MX2013010033A - Proceso y aparato para la produccion de un producto de urea granular. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la producción de un producto granular de urea en un lecho fluidizado en donde: las pequeñas gotas (10) de urea fundida fresca son puestas en contacto con un medio de enfriamiento a fin de formar partículas sólidas, dichas partículas sólidas (11) se ponen en contacto con gotas de urea fundida (12) que son más grandes que dichas partículas germinales, las partículas sólidas y dichas gotas forman juntas partículas sólidas más grandes (13), y dichas partículas sólidas van incrementando más su tamaño en etapas y al contacto con las gotas de urea fundida, hasta que las partículas sólidas alcanzan un tamaño dado, y dichas partículas sólidas son luego sometidas a un proceso de desarrollo adicional al ponerlas en contacto con las gotas de líquido ahora más pequeñas que las partículas sólidas, hasta que se alcanza un tamaño deseado del producto granular.

Description

PROCESO Y APARATO PARA LA PRODUCCIÓN DE UN PRODUCTO DE UREA GRANULAR DESCRIPCIÓN Campo de la invención La presente invención se relaciona con un proceso y aparato para la producción de un producto granular de urea.

Arte previo Un proceso del arte previo para la obtención de un producto granular de urea se basa sustancialmente en el desarrollo progresivo de los gránulos mantenidos en un estado de lecho fluidizado. La urea fundida es rociada o atomizada sobre el lecho fluidizado y la deposición y solidificación de la urea fundida sobre las semillas y gránulos originan la formación progresiva del producto granular deseado.

El proceso toma lugar cuando las gotas del líquido de desarrollo humedece, se adhiere y solidifica sobre las semillas y gránulos que, juntos, forman el lecho fluidizado. El concepto básico del proceso conocido es que las pequeñas gotas de urea fundida líquida se ponen en contacto con partículas sólidas de un tamaño relativamente grande, de manera que las gotas de líquido forman una delgada capa de líquido alrededor de la partícula sólida, o por lo menos de una porción de la misma, y dicha capa experimenta evaporación y solidificación.

Por ejemplo, la US-A-4353730, revela un proceso y aparato del arte previo para la granulación.

Los puntos de inicio del proceso son partículas sólidas de por lo menos 0,5 hasta 1 ,5 mm de diámetro usualmente denominadas semillas. Las semillas pueden ser generadas con dos técnicas. Una primera técnica es tamizar el producto granular y utilizar los granulos subdimensionados y/o sobredimensionados para proveer las semillas. Los granulos subdimensionados se pueden utilizar como tales mientras que los gránulos sobredimensionados son triturados para producir material de semilla. Las desventajas de esta técnica son el tamaño no uniforme y la forma del material de semilla, así como la necesidad de hacer recircular una cantidad relevante de la tasa de flujo del lecho fluidizado, tal como, un 50%. Además, el reciclado de alguna parte del producto final como material de semilla tiene el resultado de que los aditivos añadidos durante el proceso de granulación están también contenidos en el material de semilla. Como consecuencia, la concentración de aditivo en el producto granular puede desviarse de la cantidad deseada.

Otra técnica es producir semillas en un equipo separado mediante la solidificación de una pequeña cantidad de urea fundida fresca. El generador de semillas usualmente comprende una correa transportadora enfriada en donde las gotas de urea fundida se depositan y solidifican formando pastillas o lentejas con aproximadamente 1 ,5 mm de diámetro. El material de semilla tiene una composición así como un tamaño uniformes, sin embargo, la máquina es grande (de aproximadamente 10 m de longitud) y costosa. Asimismo, la formación de las pastillas requiere urea fundida con un elevado grado de pureza (>99,8%) y usualmente demanda un evaporador con la finalidad de llevar la urea de 96% hasta 99,8% de pureza, lo que es un costo adicional.

Sumario de la invención La presente invención está dirigida a superar las desventajas mencionadas en líneas previas en relación con la necesidad de un material de semilla para la granulación de la urea en un lecho fluidizado.

