MÉTODO PARA FORMAR UREA FLUIBLE QUE TIENE BAJO CONTENIDO BIURET DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN " La presente invención se refiere a urea que tiene un contenido bajo de biuret y, más particularmente, a un método para convertir urea cristalina en una forma física que tiene propiedades de flujo deseables, resistencia a la aglutinación y formación de polvo sin ningún aumento concurrente en la concentración de biuret. La urea encuentra uso en una diversidad de aplicaciones. Por ejemplo, la urea se usa ampliamente como un fertilizante agrícola. Cuando se usa como un fertilizante, la urea puede simplemente esparcirse sobre la tierra o disolverse en una solución que se rocía sobre el follaje de las plantas en crecimiento. En el último caso, el contenido de biuret no es relativamente importante. Sin embargo, cuando se usa como rociador de follaje, el contenido de biuret se vuelve crítico. Es bien conocido que el biuret, formado por la condensación de dos moléculas de urea con la pérdida de una molécula de amoniaco, es nocivo a la vida de las plantas puesto que exhibe una acción fitotóxica muy activa. En consecuencia, para producir una urea de grado foliar, es generalmente necesario que la urea tenga un contenido máximo de biuret de 0.25% en peso, más preferentemente 0.15% en peso o menos .
Además de su uso para propósitos agrícolas, la urea tiene otras numerosas aplicaciones en donde se requiere que el contenido de biuret sea bajo. Por ejemplo, las ureas bajas en biuret son necesarias en la producción de ciertos plásticos y resinas sintéticas, en productos farmacéuticos, en soluciones para tratamiento textil y terminado, etc. Pueden producirse cristales de urea de alta pureza por un proceso de hacer reaccionar amoniaco y dióxido de carbono -a altas temperaturas y presiones para formar carbamato de amonio, el cual, bajo las condiciones de la reacción, se convierte en urea y agua. El solución madre resultante que contiene urea, carbamato de amonio, amoniaco, y agua se trata entonces por diversos procesos para obtener cristales sólidos de urea. _ Aunque los cristales de urea de alta pureza y bajo contenido de biuret pueden producirse, no son satisfactorios para el embarque, almacenamiento, manejo normal debido a su tendencia a aglomerarse. En consecuencia, la mayoría de las calidades industriales y agrícolas de urea están en la forma de granulos hechos en torres de granulación o similares bien conocidas para aquellos expertos en la técnica. Un problema inherente con la granulación de la urea es que la urea normalmente se calienta hasta o cerca de su punto de fusión con un aumento consecuente en el contenido de biuret. Es por lo tanto un objeto de' la presente invención proporcionar un método para convertir urea cristalina en una forma física que sea comercialmente aceptable en términos de las propiedades de flujo y que tenga un contenido bajo de biuret . Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir urea cristalina en una forma que sea baja en contenido de biuret y resistente a la aglomeración y formación de polvo. Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir urea que tiene un bajo contenido de biuret que fluya libremente y que tenga fácil solubilidad en agua. Lo anterior y otros objetos de la presente invención se volverán aparentes de la descripción dada en la presente y en las reivindicaciones anexas. De acuerdo con la ' presente invención, se proporciona un método para producir urea que tiene una bajo contenido de biuret que comprende proporcionar cristales sólidas de urea y -formar los cristales sólidos en masas cohesivas, discretas por el uso de técnicas de compactación mecánica. Una ventaja de la presente invención es que se evita la fusión de los cristales de urea, con lo cual, se elimina virtualmente cualquier aumento en el contenido de biuret arriba y abajo del que esta inicialmente presente en los cristales sólidos.
