способ получения гранулированного карбамида и грануляционная башня

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированного карбамида, включающий разбрызгивание его расплава в зоне гранулирования при контакте с потоком охлаждающего воздуха, затвердевание капель расплава в свободном падении, обработку гранул модификатором в процессе их свободного падения, охлаждение образующихся гранул, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют смесь поверхностно-активного вещества с пленкообразующим веществом в водной среде и смесь в количестве 0,01-0,16%, в пересчете на сухой остаток, от массы карбамида наносят на поверхность гранул, имеющих температуру от 80 до 110°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленкообразующее вещество выбрано из группы, включающей аминоформальдегидные и эпоксидные смолы, поливинилацетат и животные клеи.

3. Грануляционная башня, включающая пустотелый корпус, разбрызгиватель расплава в верхней части и аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое в нижней части, отличающаяся тем, что она содержит форсунки для впрыскивания модификатора, расположенные по окружности в нижней части корпуса над аппаратом для охлаждения гранул в кипящем слое.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству удобрений, а именно к способам и аппаратуре для получения гранулированного карбамида, и может быть использовано при промышленном производстве карбамида и других удобрений.

Удобрения обычно получают в виде гранул. В связи с широким использованием способов перевозки насыпью, потребители удобрений предъявляют особые требования к таким свойствам гранулированных удобрений, как прочность и слеживаемость гранул. Особенно остро проблема обеспечения этих свойств стоит для удобрений, гранулируемых путем разбрызгивания расплава в охлаждающей газовой (воздушной) или жидкой среде. Этот способ гранулирования, называемый также приллированием, широко используется в промышленности, в частности, в производстве большей части выпускаемых в мире карбамида и нитрата аммония (аммиачной селитры). Однако получаемые таким образом гранулы имеют более низкую прочность по сравнению с гранулами, полученными путем гранулирования с агломерацией и последующим окатыванием при перемешивании (в кипящем слое, во вращающихся барабанах и т.п.).

Обычно способы получения гранулированного (приллированного) карбамида включают разбрызгивание его расплава в зоне гранулирования при контакте с потоком охлаждающего воздуха, затвердевание капель расплава и охлаждение образующихся гранул (Горловский Д.М. и др. Технология карбамида. -Л.: Химия, 1981, с.190-198).

Для улучшения свойств, в основном предотвращения слеживания, гранулированного карбамида, полученного вышеописанным способом, известны многочисленные способы его обработки путем нанесения на поверхность гранул различных модификаторов (Горловский Д.М. и др. Технология карбамида, -Л.: Химия, 1981, с.203-204).

Известны, в частности, способы обработки гранулированных удобрений, включающие нанесение на поверхность гранул длинноцепных алифатических соединений при температуре, превышающей температуру их плавления (DE 1227444, С 07 С, 1966; US 3535376, С 07 C 127/00, 1970; RU 2121991, С 05 G 3/00, С 05 С 1/02, В 01 J 2/28, 1998), неионогенных и/или ионогенных поверхностно активных веществ (ПАВ) при обычной или несколько повышенной температуре (GB 1201817, С 07 С 127/00, 1970; SU 474128, С 05 С 1/02, 1975). В результате обработки снижается склонность гранул к слеживанию, однако на прочность гранул такая обработка влияния не оказывает.

Известен также способ обработки гранулированного карбамида, включающий нанесение на поверхность гранул водного модификатора, в качестве которого используют смесь поверхностно активного вещества (ПАВ - алкилбензол- или алкансульфонат натрия, алкилсульфат натрия или триэтаноламина, алкилфосфат калия или натрия) с пленкообразующим веществом (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы) в водной среде (водном растворе) при обычной температуре (SU 1570255, С 05 С 9/00, 1992). В результате обработки снижается склонность гранул к слеживанию, причем резко сокращается расход добавки по сравнению с применением одного только ПАВ (0,005-0,025 мас.% по сравнению с ˜1 мас.%). Сведения о влиянии такой обработки на прочность гранул отсутствуют.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности является известный способ получения гранулированного карбамида, включающий предварительное введение в его расплав катализатора процесса поликонденсации мочевины с формальдегидом, разбрызгивание расплава в зоне гранулирования при контакте с потоком охлаждающего воздуха, затвердевание капель расплава в свободном падении, обработку гранул в процессе их свободного падения мочевиноформальдегидным раствором в количестве 1-3% от массы карбамида при температуре, близкой к температуре плавления карбамида, охлаждение образующихся гранул (SU 530873, С 05 С 9/02, 1976).