La presente invención es un proceso novedoso para la producción de un producto granular de urea en donde las partículas sólidas para el inicio de la granulación se producen internamente en el proceso en sí mismo, que es solamente alimentado con líquido. Esta etapa se denomina germinación y consiste de pequeñas gotas de la urea fundida solidificándose por medio del contacto con un medio de enfriamiento, a fin de formar pequeñas partículas sólidas. Dichas pequeñas partículas sólidas empiezan a crecer al contacto con otras gotas de urea fundida líquida, que son más grandes que dichas partículas. En esta etapa del proceso, una partícula sólida contactada por una gota de líquido puede ser envuelta por la gota y la subsiguiente solidificación origina la formación de una partícula sólida más grande. Por lo tanto, las partículas sólidas se hacen más y más grandes con un proceso en etapas hasta que las mismas alcanzan un tamaño que es comparable con aquél de las semillas del arte previo y que es suficiente para iniciar un proceso convencional de granulación.

Por consiguiente, un aspecto de la presente invención es un proceso en donde: a) las primeras y pequeñas gotas de urea fundida fresca se ponen en contacto con un medio de enfriamiento para formar partículas sólidas de arranque, b) dichas partículas de arranque son puestas en contacto con gotas de urea fundida más grandes que dichas partículas de arranque, dichas partículas y dichas gotas forman juntas partículas sólidas más grandes, las partículas sólidas van incrementando su tamaño en etapas al contacto con gotas de urea fundida más grandes que las partículas, hasta que las partículas sólidas alcanzan un tamaño dado, y c) las partículas sólidas así obtenidas son entonces sometidas a un proceso de desarrollo adicional en un lecho fluidizado y mediante el contacto con gotas de líquido ahora más pequeñas que las partículas sólidas, hasta que se forma un producto granular con un tamaño deseado de gránulos.

La etapa c) se lleva a cabo en un estado de lecho fluidizado. Las etapas previas a) y b) también se pueden llevar a cabo en un estado de lecho fluidizado aunque no es esencial.

De manera preferible, el medio de fluidización es aire que también actúa como un medio de enfriamiento. El material fundido y el aire de enfriamiento se alimentan en una forma controlada con la finalidad de soportar las etapas de proceso mencionadas en líneas previas así como para mantener el estado de lecho fluidizado por lo menos en la etapa c) del proceso. En particular, la velocidad y la tasa de flujo del aire se controlan con el fin de mantener la fluidización, tomando en cuenta el incremento en la masa de las partículas.

De manera preferible, el tamaño promedio de las pequeñas gotas que se utilizan para la formación de las partículas de arranque es igual a o menor que 200 pm (0,2 mm) y más preferiblemente de aproximadamente 50 a 200 pm (0,05 a 0,2 mm). Por consiguiente, también el tamaño de las partículas sólidas de arranque está de manera preferible en el mismo rango de 50 a 200 pm. Las gotas más grandes alimentadas en la etapa b) del proceso pueden tener un tamaño en el rango de 200 pm a 1 mm y de manera preferible de 200 pm a 500 pm. En una configuración preferida, la etapa b) se alimenta con varias entradas de gotas con tamaño incremental.

El tamaño de las partículas sólidas obtenidas después de la etapa b) permite iniciar un proceso de desarrollo convencional mediante la deposición de las gotas de líquido sobre la superficie de las partículas sólidas. Dicho tamaño después de la etapa b) es por ejemplo de aproximadamente 0,5 mm y de manera preferible está en el rango de 0,5 mm hasta 1 mm. El tamaño de las partículas sólidas debe ser entendido como el diámetro de las partículas esféricas o diámetro equivalente. La presente invención puede obtener partículas sólidas que sean esféricas o casi esféricas.

Las etapas a) y b) del proceso revelado previamente puede ser visto como una germinación interna. Las partículas sólidas liberadas al final de la etapa b) se pueden denominar "partículas germinales" del proceso de granulación. La última etapa c) es sustancialmente similar a un proceso convencional en donde el desarrollo se basa en la deposición del material fundido líquido sobre los gránulos sólidos; no obstante la presente invención no considera necesaria la entrada externa de partículas germinales sólidas debido a que la granulación se inicia alrededor de las partículas germinales sólidas liberadas por la germinación previa.

