ITMI20121733A1 - Torre e processo di prilling, in particolare per la produzione di urea - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“TORRE E PROCESSO DI PRILLING, IN PARTICOLARE PER LA PRODUZIONE DI UREAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una torre di prilling e ad un processo di prilling, in particolare per la produzione di urea.

Il termine “prilling†(o agglomerazione) indica un metodo per solidificare una sostanza a partire da una sua fase liquida. L’operazione viene realizzata normalmente in una colonna (torre di prilling): la fase liquida (comunemente concentrata e calda) viene spruzzata alla sommità della colonna, sul fondo della quale à ̈ immessa aria (normalmente alla temperatura ambiente) che sale in controcorrente con la fase liquida e provoca la formazione di particelle agglomerate (“prills†) genericamente sferiche del diametro tipico di qualche millimetro.

Una tipica applicazione del prilling à ̈ nella produzione di urea.

Come noto, l’urea à ̈ prodotta su scala industriale tramite processi basati sulla reazione tra biossido di carbonio e ammoniaca a formare carbammato d’ammonio, e sulla successiva reazione di decomposizione del carbammato d’ammonio a fornire urea e acqua.

Il prodotto finale, urea solida, Ã ̈ generalmente ottenuto per solidificazione e in particolare tramite prilling o, in alternativa, tramite processi di granulazione.

In linea generale, le modalità di solidificazione influenzano le caratteristiche geometriche del prodotto finale: sia con la granulazione sia con il prilling si ottengono infatti particelle genericamente tondeggianti, ma nel primo caso (granulazione) si ottengono normalmente granuli di dimensioni e spessore maggiori, nel secondo (prilling) si ottengono particelle (“prills†) più piccole e con spessore inferiore. La qualità del prodotto finale à ̈ generalmente buona per entrambi i tipi di processo, ma il prilling resta comunque la tecnologia più semplice applicata per produrre urea solida con le caratteristiche chimico-fisiche commerciali richieste.

Una tipica torre di prilling di tipo noto à ̈ illustrata schematicamente nella figura 1 allegata, dove à ̈ indicata nel suo assieme con il numero di riferimento 101; la torre 101 di prilling comprende: un involucro 102 che delimita una camera 104 di trattamento; un dispositivo spruzzatore 107 collocato ad una estremità superiore dell’involucro 102 per inviare una fase liquida (urea fusa) nella camera 104 di trattamento; finestre 111 regolabili, formate attraverso una parete 103 laterale dell’involucro 102 ad una estremità inferiore dell’involucro per alimentare aria nella camera 104 di trattamento; un dispositivo raschiatore 100 meccanico, collocato all’estremità inferiore dell’involucro 102 per spostare il prodotto solido raccolto sul fondo della torre 101 verso una apertura di uscita.

La fase liquida (urea fusa) viene spruzzata alla sommità della torre 101 di prilling (ad una altezza di varie decine di metri), sul fondo della quale viene immessa, attraverso le finestre 111, aria a temperatura e umidità ambiente che sale in controcorrente alla fase liquida e provoca la formazione delle particelle o prills di urea; i prills, una volta solidificati e raffreddati, vengono raccolti sul fondo della torre 101, prelevati tramite un nastro trasportatore e raccolti in sacchi, di solito senza particolari passaggi in sezioni di finitura o post-trattamento.

Comunemente, il processo attuato nella torre di prilling include una fase di lavaggio che serve ad eliminare le incrostazioni di urea che si formano sulle pareti della torre di prilling e che non permetterebbero di ottenere un prodotto finale di qualità ottimale; l’acqua, contenente urea, usata per il lavaggio viene recuperata e rimandata nelle sezioni di formazione di urea.

In certi casi, prima del processo di prilling si aggiunge dell’anti-impaccante all’urea fusa, per evitare il fenomeno cosiddetto di “caking†del prodotto durante lo stoccaggio.

