PL164999B1

PL164999B1 - Sposób zatezania roztworów mocznika PL

Info

Publication number: PL164999B1
Application number: PL91290012A
Authority: PL
Inventors: Franco Granelli
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1994-10-31
Also published as: US5273623A; PL290012A1; ATE100442T1; SA91110363B1; CN1043039C; IT9020129A0; AR246921A1; MX173474B; CA2040525C; IT9020129A1; CN1057453A; US5736003A; BG60583B1; EP0454227A1; DE69101022D1; DE69101022T2; RU1833373C; CA2040525A1; BG94302A; IT1240675B

Abstract

1. Sposób zatezania roztworów mocznika pod próznia az do otrzymania mocznika sto- pionego, którym ma byc zasilany koncowy etap granulacji lub prillingu, który to proces prowadzi sie w temperaturach zawartych w zakresie 134-144°C i pod cisnieniem nizszym niz 0,1 - 105Pa bezwzglednych, w urzadzeniu zatezajacym skladajacym sie z wymiennika ciepla, separatora i urzadzenia do skraplania pod próznia, znamienny tym, ze do fazy gazo- wej, która wytwarza sie w separatorze, wpro- wadza sie przegrzana pare wodna w ilosci 10- 100%, a korzystnie 20-50%, w odniesieniu do wagi samej fazy gazowej i w temperaturach w zakresie 140-160°C, a korzystnie 150°C, przy czym wymieniona przegrzana pare wodna podaje sie za pomoca dysz rozdzielacza, tak rozmieszczonych, ze wtryskiwana para wodna styka sie z górna czescia separatora i wytwarza obszar ochronny przed osadzaniem sie zanie- czyszczen. Urzad Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zatężania roztworów mocznika w procesie wytwarzania mocznika, a zwłaszcza końcowy etap zatężania produktu, w którym roztwór mocznika zatęża się aż do otrzymania prawie czystego, stopionego produktu, który nadaje się do wytwarzania stałego granulatu.

Wszystkie obecnie stosowane przemysłowe procesy wytwarzania mocznika bazują na bezpośredniej syntezie amoniaku i dwutlenku węgla, zgodnie z poniższym równaniem:

2NH3 + CO₂ = CO (NH₂)₂ + H₂O i prowadzą do otrzymania wodnego roztworu mocznika o stężeniu około 75% wag.

W rzeczywistości proces ten jest bardziej złożony w tym, że składa się z wielu reakcji równowagi następujących wzajemnie po sobie, które wymagają rozdzielenia i powrotnych obiegów w celu osiągnięcia ściśle określonej, całkowitej przemiany reagentów, zgodnie z powyżej podanym równaniem.

Otrzymany w urządzeniach przemysłowych roztwór zawiera jeszcze niewielkie ilości amoniaku i dwutlenku węgla, które nie przereagowafy w mocznik oraz nie zwrócono ich do obiegu do etapów pośrednich tego procesu.

W wielu zastosowaniach, mocznik jest zasadniczo pożądany w postaci stałej, składający się w przeważającej mierze z kulistych granulek o różnych wymiarach, w zależności od przeznaczenia produktu i jego zastosowania. Otrzymuje się go drogą granulacji przez stopienie (prilling), lub drogą granulacji przez tabletkowanie (pelletki). Te procesy przetwórcze muszą być zasilane stopionym mocznikiem o stężeniu 99,5-99,8% wag. w przypadku „prillingu i o stężeniu, które może być nawet wyższe w przypadku obróbki drogą granulacji.

Zgodnie ze znanymi sposobami, taki etap zatężania prowadzi się wewnątrz wyparek próżniowych, w których roztwór o zawartości około 75% mocznika zatęża się aż do otrzymania 99,5-99,8% stopionego mocznika.

W większości nowych procesów, wymagania oszczędności energetycznych powodują, że końcowy etap zatężania dzieli się na dwa etapy prowadzone pod zmniejszonym ciśnieniem, przy

164 999 czym pierwszy etap prowadzi się przy podciśnieniu atmosferycznym (wykazującym 0,250,5- i0⁵Pa bezwzględnych) aż do uzyskania stężeń produktu, które są wyższe od 90% wag. korzystnie 92-96% wag., bez znacznego zużycia energii dla wytworzenia podciśnienia, podczas gdy drugi etap, w którym zwiększa się stężenie produktu aż do 99.5-99,8% wag. mocznika, prowadzi się pod wysoką próżnią, ze zużyciem energii tylko w celu usunięcia pozostałości wody.