Se debe observar que los procesos del arte previo introducen gránulos sólidos (semillas) en el lecho fluidizado. Estas semillas necesitan ser suficientemente grandes para permitir la dosificación de las gotas de urea fundida sobre su superficie. La presente invención adopta un enfoque diferente en donde no se alimenta material sólido al lecho fluidizado y la granulación se inicia con la formación de las partículas germinales que se revelan en líneas previas a partir de gotas líquidas de urea fundida.

Las etapas de proceso a) - c) pueden ser llevadas a cabo como una función del tiempo en el mismo medio ambiente, o en diferentes porciones o etapas de un recipiente.

Las etapas a) - c) pueden ser llevadas a cabo en el mismo aparato, por ejemplo en el mismo granulador. En algunas de las configuraciones la germinación de las primeras etapas a) y b) se lleva a cabo en una porción anterior dedicada de un granulador.

En una configuración de la presente invención, el proceso se lleva a cabo en forma continua en un lecho fluidizado longitudinal, de manera preferible un lecho fluidizado longitudinal con doble vórtice conforme se describe en la WO 2009/086903. Las primeras etapas a) y b) se llevan a cabo en una primera parte del lecho fluidizado longitudinal y el desarrollo convencional de acuerdo con la etapa c) se lleva a cabo en una segunda parte restante del mismo lecho fluidizado. Dicha primera parte y dicha segunda parte del lecho fluidizado pueden ser separadas por un deflector, aunque no es necesario un medio físico de separación.

De acuerdo con otra de las configuraciones, las partículas germinales se generan en un primer recipiente y la granulación convencional subsiguiente se lleva a cabo en un segundo recipiente que está separado de dicho primer recipiente.

El producto granular obtenido con la presente invención puede tener cualquier tamaño, por ejemplo, de 2 a 8 mm.

Las ventajas de la presente invención incluyen: - partículas germinales casi perfectamente esféricas con la misma composición del material fundido fresco; sin necesidad de equipos grandes y costosos tal como una correa transportadora con enfriamiento para la liberación de las pastillas; sin necesidad de evaporadores para mejorar la pureza de la urea fundida, el proceso puede operar con una pureza de 95% a 96% de pureza; se requiere poca urea fundida para la etapa de germinación así como un pequeño tamaño del aparato de germinación, en comparación con las máquinas conocidas para la producción de semillas o pastillas de urea.

Un aspecto de la presente invención también es un equipo para llevar a cabo el proceso mencionado previamente. Un equipo de acuerdo con la presente invención comprende: un primer ambiente; medios adaptados para alimentar por lo menos un primer flujo de pequeñas gotas de urea fundida fresca y aire de enfriamiento a dicho primer ambiente, a fin de forjar la formación de partículas sólidas de arranque; medios para alimentar por lo menos un segundo flujo, y de manera preferible una pluralidad de flujos, de gotas más grandes de urea fundida a dicho primer ambiente, las gotas de dicho segundo flujo o flujos son más grandes que las gotas de dicho primer flujo; - un segundo ambiente en comunicación con el primer ambiente así como medios para alimentar las partículas formadas en el primer ambiente y las gotas de urea y aire fluidizado a dicho segundo ambiente para la granulación de dichas partículas sólidas bajo un estado de lecho fluidizado.

Los ambientes primero y segundo pueden ser recipientes separados o partes de un único recipiente. Dicho primer flujo de gotas se produce de manera preferible con boquillas adaptadas para liberar gotas con un diámetro igual a o menor que 200 pm y más preferiblemente en un rango desde 50 hasta 200 pm en diámetro. En una configuración preferida, el primer recipiente o la primera parte de un único recipiente tiene por lo menos un primer conjunto de boquillas para liberar gotas desde 50 hasta 200 pm y por lo menos un segundo conjunto de boquillas que están adaptadas para liberar gotas más grandes de urea fundida. Más preferiblemente, el segundo conjunto de boquillas comprende varios subconjuntos de boquillas y cada subconjunto está adaptado para liberar gotas de un tamaño diferente, por ejemplo, desde 200 hasta 500 pm. Dichos subconjuntos de boquillas pueden estar distribuidos a través del recipiente o parte de recipiente del primer ambiente, desde pequeñas hasta grandes.

Las características y ventajas de la presente invención serán ahora precisadas con referencia a configuraciones preferidas y no limitantes.

