EP3997051A1 - Reduzierung der biuretgeneration in der harnstoffproduktion - Google Patents

Reduzierung der biuretgeneration in der harnstoffproduktion

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Publication number
EP3997051A1
EP3997051A1 EP20733371.7A EP20733371A EP3997051A1 EP 3997051 A1 EP3997051 A1 EP 3997051A1 EP 20733371 A EP20733371 A EP 20733371A EP 3997051 A1 EP3997051 A1 EP 3997051A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
urea
lines
unit
line
granulation
Prior art date
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Pending
Application number
EP20733371.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martina Schmitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3997051A1 publication Critical patent/EP3997051A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05C—NITROGENOUS FERTILISERS
    • C05C9/00—Fertilisers containing urea or urea compounds
    • C05C9/005—Post-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/10—Solid or semi-solid fertilisers, e.g. powders
    • C05G5/12—Granules or flakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/14—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C273/16—Separation; Purification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/16—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by suspending the powder material in a gas, e.g. in fluidised beds or as a falling curtain
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Definitions

  • the invention relates to devices for the production of granulated urea with a synthesis unit, an evaporator unit and a granulation unit, in which product lines with different diameters or cross-sections are used in the area between the evaporator unit and the granulation unit in order to suppress the formation of biuret during partial load operation.
  • the product stream which is present as a melt or solution and coming from the synthesis stage, is usually fed to an evaporator in order to adjust the water content and then into a
  • Granulation unit passed.
  • mixing with a portion of solid fine grain takes place, which is usually recycled granulate.
  • Urea is one of the most widely used nitrogen fertilizers worldwide today because it has a high biologically usable nitrogen content of around 46%. Further advantages of urea consist in a more favorable risk potential compared to, for example, potassium nitrate or ammonium nitrate and in the fact that urea can be produced on an industrial scale from inexpensive starting materials, namely ammonia and carbon dioxide.
  • Urea is produced in two reaction steps, which take place at high temperatures and pressures.
  • first reaction step which is fast and exothermic
  • two parts ammonia and one are converted Part of carbon dioxide to ammonium carbamate (2 NH 3 + C0 2 [NH 2 COO] [NH 4 ]).
  • second step which is slow and endothermic
  • the urea is obtained from this by splitting off water ([NH 2 COO] [NH 4 ] H 2 0 + NH 2 - CO-NH 2 ). Since the second step is a slow response, it becomes the
  • Residual water content of usually about 3%) from the reaction mixture.
  • the reaction mixture is increased at
  • Urea are formed, which have no biogenic effect and thus lower the concentration of active ingredients in the grain.
  • biuret A particularly problematic by-product in the production of urea is biuret, which can be formed from two urea molecules by splitting off ammonia (2 NH 2 -CO-NH 2 NH 3 + NH 2 -CO-NH-CO-NH 2 ).
  • Biuret is not only not very active as a nitrogen supplier, but also has a strong phytotoxic effect. It has been observed that larger amounts of biuret
  • Evaporation i.e. the removal of water
  • the solution must be heated to temperatures of around 110 ° to 150 ° in order to remove the required amount of water from the product solution in a suitable time.
  • This high temperature is also present in the downstream pipelines because the urea can be granulated with less energy if it is introduced into the granulation unit in liquid form.
  • the evaporation unit and granulation unit can therefore form quantities of biuret that are relevant for the final quality of the product, in particular if the pipes, which are usually heated with steam, are heated further.
  • DE 197 44 404 discloses a process in which the addition of dicyandiamide inhibits the crystallization of urea so that the process can be carried out at temperatures of 70 to 90 ° C .; At this temperature the formation of biurets is greatly reduced.
  • a disadvantage of this process is the high requirement for non-biologically active dicyandiamide, which, according to the example given in DE 197 44 404, has to be added at over 5% by weight.
  • the addition of an additive that is ultimately not active also requires a correspondingly larger construction volume and increases the operating costs of the
  • JP 57171956 A proposes a special concentration of the solution in which the vaporizer is designed as a spray tower, so that a very fast and effective dehydration is possible.
  • the disadvantage of this solution is the significantly more complex evaporator construction, which also requires significantly more complex control and regulation technology. Besides is not
  • GB 1 404 098 proposes a process in which the urea solutions are passed through an ion exchanger before granulation to separate the biuret. However, this procedure requires additional
  • Granulation unit is promoted. This measure has the consequence that the proportion of free ammonia in the exhaust gas can be significantly reduced, since the biuret formation between the evaporator and granulator can be reduced to a certain extent.
  • Fertilizer is no longer met and therefore has to be disposed of at great expense by the manufacturer. Even if the biuret content does not increase so much that the material can no longer be used as fertilizer, the biuret content can exceed a maximum content guaranteed by the supplier, so that this material has to be sold with a different specification and therefore at a lower price.
  • full load denotes the average throughput of urea in a system for which it is designed.
  • a "1000 t / day” plant is designed to produce 1000 t of urea per day under normal operating conditions. In such a plant, 1000 t of urea are produced per day at full load.
  • diameter in connection with the lines 6 means the "mean diameter”.
  • the diameter of a line with, for example, an oval cross section therefore corresponds to the average diameter of this line.
  • the "cross-sectional area" of a pipe is the
  • the present invention is based on the surprising finding that a more uniform product quality of urea can be achieved in existing plants if a device is used which is between the
  • Evaporator unit and a granulation unit has several lines with different diameters.
  • such a structure allows the urea solution or urea melt to be conducted through a line that is thinner compared to full load operation.
  • an extension of the dwell time which occurs as a result of the lower product throughput in the line designed for full-load operation, is avoided and the increased formation of biuret is suppressed.
  • the present invention relates to an apparatus for the production of granulated urea, which is essentially a
  • Synthesis unit 3 an evaporator unit 5, a feed pump, a
  • the diameter of the lines is dimensioned such that a first line ensures an optimal retention time of the urea in the line at full load, while a second output ensures an optimal retention time of the urea in the line at partial load of the device. Since the "optimal residence time" of urea in the line is based on the amount of urea that is passed through the line, and the amount of urea at full load is higher than at part load, the diameter of the line is larger than the line used at full load that of the line, which should ensure an optimal retention time of the urea in the line at partial load.
  • Urea in the line which is necessary for process engineering reasons (i.e. for example because of the structure of the system and the required residence time of an additive).
  • a longer residence time than the minimum usually leads to increased formation of ammonia and biuret due to the thermal conditions.
  • urea which is intended to include a synthesis unit 3, an evaporator unit 5, a feed pump, a granulation unit 7 and several lines with different diameters 6, is to be understood that the area of the plant in which the urea is produced does not
  • the multiple lines 6 are expediently laid parallel to one another in the device. The same applies to those described below
  • FIG. 1A A device according to the present invention is shown schematically in Figure 1A, in which 1 and 2 represent feed lines for ammonia and carbon dioxide to the synthesis unit 3, 4 represents the line between the synthesis unit 3 and the evaporator unit 5 and 8 represents the discharge of granulated
  • FIG. 1B schematically shows an operation of the plant under full load, in which the urea is fed through a feed line with a larger diameter from the evaporator unit into the granulation unit, while a feed line with a smaller diameter is closed.