Anche se il processo di prilling à ̈ di per sé essenzialmente semplice, esso presenta comunque dei problemi tecnici:

- fenomeno di caking: à ̈ dovuto all’utilizzo del raschiatore o benna (scraper) e alla presenza di umidità (contenuta sia nell’aria utilizzata per il raffreddamento sia nell’urea ancora allo stato fuso);

- presenza di attriti tra il raschiatore/benna (scraper) e il fondo della torre, con conseguente abrasione dell’urea prodotta;

- consumo energetico per il funzionamento del raschiatore/benna (scraper).

I sistemi noti, sebbene generalmente soddisfacenti, sembrano in ogni caso avere ancora margini di miglioramento, in particolare in termini di qualità dell’urea prodotta, consumi energetici, efficienza complessiva.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire una torre e un processo di prilling, in particolare per la produzione di urea, che consentano di migliorare l’efficienza complessiva e la qualità del prodotto finale.

La presente invenzione à ̈ dunque relativa ad una torre e ad un processo di prilling, in particolare per la produzione di urea, come definiti in termini essenziali nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 11.

Caratteri addizionali preferiti dell’invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.

In accordo all’invenzione, la torre di prilling à ̈ dotata, nella propria parte di fondo, di una struttura di convogliamento a imbuto formata da più settori e priva di raschiatore meccanico; rispetto alle soluzioni tradizionali con raschiatore, l’invenzione consente quindi di eliminare i problemi connessi all’impiego del raschiatore, sia in termini di attrito sia di natura meccanica; questa soluzione, unitamente all’aumento dell’altezza efficace conseguente all’introduzione della struttura a imbuto a più settori (con conseguente maggiore apporto di quantità di aria), permette in definitiva di migliorare la qualità finale del prodotto e l’efficienza di produzione.

In particolare, la struttura di convogliamento collocata sul fondo della torre di prilling in accordo all’invenzione consente di migliorare la distribuzione dimensionale dei prills di urea prodotti (che devono avere delle specifiche dimensioni per la successiva commercializzazione), grazie al fatto che la nuova configurazione permette di:

- eliminare gli attriti tra il raschiatore (che non à ̈ più utilizzato) e il fondo della torre di prilling;

- eliminare i difetti meccanici del raschiatore;

- eliminare tutti i costi energetici connessi all’uso del raschiatore, contribuendo così a ridurre i costi complessivi di produzione dell’urea.

Inoltre, la struttura di convogliamento consente di incrementare l’ingresso di aria nella torre, migliorando ulteriormente il processo di prilling; possono infatti essere vantaggiosamente utilizzati per l’alimentazione dell’aria anche gli spazi liberi tra i vari settori costituenti la struttura di convogliamento a imbuto.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

– la figura 1 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di una torre di prilling in accordo alla tecnica nota;

– la figura 2 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di una torre di prilling in accordo all’invenzione;

– la figura 3 à ̈ una vista in scala ingrandita di un dettaglio della torre di prilling di figura 2.

Una torre di prilling di tipo noto, illustrata in figura 1, Ã ̈ stata sommariamente descritta in precedenza.

Una torre 1 di prilling in accordo all’invenzione à ̈ invece mostrata nelle figure 2 e 3.

La torre 1 di prilling dell’invenzione comprende un involucro 2 estendentesi lungo e attorno ad un asse A longitudinale verticale; l’involucro 2 ha per esempio sezione trasversale sostanzialmente circolare o poligonale e presenta una parete 3 laterale attorno all’asse A che delimita una camera 4 di trattamento.

L’involucro 2 si estende tra una estremità 5 assiale superiore, provvista di una struttura di copertura 6 collegata alla parete 3 laterale e di un dispositivo spruzzatore 7 per inviare una fase liquida (urea fusa) nella camera 4 di trattamento, ed una estremità 8 assiale inferiore, provvista di una struttura di convogliamento 9.

La parete 3 laterale à ̈ provvista di una pluralità di finestre 11 regolabili, per esempio dotate di stecche di regolazione a persiana, angolarmente spaziate una dall’altra e collocate all’estremità 8 assiale inferiore dell’involucro 2.

