ES2390886T3 - Procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de la urea, y composición de la urea - Google Patents

Procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de la urea, y composición de la urea Download PDF

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Abstract

Procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y reducir la formación de polvo y la tendencia a laaglomeración de las partículas de urea mediante la adición de un aditivo a la urea fundida, caracterizado porque seañade a la urea por lo menos un carbohidrato seleccionado de entre monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos,polisacáridos o una mezcla de los mismos.

Description

Procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de la urea, y composición de la urea.
La invención se refiere a un procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de las partículas de urea mediante la adición de un compuesto orgánico a la urea.
Es generalmente conocido que las partículas de urea están sometidas a aplastamiento durante la producción, almacenamiento y transporte. Hasta el 25% en peso de las partículas de urea puede resultar aplastado en el caso de que el fertilizante de urea se traslade a un tanque o buque de almacenamiento a una temperatura relativamente elevada, por ejemplo superior a 40ºC. Aunque las partículas de urea como tales prácticamente no absorben humedad y virtualmente no son susceptibles a la aglomeración, un porcentaje elevado de partículas comprimidas sí comporta problemas de polvo, con una fuerte tendencia a la aglomeración.
También es conocido que pueden utilizarse varias composiciones químicas como aditivo para mejorar la resistencia al aplastamiento, la tendencia a la aglomeración y la resistencia a la humedad. Se aplican productos de condensación de formaldehído, hexametilentetramina y formaldehído/urea como mejorantes de la resistencia al aplastamiento, mientras que se utiliza la combinación poli(acetato de vinilo)/surfactante (patente US nº 4.812.158) para reducir la tendencia a la aglomeración.
La solicitud de patente internacional WO 00/66515 describe un producto fertilizante acondicionado que comprende urea que comprende fertilizante y una cantidad acondicionante de agente de acondicionamiento derivado de ácido láctico. El agente de acondicionamiento preferentemente se incluye a una concentración de entre aproximadamente 0,1% en peso y aproximadamente 5% en peso. El agente de acondicionameinto preferentemente es ácido láctico, láctido y/o poliláctido. Se proporciona un procedimiento para el acondicionamiento de fertilizante, que incluye una etapa de mezclar fertilizante que contiene urea y agente de acondicionamiento a una temperatura de entre aproximadamente 135ºC y aproximadamente 145ºC.
La totalidad de dichos aditivos deben añadirse en cantidades relativamente grandes y sus características tóxicas provocan que resulten difíciles de manipular. Además, la utilización de un componente activo en superficie, tal como en poli(acetato de vinilo)/surfactante, resulta en una mayor espumación al utilizar la urea en aplicaciones industriales, tales como la producción de resina, mientras que los derivados de formaldehído resultan inadecuados en el caso de la producción de melamina. También existe una diferencia importante con respecto a la utilización de aditivos. Tanto los derivados del formaldehído como las composiciones según la invención se mezclan con un fundido de urea. Sin embargo, la combinación polivinilacetato/surfactante se pulveriza sobre una partícula preformada.
El documento GB-A-1217106 describe un procedimiento para reducir la aglomeración de la urea mediante la utilización de un poli(alcohol vinílico) que presenta un peso molecular elevado, a modo de aditivo antiaglomeración. Más en particular, según dicho procedimiento, se mezcla una solución acuosa del aditivo con una solución acuosa de urea. Preferentemente, se mezcla una cantidad de aditivo de entre 0,005% y 5% en peso, basada en el peso de urea. La concentración de la solución acuosa de urea inicialmente es de 80%, según el ejemplo proporcionado; tras la mezcla de la solución del aditivo, tiene lugar la concentración hasta el 95% a temperatura elevada, después de lo cual se deja que la urea cristalice mediante enfriamiento.
La solicitud internacional WO 02/20471 da a conocer un procedimiento en el que una combinación de un compuesto polivinilo y sales inorgánicas se mezcla con un fundido de urea. Tanto la resistencia al aplastamiento como la resistencia al impacto del granulado resultante aparentemente mejoraron en comparación con la urea no tratada. Además, se encontró que la compresibilidad de la urea se había reducido sustancialmente. Esta última observación puede resultar una gran ventaja ya que los granulados de urea presentarán una menor tendencia a la deformación durante el almacenamiento. Sin embargo, la introducción de sales inorgánicas, tales como el sulfato de aluminio, en la urea resulta en una fuerte reducción del pH tras la disolución de la urea en agua. Lo anterior puede ser una gran desventaja al utilizar urea para aplicaciones técnicas, tales como la producción de resinas.
