生产硫酸铵晶体的方法和装置的制造方法
【专利说明】生产硫酸铵晶体的方法和装置
[0001 ] 本发明涉及制备硫酸铵晶体的方法。
[0002] 硫酸铵可用作肥料，例如用于农业、园艺或林业中。其通常作为结晶的材料来被施 用。根据晶体尺寸，将用于该用途的硫酸铵晶体进行分类。通常，大的晶体更易于处理。此 外，具有相对大的平均晶体尺寸、具有一定尺寸分布的晶体可以被用于商业上有价值的肥 料掺合物中，并因此比小的晶体在经济上更具有价值。然而，对与不同的应用，生产不同等 级的硫酸铵是期望的。
[0003] 硫酸铵晶体可以通过如下步骤获得：将硫酸铵溶液进行结晶并将得到的硫酸铵晶 体的浆料进行尺寸分类步骤。作为进一步用途的产品、具体地用作肥料的产品，大晶体通常 是期望的。
[0004] 通过蒸发的结晶典型地包含热量输入，以蒸发溶剂和浓缩剩余的溶液。为了降低 在从含水的氯化钠溶液生产氯化钠晶体中蒸发结晶所需的蒸汽消耗，例如，通常关于热量 输入集成一系列结晶器（参见，例如 I. Krist jansson，Geothermics, 21 (1992);第 765-771 页）。这通常通过在高温下传递蒸汽进入系列中的第一结晶器来进行。由此产生的较低温 度的蒸汽被用于加热下一个结晶器，以此类推。这表示：在递减的温度下操作一系列结晶 器。为这种加热布置优化结晶器的尺寸和条件。GB748572描述了用于多级蒸发盐沉积液 体的方法，以避免阻塞（fouling)。然而，没有描述除了盐溶液或纤维素废液之外的具体产 物。
[0005] W02009/077346描述了通过使用洗涤浓缩机（thickener)从具有期望尺寸的晶体 的悬浮物中分离硫酸铵细料的方法。从其中分离晶体的溶液被用于洗涤浓缩机中。
[0006] 在蒸发结晶器的常规操作中，杂质在溶液中被浓缩。因此，应用净化，其中从结晶 器中连续地或周期性地排出溶液。在常规的结晶工段系列中，每个结晶工段在相同的杂质 浓度下运行。因为所产生晶体的杂质与从中生长晶体的溶液的纯度成比例，所以来自系列 中每个结晶工段的产物晶体含有相同水平的杂质。
[0007] DE4314281C1描述了多级蒸发来自己内酰胺生产的含水硫酸铵溶液，其包含再循 环母液。
[0008] 然而，对于不同的应用，生产较高纯度等级的结晶产品是期望的。较高纯度的产品 在经济上更有价值。本发明的发明人已发现增加通过结晶工段产生的大部分晶体的纯度的 方法。特别地，他们已发现：通过引入一种系统，结晶工段系列中的平均杂质浓度会降低，在 该系统中从系列中的一个结晶工段至系列中的另一结晶工段净化硫酸铵溶液。此外，可安 排净化系统以使来自除一个以外的所有结晶工段的产物晶体的纯度远高于现有技术的纯 度。本发明的额外优点为：具有高纯度的硫酸铵晶体的结晶产率高于现有技术的产率。此 外，之前提及的多个优点可被组合。
[0009] 因此，本发明提供生产硫酸铵晶体的连续方法，其中所述方法包含：
[0010] i)向一系列结晶工段供给硫酸铵溶液，所述结晶工段被串联热集成；
[0011] ii)从所述硫酸铵溶液结晶硫酸铵晶体；
[0012] iii)从每个所述结晶工段净化一部分所述硫酸铵溶液；
[0013] iv)从每个所述结晶工段排出硫酸铵晶体，
[0014] 其特征在于：
[0015] -部分所述硫酸铵溶液被从至少一个结晶工段净化（purge)到至少一个其它结 晶工段。
[0016] 本发明还提供适合生产硫酸铵晶体的装置，所述装置包含：
[0017] i) -系列具有实质相等的硫酸铵晶体生产容量的结晶工段，其被配置为关于蒸汽 而被热集成的；
[0018] ii)串联集成所述结晶工段的蒸汽供应系统；
[0019] iii)硫酸铵溶液供料；和
[0020] iv)移除硫酸铵晶体的系统；
[0021] 其特征在于：
[0022] 通过净化线将至少一个结晶工段与所述系列中的另一个结晶工段连接。
[0023] 当在本文中使用时，如本领域技术人员所知，硫酸铵晶体包含可能存在的杂质。
[0024] 结晶工段包含接收硫酸铵溶液和排出硫酸铵晶体所必需的所有设备。在其最简单 的形式中，这表示结晶器和分离单元。