Procesy technologiczne zatężania prowadzi się w temperaturach wyższych niż temperatura krzepnięcia mocznika, zwłaszcza gdy zawartość wody w moczniku jest na tyle niska, że nie powoduje już znaczącego rozpuszczania.

Podczas operacji technologicznych końcowego zatężania, a zwłaszcza w ostatniej wyparce w procesie dwuetapowym zatężenia zachodzi zjawisko osadzania się zanieczyszczeń w górnej części wyparki.

Osadzanie to prowadzi do tworzenia skorupy, która gromadzi się w czasie i wymaga okresowego usuwania takich powłok w celu zapobiegania pogarszania jakości produktu oraz wydajności urządzenia. Te zaprogramowane zabiegi techniczne zapobiegają przypadkowym postojom spowodowanym zatykaniem się przewodów przez spadające kawałki osadów o niskiej rozpuszczalności i trudnościom z wyładowaniem produktu.

Zjawisko tworzenia się takich osadów jest bardzo złożone i przebiega według raczej nieznanych reakcji i kinetyki. Przypisuje się to w każdym razie faktowi, że podczas końcowego etapu zatężania, w fazie gazowej, która znajduje się wewnątrz wyparki, zawarte są obok szczątkowej ilości pary wodnej, amoniaku i dwutlenku węgla oraz innych składników lotnych pochodzących z rozkładu mocznika, również zawieszone cząstki stopionego mocznika. Ilość ich jest mała, ale nie są one bez znaczenia w dłuższym okresie czasu.

Tworzenie się osadu w górnej części wyparki spowodowane przez fazę gazową, przypisuje się związkom zawartym w wymienionej fazie gazowej. W rezultacie osady takie tworzą się z mocznika i biuretu, które to związki są rozpuszczalne w wodzie, również ze związków o dłuższym łańcuchu, takich jak triuet i jego wyższych homologów, oraz tych które tworzą się przez kondensację mocznika, oraz innych związków, takich jak kwas cyjanurowy.

Uważa się, że powyższym reakcjom, które przebiegają na górnych ściankach wyparki w osadzonych cząstkach mocznika, sprzyja niskie ciśnienie i względnie wysoka temperatura.

Takie zjawiska są ilościowo do pominięcia w odniesieniu do wydajności procesu, ponieważ przebiegają one bardzo powoli. W dłuższym okresie czasu powodują jednak osadzanie się zanieczyszczeń na ściankach górnej części wyparki. Osady te są bardzo trudne do usunięcia i praktycznie bezużyteczne.,

Wymienione związki wykazują wysokie temperatury topnienia w porównaniu z mocznikiem (i 32°C); biuret topi się w temperaturze i 90°C, a triuret w 23i°C. Ich rozpuszczalność w wodzie jest bardzo mała i .w celu usunięcia tych osadów pozostaje jedynie czyszczenie mechaniczne, które należy prowadzić podczas zatrzymania urządzenia.

Sposób według wynalazku polega na prowadzeniu procesu zatężania roztworów mocznika pod próżnią, przy czym roztwory te już mają duże stężenie, aż do otrzymania stopionego mocznika o zawartości 99,5-99,8% mocznika, bez tworzenia się żadnych nierozpuszczalnych osadów w urządzeniach do zatężania.

Zgodnie z wynalazkiem, sposób ten polega na tym, że końcowy etap zatężania pod próżnią prowadzi się wtryskując do górnej części zatężacza, wypełnionego mieszaniną gazów wprowadza się parę wodną, która wewnątrz rozpręża się i przegrzewa, zmieniając stosunek wagowy między fazą gazową i stopionym mocznikiem.

Podawanie przegrzanej pary wodnej prowadzi się w sposób ciągły lub periodyczny, a ilość pary wodnej wynosi i 0-100% wag., korzystnie 20-50% w stosunku do ciężaru fazy gazowej powstającej w procesie zatężania, przy czym przegrzaną parę wodną o temperaturze I40-I60°C, korzystnie i50°C podaje się za pomocą dysz rozdzielacza tak rozmieszczonych, że wtryskiwana para wodna styka się z górną częścią separatora i tworzy obszar chroniony przed osadzaniem się zanieczyszczeń.