  • Figure 1C accordingly represents an operation of the plant under partial load, in which the urea is fed through a feed line with a smaller diameter from the evaporator unit into the granulation unit, while a
  • the device according to the above-mentioned embodiments can expediently be further developed in that the diameters of the multiple lines 6 through which the urea can be conducted from the evaporator unit to the granulation unit are staggered in such a way that they each have a distance of about 20% at partial loads Ensure optimal retention time of the urea in the line.
  • devices of this type have at least three and particularly preferably three to five lines 6 through which the urea can be conducted from the evaporator unit 5 to the granulation unit 7.
  • the diameters of the multiple lines 6 through which the urea can be conducted from the evaporator unit to the granulation unit are staggered in such a way that they each have a distance of about 20% at partial loads Ensure optimal retention time of the urea in the line.
  • devices of this type have at least three and particularly preferably three to five lines 6 through which the urea can be conducted from the evaporator unit 5 to the granulation unit 7.
  • the urea can be conducted from the
  • Evaporator unit can be led to the granulation unit, of which the diameter of the second line ensures an optimal residence time of the urea in the power at a part load of the device of about 80%, while a third line is optimal at a part load of the device of about 60% Guaranteed retention time of the urea in the line.
  • the device has at least three lines 6 through which the urea from the evaporator unit to
  • Granulation unit can be performed, of which the diameter of the second line ensures an optimal residence time of the urea in the line at a part load of the device of about 60%, while a third line ensures an optimal residence time of the device at a part load of about 20% Urea in the line guaranteed.
  • This construction ensures optimal dwell times at loads of 100%, 80%, 60% and 20%.
  • the device it is possible for the device to have a further line 6 with a line diameter which is designed such that it ensures an optimal retention time of the urea in the power at loads of more than 100%, for example 110%.
  • Such higher loads can be, for example
  • ammonium carbonate is produced from ammonia and carbon dioxide, which are fed into the synthesis unit 3 via respective feed lines 1 and 2.
  • the ammonium carbamate is then converted into urea and water.
  • the temperature during the second stage is usually in the range from 170 to 200 ° C, and in particular 185 to 190 ° C.
  • the reaction mixture obtained from the synthesis stage consists essentially of urea and water, but with small proportions of
  • a typical composition obtained from the synthesis unit contains about 54% by weight urea, 26% by weight water, and residual amounts of ammonium carbamate, carbon dioxide and ammonia.
  • the solution derived from the synthesis stage is expediently converted into a (liquid) concentrated urea melt and a gas stream which is discharged from the evaporator unit.
  • the urea melt in this area is reduced to one
  • Concentrated residual moisture content of about 0.2 to 5% by weight.
  • the evaporator unit 5 is operated under vacuum conditions and can have one or more evaporators in series.
  • the small amount of excess ammonium carbamate that may be contained in the vaporized stream is converted to ammonia and carbon dioxide under the process conditions. Under the vacuum conditions, this ammonia and carbon dioxide are then mainly transferred into the gas stream, which is discharged from the evaporator unit.
  • This gas stream can also contain small amounts of excess ammonia, which is released by the vacuum conditions.
  • the evaporator unit contains several evaporators, it can be useful if the lines with which the urea is transferred from one evaporator unit to the next evaporator unit are also in the form of several lines with different diameters (analogous to the one described above for lines 6) .
  • the granulation unit 7 can be a fluidized bed granulation, a drum granulation or a pan granulation or a similar known granulation device.
  • Granulation unit consists in converting the urea melt into a stream of solidified particles. These solidified particles, known as granules, are the main product of a urea production plant.
  • Heat of crystallization and cooling dissipated via cooling with air. This usually requires an amount of air that corresponds to 3 to 30 kg of air per kg of the finished solidified product.
  • the device according to the invention can be useful for recovering the urea and cleaning the air used for cooling be provided with suitable recovery and cleaning devices, as described for example in WO 2013/165245.
  • the feed pump is expediently a self-regulating centrifugal pump as described in EP 1 711 447 B1. Suitable centrifugal pumps are described in AT 281609 or AT 291003, for example. in the
  • the evaporator is set up in the same plane as the granulator and the centrifugal pump is arranged only slightly lower, since the supply lines can be shortened by such a configuration. As a result, the residence time of the flarnea in the shortened
  • a second aspect of the present invention relates to a device which has a synthesis unit 3, an evaporator unit 5, a feed pump, a
  • Evaporator unit can be led to the granulation unit.
  • the cross-sectional area of the lines 6 is dimensioned in such a way that when the flare material flows through more than one of the multiple lines at full load, an optimal dwell time of the flare material in the line is guaranteed.
  • this described device is designed for normal operation using two or more lines through which the pulp is conducted from the evaporator unit to the granulation unit, while according to the embodiment of the first aspect of the present invention, only one line is used through which the flarnea is fed from the evaporator unit to the granulation unit.
  • the smallest cross-sectional area of the lines makes up at least 10% and in particular at least 20% of the largest cross-sectional area of the lines.
  • the cross-sectional area of the lines is dimensioned such that when urea flows through all of the multiple lines at full load, an optimal retention time of the urea in the lines is ensured.
  • the device has two lines, of which a first line ensures an optimal dwell time of the urea with a 60% utilization of the system, while a second line ensures an optimal dwell time of the urea with a 40% utilization the plant
  • both lines are open, so that the lines together have a transport capacity that ensures an optimal dwell time of the urea in the line at full load of the device.
  • this device has three lines through which the urea can be conducted from the evaporator unit to the granulation unit. It is particularly preferred if the cross-sectional areas of these lines are matched so that the first, second and third lines have cross-sectional areas which are optimal with an approximately 50%, approximately 33% and approximately 17% partial load of the device Ensure that the urea remains in the line. If all lines are open in this embodiment, a normal residence time of the urea in the lines can be guaranteed when the device is fully loaded. In addition, by combining the first and second or first and third lines, an optimal dwell time of the urea can be ensured at an 83% or 67% partial load of the device if the third or second line is closed at the same time. Overall, with this device with only three lines, optimal dwell times can be ensured with a 100%, 83%, 77%, 50%, 33% and 17% partial load of the device.
  • the device has three lines through which the urea from the evaporator unit to
  • Granulation unit can be performed, the cross-sectional areas of these three lines are matched so that the first, second and third line have cross-sectional areas that are at an approximately 60%, approximately 40% and approximately 20% partial load of the device ensure an optimal retention time of the urea in the line.
  • This embodiment has the advantage over the embodiment described above that only two at full load Lines must be open, but coordination in steps of around 20% is possible with only three lines.
  • the above-described devices according to the first and second aspect can expediently be further developed by having means, preferably in the form of valves, with which the lines 6, through which the urea is guided from the evaporator unit to the granulation unit, in the direction of the evaporator unit can be closed.