[0025] 一系列结晶工段（所述结晶工段被串联热集成）表示：热被施用于在系列一端的 结晶工段；然后，热被直接或间接转移至系列中的下一个结晶工段；以此类推直至系列中 的最后一个结晶工段。以这种方式，使用单一的外部热源来加热系列中的所有结晶单元，但 仅直接施用于第一结晶单元。
[0026] "净化一部分（所述）硫酸铵溶液"表示：从结晶工段排出一部分硫酸铵溶液。净 化的目的是降低硫酸铵溶液中的杂质含量，从而也降低结晶的硫酸铵的杂质含量。
[0027] 硫酸铵溶液仅由溶剂、杂质和（纯净的）硫酸铵组成。硫酸铵晶体仅由杂质和（纯 净的）硫酸铵组成。
[0028] 分离系数是硫酸铵溶液（母液）中杂质的量和从所述溶液形成的硫酸铵晶体中掺 入的杂质的量之间的比率。基于质量基础测量二者。分离系数（S)被定义为：
[0029] S = [ (m細) Am細溶液+m_铵溶液)]/ [ (m細晶体)Am細晶体+m_铵晶体)]，
[0030] 其中
[0031] Ikg硫酸按溶液中的杂质质量
[0032] m硫酸铵= Ikg硫酸按溶液中的纯净硫酸按质量
[0033] 1%质s#= Ikg硫酸铵晶体中的杂质质量
[0034] s#= Ikg硫酸按晶体中的纯净硫酸按质量。
[0035] 例如，对于分离系数为1000的系统，晶体的杂质含量是由其形成晶体的溶液的杂 质含量的0.1%。因此，在蒸发结晶期间，溶液的杂质含量增加。净化被用来排出具有高杂 质含量的溶液。净化可以是连续的或间歇性的。
[0036] 本发明的装置包含结晶工段，所述结晶工段被配置为关于蒸汽而被热集成的。这 表示：蒸汽是热源，且结晶工段系列包含必需的管道系统，热能够通过蒸汽输入被传递至系 列中的第一结晶工段，且热贯穿所述系列传递，如上所述。因此，系列中连续结晶工段的温 度越来越低。因此，存在蒸汽供应的温度递减的方向：从系列中的第一结晶工段至最后一个 结晶工段。
[0037] 根据本发明的硫酸铵溶液的净化物典型地到达系列中的下一个结晶工段。例外 是：来自最终结晶工段的净化物从系列中排出。
[0038] 当在本文中使用时，术语"实质相等的硫酸铵晶体生产容量"表示：结晶工段之间 的生产容量典型地偏离少于10%。优选地，它少于5%;更优选地少于2%。生产容量典型 地被测量为单位时间内产生的产品的质量。例如，以千克/小时或千吨/年（kta)计。
[0039] 浓缩系数是进入结晶工段的液体流与离开该结晶工段的液流之间的比率。浓缩系 数被定义为：进入结晶单元的硫酸铵溶液的质量/离开结晶工段的硫酸铵溶液的质量。例 如，如果进入结晶工段A的新鲜硫酸铵溶液供料等于X kg/s ;从另一结晶工段被净化并进 入结晶工段A的硫酸铵溶液供料等于y kg/s，离开结晶工段A的硫酸铵溶液净化物等于z kg/s，那么浓缩系数为（x+y)/z。
[0040] 典型地，通过蒸汽来热集成结晶工段。蒸汽作为化工生产设施上的热源是易于获 得的。
[0041] 典型地，如通过递减的蒸汽供应温度所限定，一部分所述硫酸铵溶液被从系列中 的每个结晶工段净化至系列中的下一个结晶单元，例外是：来自系列中最终结晶工段的净 化物从系列中排出。以所述方式，除了系列中的最终结晶工段外，避免了每个结晶工段中杂 质累积。典型地，在每个结晶工段中，杂质浓度将低于无净化耦合的现有技术系统中的杂质 浓度，除了最终结晶工段，其中杂质将被浓缩。
[0042] 其中硫酸铵溶液被净化到系列中的下一个结晶工段的系统表示：杂质在系列中的 最后一个结晶工段被浓缩。因此，产生的晶体可被进一步加工为特别纯净的产物和较不纯 净的产物。或者，可合并产物以产生平均上比无净化耦合的系统更纯净的产物。
[0043] 对于任何给出的结晶工段系列，优选地，每个结晶工段具有相同的尺寸和类型，因 为投入成本较低。典型地，每个结晶工段具有实质相等的硫酸铵晶体生产容量。生产容量 很重要，因为使用的来自一个实施（effect)的蒸汽被用于下一个实施，如Kristjansson在 Geothermics 21 (1992)765-771 中所述。
[0044] 具有实质相等的生产容量的另一个优点是：设备可被标准化。结晶器和分离单元 (例如离心机和过滤器）优选地分别各自具有相同类型。
[0045] 原则上，系列中可使用任何数目的结晶工段。然而，典型地，系列包含2-4个结晶 工段。典型地，每个结晶工段包含奥斯陆型（Oslo-type)结