用于液體制粒特別是尿素制粒的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于液體制粒特別是尿素制粒的方法和裝置
[0001]應(yīng)用領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于液體制粒的方法和裝置。優(yōu)選應(yīng)用的代表是尿素制粒。
現(xiàn)有技術(shù)
[0003]已知在尿素合成設(shè)備中，需要將液體尿素(常稱為熔融尿素)轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物。
[0004]一種已知技術(shù)包括在流化床中制粒，其中有利地在床中通過適合的噴嘴噴灑液體尿素，所述床是由流態(tài)化空氣流保持在流化床條件中的固態(tài)尿素顆粒形成。通過使沉積在顆粒本身表面的液體凝固逐步增加顆粒的尺寸。
[0005]然而，已知常規(guī)流化床制粒工藝不僅需要隨時(shí)間供給液體尿素，還需要供給固相尿素。所述固相由起到凝固過程起始核心作用的晶種組成。
[0006]最常用的晶種生成方法包括在適當(dāng)?shù)暮Y選和研磨之后將部分成粒產(chǎn)物再循環(huán)，以提供晶種。還已知使用部分可用(available)液體生成所述晶種。這種解決方案包括例如通過合適的制片機(jī)生成固體小片形式的晶種，在制片機(jī)中，液滴沉積在長的冷卻傳送帶上。然而，所有這些需要一系列額外的機(jī)器。具體而言，制片機(jī)非常大且十分昂貴。
[0007]用于將液體尿素轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物但與制粒不同的另一技術(shù)的代表是所謂的造粒(prilling)。在造粒法中，將所述液體尿素供給至多孔轉(zhuǎn)籃，其在塔內(nèi)部產(chǎn)生基本單分散的液滴流。所述液滴因重力而沿塔落下，通過逆流氣流凝固，產(chǎn)生稱為球粒(prill)的固體顆粒。不計(jì)統(tǒng)計(jì)偏差，所述單分散流液滴基本具有同一尺寸；由塔產(chǎn)生的固體球粒的尺寸相當(dāng)于液滴的尺寸，即其是由所述籃的孔的尺寸決定。
[0008]已知造粒法易于產(chǎn)生不是非常令人滿意的易碎產(chǎn)物。這是由于液滴的凝固過程在球粒中留下一定的孔隙率。所述易碎性可導(dǎo)致產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲藏等期間破碎，特別是如果所述產(chǎn)品是體狀(bulk form)時(shí)。
[0009]由于上述理由，現(xiàn)有技術(shù)不太令人滿意，并且有強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)去尋找能克服這些限制的新方法。
[0010]以類似的方式，在其它液體例如硝酸銨、硫酸銨的制粒工藝中遇到已概述的關(guān)于尿素的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供用于液相制粒特別是尿素制粒的新方法和相關(guān)設(shè)備。本發(fā)明旨在將液體流例如熔融尿素轉(zhuǎn)化為具有最優(yōu)尺寸和物理特征的固體產(chǎn)物，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
[0012]由液相制粒法完成所述目的，其中生成所述液相的液滴多分散流，其與凝固空氣接觸沿基本豎直的制粒通道下行運(yùn)動(dòng)，且在所述多分散流內(nèi)，小尺寸液滴凝固產(chǎn)生固體顆粒，并且所述固體顆粒通過與其它液滴碰撞而生長。
[0013]術(shù)語多分散流指最初噴灑在空氣中的液滴流包括直徑在最小直徑和最大直徑之間的一定范圍內(nèi)變化的液滴。優(yōu)選地，所述流包括可變直徑在0.1mmdOO μπι)和約2.5mm之間，更優(yōu)選地在0.2mm和2mm之間的液滴。
[0014]這種液滴流可例如由噴嘴陣列產(chǎn)生。所述噴嘴具有直徑不同的孔口，從而產(chǎn)生所需的多分散流。