W celu zilustrowania charakterystycznych cech i zalet sposobu według wynalazku, sposób ten będzie opisany w odniesieniu do typowego, praktycznego wykonania przedstawionego na rysunku, bez ograniczania jego zakresu.

164 999

Roztwór mocznika, zatężony pod ciśnieniem atmosferycznym do zawartości 92-96%, wprowadza się przewodem 1 do wymiennika ciepła 2, typu płaszczowo-rurowego, w którym ogrzewa się do temperatury zasadniczej wyższej niż temperatura krystalizacji mocznika, na ogół 134-144°C.

Ciśnienie wewnątrz wymiennika 2 utrzymuje się w zakresie 0,002 • 10⁵ do 0,1 • 10⁵ Pa bezwzględnych, za pomocą generatorów próżni, zwykle wielostopniowych strumienie parowych, połączonych z separatorem.

Wewnątrz pęku rur wymiennika 2 tworzą się dwie fazy: faza ciekła, składająca się ze stopionego mocznika o zawartości 99,5-99,8% wag. mocznika i rozproszonej fazy gazowej składającej się z pary wodnej i niewielkich ilości amoniaku, dwutlenku węgla i innych związków lotnych pochodzących z rozkładu mocznika. Potrzebne ciepło doprowadza się w postaci zasilania parą wodną wprowadzaną do płaszczowej strony wymiennika ciepła rurą 3 i odprowadza w postaci kondensatu rurą 4.

Zmieszaną fazę gaz - ciecz, wytworzoną wewnątrz pęku rur wymiennika ciepła 2, wprowadza się rurą 5 do separatora 6 o kształcie cylindrycznym, w którym następuje rozdzielenie się dwóch faz. Zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku, fazę gazową wprowadza się stycznie do wewnętrznej powierzchni cylindrycznej powierzchni separatora, tak aby wykorzystać działanie efektu odśrodkowego spowodowanego różnicą gęstości obu faz, w celu skierowania fazy gazowej w kierunku dośrodkowym - cecha charakterystyczna seperatora cyklonowego - przy prędkości względnej pomiędzy dwiema fazami, która jest dużo mniejsza niż można oczekiwać w drodze przeprowadzenia obliczeń na podstawie pola powierzchni przekroju poprzecznego separatora i przy działaniu polegającym na czysto dynamicznym porywaniu zawieszonych cząstek mocznika -który to skutek staje się decydującym czynnikiem współczynnika osadzania się - dzięki czemu zostaje zmniejszony. Dolna część separatora 6 ma dno stożkowe o kącie ostrym, w celu ograniczenia czasu przebywania stopionego mocznika i porywania zawieszonych cząstek mocznika do góry. Z dna separatora 6 stopiony mocznik przesyła się za pomocą rury 7 do stadium zestalania do poszczególnych postaci, prillingu lub granulowania.

Z drugiej strony oddzielona faza gazowa jest bocznie odprowadzana z górnej części separatora 6 za pomocą rury 8 i przysyłana jest do typowego urządzenia kondensującego. co nie jest uwidocznione na rysunku. Typowo, urządzenie to może składać się z wielu strumienic parowych, zainstalowanych kaskadowo z odpowiednimi kondensatorami.

Częścią separatora 6, której dotyczy obrastanie zanieczyszczeniami, jest w zasadzie góra kulistego szczytu i jego przyległe ściany cylindryczne. Zgodnie z wynalazkiem przegrzaną parę wodną, wtryskuje się do górnej części separatora 6 za pomocą rury 9, a rozprowadza się za pomocą dysz, które bezpośrednio tryskają strumieniem, w kierunku ścian kulistego sufitu i ścian do niego przyległych. Zgodnie z typowym, praktycznym wykonaniem wynalazku, dysze 10 są zamontowane na pierścieniowym rozdzielaczu 11, tak więc wtrysk pary jest zarówno osiowy jak i promieniowy w założonym obszarze, który to obszar chroniony jest przed powstawaniem osadów zanieczyszczeń.

Liczba dysz może być zawarta w zakresie od 6 do 24, korzystnie od 8 do 16 i może również być podzielona na wiele rozdzielaczy.