  • means preferably in the form of valves, with which the lines 6, through which the urea is guided from the evaporator unit to the granulation unit, in the direction of the evaporator unit can be closed.
  • each of the lines 6, through which the urea is guided from the evaporator unit to the granulation unit in the direction of the evaporator unit can be closed.
  • the devices can also expediently be further developed in that they have means, preferably in the form of valves, with which the lines 6 can be flushed with a suitable operating medium when they are shut down.
  • a suitable operating medium In particular, water or steam come into consideration as suitable operating media.
  • the present invention also includes hybrids of the embodiment described above, in which one of the lines 6 is a
  • Urea is guaranteed in the line, and the cross-sectional area of several other of the lines 6 are dimensioned such that when the urea flows through more than one of the further lines at partial load, an optimal retention time of the urea in the lines is guaranteed.
  • a corresponding device can have a line 6 that ensures an optimal retention time of the urea in the line at full load, and two lines 6 that ensure an optimal retention time of the urea in these lines at a 40% partial load. If these two lines are open while the "full load" line is closed, an optimal dwell time of the urea in the two lines can occur at an 80% partial load
  • a third aspect of the present invention relates to the use of a device according to the first aspect described above for the production of granulated urea with a low biuret content, the device being operated at partial load and the urea being conducted from the evaporator unit 5 through a line 6 to the granulation unit 7, their diameter to the Product throughput is matched and wherein the diameter of the line is smaller than the largest diameter of the plurality of lines in the device.
  • this use comes into play when the device is not operated under full load, since at full load the line with the largest diameter of the several lines would have to be used.
  • this relates to
  • Evaporator unit 5 is passed through one or more lines 6 to granulation unit 7, the added cross-sectional area of which is matched to the product throughput and wherein the added cross-sectional area of the lines is smaller than the cross-sectional area required for an optimal retention time of the urea in the line / lines at full load would be required. As a result, this use also only comes into play when the device is not operated under full load.
  • a fifth aspect of the present invention finally relates to a method for the production of granulated urea, which comprises the operation of a device according to the above-described first and second aspect, wherein the product is in liquid form as an aqueous solution or melt from the
  • Synthesis unit 3 is derived and wherein the product stream after
  • Evaporator unit 5 is passed through one or more lines 6 to granulation unit 7, the diameter or the added cross-sectional area of the lines being matched to the product throughput.
  • the product throughput is less than the product throughput of the system at full load.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Herstellung von granuliertem Harnstoff mit niedrigem Biuretgehalt, die eine Syntheseeinheit, eine Verdampfereinheit, eine Förderpumpe, eine Granulationseinheit und mehrere Leitungen mit unterschiedlichem Durchmesser bzw. unterschiedlicher oder gleiche Querschnittsfläche umfassen, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt werden kann. Der Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche der Leitungen ist dabei so bemessen, dass durch Nutzung einer oder mehrerer Leitungen sowohl bei Volllast als auch bei Teillast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet werden kann. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen die Verwendung entsprechender Vorrichtungen zur Herstellung von granuliertem Harnstoff mit geringem Biuretgehalt sowie Verfahren zur Herstellung von granuliertem Harnstoff unter Nutzung der beschriebenen Vorrichtungen.

Description

Reduzierung der Biuretgeneration in der Harnstoffproduktion
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Herstellung von granuliertem Harnstoff mit einer Syntheseeinheit, einer Verdampfereinheit und einer Granulationseinheit, bei denen im Bereich zwischen der Verdampfereinheit und der Granulationseinheit Produktleitungen mit verschiedenem Durchmesser oder Querschnitt genutzt werden, um bei Teillastbetrieb die Bildung von Biuret zu unterdrücken.
Stand der Technik
Verfahren zur Herstellung von granulierten Düngemitteln sind in der Fach- und Patentliteratur weitreichend beschrieben, wobei beispielhaft die US 6,203,730 Bl, die DE 2825039 B2 oder die US 4,947,308 A genannt werden können.
Üblicherweise wird im Rahmen dieser Verfahren der als Schmelze oder Lösung vorliegende und aus der Synthesestufe kommende Produktstrom zur Einstellung des Wassergehalts einem Verdampfer zugeführt und anschließend in eine
Granulationseinheit geleitet. In einigen Verfahren aus dem Stand der Technik findet vor der Einleitung in den Granulator eine Vermischung mit einem Anteil festem Feinkorn statt, bei dem es sich in der Regel um recyclisiertes Granulat handelt.
Harnstoff stellt heute eines der am häufigsten verwendeten Stickstoffdüngemittel weltweit dar, da es einen hohen biologisch nutzbaren Stickstoffgehalt von etwa 46 % aufweist. Weitere Vorteile von Harnstoff bestehen in einem im Vergleich zu beispielsweise Kaliumnitrat oder Ammoniumnitrat günstigeren Risikopotential und darin, dass Harnstoff großtechnisch aus kostengünstigen Ausgangsmaterialien, nämlich Ammoniak und Kohlendioxid, hergestellt werden kann.
Die Herstellung von Harnstoff erfolgt in zwei Reaktionsschritten, die bei hohen Temperaturen und Drücken stattfinden. Im ersten Reaktionsschritt, der schnell und exotherm ist, erfolgt die Umsetzung von zwei Teilen Ammoniak und einem Teil Kohlendioxid zu Ammoniumcarbamat (2 NH3 + C02 [NH2COO][NH4]). Aus diesem wird in einem zweiten Schritt, der langsam und endotherm ist, durch Abspaltung von Wasser der Harnstoff gewonnen ([NH2COO][NH4] H20 + NH2- CO-NH2). Da der zweite Schritt eine langsame Reaktion ist, wird diese zum
Großteil in einem separaten Behälter mit relativ langer Verweilzeit durchgeführt, um eine möglichst vollständige Umsetzung zu gewährleisten.
Zum Erhalt eines festen Produkts ist es im Weiteren erforderlich, das während der Reaktion generierte Prozesswasser weitestgehend (d.h. bis zu einem
Restwassergehalt von üblicherweise etwa 3%) aus der Reaktionsmischung zu entfernen. Zu diesem Zweck wird dem Reaktionsgemisch bei erhöhten
Temperaturen Wasser entzogen um stark konzentrierte Harnstofflösungen zu erzeugen, die anschließend zu einem granulierten Produkt weiterverarbeitet werden können. In Folge des Prozessierens ist es leider unvermeidlich, dass es in den stark konzentrierten Harnstofflösungen bei erhöhten Temperaturen auch zur Bildung von Harnstoffkondensaten kommt. So ist beispielsweise aus der DE 197 44 404 bekannt, dass, abhängig von der Temperatur und von der Verweilzeit in der Produktlösung, durch Folgereaktionen Polymere und Kondensate des
Harnstoffs gebildet werden, die keine biogene Wirkung haben und somit die Wirkstoffkonzentration im Korn senken.
