改造特別在合成尿素的設(shè)備中包括造粒塔的造粒工段的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改造特別用于尿素合成設(shè)備的包含造粒塔的造粒工段的方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]許多尿素合成設(shè)備包含用于將通過設(shè)備合成的液體尿素(稱為尿素熔體)轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)品的精加工部分(finishing sect1n)。用于此目的的一種已知技術(shù)包括造粒?；旧?，造粒包括在塔內(nèi)部用逆流冷卻空氣來冷卻和固化液滴。通過與空氣接觸的作用，液滴固化產(chǎn)生被稱為小球(prills)的固體顆粒。
[0003]造粒塔包括由鋼筋混凝土制成的外部結(jié)構(gòu)，其具有圓形或矩形截面。用于液體尿素的分配裝置被放置在塔頂，其可包括旋轉(zhuǎn)的多孔籃(perforated basket)，或者更簡單地是一些噴頭。冷卻空氣通過天然或強(qiáng)制通風(fēng)從底部向上流入塔內(nèi)部。
[0004]然而，已經(jīng)知道，使用這種技術(shù)獲得的固體產(chǎn)品的機(jī)械特性并不令人完全滿意。該小球具有一定的孔隙率，這使其易碎，并在運(yùn)輸、儲存等過程中可能導(dǎo)致產(chǎn)品破碎。此外，即使使用大塔，該小球的最大直徑一般也不超過2mm。
[0005]這類問題是由冷卻過程的本質(zhì)所引起的。在塔內(nèi)部，產(chǎn)生了實質(zhì)上單分散的液滴流，其中液滴基本上具有由噴淋裝置例如多孔籃的孔設(shè)置的相同尺寸(除了統(tǒng)計偏差)。在與空氣逆流下落的作用下，從外部到內(nèi)部進(jìn)行液滴的固化；結(jié)果，固體趨向于多孔。
[0006]同樣已知，通過流化床造粒法的方式可以獲得具有良好機(jī)械特性的固體產(chǎn)品，這是造粒的一種替代方法。然而，在本來裝備有造粒塔的設(shè)備中，造粒工段(替換塔)的安裝會涉及高成本，并將需要將塔拆除或棄之不用。所有這些都不是有利的。應(yīng)當(dāng)指出的是，造粒塔是一個龐大且昂貴的項目；通常，尿素設(shè)備的塔具有幾十米的高度(甚至高達(dá)100米)和10-20米的直徑，且對于自然通風(fēng)塔來說甚至更大。
[0007]這種問題仍然沒有解決，并且在以液態(tài)生產(chǎn)并需要轉(zhuǎn)化為固體形式以用于銷售的其它物質(zhì)例如硝酸銨、硫酸銨的處理中，同樣會出現(xiàn)在尿素領(lǐng)域中出現(xiàn)的類似問題。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本發(fā)明提出了用于改造現(xiàn)有的基于造粒塔的造粒工段(prilling sect1n)的方法，以便獲得具有好得多的特性的產(chǎn)品。改造后，塔基本上執(zhí)行新的?；^程，不再造粒，且能夠產(chǎn)生與可用常規(guī)流化床制粒機(jī)獲得的顆粒特性相似的顆粒。因此，本發(fā)明旨在利用現(xiàn)有的塔改善在基于造粒塔的精加工部分中獲得的固體產(chǎn)品的品質(zhì)，特別是在尿素領(lǐng)域中。
[0010]本發(fā)明的目的是通過用于改造包括將液體轉(zhuǎn)化成固體產(chǎn)品的造粒塔的造粒工段的方法來實現(xiàn)的，該方法包括至少以下步驟:
[0011]a)移除起初在塔中提供的用于噴淋所述液體的裝置；
[0012]b)在所述塔的外殼(casing)內(nèi)部制造管狀或基本上管狀的垂直壁，所述壁至少上部可透過空氣，且所述壁在所述塔的內(nèi)部限定出垂直通道；
[0013]c)在所述塔的頂部安裝一組新噴嘴，所述噴嘴適于在通過所述塔內(nèi)安裝的所述壁限定出的所述通道內(nèi)產(chǎn)生作下降運(yùn)動的多分散液滴流；
[0014]d)提供用于將可用的液相供給至所述噴嘴的裝置；
[0015]e)提供用于在所述塔的所述外殼和所述壁之間或所述外殼和所述壁自身可透過空氣的部分之間限定的間隙中分配固化空氣的裝置。
[0016]在塔內(nèi)新安裝的上述壁在下文中稱為可透過壁(permeable wall)。應(yīng)當(dāng)注意，在一些實施方案中，所述壁僅上部實際上可透過空氣。為了獲得透氣性，可以使用例如穿孔金屬板或金屬柵板，或在EP2014356中描述的“開槽(slotted) ”壁技術(shù)。