La solicitud de patente internacional PCT EP03/11070 se refiere a un procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento, la resistencia al impacto y la compresibilidad de los gránulos de urea mediante la adición de un compuesto a la urea fundida, en la que dicho compuesto comprende tanto un compuesto polivinilo como una molécula orgánica que consiste de entre 1 y 10 átomos de carbono y entre 1 y 10 grupos orgánicos polares. El compuesto polivinilo preferentemente se combina con pentaeritritol. En algunos aspectos resultaría de interés encontrar otros aditivos de urea como alternativas a los aditivos ya conocidos, particularmente aditivos que redujesen la tendencia a la aglomeración de las partículas de urea.
Las solicitudes de patente US nº 458.758 y nº 5.032.164 dan a conocer la reducción de la aglomeración y la formación de polvo de las partículas de urea mediante la mezcla de lignosulfonatos.
Por lo tanto, un objetivo de la invención consiste en proporcionar un procedimiento mediante el que se obtiene una urea con una resistencia al aplastamiento mejorado, así como una formación de polvo reducida y una tendencia a la aglomeración reducida y mediante el cual se superan las desventajas anteriormente indicadas.
Asimismo un objetivo consistía en encontrar aditivos alternativos a los aditivos de urea ya existentes.
Otro objetivo consiste en proporcionar unos aditivos con una toxicidad baja.
Se ha encontrado que la adición de un carbohidrato seleccionado de entre monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos, polisacáridos o una mezcla de los mismos, al fundido de urea conduce a una mejora de tanto la dureza como la tendencia a la aglomeración de las partículas de urea formadas.
En otra forma de realización, una composición que comprenda tanto un carbohidrato tal como se ha definido anteriormente y un compuesto polivinilo proporciona una mejora similar. Los componentes orgánicos pueden añadirse separadamente a la urea fundida o conjuntamente con la solución acuosa del compuesto polivinilo. Según una forma de realización preferente, la cantidad añadida total de carbohidratos es como máximo 5% en peso basado en la cantidad total de urea. La presente solicitud se refiere a una mezcla íntima de urea, por lo meno un carbohidrato y opcionalmente un compuesto polivinilo, que resulta en una dureza de la composición incrementada en comparación con la urea no tratada. Preferentemente, el compuesto polivinilo es un poli(alcohol vinílico), mientras que el carbohidrato es un monosacárido, disacárido, oligosacárido o polisacárido o una mezcla de los mismos. Son carbohidratos preferidos, dextrosa, fructosa, sacarosa, almidón de maíz, almidón de patata, lactosa, maltosa, goma guar y goma xantano.
La presente invención en su alcance más amplio comprende un procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y para reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de las partículas de urea mediante la adición de por lo menos un carbohidrato y opcionalmente se añade un compuesto polivinilo a la urea. El carbohidrato añadido es un monosacárido, disacárido, oligosacárido, polisacárido o una mezcla de los mismos. Como máximo se añade 5% en peso de carbohidrato, basado en la cantidad de urea. Preferentemente, es añadido 0,02-2% en peso de carbohidrato, sobre la base de la cantidad de urea. Se añade un compuesto polivinilo con la fórmula general (CHX-CHY)n, en la que n=4 a 10000, y X e Y se seleccionan independientemente de entre el grupo que consiste de un átomo de hidrógeno y un grupo orgánico polar. El grupo orgánico polar preferentemente se selecciona de entre un grupo ácido carboxílico, un grupo éster, un grupo hidroxilo, un grupo amina o un grupo amida. X preferentemente es un átomo de hidrógeno e Y preferentemente consiste sustancialmente en un grupo hidroxilo. Por lo menos 70%, preferentemente por lo menos 80%, de Y consiste en un grupo hidroxilo. Se añade una solución acuosa del compuesto polivinilo que presenta una concentración de entre 0,01% y 1% en peso, basado en la cantidad de urea. Preferentemente, se utiliza una solución acuosa del compuesto polivinilo que presenta una concentración de entre 0,05 y 0,5% en peso, basado en la cantidad de urea. El carbohidrato puede añadirse a la urea en forma de sólido o disolverse en un solvente o en una solución acuosa del compuesto polivinilo o en una solución de urea antes de la adición a la urea.
La invención se describe y explica con mayor detalle en los experimentos, posteriormente.
Con el fin de demostrar el efecto de la invención, se llevaron a cabo varios experimentos, utilizando procedimientos que son representativos de la producción y con el fin de someter a ensayo la calidad de las partículas de urea producidas.
Se produjeron partículas de urea mediante la mezcla del aditivo, que se encontraba en forma de sólido, un líquido viscoso o una solución acuosa (que presentaba las concentraciones indicadas en los experimentos), con un fundido de urea que consistía en más de 96% p/p de urea y menos de 4% p/p de agua. A continuación se generaron partículas a partir del fundido de urea en un procedimiento de granulación. Se recogieron las partículas y se almacenaron en una botella hermética hasta la realización de los análisis.