Ein besonders problematisches Nebenprodukt bei der Herstellung von Harnstoff ist Biuret, das sich unter Abspaltung von Ammoniak aus zwei Harnstoffmolekülen bilden kann (2 NH2-CO-NH2 NH3 + NH2-CO-NH-CO-NH2). Biuret ist nicht nur als Stickstofflieferant nur wenig aktiv, sondern weist auch eine stark phytotoxische Wirkung auf. So wurde beobachtet, dass größere Mengen an Biuret das
Pflanzenwachstum vermindern, so dass ein dem Zweck der Düngung gerade entgegengesetztes Ergebnis erzielt wird. Für die meisten Pflanzen ist es akzeptabel, wenn der Anteil an Biuret im Harnstoffdünger etwa 1% oder weniger beträgt, einige Pflanzen wie beispielsweise Zitrusbäume werden jedoch auch bei einer Düngung mit Harnstoff mit einem Biuretgehalt von nur 0,5% sichtbar geschädigt, indem sich gelbe Blätter bilden, die auch nach längerer Zeit ohne Biuretexposition nicht mehr vollständig ihre ursprünglich grüne Farbe annahmen (sh. R. L. Mikkelsen, Better Crops 2007, Vol. 91, No. 3, p. 6/7). Neben diesen belegten negativen Effekten auf Pflanzen bestehen zudem noch immer ungeklärte Fragen in Bezug auf mögliche mit Biuret einhergehende Gesundheitsgefahren. In Bezug auf die Entstehung von Biuret in Harnstofflösungen wurde beobachtet, dass die Biuretbildung bei steigender Temperatur und Verweilzeit des
konzentrierten Harnstoffs in einer Produktionsanlage ansteigt. Die
Zusammenhänge der Biuretbildung sind beispielsweise in AT 285621, CH 617 672 A oder GB 1 404 098 beschrieben und schon seit mehr als 30 Jahren bekannt.
Ein signifikanter Anteil an Biuret bildet sich während und direkt nach dem
Eindampfen (d.h. der Entfernung von Wasser) aus der zunächst gebildeten Harnstofflösung, da hier die Lösung auf Temperaturen von etwa 110° bis 150° erhitzt werden muss, um die erforderliche Wassermenge in einer geeigneten Zeit aus der Produktlösung zu entfernen. Diese hohe Temperatur liegt auch in den nachfolgenden Rohrleitungen vor, weil sich eine Granulierung des Harnstoffs mit weniger Energieaufwand durchführen lässt, wenn dieser in flüssiger Form in die Granulationseinheit eingebracht wird. In den Rohrleitungen zwischen
Verdampfereinheit und Granulationseinheit können sich daher für die Endqualität des Produktes relevante Mengen an Biuret bilden, insbesondere, wenn es zu einer weiteren Erwärmung der in der Regel mit Dampf beheizten Rohrleitungen kommt.
Um die Biuretbildung zu unterdrücken offenbart die DE 197 44 404 ein Verfahren, in dem durch die Zugabe von Dicyandiamid die Kristallisation des Harnstoffs gehemmt wird, so dass das Verfahren bei Temperaturen von 70 bis 90°C durchgeführt werden kann; bei diesem Temperaturen ist die Biuret-Bildung stark reduziert. Nachteilig an diesem Verfahren ist allerdings der hohe Bedarf an nicht biologisch aktivem Dicyandiamid, welches gemäß dem angeführten Beispiel in DE 197 44 404 zu über 5 Gew.-% zugefügt werden muss. Die Zugabe eines im Endeffekt nicht aktiven Additivs erfordert zudem ein entsprechend größeres Bauvolumen und steigert in erheblichem Umfang die Betriebskosten des
Verfahrens.
Da der Verdampfer als wichtige Quelle für die Bildung von Biuret identifiziert wurde, schlägt die JP 57171956 A eine spezielle Aufkonzentration der Lösung vor, bei der der Verdampfer als Sprühturm ausgebildet ist, so dass über die dort erzeugte große Flüssigkeitsoberfläche in der Produktlösung ein sehr schneller und effektiver Wasserentzug möglich ist. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch die deutlich aufwändigere Verdampferkonstruktion, welche auch eine deutlich komplexere Steuer- und Regelungstechnik erfordert. Zudem ist nicht
sichergestellt, dass das Verfahren eine für konventionelle Harnstoffprodukte übliche Korngröße von 2,0 bis 4,0 mm für 90 bis 95 % der Partikel liefert, die für Harnstoffgranulate ein wesentliches Produktmerkmal darstellt.
Die GB 1 404 098 schlägt ein Verfahren vor, in welchem die Harnstofflösungen vor der Granulierung zur Abtrennung des Biurets über einen Ionentauscher geleitet werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch zusätzliche
Prozesskomponenten und hat somit höhere Betriebskosten zur Folge, die durch die regelmäßig erforderliche Regeneration des Ionentauschermaterials entstehen.
In der EP 1 711 447 Bl wird zur Reduzierung der Bildung von Biuret der Einsatz einer selbstregulierenden Pumpe vorgeschlagen, mit der der Produktstrom nach der Verdampfereinheit und vor der Granulationseinheit in Richtung der
Granulationseinheit gefördert wird. Diese Maßnahme hat zur Folge, dass der Anteil an freiem Ammoniak im Abgas signifikant vermindert werden kann, da die Biuretbildung zwischen Verdampfer und Granulator in einem gewissen Umfang reduziert werden kann.
Den vorbeschriebenen Lösungsansätzen ist gemeinsam, dass sie auf eine
Reduktion der Biuretbildung während des Normalbetriebs einer Anlage abzielen. Während des Betriebs gibt es aber auch Zeiten, in denen die Anlage nicht mit Volllast gefahren werden kann, beispielsweise weil die Anlage gerade an- oder heruntergefahren wird, weil eines der benötigten Ausgangsmaterialien nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht, um die Anlage voll auszulasten, oder weil die Produktion saisonbedingt wegen geringerer Harnstoffdüngernachfrage (z.B. im Winter) reduziert wird. Es wurde beobachtet, dass der Harnstoff, der produziert wird während die Anlage nicht in voller Auslastung betrieben wird, häufig einen höheren Biuretgehalt aufweist, als Harnstoff, der hergestellt wird während die Anlage unter Volllast läuft. Dies kann dazu führen, dass der in diesen Zeiten hergestellte Harnstoff die Spezifikationsanforderungen von
Düngemittel nicht mehr erfüllt und deshalb vom Hersteller teuer entsorgt werden muss. Selbst wenn der Biuretgehalt nicht so stark ansteigt, dass das Material als Dünger nicht mehr verwendbar ist, kann der Biuretgehalt einen maximal von Anbieter garantierten Gehalt übersteigen, so dass dieses Material mit einer andere Spezifikation und daher zu einem geringeren Preis verkauft werden muss.