La struttura di convogliamento 9 à ̈ posta al di sotto delle finestre 11 ed à ̈ conformata in modo da raccogliere il materiale solido prodotto nella camera 4 di trattamento in forma di prills e convogliarlo verso una uscita di fondo 12.

Con specifico riferimento alla figura 3, la struttura di convogliamento 9 si estende anch’essa lungo e attorno all’asse A tra una estremità superiore 13, avente un bordo terminale 14 unito alla parete 3 laterale, e una estremità inferiore 15, provvista di una apertura centrale definente l’uscita di fondo 12.

La struttura di convogliamento 9 à ̈ genericamente conformata a imbuto e si restringe verso il basso e verso l’asse A dalla parete 3 laterale fino all’uscita di fondo 12.

La struttura di convogliamento 9 comprende una pluralità di settori 20 svasati, coassiali e allineati lungo l’asse A; i settori 20 sono disposti in successione lungo l’asse A e sono convergenti verso l’estremità inferiore 15 della struttura di convogliamento 9.

I settori 20 hanno per esempio forma tronco-conica o a tronco di piramide a base poligonale, eventualmente anche a seconda della forma della sezione trasversale dell’involucro 2.

I settori 20 si restringono comunque verso il basso e verso l’asse A.

Ciascun settore 20 presenta un bordo 21 perimetrale superiore ed un bordo 22 perimetrale inferiore, collocati a rispettive estremità assialmente opposte del settore; il bordo 21 perimetrale superiore delimita una sezione trasversale di area maggiore del bordo 22 perimetrale inferiore, cioà ̈ il bordo 21 perimetrale superiore ha diametro o diametro equivalente (diametro che avrebbe una sezione circolare di uguale area) maggiore del bordo 22 perimetrale inferiore.

I settori 20 sono inseriti parzialmente uno dentro l’altro sia assialmente (lungo l’asse A) sia radialmente (trasversalmente all’asse A).

In particolare, ogni coppia di settori 20 consecutivi lungo l’asse A à ̈ formata da due settori 20 aventi rispettivi bordi 21, 22 perimetrali inseriti uno dentro l’altro: il settore 20 superiore della coppia, collocato sopra l’altro lungo l’asse A, ha il bordo 22 perimetrale inferiore che à ̈ disposto al di sotto, lungo l’asse A, del bordo 21 perimetrale superiore del settore 20 sottostante, collocato sotto il precedente, e radialmente all’interno di esso.

I bordi 21, 22 perimetrali inseriti uno nell’altro dei due settori 20 consecutivi non sono a contatto diretto ma sono sfalsati assialmente e spaziati radialmente uno dall’altro, in modo tale da definire una feritoia 25 anulare attorno all’asse A tra i due settori 20 della coppia; la feritoia 25 ha una apertura 26 di accesso che à ̈ perpendicolare all’asse A.

Ogni settore 20 à ̈ quindi separato dal settore 20 successivo lungo l’asse A da un interstizio 27 anulare, definente una feritoia 25.

Per ogni coppia di settori 20 consecutivi, l’interstizio 27 à ̈ delimitato da una superficie 28 laterale esterna del settore 20 superiore e da una superficie 29 laterale interna del settore 20 inferiore, affacciate e sostanzialmente parallele una all’altra e radialmente spaziate una dall’altra.

In particolare, la struttura di convogliamento 9 comprende un settore 20A di sommità, posto all’estremità superiore 13 della struttura di convogliamento 9, un settore 20B di fondo, posto all’estremità inferiore 15 della struttura di convogliamento 9, e almeno un settore 20C intermedio, disposto tra il settore 20A di sommità e il settore 20B di fondo.

La struttura di convogliamento 9 può opzionalmente includere due o più settori 20C intermedi, collocati uno dentro l’altro tra il settore 20A di sommità e il settore 20B di fondo.