La presente invención se basa en el descubrimiento sorprendente que los cristales de urea pueden formarse por técnicas de compactación mecánica en masas discretas más grandes que exhiben buenas propiedades de flujo y resistencia a la aglutinación y formación de polvo mientras aún mantienen solubilidad aceptable en agua y otros medios acuosos sin aumentar el contenido de biuret de la urea. La producción de los cristales de urea que tienen bajo contenido de biuret, por ejemplo menos del 0.15% en peso, es bien conocido por aquellos expertos en la técnica. Típicamente, en el proceso la urea cristalina se recupera de un solución madre que, además de la urea, contiene biuret y pequeñas cantidades de amoniaco y agua. Para separar los cristales de urea del solución madre, es común, como es bien conocido para aquellos expertos en la técnica, evaporar el solución madre usando presión subambiente separando después los cristales sólidos de urea por técnicas tales como centrifugación, filtración, decantación u otras técnicas comúnmente usadas para separar sólidos de soluciones. Para eliminar impurezas tales como biuret de los cristales sólidos de urea, es también común lavar los cristales con pequeñas cantidades de agua. Una vez que los cristales sólidos de urea han sido lavados, pueden secarse, como, por ejemplo usando aire calentado a una temperatura de 55—95°C. Los cristales sólidos de urea producidos de esta manera típicamente tienen un contenido de biuret de menos de 0.2%, comúnmente menos de 0.15% en peso. Generalmente, los cristales de urea tienen un contenido de biuret de 0.07-0.12% en peso. En consecuencia, el contenido de biuret de los cristales de urea producidos de acuerdo al proceso descrito anteriormente son eminentemente adecuados, al menos en lo que respecta al contenido de biuret, para uso agrícola, farmacéutico, industrial y virtualmente cualquier otro al cual se ponga la urea. Sin embargo, como se notó anteriormente, los cristales de urea no pueden manejarse, embarcarse o almacenarse fácilmente debido a su tendencia a empacarse o aglomerarse, y, en consecuencia, se vuelve económicamente y comercialmente necesario formar los cristales sólidos de urea en granulos, lo cual, como se observó en lo anterior, eleva el contenido de biuret a un nivel que para muchas aplicaciones hacen a la urea indeseable para el uso en lo mejor y totalmente inutilizable en lo peor. Para resolver los problemas anteriores, la presente invención contempla la compactación de los cristales sólidos de urea mediante virtualmente cualquier técnica mecánica en la cual los cristales sólidos de urea se formen en grandes masas sin el uso de calor, otros como puedan generarse en la técnica de compactación mecánica y, en cualquier caso a una temperatura sustancialmente abajo del punto de fusión de la urea. El- aumento de tamaño es decir la formación de los cristales sólidos de urea en masas discretas más grandes puede lograrse por técnicas nodulizado, peletizado, tableteado, briqueteado, prensado por rodillos, etc. De estas diversas técnicas de compactación mecánica, se prefiere el peletizado. En el caso del nodulizado, los cristales sólidos de urea pueden reunirse en masas discretas más grandes de forma más o menos esférica trabajándolas juntas, como, por ejemplo en un molino de bolas o en un aparato similar. Sin embargo, esta forma de compactar es menos preferida debido a la tendencia a que se presente acumulación de calor durante el trabajo de los cristales sólidos de urea. Además, existe una tendencia del producto final a tener baja resistencia a la trituración y ha ser menos fluible. Los métodos más preferidos de compactación mecánica involucran el uso de presión, con o sin corte y mezcla, tal como se presenta en la extrusión/peletización . En el caso del tableteado, las prensas de tableteado del tipo rotatorio pueden emplearse. Otro tipo de compactación mecánica que puede emplearse es prensado por rodillo, el cual utiliza el principio de aglomeración por prensa. En este proceso, los cristales sólidos de urea se introducen dentro del agarre de dos rodillos contra-giratorios por medio de un alimentador adecuado es decir un tornillo. Con forme los cristales sólidos de urea se compactan, se incrementa la presión en las masas compactadas. El producto es típicamente una hoja plana de 5-20 mm de espesor. La hoja producida por el método de prensa de rodillos puede entonces romperse en piezas más pequeñas y clasificarse dentro del rango de tamaño de partícula deseado. El briqueteado, otra técnica para formar las masas descritas de cristales sólidos de urea, es una variación de la técnica de prensado por rodillos en donde los cristales sólidos