Vor diesem Hintergrund besteht ein Bedarf nach Vorrichtungen und Verfahren, mit denen eine gleichbleibende Produktqualität auch dann gewährleistet werden kann, wenn eine Harnstoffproduktionsanlage nicht in der für die Anlage vorgesehenen vollen Auslastung betrieben wird. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesem Bedarf.
Beschreibung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Angabe "Volllast" den durchschnittlichen Durchsatz von Harnstoff in einer Anlage, auf den diese ausgelegt ist. So ist beispielsweise eine "1000 t/Tag"-Anlage dafür ausgelegt, unter normalen Betriebsbedingungen pro Tag 1000 t an Harnstoff zu produzieren. In einer solchen Anlage werden demnach bei Volllastbetrieb 1000 t an Harnstoff pro Tag hergestellt.
Bei einem "Teillast"-betrieb wird in der gleichen Anlage weniger Harnstoff hergestellt, als dies unter normalen Betriebsbedingungen möglich wäre. So wird z.B. bei einer 50%-igen Teillast in der Anlage nur 50% der Tagesproduktion der Anlage unter normalen Betriebsbedingungen („Volllast') erreicht. Bei einer "1000 t/Tag"-Anlage entspricht dies einer Menge von 500 t/Tag.
Mit der Angabe "Durchmesser" ist im Zusammenhang mit den Leitungen 6 der "mittlere Durchmesser" zu verstehen. Der Durchmesser einer Leitung mit beispielsweise ovalem Querschnitt entspricht daher dem durchschnittlichen Durchmesser dieser Leitung.
Bei der "Querschnittsfläche" einer Leitung handelt es sich um die
Querschnittsfläche senkrecht zur jeweiligen Fließrichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine gleichmäßigere Produktqualität an Harnstoff in bestehenden Anlagen realisierbar ist, wenn eine Vorrichtung verwendet wird, die zwischen der
Verdampfereinheit und einer Granulationseinheit mehrere Leitungen mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist. In Fällen, in denen eine Anlage nicht in Volllast betrieben wird, erlaubt es ein solcher Aufbau, die Harnstofflösung bzw. -schmelze durch eine im Vergleich zum Vollastbetrieb dünnere Leitung zu leiten. In der Folge wird eine Verlängerung der Verweilzeit, die infolge des geringeren Produktdurchsatzes bei der für Vollastbetrieb ausgelegten Leitung auftritt, vermieden und so die vermehrte Entstehung von Biuret unterdrückt. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von granuliertem Harnstoff, die im Wesentlichen eine
Syntheseeinheit 3, eine Verdampfereinheit 5, eine Förderpumpe, eine
Granulationseinheit 7 und mehrere Leitungen mit unterschiedlichem Durchmesser 6 umfasst, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur
Granulationseinheit geführt werden kann. Der Durchmesser der Leitungen ist dabei so bemessen, dass eine erste Leitung bei Volllast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet, während eine zweite Leistung bei Teillast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet. Da sich die "optimale Verweilzeit" des Harnstoffs in der Leitung an der Menge des Harnstoffs orientiert, die durch die Leitung geführt wird, und die Menge des Harnstoffs bei Volllast höher ist als bei Teillast, ist der Durchmesser der Leitung bei Volllast genutzten Leitung größer als der der Leitung, die eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung bei Teillast gewährleisten soll.
Unter einer "optimalen Verweilzeit" des Harnstoffs ist die Verweilzeit des
Harnstoffs in der Leitung zu verstehen, die aus prozesstechnischen Gründen (d.h. zum Beispiel wegen des Aufbaus der Anlage, und der erforderlichen Verweilzeit eines Additivs) erforderlich ist. Eine längere Verweilzeit als die minimale führt regelmäßig aufgrund der thermischen Bedingungen zur vermehrten Bildung an Ammoniak und Biuret.
Die Angabe "im Wesentlichen" im Zusammenhang mit der Vorrichtung zur
Herstellung von Harnstoff, die eine Syntheseeinheit 3, eine Verdampfereinheit 5, eine Förderpumpe, eine Granulationseinheit 7 und mehrere Leitungen mit unterschiedlichem Durchmesser 6 umfassen soll, ist zu verstehen, dass der Bereich der Anlage, in dem die Herstellung des Harnstoff erfolgt, keine
Bestandteile aufweist, die die Herstellung des Granulats wesentlich
beeinträchtigen. Dies schließt jedoch Bestandteile oder Vorrichtungen nicht aus, die beispielsweise für die Aufreinigung oder Aufbereitung von Nebenprodukten der Harnstoffherstellung vorgesehen sind, oder Leitungen, mit denen nutzbare Zwischenprodukte in den Prozess zurückgeführt werden können, nicht aus.
Die mehreren Leitungen 6 sind in der Vorrichtung zweckmäßig parallel zu einander verlegt. Entsprechendes gilt für nachfolgend beschriebene
Ausführungsformen der Vorrichtung. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist schematisch in Figur 1 A wiedergegeben, in der 1 und 2 Zuleitungen für Ammoniak und Kohlendioxid zur Syntheseeinheit 3 darstellen, 4 für die Leitung zwischen der Syntheseeinheit 3 und der Verdampfereinheit 5 steht und 8 die Ableitung von granuliertem
Harnstoff aus der Vorrichtung angibt. Figur 1 B stellt schematisch einen Betrieb der Anlage unter Volllast dar, in dem der Harnstoff durch eine Zuleitung mit größerem Durchmesser aus der Verdampfereinheit in die Granulationseinheit geführt wird, während eine Zuleitung mit kleinerem Durchmesser verschlossen ist. Figur 1 C stellt entsprechend einen Betrieb der Anlage unter Teillast dar, in dem der Harnstoff durch eine Zuleitung mit kleinerem Durchmesser aus der Verdampfereinheit in die Granulationseinheit geführt wird, während eine
Zuleitung mit größerem Durchmesser verschlossen ist.
Die Vorrichtung gemäß der vorstehend genannten Ausführungsformen lässt sich zweckmäßig weiter ausgestalten, indem die Durchmesser der mehreren Leitungen 6, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt werden kann, so gestaffelt sind, dass sie bei Teillasten im Abstand von jeweils etwa 20% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleisten. Zusätzlich oder alternativ weisen derartige Vorrichtungen mindestens drei und besonders bevorzugt drei bis fünf Leitungen 6 auf, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit 5 zur Granulationseinheit 7 geführt werden kann. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung weist die
Vorrichtung mindestens drei Leitungen 6, durch die der Harnstoff von der
Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt werden kann, auf, von denen der Durchmesser der zweiten Leitung bei einer Teillast der Vorrichtung von etwa 80% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leistung gewährleistet, während eine dritte Leitung bei einer Teillast der Vorrichtung von etwa 60% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Vorrichtung mindestens drei Leitungen 6, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur
Granulationseinheit geführt werden kann, auf, von denen der Durchmesser der zweiten Leitung bei einer Teillast der Vorrichtung von etwa 60% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet, während eine dritte Leitung bei einer Teillast der Vorrichtung von etwa 20% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet. Durch diese Konstruktion lassen sich optimale Verweilzeiten bei Auslastungen von 100%, 80%, 60% und 20% gewährleisten. Zusätzlich dazu ist es möglich, dass die Vorrichtung eine weitere Leitung 6 mit einem Leitungsdurchmesser aufweist, der so ausgelegt ist, dass er bei Lasten von mehr als 100%, z.B. 110%, eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leistung gewährleistet. Solche höheren Lasten können beispielsweise bei
Aufarbeitung von Harnstofflösung nach dem Waschen des Granulators auftreten.