[0015]逐步凝固的所述液相液滴處于氣力輸送(pneumatic transportat1n)條件下。術(shù)語氣力輸送指所述液滴分散在空氣中，不考慮液滴和空氣之間的相對速度。例如，沿制粒通道的“真空度”與流化床相比大得多，即所述固相比在流化床中稀薄(rarefied)得多。穿過所述制粒通道的流中的真空度是例如大于0.9且通常接近于I。
[0016]所述制粒通道基本從對應(yīng)于液滴的進(jìn)入?yún)^(qū)(admiss1n zone)的進(jìn)口段延伸至運(yùn)送固體產(chǎn)物的出口段。
[0017]供給至該過程的液相可視需要包含添加劑。例如可在熔融尿素制粒中提供添加劑的加入。
[0018]現(xiàn)將列出本發(fā)明的其它優(yōu)選特征。
[0019]可以沿所述制粒通道通過透氣壁供給至少部分空氣。所述滲透壁至少限定所述通道的起始部分。
[0020]在一些實(shí)施方案中，將全部液相供給(full liquid phase supply)以所述多分散液滴流形式引入所述制粒通道的頭段(即起始段)中。
[0021]在其它實(shí)施方案中，將所述液相供給的第一部分引入所述制粒通道的頭段中，并將所述液相的剩余部分側(cè)向引入所述通道的至少一個(gè)中間段中。這可用除了頭噴嘴之外的側(cè)噴嘴陣列來完成。
[0022]根據(jù)所需顆粒直徑，沿所述通道側(cè)向供給部分液相是適當(dāng)?shù)摹Ｒ话愣?，通過所述頭噴嘴供給全部液相使得能獲得高達(dá)特定最大直徑的顆粒；對于較大直徑，還應(yīng)使用側(cè)噴嘴。例如，在尿素制粒中，優(yōu)選具有側(cè)噴嘴以獲得尺寸為約3mm或更大的顆粒。
[0023]在一些實(shí)施方案中，空氣基本下行運(yùn)動(dòng)，因此空氣和液滴基本上是同向流動(dòng)。將所述液滴優(yōu)選以比空氣速度大的高速噴灑在所述制粒通道中。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，將二次冷卻空氣流基本上引入所述制粒通道的終端部分。引入所述二次空氣使得能改善所述制粒通道終端部分內(nèi)的冷卻，其中由于與液相的熱交換，(被引入上游頭段的)一次凝固空氣有相對高的溫度。
[0024]在其它實(shí)施方案中，空氣基本上行運(yùn)動(dòng)，即相對于液滴流反向流動(dòng)。更優(yōu)選地，隨著流從所述制粒通道下端截面進(jìn)入，將大部分凝固空氣引入所述制粒通道中，并且通過限定所述通道上部的多孔壁引入小部分所述凝固空氣。
[0025]限定制粒通道的壁可以是圓柱形的(或多邊形的)，即具有基本恒定的橫截面，或是圓錐形的，即具有增大或減小的橫截面。
[0026]在空氣下行的實(shí)施方案中，所述壁優(yōu)選是略微圓錐形的，且開口朝向底部，即所述壁的底部橫截面比頂部橫截面大。另一方面，在空氣上行的實(shí)施方案中，優(yōu)選基本圓錐形的壁(相比下行空氣的情況，錐度角更大)，所述壁開口朝向頂部。
[0027]換言之，由壁形成的圓錐形根據(jù)空氣流的方向(上行或下行)開口朝向頂部或底部。所述實(shí)施方案還應(yīng)用于有多邊形壁的變體。
[0028]可以以適合的條件(criteria)沿所述制粒通道供應(yīng)空氣。在一些實(shí)施方案中，可優(yōu)選在凝固過程開始的接近于噴嘴的液體進(jìn)入?yún)^(qū)附近供給更大量的空氣。然后可沿所述制粒通道降低空氣流速。在這種情況下，所述流速可按線性方式或按照不同規(guī)律降低。
[0029]另一優(yōu)選方面包括再引入(再循環(huán))細(xì)固體顆粒，可以用已知洗滌器(scrubber)處理的灰塵除外。術(shù)語細(xì)顆粒(fine particle)指在所述制粒通道末端沒有達(dá)到所需最小尺寸(例如小于2mm)的顆粒。將所述細(xì)顆粒(技術(shù)文獻(xiàn)中簡稱為細(xì)粒(fines))與較大顆粒分離，并再引入制粒通道中。優(yōu)選地，通過氣力輸送再引入所述細(xì)粒。應(yīng)注意，所述細(xì)粒的再循環(huán)是優(yōu)選但可選的特征，因?yàn)槠鋵τ诒景l(fā)明的方法并不是必要的。
[0030]該尺寸的閾值取決于于所需產(chǎn)物。一般而言，由直徑為至少2-2.5mm的顆粒給出最終產(chǎn)物?？梢杂煤Y進(jìn)行顆粒與細(xì)顆粒之間的分離。