В качестве катализатора используют, например, концентрированную серную кислоту, которую вводят в плав мочевины при тщательном перемешивании. Затем плав распыляют в колонну, в которую противотоком подают холодный воздух с такой скоростью, чтобы создавался кипящий слой. В верхней части колонны капли расплава мочевины опрыскивают через форсунки мочевиноформальдегидным раствором. На высоте 1/3 части колонны на застывающие капли можно дополнительно распылять горячим воздухом частицы мочевиноформальдегидного удобрения. Прочность гранул, полученных по описанной технологии, повышается на 27-35%. Однако это достигается за счет введения дополнительной стадии - предварительного введения в плав катализатора. Кроме того, работа с концентрированной серной кислотой требует соблюдения мер предосторожности и применения специального оборудования. Все это усложняет процесс.

Известна и является наиболее близкой к предложенной по технической сущности грануляционная башня, включающая пустотелый корпус, разбрызгиватель расплава в верхней части и аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое в нижней части (В.И.Кучерявый, В.В.Лебедев. Синтез и применение карбамида, -Л.: Химия, 1970, с.338-339, рис.255б).

Задачей, решаемой предложенным изобретением, является разработка простого в технологическом оформлении способа получения гранулированного карбамида, позволяющего получать гранулы с повышенной прочностью.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является повышение прочности гранул гранулированного карбамида.

Для достижения указанного технического результата предложен способ получения гранулированного карбамида, включающий разбрызгивание его расплава в зоне гранулирования при контакте с потоком охлаждающего воздуха, затвердевание капель расплава в свободном падении, обработку гранул модификатором в процессе их свободного падения, охлаждение образующихся гранул, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют смесь поверхностно-активного вещества с пленкообразующим веществом в водной среде и смесь в количестве 0,01-0,16%, в пересчете на сухой остаток, от массы удобрения наносят на поверхность гранул, имеющих температуру от 80 до 110°С.

Для получения технического результата способа предложено также устройство для его осуществления - грануляционная башня, включающая пустотелый корпус, разбрызгиватель расплава в верхней части и аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое в нижней части, отличающаяся тем, что она содержит форсунки для впрыскивания модификатора, расположенные по окружности в нижней части корпуса над аппаратом для охлаждения гранул в кипящем слое.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности гранул. Можно предположить, что этот результат возникает благодаря тому, что в указанном температурном интервале, реализуемом в процессе свободного падения гранул, поверхностный слой гранулы имеет повышенную проницаемость для компонентов смеси ПАВ с пленкообразующим веществом, вследствие чего обработка гранул этой смесью приводит к созданию поверхностного слоя большей толщины и прочности. Выбор в этом интервале температуры нанесения определяется в каждом конкретном случае размерами и производительностью грануляционной башни. При температурах менее 80°С обработка не оказывает влияния на прочность гранул. При приближении температуры обрабатываемых гранул к температуре плавления карбамида (132°С) обработка становится нецелесообразной, так как при выбранном количестве модификатора пленка в этих условиях не образуется.

Для обработки гранул удобрений по предложенному способу, реализуемому в предложенной грануляционной башне, в составе водных модификаторов могут быть использованы самые различные, в частности, промышленные ПАВ - как ионогенные, например, щелочные или (алкил)аммонийные соли алкилсульфокислот или моноалкиловых (алкоксиалкиловых) эфиров серной кислоты, галогеноводородные соли аминов, соли тетраалкиламмония, так и неионогенные, например, различные эфиры олиго- и полиалкиленоксидов, а также смеси различных ПАВ и т.п. В качестве пленкообразующих веществ могут быть использованы самые различные, в частности, промышленные продукты, например аминоформальдегидные смолы (в частности, карбамидные и/или меламиновые), эпоксидные смолы, поливинилацетат (ПВА), животный клей, их смеси и т.п. Модификатор, используемый для обработки гранул по предложенному способу, вводят в грануляционную башню в достаточно малых количествах (0,01-0,16% от массы карбамида в пересчете на сухое вещество).

В зависимости от конкретных условий (конструктивные особенности и размеры грануляционной башни, климатические условия и т.п.) форсунки для впрыскивания водного модификатора могут располагаться непосредственно над аппаратом для охлаждения гранул либо на некотором расстоянии от него.

Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемым чертежом, на котором схематически изображены вертикальный и горизонтальный разрезы конкретного воплощения предложенной конструкции грануляционной башни. Грануляционная башня содержит корпус 1, разбрызгиватель расплава 2, направляющий конус 3, аппарат для охлаждения гранул в кипящем слое 4 с выпускной течкой 5, форсунки 6, расположенные между направляющим конусом и аппаратом для охлаждения гранул (либо форсунки 7, расположенные над направляющим конусом), воздухоотводы 8.

Сущность изобретения иллюстрируется также приведенными ниже примерами. Составы смесей, использованных для обработки гранул, приведены в массовых процентах.

ПРИМЕР 1. В грануляционную башню через разбрызгиватель 2 подают 30 т/ч расплава карбамида. В башню подают 400000 нм³/ч воздуха из окружающей среды с температурой 15°С и относительной влажностью 70%. При падении капель расплава в восходящем потоке воздуха они затвердевают и частично охлаждаются. Через форсунки 6 в башню впрыскивают 480 л/ч водного модификатора - 1%-ного водного раствора смеси алкилсульфата натрия и поливинилацетата (массовое соотношение ингредиентов в смеси 4:1; количество модификатора по отношению к карбамиду в пересчете на сухое вещество - 0,016%). Температура гранул в зоне расположения форсунок 95°С. Обработанные гранулы окончательно охлаждаются до температуры не выше 50°С в аппарате для охлаждения гранул в кипящем слое 4. Прочность гранул составляет 0,71 кгс/гранулу (испытание по ГОСТ 2081-92). Воздух из башни через воздухоотводы 8 поступает в систему очистки.

ПРИМЕР 2. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что концентрация раствора составляет 5% (количество модификатора по отношению к карбамиду в пересчете на сухое вещество - 0,08%). Прочность гранул составляет 0,80 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 3. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что концентрация раствора составляет 10% (количество модификатора по отношению к карбамиду в пересчете на сухое вещество - 0,16%). Прочность гранул составляет 0,96 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 4. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что в башню через форсунки 6 впрыскивают 480 л/ч водного модификатора - 5%-ного водного раствора смеси олигоалкиленоксида (полученного из С₇ -C₉ алканола и этиленоксида в мольном соотношении 1:2) и карбоксиметилцеллюлозы в массовом соотношении 1:1 (количество модификатора по отношению к карбамиду в пересчете на сухое вещество - 0,08%), температура воздуха составляет 0°С, а температура гранул в зоне расположения форсунок 80°С. Прочность гранул составляет 0,78 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 5. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что в башню через форсунки 7 впрыскивают 480 л/ч водного модификатора - 5%-ного водного раствора смеси гидрохлорида октадециламина и карбамидоформальдегидной смолы в массовом соотношении 1:1 (количество модификатора по отношению к карбамиду в пересчете на сухое вещество - 0,08%), температура воздуха составляет 20°С, а температура гранул в зоне расположения форсунок 110°С. Прочность гранул составляет 0,86 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 6 (сравнительный). Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что в башню через форсунки 6 впрыскивают 480 л/ч воды. Прочность гранул составляет 0,63 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 7 (сравнительный). Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что в башню не впрыскивают водный модификатор. Прочность гранул составляет 0,63 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 8 (сравнительный). Процесс проводят аналогично примеру 4 с тем отличием, что в башню через форсунки 6 впрыскивают 480 л/ч водного модификатора - 5%-ного водного раствора карбоксиметилцеллюлозы. Прочность гранул составляет 0,64 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 9 (сравнительный). Процесс проводят аналогично примеру 4 с тем отличием, что в башню через форсунки 6 впрыскивают 480 л/ч водного модификатора - 5%-ного водного раствора олигоалкиленоксида (полученного из С₇-C₉ алканола и этиленоксида в мольном соотношении 1:2). Прочность гранул составляет 0,64 кгс/гранулу.

ПРИМЕР 10 (сравнительный). Процесс проводят аналогично примеру 4 с тем отличием, что в башню впрыскивают 480 л/ч водного модификатора через форсунки, расположенные в верхней ее части. Температура гранул в зоне расположения форсунок 125°С. Прочность гранул составляет 0,65 кгс/гранулу.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить прочность гранул на 15-50%.