In der Syntheseeinheit 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in einer ersten Stufe Ammoniumcarbonat aus Ammoniak und Kohlendioxid hergestellt, die über jeweilige Zuleitungen 1 und 2 in die Syntheseeinheit 3 geführt werden. In einer zweiten Stufe der Syntheseeinheit wird das Ammoniumcarbamat anschließend zu Harnstoff und Wasser umgesetzt. Für die erste und zweite Stufe wird
vorzugsweise ein Druck im Bereich von 120 bis 200 bar, und insbesondere 140 bis 175 bar, eingestellt. Die Temperatur während der zweiten Stufe liegt in der Regel im Bereich von 170 bis 200°C, und insbesondere 185 bis 190°C.
Die aus der Synthesestufe erhaltene Reaktionsmischung besteht im Wesentlichen aus Harnstoff und Wasser, das jedoch mit geringen Anteilen von
Ammoniumcarbonat und geringen Resten von Überschussammoniak verunreinigt sein kann. Eine typische aus der Syntheseeinheit erhaltene Zusammensetzung enthält etwa 54 Gew.-% Harnstoff, 26 Gew.-% Wasser, und Restanteile von Ammoniumcarbamat, Kohlendioxid und Ammoniak.
In der Verdampfereinheit 5 wird ein Großteil des innerhalb der Reaktion entstandenen Wassers entfernt. Hierzu wird die aus der Synthesestufe abgeleitete Lösung zweckmäßig in eine (flüssige) konzentrierte Harnstoffschmelze und einen Gasstrom umgewandelt, der aus der Verdampfereinheit abgeführt wird.
Typischerweise wird die Harnstoffschmelze in diesem Bereich auf einen
Restfeuchtegehalt von etwa 0,2 bis 5 Gew.-% konzentriert.
Die Verdampfereinheit 5 wird unter Vakuumbedingungen betrieben, und kann einen oder mehrere Verdampfer in Serie aufweisen. Der geringe Anteil an überschüssigem Ammoniumcarbamat, das in dem verdampften Strom enthalten sein kann, wird unter den Prozessbedingungen zu Ammoniak und Kohlendioxid umgesetzt. Unter den Vakuumbedingungen wird dieser Ammoniak und das Kohlendioxid anschließend hauptsächlich in den Gasstrom transferiert, der aus der Verdampfereinheit abgeführt wird. Dieser Gasstrom kann auch geringe Anteile von überschüssigem Ammoniak enthalten, der durch die Vakuumbedingungen freigesetzt wird. Enthält die Verdampfereinheit mehrere Verdampfer, so kann es zweckmäßig sein, wenn die Leitungen, mit denen der Harnstoff von einer Verdampfereinheit an die nächste Verdampfereinheit überführt wird, ebenfalls in Form von mehreren Leitungen mit unterschiedlichen Durchmessern vorliegen (analog dem vorstehend für die Leitungen 6 beschriebenen).
Bei der Granulationseinheit 7 kann es sich um eine Fließbett-Granulation, eine Trommel-Granulation oder um eine Pfannen-Granulation oder eine ähnliche bekannte Granulationsvorrichtung handeln. Die Hauptfunktion der
Granulationseinheit besteht darin, die Harnstoffschmelze in einen Strom von verfestigten Partikeln umzuwandeln. Diese verfestigten Partikel, die als Granulate bezeichnet werden, sind das Hauptprodukt einer Harnstoffproduktionsanlage.
Im Rahmen der Verfestigung des Harnstoffs ist es erforderlich, die entstehende Kristallisationswärme zu entfernen, während der Harnstoff von der flüssigen in die feste Phase übergeht. Zudem wird den verfestigten Harnstoffpartikeln in der Regel zusätzliche Wärme entzogen, um sie auf eine Temperatur abzukühlen, die eine sichere Lagerung und Transport des Endprodukts ermöglicht. Das Entfernen der Wärme im Rahmen der Granulation wird normalerweise auf zwei Arten erreicht:
(i) durch Verdampfen von Wasser. Dieses Wasser erreicht die Granulationseinheit als Teil der Harnstoffschmelze und kann im Rahmen des Granulationsprozesses an einer passenden Stelle eingesprüht werden um die Lufteintrittstemperatur zu senken;
(ii) durch Kühlung mit Luft. Normalerweise wird der größte Anteil der
Kristallisations- und Kühlungswärme über eine Kühlung mit Luft abgeführt. Hierzu wird in der Regel eine Luftmenge benötigt, die 3 bis 30 kg Luft pro kg des fertigen verfestigten Produkts entspricht.
Da die Luft in der Granulationseinheit in direkten Kontakt mit der
Harnstoffschmelze und mit den verfestigten Harnstoffpartikeln kommt, wird sie zwangsläufig mit einem gewissen Anteil an Harnstoffstaub kontaminiert. Abhängig von der Art und Weise, in der die Granulation durchgeführt wird, beträgt die Staubmenge in der Luft 0,05 bis 10% (in Bezug auf den Produktfluss des
Endprodukts). Für eine Rückgewinnung des Harnstoffs und die Reinigung der zur Kühlung verwendeten Luft kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zweckmäßig mit geeigneten Rückgewinnungs- und Reinigungsvorrichtungen versehen werden, wie sie beispielsweise in der WO 2013/165245 beschrieben sind.
Bei der Förderpumpe handelt es sich zweckmäßig um eine wie in der EP 1 711 447 Bl beschriebene selbstregulierende Kreiselpumpe. Geeignete Kreiselpumpen sind beispielsweise in der AT 281609 oder der AT 291003 beschrieben. Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus mit Vorteilen verbunden, wenn der Verdampfer in derselben Ebene wie der Granulator aufgestellt ist und die Kreiselpumpe nur geringfügig tiefer angeordnet ist, da sich durch eine derartige Konfiguration die Versorgungsleitungen verkürzen lassen. In der Folge verkürzt sich auch die Verweildauer des Flarnstoffs in den
Leitungswegen entsprechend. Ein entsprechender Aufbau ist ebenfalls in der EP 1 711 447 Bl im Detail beschrieben.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung die eine Syntheseeinheit 3, eine Verdampfereinheit 5, eine Förderpumpe, eine
Granulationseinheit 7 und mehrere Leitungen 6 mit unterschiedlicher oder gleicher Querschnittsfläche aufweist, durch die der Fl arn Stoff von der
Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt werden kann. Die
Querschnittsfläche der Leitungen 6 ist dabei so bemessen ist, dass bei einem Durchfluss des Flarnstoffs durch mehr als eine der mehreren Leitungen bei Volllast eine optimale Verweilzeit des Flarnstoffs in der Leitung gewährleistet ist. Mit anderen Worten ist diese beschriebene Vorrichtung für einen Normalbetrieb unter Nutzung von zwei oder mehr Leitungen, durch die der Flarnstoff von der Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt wird, ausgelegt, während gemäß der Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung nur eine Leitung genutzt wird, durch die der Flarnstoff von der Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt wird.