de urea se alimentan dentro del espacio entre y arriba de los rodillos contra-giratorios que tienen cavidades periféricas. Conforme se separan los rodillos, se descargan los briquetas. Típicamente, las briquetas son suaves en su centro y duros en las superficies y bordes, donde existe mayor presión y rearreglos de partículas. Las prensas de rodillos y las prensas de briqueteado adecuadas se comercializan por Kopperm Equipement, Inc. y K. R. Komarak Briquetting Research, Inc., por mencionar unas cuantas. Como se observó anteriormente, la técnica de compactación mecánica preferida es pelitizado, la cual puede lograrse en molinos de peletizado u otro equipo de peletización similar. El peletizado se asocia con la aplicación de fuerza en una forma que incluye frotar, cortar, y mezclar, es decir involucra extrusión. Los dispositivos de extrusión que pueden usarse para agrandar el tamaño o peletizar incluye prensas que pueden ser hidráulicas o mecánicas en su operación o del tipo molde y rodillo en donde un rodillo o conjunto de rodillos que operan dentro de un molde de anillo perforado fuerza a los cristales sólidos de urea dentro de hoyos y los compacta de tal manera que un rodillo sólido continuo sale del hoyo, el cual típicamente se rompe en secciones cilindricas más pequeñas o, si es necesario, puede cortarse por un cuchillo en la periferia del hoyo. Los molinos de peletizado adecuados están disponibles de CPM (California Pellet Mili Co.). Como puede verse de lo anterior, virtualmente cualquier tipo de compactación mecánica puede emplearse, el único requisito es que la técnica particular no genere ningunas cantidades significantes de calor de tal manera que aumente el contenido de biuret. Mientras que se reconocerá que virtualmente cualquier técnica de compactación mecánica induce algo de calentamiento, tal calentamiento está muy por abajo del necesario para fundir la urea y, en consecuencia bastante lejos del que seria necesario para inducir la formación de biuret. Las masas de urea compactadas preparadas por los métodos preferidos observados anteriormente exhiben alta resistencia a la, trituración y buenas propiedades antiaglutinantes, y son fluibles. Es aparente que el tamaño de las masas compactadas de urea producidas de acuerdo al método de la presente invención pueden variar ampliamente dependiendo del tipo de compactación mecánica empleada. Por ejemplo, las briquetas pueden hacerse en tamaños en donde el espesor varia de 9-50 mm, la altura varia de 16-70 mm, y el ancho varia de 19-100 mm. El producto de rodillos compactado, el cual ha sido triturado y tamizado, puede variar en tamaño de maya de 4-200. Las tabletas pueden variar en tamaño de 0.635 cm (V) a 1.27 cm ") y más grandes, mientras que los pellets pueden variar de 0.635 cm {H" ) a 1.27 cm (V) de diámetro con largos de virtualmente cualquier tamaño, por ejemplo, de 0.3175 cm (Ve") a 2.54 cm (1") o más grandes. Como quiera que se formen las masas discretas, se prefiere que se 'dimensionen de tal manera que retengan buenas características de flujo y buena resistencia a la trituración consistente con ser suficientemente pequeñas para exhibir solubilidad adecuada. Aunque las masas compactadas de urea producidas por el método de la presente invención tienen buena solubilidad en agua y otras soluciones acuosas, su velocidad de disolución tiende a ser menor que aquella de los granulos de urea típicos. Esta relativamente baja velocidad de disolución puede superarse fácilmente por diversas técnicas en la reducción de partículas, tales como trituración o molido. Por ejemplo, el equipo de reducción de tamaño típico que puede emplearse incluye trituradoras de mandíbulas, trituradoras de rodillo suave, trituradoras de rodillos dentados y corrugados, molinos de tambor, molinos de jaula, molinos vibradores, molinos de chorro, etc. En general, cualquier tipo de equipo de reducción de tamaño puede usarse con la condición de que el equipo sea de un tipo que genera una mínima cantidad de calor en la operación de reducción de tamaño para evitar la formación de biuret. 