Zasilanie parą wodną przez rurę 9 jest sterowane zaworem 12, za pomocą regulatora czasowego 13 i może zachodzić w sposób ciągły lub w sposób nieciągły. W rzeczywistości stwierdzono, że działanie ochronne przeciw osadzaniu się zanieczyszczeń jest skuteczne nawet gdy parę wodną wtryskuje się w sposób nieciągły do naczynia separatora 6.

Zasadniczo, nieciągły wtrysk jest wygodniejszy do zastosowania w przypadku już istniejących urządzeń, które poddawane są modyfikacji i w których jest odpowiednia pojemność już istniejących urządzeń próżniowych, kondensujących i wytwornic próżni, podczas gdy w nowych urządzeniach instalowany jest ciągły wtrysk, który nie powoduje wahań w eksploatacji urządzeń wytwarzających próżnię i skraplaczy zamontowanych w ciągu separatora 6, oraz jest on łatwiejszy do stosowania.

164 999

Przykład . W istniejącym urządzeniu do wytwarzania mocznika o dziennej zdolności produkcyjnej 1000 ton, szybkość przepływu roztworu mocznika zasilającego końcowy etap zatężania była następująca:

— mocznik 41 717 kg/h, — amoniak 9 kg/h, — dwutlenek węgla 4 kg/h, — woda 2 650 kg/h,

Etap zatężenia prowadzono w temperaturze 138°C i pod ciśnieniem 0,03 • 10⁵Pa bezwzględnego oraz początkową stopioną masą mocznika zawierającą 41 620 kg/h mocznika i 104 kg/h wody; faza gazowa, która się wytworzyła zawierała:

— mocznik rozłożony i porwany 97 kg/h, — amoniak 9 kg/h, — dwutlenek węgla 4 kg/h, — woda 2 546 kg/h,

W tej sekcji zatężania, ma miejsce znaczne osadzanie się zanieczyszczeń w górnej części separatora. Osady usuwano za pomocą mycia wodą co trzy tygodnie i mechanicznego czyszczenia raz do roku.

Urządzenie to zmodyfikowano w celu wtryskiwania pary wodnej za pomocą pierścieniowego rozdzielacza wyposażonego w 8 dysz w górnej części separatora 6, jak to przedstawiono na załączonym rysunku.

Podczas około jednorocznej produkcji, w okresie między dwoma corocznymi przeglądami, podawano parę wodną w temperaturze 150°C z szybkością 450 kg/h.

Zasilanie parą wodną prowadzono okresowo tj. wprowadzano ją co dwie godziny, przez okres około 10 min., za pomocą regulatora czasowego 13.

Po 1- roku działania, w czasie wykonywania rutynowego przeglądu zauważono, że osadzanie zanieczyszczeń było zmniejszone o około 90% w porównaniu do poprzednich przebiegów, prowadonych bez wtrysku pary wodnej.

JO

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zatężania roztworów mocznika pod próżnią aż do otrzymania mocznika stopionego, którym ma być zasilany końcowy etap granulacji lub prillingu, który to proces prowadzi się w temperaturach zawartych w zakresie 134-144°C i pod ciśnieniem niższym niż 0,1 · 10⁵Pa bezwzględnych, w urządzeniu zatężającym składającym się z wymiennika ciepła, separatora i urządzenia do skraplania pod próżnią, znamienny tym, że do fazy gazowej, która wytwarza się w separatorze, wprowadza się przegrzaną parę wodną w ilości 10-100%, a korzystnie 20-50%, w odniesieniu do wagi samej fazy gazowej i w temperaturach w zakresie 140-160°C, a korzystnie 150°C, przy czym wymienioną przegrzaną parę wodną podaje się za pomocą dysz rozdzielacza, tak rozmieszczonych, że wtryskiwana para wodna styka się z górną częścią separatora i wytwarza obszar ochronny przed osadzaniem się zanieczyszczeń.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zasilanie parą wodną prowadzi się w sposób ciągły.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zasilanie parą wodną prowadzi się w sposób periodyczny.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przegrzaną parę wodną rozdziela się za pomocą wielu dysz, których liczba zawarta jest w zakresie 6-24, a korzystnie 8-16, rozmieszczonych w jednym lub wielu rozdzielaczach umieszczonych w górnej przestrzeni separatora w pobliżu jego szczytu.