[0017]所述管狀或基本上管狀的壁應(yīng)被理解為圓柱形或多邊形表面。在一些實施方案中，所述壁略微偏斜(diverge)，即橫截面從頂部到底部或從底部到頂部增大。在一個逆流的實施方案中，壁優(yōu)選從底部到頂部偏斜。壁更優(yōu)選以小于10°，甚至更優(yōu)選以小于5°的張角偏斜。
[0018]所述可透過壁的橫截面位于垂直于所述塔的垂直軸的平面內(nèi)，其為圓形(圓柱形表面)或更優(yōu)選為多邊形(多邊形表面)。出于構(gòu)造上的原因，多邊形形狀是優(yōu)選的，因為它允許用一系列可被直接裝配到塔內(nèi)部的板或平的金屬片來實現(xiàn)壁。例如，一種制造可透過壁的方法實質(zhì)上包括下列步驟:
[0019]-制造安裝到所述塔的所述外殼(外殼)上的支撐結(jié)構(gòu)；
[0020]-在所述結(jié)構(gòu)上安裝一系列垂直梁；
[0021]-在所述垂直梁上安裝一系列基本上平的元件，由此形成所述可透過壁自身。
[0022]支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選為桁架結(jié)構(gòu)(truss structure)，其配有合適的支柱(strut)以支撐可透過壁的重量并支撐相對于銷定壁(anchoring wall)的懸垂部分。塔的外殼通常由鋼筋混凝土制成，且支撐結(jié)構(gòu)的安裝可以用銷或適于向鋼筋混凝土壁錨定鋼梁的等效裝置來進(jìn)行。
[0023]能夠產(chǎn)生多分散流的新噴嘴被安裝在塔的頂部，代替原來用于噴淋液體(例如造粒籃)的裝置。所述改造方法可以包括在塔內(nèi)部制造適用于支撐噴嘴的頂部結(jié)構(gòu)；在一些實施方案中，所述結(jié)構(gòu)必須可透過氣體(例如網(wǎng)狀)以允許從頂部抽取空氣。在一個可能的實施方案中，例如，提供一個梁件(beamwork)，并將其安裝到塔的現(xiàn)有平板(slab)上，用于支撐噴嘴和液體的供給管。
[0024]由此改造的造粒塔使固化過程完全不同于原來的造粒過程。所述固化過程基本上是在由新的可透過壁所限定出的通道內(nèi)發(fā)生的?；^程。因此，所述通道也可以被稱為?；ǖ?。
[0025]由新噴嘴產(chǎn)生的多分散液滴流隨著下降運(yùn)動進(jìn)入粒化通道并與從多孔壁中(至少部分地)出現(xiàn)的固化空氣接觸。由于質(zhì)量小，多分散流內(nèi)的最小液滴(具有接近多分散流的最小尺寸的直徑，例如幾百微米)迅速固化，且相對于更大的液滴而言，其通過與空氣的接觸而減速。由此形成的固體粒子與屬于多分散流的仍為液態(tài)且通常尺寸更大并由高速推動的其它液滴(以非彈性的方式)碰撞。粒化通道內(nèi)的固體粒子例如被更大的液滴并入，接著固化，由此獲得顆粒。應(yīng)當(dāng)指出的是，?；^程能夠自給(self-support)，而不需要從外部引入固體材料(種子)，且不需要預(yù)造粒。
[0026]優(yōu)選的是，多分散流包含的液滴的可變直徑在0.1mm(10ym)和約2.5mm之間，且更優(yōu)選在0.2_和2_之間。新安裝的噴嘴適于產(chǎn)生所述多分散流。為了達(dá)到這個目的，新安裝的噴嘴具有多個孔(orifice)優(yōu)選包括差異化直徑的孔，以便使其能產(chǎn)生所需的多分散流。噴嘴優(yōu)選包括0.1mm到2.5mm范圍內(nèi)的各種直徑的孔。
[0027]下面描述一些變化的實施方案。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案，可以提供供氣裝置，以便在?；ǖ纼?nèi)產(chǎn)生相對于液滴下降流的順流或逆流的氣流。
[0029]順流實施方案一般更容易實現(xiàn)；然而，對于給定的塔尺寸和其它條件，逆流操作允許增加液體在?；ǖ纼?nèi)的停留時間。因此，當(dāng)要改進(jìn)的塔相對較小，例如為約50米高的強(qiáng)制通風(fēng)塔時，逆流的實施方案可能是優(yōu)選的；反之亦然，當(dāng)可使用大塔例如塔高約10m時，順流的實施方案可能是優(yōu)選的。根據(jù)情況，需要對塔進(jìn)行修改，例如在外殼上的開口通道，用于從塔的底部或頂部抽取空氣的裝置等，這些可由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行確定。