'Una de las ventajas de la presente invención es que durante la compactación mecánica _y/o reducción de tamaño de las masas compactadas, si es necesario se produce una cierta cantidad de finos es decir partículas que tienen un tamaño de malla de 100 o mayor. Inesperadamente, se ha encontrado que estos finos tienen menos tendencia a empacarse o a aglomerarse que los cristales de urea, haciendo con eso estos finos mucho más tratables para manejarse, almacenarse y embarcarse. Puesto que en ciertos gustos se prefieren finos de urea, estos finos subproducto constituyen un producto comercialmente atractivo. Adicionalmente, como se observó anteriormente, las- masas compactadas pueden someterse a reducción de tamaño para producir actualmente tales finos, si se desea. Después de la reducción de tamaño, y si se desea, la clasificación puede usarse para obtener un tamaño de partícula deseado. Los clasificadores que pueden usarse incluyen de los tipos de gravedad y centrífugos. Así, por ejemplo, lechos de tamizado, clasificadores de aire centrífugos, etc., pueden usarse. Como se observó anteriormente, los cristales de urea pueden producirse extremadamente puros, generalmente conteniendo más del 99.0% en peso, más generalmente más del 99.5% en peso de urea, y menos del 0.25% en peso, más generalmente menos del 0.15% en peso, de biuret. Usando el método de la presente invención, las masas compactadas tienen esencialmente la misma composición que la de los cristales sólidos de urea. Así, típicamente, las masas compactadas producidas por el método de la presente invención contienen más del 99.0% en peso y más generalmente más del 99.5% en peso de urea. De la misma manera, el contenido de biuret de las masas compactadas es menos de 0.25% en peso, típicamente menos del 0.15% en peso. Es una característica de la presente invención que las masas compactadas formadas por el método de la presente invención tienen virtualmente la composición idéntica que la de los cristales de urea de los cuales están hechos. Así, puesto que los cristales de urea que contienen más del 99.0% en peso de urea y menos del 0.1% en peso de biuret pueden hacerse por procesos bien conocidos para aquellos expertos en la técnica, las masas compactadas que tienen esencialmente la misma composición pueden producirse de acuerdo a la presente invención. Verdaderamente, no es común para los cristales de urea, y en consecuencia, las masas compactadas, tener contenidos de urea de más del 99.5% en peso y menos del 0.8% en peso de biuret. También se ha encontrado que las masas compactadas de urea producidas por el método de la presente invención generalmente tienen menos del 0.25% en peso de agua y esencialmente nada de formaldehído u otros agentes antiaglutinantes. Como se noto, las masas compactadas de urea producidas por el por método de la presente invención exhiben todas las propiedades comercialmente deseables de alta resistencia a la trituración, buenas propiedades antiaglutinantes y fluidez. Según se compara a granulos de urea convencionales, las masas compactadas de la presente invención exhiben velocidades de disolución algo más bajas en agua y en otros medios acuosos. Sin embargo, como se describió anteriormente, esta desventaja puede fácilmente superarse por técnicas de reducción de tamaño, con o sin clasificación. En cualquier evento, las masas discretas de urea producidas por compactación mecánica de acuerdo con la presente invención tienen un contenido extremadamente bajo de biuret, haciéndolas idealmente adecuadas para cualquier uso de urea en donde el alto contenido de biuret es decir mayor de 0.25% en peso no puede tolerarse. Para demostrar más completamente la presente invención, se presentan los siguientes ejemplos no limitantes .
Ejemplo 1 Los cristales de urea que contienen 99.5% en peso de urea, 0.07-0.10% en peso de biuret, y 0.70-1.10% en peso de agua se secaron usando aire caliente a una temperatura que varia de aproximadamente 60°C hasta aproximadamente 80°C y se sometieron a granulación en una torre de granulación convencional. Los granulos resultantes contienen 99.5% en peso de urea, 0.35-0.38% en peso de biuret, y 0.10% en peso de agua. Ejemplo 2 Los cristales de urea del Ejemplo 1 se sometieron a peletización en un peletizador CPM modelo 3016-4. La temperatura de entrada en el peletizador varió de 68-79°C, mientras que la temperatura de salida vario de 99-110°C. Los pellets tuvieron un diámetro de 0.15875 cm (3/i6p) y una longitud que varia entre 0.635 cm (V) y 1.27 cm ") . Se encontró que los pellets contienen 99.5% en peso de urea, 0.07% en peso de biuret, y 0.10% en peso de agua. Puede verse comparando los resultados de los Ejemplos 1 y 2 que la granulación de cristales de urea muy puros contienen menos de 0.10% en peso de biuret resulta en un incremento tres veces mayor en el contenido de biuret, mientras que al usar el método de compactación mecánico de la presente invención, las masas discretas resultantes (pellets) no muestran incremento en el contenido de biuret.
La descripción y ejemplos anterior ilustran modalidades seleccionadas de la presente invención. A la luz de los mismos, se sugerirán variaciones y modificaciones a un experto en la técnica, todas las cuales están en el espíritu y extensión de esta invención.