用于液体制粒特别是尿素制粒的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于液体制粒特别是尿素制粒的方法和装置
[0001]应用领域
[0002]本发明涉及用于液体制粒的方法和装置。优选应用的代表是尿素制粒。
现有技术
[0003]已知在尿素合成设备中，需要将液体尿素(常称为熔融尿素)转化为固体产物。
[0004]一种已知技术包括在流化床中制粒，其中有利地在床中通过适合的喷嘴喷洒液体尿素，所述床是由流态化空气流保持在流化床条件中的固态尿素颗粒形成。通过使沉积在颗粒本身表面的液体凝固逐步增加颗粒的尺寸。
[0005]然而，已知常规流化床制粒工艺不仅需要随时间供给液体尿素，还需要供给固相尿素。所述固相由起到凝固过程起始核心作用的晶种组成。
[0006]最常用的晶种生成方法包括在适当的筛选和研磨之后将部分成粒产物再循环，以提供晶种。还已知使用部分可用(available)液体生成所述晶种。这种解决方案包括例如通过合适的制片机生成固体小片形式的晶种，在制片机中，液滴沉积在长的冷却传送带上。然而，所有这些需要一系列额外的机器。具体而言，制片机非常大且十分昂贵。
[0007]用于将液体尿素转化为固体产物但与制粒不同的另一技术的代表是所谓的造粒(prilling)。在造粒法中，将所述液体尿素供给至多孔转篮，其在塔内部产生基本单分散的液滴流。所述液滴因重力而沿塔落下，通过逆流气流凝固，产生称为球粒(prill)的固体颗粒。不计统计偏差，所述单分散流液滴基本具有同一尺寸；由塔产生的固体球粒的尺寸相当于液滴的尺寸，即其是由所述篮的孔的尺寸决定。
[0008]已知造粒法易于产生不是非常令人满意的易碎产物。这是由于液滴的凝固过程在球粒中留下一定的孔隙率。所述易碎性可导致产品在运输、储藏等期间破碎，特别是如果所述产品是体状(bulk form)时。
[0009]由于上述理由，现有技术不太令人满意，并且有强烈的动机去寻找能克服这些限制的新方法。
[0010]以类似的方式，在其它液体例如硝酸铵、硫酸铵的制粒工艺中遇到已概述的关于尿素的问题。
【发明内容】
[0011]本发明提供用于液相制粒特别是尿素制粒的新方法和相关设备。本发明旨在将液体流例如熔融尿素转化为具有最优尺寸和物理特征的固体产物，从而克服现有技术的上述缺陷。
[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，其与凝固空气接触沿基本竖直的制粒通道下行运动，且在所述多分散流内，小尺寸液滴凝固产生固体颗粒，并且所述固体颗粒通过与其它液滴碰撞而生长。
[0013]术语多分散流指最初喷洒在空气中的液滴流包括直径在最小直径和最大直径之间的一定范围内变化的液滴。优选地，所述流包括可变直径在0.1mmdOO μπι)和约2.5mm之间，更优选地在0.2mm和2mm之间的液滴。
[0014]这种液滴流可例如由喷嘴阵列产生。所述喷嘴具有直径不同的孔口，从而产生所需的多分散流。
[0015]逐步凝固的所述液相液滴处于气力输送(pneumatic transportat1n)条件下。术语气力输送指所述液滴分散在空气中，不考虑液滴和空气之间的相对速度。例如，沿制粒通道的“真空度”与流化床相比大得多，即所述固相比在流化床中稀薄(rarefied)得多。穿过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]所述制粒通道基本从对应于液滴的进入区(admiss1n zone)的进口段延伸至运送固体产物的出口段。
[0017]供给至该过程的液相可视需要包含添加剂。例如可在熔融尿素制粒中提供添加剂的加入。
[0018]现将列出本发明的其它优选特征。
[0019]可以沿所述制粒通道通过透气壁供给至少部分空气。所述渗透壁至少限定所述通道的起始部分。
[0020]在一些实施方案中，将全部液相供给(full liquid phase supply)以所述多分散液滴流形式引入所述制粒通道的头段(即起始段)中。
[0021]在其它实施方案中，将所述液相供给的第一部分引入所述制粒通道的头段中，并将所述液相的剩余部分侧向引入所述通道的至少一个中间段中。这可用除了头喷嘴之外的侧喷嘴阵列来完成。
[0022]根据所需颗粒直径，沿所述通道侧向供给部分液相是适当的。一般而言，通过所述头喷嘴供给全部液相使得能获得高达特定最大直径的颗粒；对于较大直径，还应使用侧喷嘴。例如，在尿素制粒中，优选具有侧喷嘴以获得尺寸为约3mm或更大的颗粒。
[0023]在一些实施方案中，空气基本下行运动，因此空气和液滴基本上是同向流动。将所述液滴优选以比空气速度大的高速喷洒在所述制粒通道中。在一些优选实施方案中，将二次冷却空气流基本上引入所述制粒通道的终端部分。引入所述二次空气使得能改善所述制粒通道终端部分内的冷却，其中由于与液相的热交换，(被引入上游头段的)一次凝固空气有相对高的温度。