Il settore 20A di sommità e il settore 20C intermedio (o ogni settore 20C intermedio, se più di uno) hanno rispettivi bordi 22 perimetrali inferiori che sono circoscritti dal bordo 21 perimetrale superiore del settore 20 successivo lungo l’asse A; in altri termini, il bordo 22 perimetrale inferiore del settore 20A di sommità e del settore 20C intermedio (o di ogni settore 20C intermedio) à ̈ collocato assialmente al di sotto e radialmente all’interno del bordo 21 perimetrale superiore del settore 20 successivo, posto più in basso.

In generale, quindi, ogni settore 20 (ad eccezione del settore 20B di fondo) si protende all’interno del settore 20 successivo (collocato immediatamente al di sotto lungo l’asse A) e ha il proprio bordo 22 perimetrale inferiore che à ̈ collocato radialmente e assialmente all’interno del settore 20 successivo e precisamente del bordo 21 perimetrale superiore del settore 20 successivo.

Il bordo 21 perimetrale superiore del settore 20A di sommità à ̈ unito alla parete 3 laterale dell’involucro 2, mentre il bordo 22 perimetrale inferiore del settore 20B di fondo delimita l’uscita di fondo 12.

Ciascun settore 20 presenta una parete laterale 30 disposta attorno all’asse A e inclinata rispetto all’asse A, in particolare verso il basso e verso l’asse A.

Preferibilmente, ma non necessariamente, le pareti laterali 30 dei settori 20 e in particolare le loro Daniele CERNUZZI (Iscrizione Albo nr.959/BM) superfici 29 laterali interne hanno tutte la medesima inclinazione rispetto all’asse A e a un piano orizzontale (perpendicolare all’asse A); in particolare, le pareti laterali 30 e/o almeno le superficie 29 laterali interne dei settori 20 hanno inclinazione rispetto ad un piano orizzontale superiore a 45° e preferibilmente superiore a 50°, per esempio intorno a 55°. Le pareti laterali 30 e/o almeno le superfici 29 laterali interne hanno inclinazione rispetto all’asse A compresa tra circa 30° e circa 40°, per esempio intorno a 35°.

La struttura di convogliamento 9 à ̈ supportata da un telaio 31 che regge, in particolare, almeno alcuni settori 20 in posizione spaziale prestabilita uno rispetto all’altro.

La struttura di convogliamento 9 à ̈ priva di raschiatori meccanici: le superfici 29 laterali interne sono inclinate infatti in modo tale da provocare lo scivolamento per solo effetto di gravità dei prills depositati sulle superfici 29 laterali interne verso l’uscita di fondo 12. La conformazione dei settori 20 e in particolare l’inclinazione delle superfici 29 laterali interne assicura quindi che i prills che si formano nella camera 4 di trattamento e cadono sui settori 20, scivolino lungo le superfici 29 laterali interne dei settori 20 fino all’uscita di fondo 12, senza richiedere interventi meccanici.

In uso, in attuazione del processo in accordo al trovato, la fase liquida (urea fusa) à ̈ spruzzata alla sommità della torre 1, nella camera 4 di trattamento, tramite il dispositivo spruzzatore 7, mentre aria (a temperatura e umidità ambientali) à ̈ immessa in controcorrente nella camera 4 di trattamento attraverso le finestre 11.

Un flusso supplementare d’aria à ̈ alimentato attraverso le feritoie 25, cioà ̈ attraverso gli interstizi 27.

Mentre l’aria risale nella camera 4 di trattamento in controcorrente alla fase liquida discendente, avviene la solidificazione della fase liquida e la formazione dei prills che cadono sulle superfici 29 laterali interne dei settori 20 e quindi scivolano su di esse fino all’uscita di fondo 12.