[0031]本發(fā)明的另一目的是如所附權(quán)利要求書所述的制粒裝置。
[0032]所述制?；疽韵旅娴姆绞桨l(fā)生。多分散流內(nèi)部的較小液滴(直徑接近多分散流中的最小尺寸，例如幾百微米)快速凝固，而較大液滴，由于與空氣接觸凝固減慢。由此形成的固體顆粒與屬于多分散流的其它液滴(以非彈性方式)碰撞，所述其他液滴仍處于液態(tài)且一般尺寸較大，并以高速運(yùn)動(dòng)。在制粒通道中下行運(yùn)動(dòng)期間，固體顆粒例如嵌入較大液滴，其進(jìn)而凝固，依此類推，獲得顆粒。
[0033]應(yīng)注意到所述制粒工藝是自維持的，無需從外部引入固體晶種，即無需外部供給固相且無需預(yù)制粒。
[0034]將所述細(xì)顆粒(灰塵除外)再引入制粒通道中，以通過與其它液滴接觸而生長。因此，再引入所述制粒機(jī)的細(xì)顆粒易于擴(kuò)大，形成較大尺寸的固體顆粒。單一顆粒可經(jīng)過制粒通道中的幾條通路，直到其形成至少所需最小尺寸的固體顆粒。
[0035]本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)是其不需要供給固體核心(晶種)，另一方面，供給固體核心(晶種)是在現(xiàn)有技術(shù)的制粒機(jī)包括有流化床的那些制粒機(jī)中發(fā)生。該方法通過僅供給(熔融的)液體和空氣維持，所述液體和空氣是該方法本身僅有的輸入物。因此，用于產(chǎn)生晶種的大型昂貴設(shè)備(如制片機(jī))不是必要的。此外，另一方面，該方法不會產(chǎn)生如在流化床中發(fā)生的過大尺寸的顆粒，且研磨設(shè)備也不是必要的。
[0036]用上行空氣的實(shí)施方案通常允許實(shí)現(xiàn)更緊湊的裝置。
[0037]在產(chǎn)品質(zhì)量方面，本發(fā)明能獲得具有高硬度和良好尺寸均勻性的顆粒。申請人已注意到，本發(fā)明的方法產(chǎn)生相比常規(guī)球粒尺寸較大，且硬度與由流化床方法產(chǎn)生的顆粒相同的固體顆粒。
[0038]現(xiàn)將參考一些示例性實(shí)施方案并借助附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0039]圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施方案之一的實(shí)施制粒工藝的裝置，其中空氣在制粒通道內(nèi)下行。
[0040]圖2示出圖2裝置的變體，其中用側(cè)噴嘴引入一部分液體。
[0041]圖3示出另一可能實(shí)施方案的裝置，其中空氣在制粒通道內(nèi)上行。
[0042]圖4示出圖3的變體，其中用側(cè)噴嘴引入一部分液體。
[0043]圖5示意性例示出由液滴多分散流形成固體顆粒的方法，如例如在圖1-4中的裝置中發(fā)生的。
[0044]圖6和7為了比較，分別示出現(xiàn)有技術(shù)的通過制粒和造粒形成顆粒的方法。
[0045]詳細(xì)說明
[0046]圖1方案示出豎直的制粒機(jī)1，對其供給例如由熔融尿素組成的液相2和空氣3。在該實(shí)施例中，液相2來自按照多種已知技術(shù)中的一種制造的尿素設(shè)備。根據(jù)所需產(chǎn)物，所述液相2可含有添加劑(如有必要)。
[0047]將液相2供給至頭噴嘴4陣列，所述頭噴嘴陣列在制粒機(jī)內(nèi)進(jìn)行噴灑，產(chǎn)生基本由頂部導(dǎo)向底部的高速多分散液滴流。在一些實(shí)施方案中，將其它頭噴嘴5置于噴嘴4旁，用于細(xì)粒的再循環(huán)，如將在下文中描述的。
[0048]液滴射流(jet)沿著基本從制粒機(jī)I頂部延伸至由虛線7表示的出口截面的制粒通道6。應(yīng)注意所述線7是虛線，并不對應(yīng)于實(shí)體壁。在該實(shí)施例中，所述制粒通道由通過透氣壁8界定的柱來表示。所述壁8的代表是例如金屬絲布(metal wire cloth)或網(wǎng)格或多孔板或等同物。所述壁8優(yōu)選是圓柱形或多邊形或略微圓錐形。
[0049]首先將空氣3供給壁8和外壁之間的環(huán)形間隙15，在附圖中，