素熔体以液滴的形式分布在造粒塔中，在存在逆流冷却空气流的情况下，尿素液滴落下时固化。

在制粒方法中，尿素熔体被喷在颗粒上，随着方法的继续，颗粒尺寸逐渐增大。制粒方法通常在流化床条件下进行。

产品成型技术的一个重要方面是所得到的颗粒状产品的机械性能，尤其是抗碎强度。抗压强度差的产品因为颗粒容易破碎并形成粉末而难以储存和处理。抗碎强度是尿素产品市场价格的相关因素。

已知在成型处理之前向尿素熔体中加入甲醛可以提高颗粒状尿素的机械性能。甲醛可以以甲醛本身的形式添加，或可以以含有甲醛的添加剂(如被称为UF80的添加剂)的形式添加。然而，使用甲醛作为成型添加剂引起了对健康和环境可持续性的担忧。甲醛目前被归为一种潜在的致癌物质。

由于上述原因，在尿素成型处理中使用甲醛作为添加剂是不希望的，或者根据应用可能是不可接受的。不需要甲醛的应用的一个实例是生产饲料级尿素。术语饲料级尿素表示适合直接用作牛(例如反刍动物)的饲料成分的尿素。

发明内容

本发明面临的问题是如何生产具有可接受的机械性能的饲料级颗粒状尿素，特别是在抗碎强度方面，但在成型处理中不使用甲醛。

根据权利要求1的方法解决上述问题。

本发明基于这样的实验发现，即显著浓度下的缩二脲改善了颗粒状尿素产品的机械性能。申请人观察到，至少3重量％的缩二脲的含量提供了显著提高的抗碎强度，这与传统添加甲醛所能达到的效果相当。

在尿素的工业生产中，缩二脲通常被视为一种杂质，并努力避免其形成。例如，在肥料级尿素中，可接受的最多缩二脲通常为1重量％。相反，在饲料级尿素中，因为缩二脲提供了非蛋白氮(NPN)的来源，可以接受更高含量的缩二脲。

然后，本发明基于令人惊讶的发现，即饲料级尿素中的缩二脲不仅可以作为氮的替代来源，还可以作为一种添加剂提高颗粒状尿素产品的机械强度。

因此，本发明提供了在成型处理之前，有意地处理尿素熔体以引起缩二脲的形成。缩二脲可以通过尿素分解成缩二脲和氨而形成。特别地，2摩尔尿素可分解成1摩尔缩二脲和1摩尔气态氨。本发明提供了处理尿素熔体以促进这种分解直到达到缩二脲的目标浓度；然后将所得到的含有缩二脲的尿素熔体进行成型处理，得到颗粒状产品。

具体实施方案

在优选的实施方案中，处理尿素熔体直到缩二脲的浓度为5重量％或更高，优选在5％至15％的范围内。

处理尿素熔体以形成缩二脲的步骤可以包括在缩二脲形成条件下，使尿素熔体在反应空间中保持预定的停留时间直到达到缩二脲的目标浓度。所述反应空间可以由缩二脲形成反应器提供。

所述缩二脲形成条件优选包括反应空间中160℃至180℃的温度，优选160℃至170℃，更优选165℃或约165℃。停留时间可以为5min至60min，优选20min。

尿素熔体必须保持在尿素的熔化温度之上，该熔化温度为约130℃。由于缩二脲形成反应在较高的温度下进行，因此可以冷却所得到的含有缩二脲的尿素熔体以回收热量，条件是它保持在熔化温度以上。例如，可以在成型设备(例如制粒机或造粒塔)的上游安装回收热交换器。

在一个优选的实施方案中，在处理尿素熔体以形成缩二脲的过程中，将反应空间保持在连续搅拌的条件下。因此，上述缩二脲形成反应器可以是连续搅拌的反应器。

缩二脲形成方法可以是间歇方法。

反应空间中的压力优选为大气压。然而，反应空间可以处于亚大气压下以促进气态氨的除去并促进缩二脲的形成。

术语尿素熔体表示可从尿素装置的蒸发段中获得的尿素熔体。在大多数实际情况下，它含有至少96重量％的尿素，优选至少99％。

本发明允许在不需要添加剂的情况下获得颗粒状产品的良好机械性能。在本发明的优选实施方案中，在成型处理之前，无需将添加剂、特别是无需将甲醛添加到尿素熔体中。

术语颗粒状产品表示可从适用于尿素领域的各种成型处理中获得的产品。优选的成型处理是制粒和造粒。

尿素熔体可以在尿素合成装置中生产，其中尿素由氨和二氧化碳在合成压力下合成，得到含有尿素、水和未转化的氨基甲酸铵的反应流出物；在较低压力下，将反应流出物在一个或多个回收段中进行处理以回收未转化的试剂，得到纯化的尿素水溶液；将所述水溶液在蒸发段中进行处理以除去水，得到尿素熔体。