Breve descripción de las figuras La Figura 1 es un esquema de una configuración de un aparato que está adaptado para llevar a cabo la presente invención.

La Figura 2 es un esquema de una configuración alternativa para el aparato.

La Figura 3A es un esquema de la primera etapa del proceso de acuerdo con la presente invención.

La Figura 3B es un esquema de la segunda etapa del proceso de acuerdo con la presente invención.

La Figura 3C es un esquema de la tercera etapa del proceso de acuerdo con la presente invención.

Descripción detallada de la invención La Figura 1 muestra una primera configuración que incluye un recipiente (102) para una granulación de lecho fluidizado (granulador) y un recipiente separado (101) conectado a dicho recipiente (101) a través de la línea (107). Dichos recipientes definen los ambientes (Ei) y (E2), respectivamente.

El recipiente (102) aloja un lecho fluidizado con un modo de operación de un solo vórtice o de doble vórtice. Durante la operación, el lecho fluidizado tiene un flujo continuo o vena líquida en la dirección longitudinal, y dos vórtices transversales que tienen sentidos de rotación opuestos así como un eje paralelo a dicha longitud longitudinal.

El recipiente (101) opera como un germinador de acuerdo con la presente invención. El germinador recibe una porción (21) de la urea fundida (20) y un flujo de aire de enfriamiento (A). Las boquillas de rociado o atomización se distribuyen a lo largo del recipiente (101). En la figura, cada una de las flechas lineales (23), (24) y (25) denota un conjunto de boquillas de rociado o atomización. Las boquillas (23) son capaces de liberar gotas muy finas de urea fundida que de manera preferible tienen un tamaño de aproximadamente 100 ó 200 m. Dichas gotas finas se solidifican con la ayuda del aire de enfriamiento (A), formando pequeños gránulos sólidos en una primera región del ambiente (Ei). Las siguientes boquillas denotadas con las flechas (24) y (25) liberan gotas más grandes, por ejemplo de 300 y 400 µ?t? de diámetro.

Los primeros y más pequeños gránulos son luego contactados por gotas más grandes e incrementan su tamaño en un proceso por etapas en una región adicional dentro del ambiente (Ei). Los gránulos sólidos así obtenidos se envían al granulador (102) a través de la línea (107); el resto (22) de la urea fundida es rociada (flechas 26) hacia el ambiente (E2) en donde se mantiene un lecho fluidizado.

Las boquillas del recipiente (101) están dispuestas desde boquillas más pequeñas que liberan las gotas muy finas de arranque, hasta las boquillas más grandes que liberan las gotas de mayor tamaño. De manera preferible, el tamaño de las gotas de entrada se incrementa en forma regular desde el lado de entrada hasta el lado de salida del ambiente (E^.

La Figura 2 ilustra una configuración en donde los ambientes (E1) y (E2) para la germinación y granulación están delimitados por las partes (201) y (202) del mismo recipiente (200). En otras palabras, se integra un germinador en un granulador de lecho fluidizado longitudinal. Dichas partes (201) y (202) del recipiente están separadas por un deflector (204), el cual sin embargo no es esencial.

Se mantiene un estado de lecho fluidizado en el recipiente (200) por lo menos en la porción (202), por ejemplo con el aire de fluidización que ingresa en una pared inferior perforada (205). La urea fundida puede ser rociada con las boquillas localizadas en las paredes laterales anterior y posterior (206) y (207).

La operación es similar a la configuración de la Figura 1. Las gotas finas de urea fundida se solidifican con la ayuda del aire de enfriamiento (A), formando pequeñas partículas sólidas en el ambiente (E1) que son las partículas de arranque del proceso como un todo. Dichas partículas empiezan a incrementar su tamaño mientras contactan las gotas más grandes de urea fundida alimentadas, por ejemplo, con los puertos de entrada (24) y (25).

La porción de germinación (201) puede ser dividida en sub-porciones adicionales eventualmente por los deflectores internos, para separar zonas de la porción (201 ) de acuerdo con el tamaño promedio de las partículas de urea.

En algunas de las configuraciones la entrada de aire es modulada en tal forma que se mantiene también un estado de lecho fluidizado en la porción (201 ).