Für die Definition der "optimale Verweilzeit" wird auf die vorstehenden
Ausführungen verwiesen, die analog auf die Querschnittsfläche zu übertragen sind. Für die Angabe "im Wesentlichen" gelten die entsprechenden Ausführungen im Kontext des ersten Aspektes.
Für die Querschnittflächen der zwei oder mehreren Leitungen ist es bevorzugt, wenn die kleinste Querschnittfläche der Leitungen mindestens 10% und insbesondere mindestens 20% der größten Querschnittfläche der Leitungen ausmacht. Für die Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt kann es vorteilhaft sein, wenn die Querschnittsfläche der Leitungen so bemessen ist, dass bei einem Durchfluss des Harnstoffs durch alle der mehreren Leitungen bei Volllast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in den Leitungen gewährleistet ist. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Vorrichtung zwei Leitungen aufweist, von denen eine erste Leitung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs bei einer 60%-igen Auslastung der Anlage gewährleitet, während eine zweite Leitung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs bei einer 40%-igen Auslastung der Anlage
gewährleistet. Bei Volllast sind beide Leitungen geöffnet, so dass die Leitungen zusammen eine Transportkapazität aufweisen, die bei Volllast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorstehenden
Ausführungsform weist diese Vorrichtung drei Leitungen auf, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Querschnittsflächen dieser Leitungen so abgestimmt sind, dass die erste, zweite und dritte Leitung Querschnittsflächen aufweisen, die bei einer etwa 50%-igen, etwa 33%-igen und etwa 17%-igen Teillast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleisten. Sind bei dieser Ausführungsform alle Leitungen offen, kann bei Vollast der Vorrichtung eine normale Verweilzeit des Harnstoffs in den Leitungen gewährleistet werden. Darüber hinaus kann durch Kombination der ersten und zweiten bzw. ersten und dritten Leitung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs bei einer 83%-igen bzw. 67%-igen Teillast der Vorrichtung gewährleistet werden, wenn gleichzeitig die dritte bzw. zweite Leitung geschlossen ist. Insgesamt lassen sich mit dieser Vorrichtung mit nur drei Leitungen optimale Verweilzeiten bei einer 100%-igen, 83%-igen, 77%-igen, 50%-igen, 33%-igen und 17%-igen Teillast der Vorrichtung sicherstellen.
In einer dazu alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung drei Leitungen auf, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur
Granulationseinheit geführt werden kann, wobei die Querschnittsflächen dieser drei Leitungen so abgestimmt sind, dass die erste, zweite und dritte Leitung Querschnittsflächen aufweisen, die bei einer etwa 60%-igen, etwa 40%-igen bzw. etwa 20%-igen Teillast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleisten. Diese Ausführungsform hat gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform den Vorteil, dass bei Volllast nur zwei Leitungen geöffnet sein müssen, aber dennoch eine Abstimmung in Stufen von etwa 20% mit nur drei Leitungen möglich ist.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt lassen sich zweckmäßig weiter ausgestalten, indem sie Mittel, bevorzugt in Form von Ventilen, aufweisen, mit denen die Leitungen 6, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit zur Granulationseinheit geführt wird, in Richtung der Verdampfereinheit geschlossen werden können. Bevorzugt weist jede der
Leitungen entsprechende Mittel auf. Die Vorrichtungen lassen sich zudem zweckmäßig weiter ausgestalten, indem sie Mittel, bevorzugt in Form von Ventilen aufweist, mit denen die Leitungen 6 bei einer Außerbetriebnahme mit einem geeigneten Betriebsmittel gespült werden können. Als geeignete Betriebsmittel kommen insbesondere Wasser oder Dampf in Betracht. Durch ein Spülen kann die Kristallisation von Harnstoff in den Leitungen vermieden, oder eine z.B. durch die Kristallisation von Harnstoff verursachte Verstopfung in den Leitungen behoben werden.
Von der vorliegenden Erfindung erfasst sind auch Hybride der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei denen eine der Leitungen 6 eine
Querschnittsfläche aufweist, die so bemessen ist, dass bei einem Durchfluss des Harnstoffs durch diese Leitung bei Volllast eine optimale Verweilzeit des
Harnstoffs in der Leitung gewährleitet wird, und die Querschnittsfläche mehrerer weiterer der Leitungen 6 so bemessen sind, dass bei einem Durchfluss des Harnstoffs durch mehr als eine der weiteren Leitungen bei Teillast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in den Leitungen gewährleistet wird. So kann eine entsprechende Vorrichtung beispielsweise eine Leitung 6, die bei Volllast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung sicherstellt, und zwei Leitungen 6, die bei einer 40%igen Teillast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in diesen Leitungen sicherstellen, aufweisen. Sind diese zwei Leitungen geöffnet, während die "Volllast"-Leitung geschlossen ist, kann bei einer bei 80%igen Teillast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in den zwei Leitungen
sichergestellt werden.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung nach dem vorstehend geschilderten ersten Aspekt zur Herstellung von granuliertem Harnstoff mit niedrigem Biuretgehalt, wobei die Vorrichtung bei Teillast betrieben wird und der Harnstoff von der Verdampfereinheit 5 durch eine Leitung 6 zur Granulationseinheit 7 geführt wird, deren Durchmesser auf den Produktdurchsatz abgestimmt ist und wobei der Durchmesser der Leitung kleiner ist als der größte Durchmesser der mehreren Leitungen in der Vorrichtung. Diese Verwendung kommt, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, zum Tragen, wenn die Vorrichtung nicht unter Volllast betrieben wird, da bei Vollast die Leitung mit dem größten Durchmesser den mehreren Leitungen genutzt werden müsste.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese die
Verwendung einer Vorrichtung nach dem vorstehend geschilderten zweiten Aspekt zur Herstellung von granuliertem Harnstoff mit niedrigen Biuretgehalt, wobei die Vorrichtung bei Teillast betrieben wird und der Harnstoff von der
Verdampfereinheit 5 durch eine oder mehrere Leitungen 6 zur Granulationseinheit 7 geführt wird, deren addierte Querschnittsfläche auf den Produktdurchsatz abgestimmt ist und wobei die addierte Querschnittsfläche der Leitungen kleiner ist als die Querschnittsfläche, die für eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung/den Leitungen bei Volllast erforderlich wäre. Auch diese Verwendung kommt demzufolge nur dann zum Tragen, wenn die Vorrichtung nicht unter Volllast betrieben wird.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Herstellung von granuliertem Harnstoff, das das Betreiben einer Vorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Aspekt umfasst, wobei das Produkt in flüssiger Form als wässrige Lösung oder Schmelze aus der
Syntheseeinheit 3 abgeleitet wird und wobei der Produktstrom nach der
Verdampfereinheit 5 durch eine oder mehrere Leitungen 6 zur Granulationseinheit 7 geführt wird, wobei der Durchmesser bzw. die addierte Querschnittsfläche der Leitungen auf den Produktdurchsatz abgestimmt ist. Im Rahmen des
beschriebenen Verfahrens ist es bevorzugt, wenn der Produktdurchsatz kleiner ist als der Produktdurchsatz der Anlage bei Volllast.