[0030]本發(fā)明的一個選項包括在可透過壁的底部安裝一連串側(cè)噴嘴。這些側(cè)噴嘴允許在通道的第一(上面)部分中用實質(zhì)上常規(guī)的造粒過程產(chǎn)生的固體產(chǎn)品的生長。安裝這些側(cè)噴嘴有利于獲得大直徑(例如>3_)顆粒。在其他實施方案中，可以提供額外的常規(guī)類型的外部造粒機(jī)，例如流化床。選擇安裝側(cè)噴嘴或可能的外部造粒機(jī)，本質(zhì)上取決于可利用的塔的高度和所需的顆粒尺寸。
[0031]在塔內(nèi)形成的固體產(chǎn)品的篩分通過安裝在塔自身底部或塔外部的合適的篩子來進(jìn)行。
[0032]在一些優(yōu)選的實施方案中，所述方法還包括優(yōu)選在?；ǖ辣旧砟┒瞬糠种邪惭b用于向該通道內(nèi)引入二次冷卻空氣的裝置。所述二次空氣與一次空氣混合，使其可以改善?；窂轿膊恐械睦鋮s，其中主要固化空氣(上行引入)由于與液相的熱交換，因此伴隨有相對較高的溫度。
[0033]如果氣流是順流，則可透過壁可以是圓柱形(限定出具有恒定截面的面積)或略微圓錐形。如果所述流為逆流，則壁有利地為截面從底部向上增大的圓錐形。
[0034]當(dāng)側(cè)噴嘴未安裝時，穿過可透過壁的空氣的自由流出橫截面(例如組成壁的穿孔金屬板的孔的總橫截面)優(yōu)選從底部向上增大。
[0035]在逆流的實施方案中，離開通道上部的空氣必須被輸送到安置在地平面的洗滌器。為此，可以在塔的外部或內(nèi)部安裝下行管道(下降管)。在一些實施方案中，可以在?；ǖ赖谋趦?nèi)安裝第二同軸壁，以限定出上述下行管道。在這種情況下，?；ǖ谰哂协h(huán)狀截面。
[0036]另一個優(yōu)選的方面包括再引入所產(chǎn)生的除必須在已知洗滌器中處理的粉末外的細(xì)微粒。因此，所述改造方法還可包括提供細(xì)微粒的再循環(huán)管線和用于在?；ǖ纼?nèi)再引入細(xì)微粒的相應(yīng)噴嘴。術(shù)語細(xì)微粒是指在?；ǖ莱隹跊]有達(dá)到臨界尺寸的固體顆粒。特別是如果細(xì)微粒具有中間尺寸，則其可以在塔的頂部或中間點例如在大約一半位置上被再引入。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的方法可以獲得高硬度的固體產(chǎn)品，并且如果提供了細(xì)微粒的再循環(huán)，還可以獲得優(yōu)異的尺寸均勻性，所得固體產(chǎn)品實質(zhì)上具有如常規(guī)?；に囁@得的相同品質(zhì)。本發(fā)明的極大優(yōu)點在于上述效果的獲得不需要安裝昂貴的?；b置，而僅利用現(xiàn)有的造粒塔。還應(yīng)當(dāng)提到的是，由于新工藝的特點，不需要昂貴的制片機(jī)或用于產(chǎn)生種子的類似設(shè)備。
[0038]下面將參考一些示例性實施方案并借助于附圖來進(jìn)行闡述本發(fā)明的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0039]圖1、2、3和4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選變體的改造后的包括造粒塔的造粒工段。
[0040]圖5顯示改造后的造粒塔的簡化橫截面，且特別顯示出安裝在塔內(nèi)的可透過壁的支撐系統(tǒng)。
[0041]圖6類似于圖5，但涉及的是具有矩形橫截面的塔。
[0042]圖7顯示支撐系統(tǒng)的側(cè)視圖。
[0043]圖8示意性地顯示在經(jīng)改造的塔中進(jìn)行粒化過程，上述過程特別是在整個塔中進(jìn)行，或者在側(cè)噴嘴例如按照圖3安裝在塔的上部的情況下進(jìn)行。
[0044]圖9顯示當(dāng)按照圖3配備有側(cè)噴嘴時，在塔的下部進(jìn)行的常規(guī)生長過程。
【具體實施方式】
[0045]圖1的方案顯示出已根據(jù)本發(fā)明一個可能的實施方案進(jìn)行了改造的包括造粒塔I的造粒工段。
[0046]新壁8安裝在塔I內(nèi)，由此在塔本身內(nèi)限定出基本上垂直的通道6。在塔的外殼C和新壁8之間限定出間隙15。壁8可透過空氣，以使引入間隙15的空氣可以流入通道6內(nèi)。
[0047]壁8優(yōu)選為由適當(dāng)?shù)劐^定到殼C上的穿孔金屬板形成；錨定的優(yōu)選方式將在下文中進(jìn)行更詳