Resta infine inteso che alla torre e al processo di prilling qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Torre (1) di prilling, in particolare per la produzione di urea, comprendente: un involucro (2) estendentesi lungo e attorno ad un asse (A) e provvisto di una camera (4) di trattamento interna; un dispositivo spruzzatore (7) collocato ad una estremità (5) assiale superiore dell’involucro (2) per inviare una fase liquida nella camera (4); finestre (11) formate ad una estremità (8) assiale inferiore dell’involucro (2) per alimentare aria dentro la camera (4); ed una struttura di convogliamento (9) posta all’estremità (8) assiale inferiore dell’involucro (2) per raccogliere un prodotto solido formatosi nella camera (4) in forma di prills e convogliare detti prills verso una uscita di fondo (12); la torre di prilling essendo caratterizzata dal fatto che la struttura di convogliamento (9) comprende una pluralità di settori (20) svasati, coassiali e allineati uno all’altro lungo l’asse (A) e disposti in successione lungo l’asse (A) e convergenti verso il basso e verso l’asse (A); i settori (20) essendo inseriti parzialmente uno dentro l’altro sia assialmente sia radialmente ed avendo rispettive superfici (29) laterali interne inclinate in modo tale da provocare lo scivolamento per solo effetto di gravità dei prills depositati sulle superfici (29) laterali interne verso l’uscita di fondo (12).
2. 2. Torre di prilling secondo la rivendicazione 1, in cui ogni settore (20) à ̈ separato dal settore (20) successivo lungo l’asse (A) da un interstizio (27) anulare.
3. 3. Torre di prilling secondo la rivendicazione 2, in cui per ogni coppia di settori (20) consecutivi lungo l’asse (A), l’interstizio (27) à ̈ delimitato da una superficie (28) laterale esterna di un settore (20) superiore della coppia e da una superficie (29) laterale interna di un settore (20) inferiore della coppia, affacciate una all’altra e radialmente spaziate una dall’altra.
4. 4. Torre di prilling secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ogni coppia di settori (20) consecutivi lungo l’asse (A) à ̈ formata da due settori (20) aventi rispettivi bordi (21, 22) perimetrali inseriti uno dentro l’altro; il settore (20) superiore della coppia, collocato sopra l’altro lungo l’asse (A), avendo un bordo (22) perimetrale inferiore disposto al di sotto di un bordo (21) perimetrale superiore del settore (20) sottostante e radialmente all’interno di esso.
5. 5. Torre di prilling secondo la rivendicazione 4, in cui i bordi (21, 22) perimetrali inseriti uno nell’altro di due settori (20) consecutivi non sono a contatto diretto ma sono sfalsati assialmente e spaziati radialmente uno dall’altro, in modo tale da definire una feritoia (25) anulare attorno all’asse (A) tra i due settori (20) della coppia.
6. 6. Torre di prilling secondo la rivendicazione 5, in cui la feritoia (25) ha una apertura (26) di accesso che à ̈ perpendicolare all’asse (A).
7. 7. Torre di prilling secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i settori (20) presentano rispettive pareti laterali (30) disposte attorno all’asse (A) e inclinate rispetto all’asse (A) verso il basso e verso l’asse (A); e in cui le pareti laterali (30) dei settori (20) hanno tutte la medesima inclinazione rispetto all’asse (A) e a un piano orizzontale perpendicolare all’asse (A).
8. 8. Torre di prilling secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i settori (20) presentano rispettive pareti laterali (30) aventi inclinazione rispetto ad un piano orizzontale superiore a 45° e preferibilmente superiore a 50°, per esempio intorno a 55°.
9. 9. Torre di prilling secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i settori (20) presentano rispettive pareti laterali (30) aventi inclinazione rispetto all’asse (A) compresa tra circa 30° e circa 40°, per esempio intorno a 35°.
10. 10. Torre di prilling secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i settori (20) hanno forma tronco-conica o a tronco di piramide a base poligonale.