[0024]在其它实施方案中，空气基本上行运动，即相对于液滴流反向流动。更优选地，随着流从所述制粒通道下端截面进入，将大部分凝固空气引入所述制粒通道中，并且通过限定所述通道上部的多孔壁引入小部分所述凝固空气。
[0025]限定制粒通道的壁可以是圆柱形的(或多边形的)，即具有基本恒定的横截面，或是圆锥形的，即具有增大或减小的横截面。
[0026]在空气下行的实施方案中，所述壁优选是略微圆锥形的，且开口朝向底部，即所述壁的底部横截面比顶部横截面大。另一方面，在空气上行的实施方案中，优选基本圆锥形的壁(相比下行空气的情况，锥度角更大)，所述壁开口朝向顶部。
[0027]换言之，由壁形成的圆锥形根据空气流的方向(上行或下行)开口朝向顶部或底部。所述实施方案还应用于有多边形壁的变体。
[0028]可以以适合的条件(criteria)沿所述制粒通道供应空气。在一些实施方案中，可优选在凝固过程开始的接近于喷嘴的液体进入区附近供给更大量的空气。然后可沿所述制粒通道降低空气流速。在这种情况下，所述流速可按线性方式或按照不同规律降低。
[0029]另一优选方面包括再引入(再循环)细固体颗粒，可以用已知洗涤器(scrubber)处理的灰尘除外。术语细颗粒(fine particle)指在所述制粒通道末端没有达到所需最小尺寸(例如小于2mm)的颗粒。将所述细颗粒(技术文献中简称为细粒(fines))与较大颗粒分离，并再引入制粒通道中。优选地，通过气力输送再引入所述细粒。应注意，所述细粒的再循环是优选但可选的特征，因为其对于本发明的方法并不是必要的。
[0030]该尺寸的阈值取决于于所需产物。一般而言，由直径为至少2-2.5mm的颗粒给出最终产物。可以用筛进行颗粒与细颗粒之间的分离。
[0031]本发明的另一目的是如所附权利要求书所述的制粒装置。
[0032]所述制粒基本以下面的方式发生。多分散流内部的较小液滴(直径接近多分散流中的最小尺寸，例如几百微米)快速凝固，而较大液滴，由于与空气接触凝固减慢。由此形成的固体颗粒与属于多分散流的其它液滴(以非弹性方式)碰撞，所述其他液滴仍处于液态且一般尺寸较大，并以高速运动。在制粒通道中下行运动期间，固体颗粒例如嵌入较大液滴，其进而凝固，依此类推，获得颗粒。
[0033]应注意到所述制粒工艺是自维持的，无需从外部引入固体晶种，即无需外部供给固相且无需预制粒。
[0034]将所述细颗粒(灰尘除外)再引入制粒通道中，以通过与其它液滴接触而生长。因此，再引入所述制粒机的细颗粒易于扩大，形成较大尺寸的固体颗粒。单一颗粒可经过制粒通道中的几条通路，直到其形成至少所需最小尺寸的固体颗粒。
[0035]本发明的实质性优点是其不需要供给固体核心(晶种)，另一方面，供给固体核心(晶种)是在现有技术的制粒机包括有流化床的那些制粒机中发生。该方法通过仅供给(熔融的)液体和空气维持，所述液体和空气是该方法本身仅有的输入物。因此，用于产生晶种的大型昂贵设备(如制片机)不是必要的。此外，另一方面，该方法不会产生如在流化床中发生的过大尺寸的颗粒，且研磨设备也不是必要的。
[0036]用上行空气的实施方案通常允许实现更紧凑的装置。
[0037]在产品质量方面，本发明能获得具有高硬度和良好尺寸均匀性的颗粒。申请人已注意到，本发明的方法产生相比常规球粒尺寸较大，且硬度与由流化床方法产生的颗粒相同的固体颗粒。
[0038]现将参考一些示例性实施方案并借助附图来说明本发明的优点。
[0039]图1示意性示出根据本发明多个实施方案之一的实施制粒工艺的装置，其中空气在制粒通道内下行。
[0040]图2示出图2装置的变体，其中用侧喷嘴引入一部分液体。
[0041]图3示出另一可能实施方案的装置，其中空气在制粒通道内上行。
[0042]图4示出图3的变体，其中用侧喷嘴引入一部分液体。
[0043]图5示意性例示出由液滴多分散流形成固体颗粒的方法，如例如在图1-4中的装置中发生的。
[0044]图6和7为了比较，分别示出现有技术的通过制粒和造粒形成颗粒的方法。
[0045]详细说明
[0046]图1方案示出竖直的制粒机1，对其供给例如由熔融尿素组成的液相2和空气3。在该实施例中，液相2来自按照多种已知技术中的一种制造的尿素设备。根据所需产物，所述液相2可含有添加剂(如有必要)。
[0047]将液相2供给至头喷嘴4阵列，所述头喷嘴阵列在制粒机内进行喷洒，产生基本由顶部导向底部的高速多分散液滴流。在一些实施方案中，将其它头喷嘴5置于喷嘴4旁，用于细粒的再循环，如将在下文中描述的。
[0048]液滴射流(jet)沿着基本从制粒机I顶部延伸至由虚线7表示的出口截面的制粒通道6。应注意所述线7是虚线，并不对应于实体壁。在该实施例中，所述制粒通道由通过透气壁8界定的柱来表示。所述壁8的代表是例如金属丝布(metal wire cloth)或网格或多孔板或等同物。所述壁8优选是圆柱形或多边形或略微圆锥形。
[0049]首先将空气3供给壁8和外壁之间的环形间隙15，在附图中，