通常，一个或多个回收段包括低压回收段。一些尿素装置(例如Snamprogetti自汽提方法使用的那些尿素装置)可能还包括中压回收段。

从形成缩二脲的反应空间中除去的气态氨可以作为尿素的合成的源材料再循环至尿素合成装置。例如，从反应空间中除去的氨可以用水冷凝并作为含氨溶液再循环。优选将这种溶液再循环到尿素装置的低压回收段。优选地，所述溶液含有至少15重量％的氨。

本发明对新装置以及现有装置的改造是可行的。现有尿素装置可以通过在蒸发段和成型段之间添加缩二脲形成反应器来进行改造。因此，该装置可以适用于生产无甲醛的饲料级尿素。

附图说明

图1示出了本发明的实施方案。示出了以下项目和工艺流。

项目1是合成段，其中氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)在高温高压下反应生成尿素。所述合成段1可以包括至少反应器、高压汽提器和高压冷凝器。

流2是含有尿素、水和未转化的氨基甲酸铵的水溶液。该溶液可以从合成段1的汽提器中取出。

项目3是回收段，其中包含在溶液2中的未转化的试剂被回收并再循环回到段1。未转化的试剂通常通过以下一个或多个步骤回收：加热含有尿素的溶液以将氨基甲酸铵分解成气态氨和CO₂，并将所述试剂冷凝成含有氨基甲酸盐的溶液，该溶液可以被泵回到反应器或段1的冷凝器。回收段3可以在一个或多个压力水平下运行。

流4是从回收段3中得到的纯化溶液。该纯化溶液4含有尿素、水和不可避免的杂质。

项目5是蒸发段，该蒸发段除去来自溶液4的水。

流6是尿素熔体。

项目7是连续搅拌的反应器，其中将尿素熔体6保持在合适的缩二脲形成条件下，使得一些尿素分解成缩二脲和气态氨。

项目8是从反应器7中取出的含有缩二脲的流。

项目9表示从反应器7中除去的气态氨。

项目10是尿素成型设备，例如制粒机或造粒塔。

流11是在尿素成型设备10中获得的颗粒状尿素产品。

项目12是冷凝器，其中气态氨9在水13的帮助下冷凝。

流14表示在冷凝器12中获得的尿素水溶液，该尿素水溶液被再循环至回收段3。

项目15是热交换器，其中在成型处理之前，可以从含有缩二脲的熔体中回收热量。

必须注意的是，尿素溶液4或尿素熔体6可以分别是从回收段3或蒸发5中获得的溶液或熔体的一部分。尿素溶液或尿素熔体的剩余部分可以被导向不同的用途或方法。

实施例：在165℃的温度和大气压下，将优选含有99.5％或更多尿素的尿素熔体6在反应器7中保持20min的停留时间。所得到的熔体8含有8重量％的缩二脲。该含有缩二脲的熔体在热交换器15中冷却后转化为颗粒状产品。从反应器7中出来的氨9优选用水冷凝直到得到含有至少15重量％氨的溶液14，所述溶液14可以再循环到尿素装置。

Claims (13)

1.一种从液态尿素熔体开始生产饲料级尿素的方法，所述方法包括：

处理尿素熔体(6)以从尿素中形成缩二脲，直至达到熔体中缩二脲的目标浓度，所述目标浓度为3重量％或更高；

使所得到的含有缩二脲的尿素熔体(8)进行成型处理，得到颗粒状尿素产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔体中缩二脲的目标浓度为5重量％或更高，优选在5％至15％的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中处理尿素熔体以形成缩二脲的步骤包括在缩二脲形成条件下，将尿素熔体在反应空间(7)中保持预定的停留时间直到达到所述缩二脲的目标浓度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述缩二脲形成条件包括160℃至180℃的温度，优选160℃至170℃，更优选165℃。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述停留时间为5min至60min，优选20min。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中在处理尿素熔体以形成缩二脲的过程中，将所述反应空间保持在连续搅拌的条件下。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中所述反应空间保持在大气压下。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述尿素熔体含有至少96重量％的尿素，优选至少99％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述成型处理之前，无需将添加剂、特别是无需将甲醛添加到尿素熔体中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述成型处理包括制粒或造粒。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述尿素熔体在尿素合成装置中生产，其中尿素由氨和二氧化碳在合成压力下合成，得到含有尿素、水和未转化的氨基甲酸铵的反应流出物(2)；在较低压力下，使所述反应流出物在一个或多个回收段(3)中进行处理以回收未转化的试剂，得到纯化的尿素水溶液(4)；使所述水溶液在蒸发段(5)中进行处理以除去水，得到尿素熔体(6)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在形成缩二脲期间从所述反应空间(7)中除去的气态氨(9)作为合成尿素的源材料再循环至尿素合成装置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述气态氨用水冷凝并作为氨的水溶液(14)再循环。

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