11. 11. Processo di prilling, in particolare per la produzione di urea, comprendente le fasi di: introdurre una fase liquida ad una estremità (5) assiale superiore di un torre (1) di prilling; immettere aria ad una estremità (8) assiale inferiore della torre di prilling; contattare in controcorrente la fase liquida con l’aria per solidificare la fase liquida e formare dei prills; raccogliere i prills su una struttura di convogliamento (9) posta all’estremità (8) assiale inferiore della torre di prilling (1); il processo essendo caratterizzato dal fatto che la struttura di convogliamento (9) comprende una pluralità di settori (20) svasati, coassiali e allineati uno all’altro lungo l’asse (A) e disposti in successione lungo l’asse (A) e convergenti verso l’asse (A) e verso una estremità inferiore (15) della struttura di convogliamento (9) provvista di una uscita di fondo (12); i settori (20) essendo inseriti parzialmente uno dentro l’altro sia assialmente sia radialmente ed avendo rispettive superfici (29) laterali interne inclinate in modo tale da provocare lo scivolamento per solo effetto di gravità dei prills depositati sulle superfici (29) laterali interne verso l’uscita di fondo (12); e dal fatto che i prills sono raccolti su dette superfici (29) laterali interne dei settori (20) e quindi scivolano su di esse fino all’uscita di fondo (12) senza ausilio di dispositivi raschiatori meccanici.
12. 12. Processo di prilling secondo la rivendicazione 11, in cui ogni settore (20) à ̈ separato dal settore (20) successivo lungo l’asse (A) da un interstizio (27) anulare definente una feritoia (25), e il processo comprende una fase di alimentare un flusso supplementare d’aria attraverso una o più di dette feritoie (25).
13. 13. Torre di prilling secondo la rivendicazione 12, in cui per ogni coppia di settori (20) consecutivi lungo l’asse (A), l’interstizio (27) à ̈ delimitato da una superficie (28) laterale esterna di un settore (20) superiore della coppia e da una superficie (29) laterale interna di un settore (20) inferiore della coppia, affacciate una all’altra e radialmente spaziate una dall’altra.
14. 14. Processo di prilling secondo una delle rivendicazioni da 11 a 13, in cui ogni coppia di settori (20) consecutivi lungo l’asse (A) à ̈ formata da due settori (20) aventi rispettivi bordi (21, 22) perimetrali inseriti uno dentro l’altro; il settore (20) superiore della coppia, collocato sopra l’altro lungo l’asse (A), avendo un bordo (22) perimetrale inferiore disposto al di sotto di un bordo (21) perimetrale superiore del settore (20) sottostante e radialmente all’interno di esso.
15. 15. Processo di prilling secondo la rivendicazione 14, in cui i bordi (21, 22) perimetrali inseriti uno nell’altro di due settori (20) consecutivi non sono a contatto diretto ma sono sfalsati assialmente e spaziati radialmente uno dall’altro, in modo tale da definire una feritoia (25) anulare attorno all’asse (A) tra i due settori (20) della coppia.
16. 16. Processo di prilling secondo la rivendicazione 15, in cui la feritoia (25) ha una apertura (26) di accesso che à ̈ perpendicolare all’asse (A).
17. 17. Processo di prilling secondo una delle rivendicazioni da 11 a 16, in cui i settori (20) presentano rispettive pareti laterali (30) disposte attorno all’asse (A) e inclinate rispetto all’asse (A) verso il basso e verso l’asse (A); e in cui le pareti laterali (30) dei settori (20) hanno tutte la medesima inclinazione rispetto all’asse (A) e a un piano orizzontale perpendicolare all’asse (A).
18. 18. Processo di prilling secondo una delle rivendicazioni da 11 a 17, in cui i settori (20) presentano rispettive pareti laterali (30) aventi inclinazione rispetto ad un piano orizzontale superiore a 45° e preferibilmente superiore a 50°, per esempio intorno a 55°.
19. 19. Processo di prilling secondo una delle rivendicazioni da 11 a 18, in cui i settori (20) presentano rispettive pareti laterali (30) aventi inclinazione rispetto all’asse (A) compresa tra circa 30° e circa 40°, per esempio intorno a 35°.
20. 20. Processo di prilling secondo una delle rivendicazioni da 11 a 19, in cui i settori (20) hanno forma tronco-conica o a tronco di piramide a base poligonale.