Se determinó la resistencia al aplastamiento sometiendo las partículas individuales de urea de 3,15 mm a una fuerza medida, aplicada mediante un pistón metálico. La fuerza a la que las partículas se fracturaban se consideró que era una medida de la resistencia. La resistencia se expresa como la resistencia media de 20 partículas.
El índice de aglomeración se midió siguiendo el procedimiento siguiente: se presurizó una cantidad de partículas a 143 kgf (2 bar aplicados sobre una superficie de 69,96 cm2) durante 24 horas a 27ºC. A continuación, se extrajo el trozo de material y se rompió, considerando que la magnitud de la fuerza (kgf) necesaria para ello era una medida de la tendencia a la aglomeración.
La formación de polvo en los productos se midió siguiendo el procedimiento siguiente: se sopló aire limpio a través de un lecho en surtidor de vidrio (85 mm de diámetro) relleno con 400 g de partículas de urea, durante 2 minutos a un caudal de 25 Nm3/h. La formación de polvo es la pérdida de peso de producto tras el tratamiento con aire en el lecho en surtidor.
Basándose en datos empíricos, la resistencia al aplastamiento debería ser > 3 kgf; la tendencia a la aglomeración debería ser < 75, y la formación de polvo debería ser < ~ 500 mg/kg.
5 Experimento 1
Se añadieron diferentes carbohidratos al fundido de urea y se generaron partículas tal como se ha indicado anteriormente. Se comparó la adición de carbohidratos con la urea sin aditivo y con un producto estándar con agente de acondicionamiento de urea-formaldehído, UF80 (de Dynea, una mezcla de urea/formaldehído/agua en una
10 proporción de 23/57/20).
La Tabla 1 muestra la resistencia al aplastamiento, la formación de polvo y el índice de aglomeración de la urea, sin aditivo, con agente de acondicionamiento de urea-formaldehído y con diferentes carbohidratos.
15 Tabla 1
Aditivo
Resistencia al aplastamiento (kgf) Formación de polvo (mg/kg) Índice de aglomeración
Sin aditivo
1,5 800 205
UF80 al 1% en peso
3,6 400 30
Dextrosa al 0,4% en peso
3,3 150 63
Fructosa al 0,4% en peso
3,7 325 53
Sacarosa al 0,8% en peso
3,9 600 75
Almidón (maíz) al 0,6% en peso
3,6 650 91
Almidón (patata) al 0,4% en peso
2,4 400 120
Almidón (patata) al 0,6% en peso
2,0 375 135
El presente experimento demuestra que tanto la dureza como la tendencia a la aglomeración mejoraron tras la adición de los carbohidratos. La calidad puede ser igual o superior a la de un producto tratado con formaldehído, 20 especialmente con respecto a la formación de polvo.
Experimento 2
Se obtuvo una solución acuosa de poli(alcohol vinílico) (PVA al 12% con un grado de hidrólisis >80%) de Holland
25 Novochem, Países Bajos. El carbohidrato se mezcló en la solución acuosa de poli(alcohol vinílico) y la solución acuosa resultante de carbohidrato y poli(alcohol vinílico) se añadió al fundido de urea, a partir del cual se generaron las partículas. Los carbohidratos añadidos fueron fructosa y HFS42, que es un jarabe comúnmente disponible que comprende 71% en peso de materia seca y 29% en peso de agua, en el que la materia seca comprende 42% en peso de fructosa, 53% en peso de dextrosa, 2,5% en peso de maltosa, 1% en peso de maltotriosa y 1,5% en peso
30 de polisacáridos. Las combinaciones de carbohidrato y poli(alcohol vinílico) se compararon con urea sin aditivo y el producto estándar con agente de acondicionamiento de urea-formaldehído, UF80.
La Tabla 2 muestra la resistencia al aplastamiento, la formación de polvo y el índice de aglomeración para la urea, sin aditivo, con agente de acondicionamiento de urea-formaldehído y con diferentes combinaciones de carbohidrato 35 y poli(alcohol vinílico).
Tabla 2
Aditivo
Resistencia al aplastamiento (kgf) Formación de polvo (mg/kg) Índice de aglomeración
Sin aditivo
1,5 800 205
UF80 al 1% en peso
3,6 400 30
Solución de PVA al 0,1% en peso + fructosa al 0,2% en peso
3,5 25 0
Solución de PVA al 0,1% en peso + HFS42 al 0,2% en peso
2,5 225 166
Solución de PVA al 0,1% en peso + HFS42 al 0,4% en peso
3,8 125 44
40 El presente experimento demuestra que la adición de una combinación de poli(alcohol vinílico) y carbohidrato a un 4
fundido de urea resulta en partículas de urea con resistencia al aplastamiento mejorada, baja tendencia a la aglomeración y baja formación de polvo.