Al final de la porción de germinación (201 ), a saber cerca al deflector (204), si se provee, o a la salida del germinador (101 ) los granulos sólidos han alcanzado un tamaño (por ejemplo, de aproximadamente 0,5 hasta 1 mm) que es suficiente para permitir un proceso de granulación convencional. El proceso convencional es un proceso en donde los gránulos ganan tamaño mediante la deposición de gotas de líquido más pequeñas que los gránulos y formando una capa líquida sobre la superficie de los gránulos. Dicho proceso de granulación convencional es realizado en el granulador (102) o la parte (202) del recipiente (200).

El proceso se esquematiza en las Figuras 3A, 3B y 3C. La Figura 3A muestra una pequeña gota (10) de urea fundida que es contactada con el aire de enfriamiento y fluidización (A) en el ambiente (E-i) de la Figura 1 ó 2. La gota de líquido (10) se solidifica rápidamente por medio del aire de enfriamiento y forma una partícula sólida esférica (1 1). La partícula (1 1) es contactada con las gotas de líquido (12), por ejemplo, desde las líneas de entrada (24) y (25). El tamaño de dichas gotas (12) es pequeño, pero mayor que aquél de la pequeña gota de arranque (10) y luego mayor que el tamaño de la partícula sólida (1 1). Las partículas sólidas (1 1 ) actúan como punto de inicio para la solidificación de las gotas (12). En particular, una partícula sólida (11) es típicamente envuelta en una gota (12) tal como se muestra en la Figura 3B; la solidificación de la fracción líquida alrededor de la partícula (1 1) por el aire de enfriamiento (A) produce la formación de una partícula esférica o casi esférica más grande.

Este proceso que se ilustra en la Figura 3B continúa en etapas hasta que la partícula sólida alcanza un tamaño que es suficiente para que permita a la partícula un proceso convencional de desarrollo, típicamente por lo menos de 0,5 mm. En esta etapa, la partícula pasa hacia el ambiente (E2). El proceso de desarrollo convencional se ilustra en la Figura 3C en donde una gota de líquido (14), ahora más pequeña que la partícula sólida (13), impacta la partícula sólida (13). El tamaño de la gota (14) puede ser el mismo o diferente que el tamaño de las partículas (12) contactadas con las pequeñas partículas (1 1) en la etapa previa.

Claims (5)

REIVINDICACIONES:

1. Un proceso para la producción de un producto granular de urea caracterizado porque: a) las pequeñas gotas (10) de urea fundida fresca se ponen en contacto con un medio de enfriamiento para formar partículas sólidas de arranque, b) dichas partículas de arranque (1 1) son puestas en contacto con las gotas de urea fundida (12) que son más grandes que dichas partículas, las partículas sólidas y dichas gotas forman juntas partículas sólidas más grandes, y dichas partículas sólidas van incrementando más su tamaño en etapas al contacto con las gotas de urea fundida más grandes que las partículas, hasta que las partículas sólidas (13) alcanzan un tamaño dado, y c) dichas partículas sólidas (13) son entonces sometidas a un proceso de desarrollo adicional mediante el contacto con gotas de líquido (14) ahora más pequeñas que las partículas sólidas, hasta que se alcanza un tamaño deseado del producto granular.

2. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1 , caracterizado porque dichas pequeñas gotas (10) que forman las partículas de arranque tienen un tamaño promedio igual a o menor que 200 pm (0,2 mm) y de manera preferible en un rango de 50 a 200 pm (0,05 a 0,2 mm).

3. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 2, caracterizado porque las partículas sólidas (13) obtenidas después de la etapa b) tienen un tamaño promedio de aproximadamente 0,5 mm y de manera preferible en el rango de 0,5 mm hasta 1 mm.

4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque un estado de lecho fluidizado se mantiene por lo menos en la etapa c) del proceso con aire que también actúa como el medio de enfriamiento.

5. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 4, caracterizado porque el lecho fluidizado en la etapa c) es un lecho fluidizado longitudinal con una dirección de flujo principal y una disposición de doble vórtice con los dos vórtices formados en el lecho fluidizado teniendo sentidos de rotación opuestos alrededor de ejes sustancialmente paralelos a dicha dirección de flujo principal.