In der nachstehenden Tabelle ist modellhaft die Verminderung von Biuret bei einem Betreiben einer Harnstoffanlage unter 60% Teillast durch den
erfindungsgemäßen Einsatz mehrerer Leitungen beschrieben, bei der eine auf einen Durchsatz von etwa 60% ausgelegte Leitung genutzt wird. Dabei wurde ein Massenstrom der Harnstoffschmelze von 155 metrischen Tonnen pro Stunde bei 135°C zugrunde gelegt.
Tabelle
Bei Verwendung einer auf 60% Teillast ausgelegten Leitung anstelle der auf Volllast ausgelegten Leitung zwischen Verdampfereinheit und Granulationseinheit, wird aufgrund des geringeren Leitungsdurchmessers eine kürzere Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung erreicht. Der Anteil der Biurethbildung entspräche daher dem für die Volllast angegebenen Biurethgehalt von 107 kg/h.
Bezugszeichenliste:
1 Zuleitung für Ammoniak
2 Zuleitung für Kohlendioxid
3 Syntheseeinheit
4 Zuleitung von Rohharnstoff in die Verdampfereinheit
5 Verdampfereinheit
6 Zuleitungen der Harnstofflösung/-schmelze in die Granulationseinheit
7 Granulationseinheit
8 Ableitung des Harnstoffs aus der Granulationseinheit
* * *

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung von granuliertem Harnstoff, umfassend im
Wesentlichen eine Syntheseeinheit (3), eine Verdampfereinheit (5), eine Förderpumpe, eine Granulationseinheit (7), und mehrere Leitungen mit unterschiedlichem Durchmesser (6), durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit geführt werden kann, wobei der Durchmesser der Leitungen (6) so bemessen ist, dass eine erste Leitung bei Volllast eine optimale Verweilzeit des Harnstoff in der Leitung gewährleistet, während eine zweite Leitung bei Teillast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Durchmesser der mehreren Leitungen (6), durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit (7) geführt werden kann, so gestaffelt sind, dass sie bei Teillasten im Abstand von jeweils 20% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleisten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei und vorzugsweise drei bis fünf Leitungen (6) aufweist, durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) zur
Granulationseinheit (7) geführt werden kann.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei Leitungen (6), durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit (7) geführt werden kann, aufweist, von denen der Durchmesser der zweiten Leitung bei einer Teillast der Vorrichtung von etwa 80% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet, während eine dritte Leitung bei einer Teillast der Vorrichtung von etwa 60% eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleistet.
5. Vorrichtung zur Herstellung von granuliertem Harnstoff, umfassend im
Wesentlichen eine Syntheseeinheit (3), eine Verdampfereinheit (5), eine Förderpumpe, eine Granulationseinheit (7), und mehrere Leitungen mit unterschiedlicher oder gleicher Querschnittsfläche (6), durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit (7) geführt werden kann, wobei die Querschnittsfläche der Leitungen (6) so bemessen ist, dass bei einem Durchfluss des Harnstoffs durch mehr als eine der mehreren Leitungen bei Volllast und/oder Teillast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in den Leitungen gewährleistet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Querschnittsfläche der Leitungen (6) so bemessen ist, dass bei einem Durchfluss des Harnstoffs durch alle der mehreren Leitungen bei Volllast eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in den Leitungen gewährleistet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung drei Leitungen (6), durch die der Harnstoff von der
Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit (7) geführt werden kann, aufweist und die Querschnittsflächen der Leitungen (6) so abgestimmt sind, dass die erste, zweite und dritte Leitung Querschnittsflächen aufweisen, die bei einer etwa 50%-igen, etwa 33 %igen bzw. etwa 17%- igen Teillast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleisten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung drei Leitungen(6), durch die der Harnstoff von der
Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit (6) geführt werden kann, aufweist und die Querschnittsflächen der Leistungen (6) so abgestimmt sind, dass die erste, zweite und dritte Leitung Querschnittsflächen aufweisen, die bei einer etwa 60%-igen, etwa 40%-igen bzw. etwa 20%- igen Teillast der Vorrichtung eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung gewährleisten.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel, bevorzugt in Form von Ventilen aufweist, mit denen die Leitungen (6), durch die der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) zur Granulationseinheit (7) geführt werden kann, in Richtung der
Verdampfereinheit (7) verschlossen werden können.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel, bevorzugt in Form von Ventilen aufweist, mit denen die Leitungen (6) bei Außerbetriebnahme mit einem geeigneten Betriebsmittel, bevorzugt mit Wasser oder Dampf, gespült werden können.
11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder dem auf diese Ansprüche rückbezogenen Anspruch 9 zur Herstellung von granuliertem Harnstoff mit niedrigem Biuretgehalt, wobei die Vorrichtung bei Teillast betrieben wird und der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) durch eine Leitung zur Granulationseinheit (7) geführt wird, deren
Durchmesser auf den Produktdurchsatz abgestimmt ist und wobei der Durchmesser der Leitung kleiner ist als der größte Durchmesser der mehreren Leitungen (6) in der Vorrichtung.
12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 zur
Herstellung von granuliertem Harnstoff mit niedrigem Biuretgehalt, wobei die Vorrichtung bei Teillast betrieben wird und der Harnstoff von der Verdampfereinheit (5) durch eine oder mehrere Leitungen (6) zur
Granulationseinheit (7) geführt wird, deren addierte Querschnittsfläche auf den Produktdurchsatz abgestimmt ist und wobei die addierte
Querschnittsfläche der Leitung(en) kleiner ist als die Querschnittsfläche, die für eine optimale Verweilzeit des Harnstoffs in der Leitung/den
Leitungen bei Volllast erforderlich wäre.
13. Verfahren zur Herstellung von granuliertem Harnstoff, umfassend das
Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Produkt aus der Syntheseeinheit (3) diese in flüssiger Form als wässrige Lösung oder Schmelze verlässt, und wobei der Produktstrom nach der Verdampfereinheit (5) durch eine oder mehrere Leitungen (6) zur Granulationseinheit (7) geführt wird, deren Durchmesser bzw. addierte Querschnittsfläche auf den Produktdurchsatz abgestimmt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Produktdurchsatz kleiner ist als der Produktdurchsatz der Anlage bei Volllast.
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