Experimento 3
5 Se obtuvo una solución acuosa de poli(alcohol vinílico) (PVA al 12% con un grado de hidrólisis >80%) de Holland Novochem, Países Bajos. El carbohidrato se mezcló en la solución acuosa de poli(alcohol vinílico) y la solución acuosa resultante de carbohidrato y poli(alcohol vinílico) se añadió al fundido de urea, a partir del que se generaron las partículas. Los carbohidratos añadidos fueron fructosa y HFS42. Se compararon las combinaciones de
10 carbohidrato y poli(alcohol vinílico) con urea sin aditivo y con el producto estándar con urea-formaldehído, UF80. En el presente experimento, la concentración del fundido de urea era superior al 99% p/p de urea y con menos de 1% p/p de agua.
La Tabla 3 muestra la resistencia al aplastamiento, la formación de polvo y el índice de aglomeración de la urea, sin 15 aditivo, con agente de acondicionamiento de urea-formaldehído y con diferentes combinaciones de carbohidratos y poli(alcohol vinílico).
Tabla 3
Aditivo
Resistencia al aplastamiento (kgf) Formación de polvo (mg/kg) Índice de aglomeración
Sin aditivo
1,5 800 205
UF80 al 1% en peso
3,6 400 30
Solución de PVA al 0,1% en peso + HFS42 al 0,4% en peso
4,0 125 61
Solución de PVA al 0,15% en peso + HFS42 al 0,3% en peso
3,8 25 28
Solución de PVA al 0,075% en peso + HFS42 al 0,15% en peso
4,7 50 0
Solución de PVA al 0,075% en peso + fructosa al 0,075% en peso
2,8 75 28
20 El presente experimento demuestra que la adición de una combinación de poli(alcohol vinílico) y carbonato a un fundido de urea resulta en partículas de urea con resistencia al aplastamiento mejorada y bajas formación de polvo y tendencia a la aglomeración, en el caso de que se utilice un fundido de urea prácticamente puro para la generación de las partículas.
25 La presente invención demuestra que resulta posible mejorar la resistencia al aplastamiento, reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de las partículas de urea mediante la adición de por lo menos un carbohidrato, en presencia o no de un compuesto polivinilo, al fundido de urea antes de la generación de las partículas. El fundido de urea obtenido mediante el procedimiento según la presente invención puede utilizarse para
30 generar partículas mediante la totalidad de los procedimientos habituales de generación de partículas. Para determinados procedimientos de generación de partículas, por ejemplo en los procedimientos de granulación en lecho fluido, podría resultar posible una temperatura de granulación más elevada que la granulación de urea sin aditivo o con los aditivos utilizados comúnmente.
35 Los aditivos según la presente invención pueden añadirse fácilmente al fundido de urea y no requieren una partícula preformada. Los carbohidratos podrían añadirse al fundido de urea en forma de sólidos, podrían disolverse en un solvente o en una solución acuosa del compuesto polivinilo o en una solución de urea antes de su adición al fundido de urea. Las cantidades requeridas de los aditivos según la presente invención son inferiores a las de la mayoría de otros agentes de acondicionamiento, y la toxicidad es muy inferior a las del agente de acondicionamiento utilizado
40 comúnmente, el formaldehído.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para mejorar la resistencia al aplastamiento y reducir la formación de polvo y la tendencia a la aglomeración de las partículas de urea mediante la adición de un aditivo a la urea fundida, caracterizado porque se
    5 añade a la urea por lo menos un carbohidrato seleccionado de entre monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos, polisacáridos o una mezcla de los mismos.
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque es añadido asimismo un compuesto polivinilo a la
    urea. 10
  3. 3.
    Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se añade como máximo 5% en peso de carbohidrato, preferentemente 0,02% a 2% en peso de carbohidrato, sobre la base de la cantidad de urea.
  4. 4.
    Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque se añade un compuesto polivinilo de fórmula
    15 general (CHX-CHY)n, en la que n=4 a 10000, y X e Y se seleccionan independientemente entre sí de entre el grupo que consiste en un átomo de hidrógeno y un grupo orgánico polar.
  5. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el grupo orgánico polar se selecciona de entre un
    grupo ácido carboxílico, un grupo éster, un grupo hidroxilo, un grupo amina y un grupo amida. 20
  6. 6. Procedimiento según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque X es un átomo de hidrógeno e Y consiste sustancialmente en un grupo hidroxilo.
  7. 7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque por lo menos 70%, 25 preferentemente por lo menos 80%, de Y consiste en un grupo hidroxilo.
  8. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque es añadida una solución acuosa del compuesto polivinilo que presenta una concentración de 0,01% a 1% en peso, preferentemente de 0,05% a 0,5% en peso, sobre la base de la cantidad de urea.
  9. 9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el carbohidrato es añadido a la urea como un sólido, o es disuelto en un solvente o en una solución acuosa del compuesto polivinilo o en una solución de urea, antes de ser añadido a la urea.
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