生產(chǎn)硫酸銨晶體的方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】生產(chǎn)硫酸銨晶體的方法和裝置
[0001 ] 本發(fā)明涉及制備硫酸銨晶體的方法。
[0002] 硫酸銨可用作肥料，例如用于農(nóng)業(yè)、園藝或林業(yè)中。其通常作為結(jié)晶的材料來(lái)被施 用。根據(jù)晶體尺寸，將用于該用途的硫酸銨晶體進(jìn)行分類。通常，大的晶體更易于處理。此 外，具有相對(duì)大的平均晶體尺寸、具有一定尺寸分布的晶體可以被用于商業(yè)上有價(jià)值的肥 料摻合物中，并因此比小的晶體在經(jīng)濟(jì)上更具有價(jià)值。然而，對(duì)與不同的應(yīng)用，生產(chǎn)不同等 級(jí)的硫酸銨是期望的。
[0003] 硫酸銨晶體可以通過(guò)如下步驟獲得：將硫酸銨溶液進(jìn)行結(jié)晶并將得到的硫酸銨晶 體的漿料進(jìn)行尺寸分類步驟。作為進(jìn)一步用途的產(chǎn)品、具體地用作肥料的產(chǎn)品，大晶體通常 是期望的。
[0004] 通過(guò)蒸發(fā)的結(jié)晶典型地包含熱量輸入，以蒸發(fā)溶劑和濃縮剩余的溶液。為了降低 在從含水的氯化鈉溶液生產(chǎn)氯化鈉晶體中蒸發(fā)結(jié)晶所需的蒸汽消耗，例如，通常關(guān)于熱量 輸入集成一系列結(jié)晶器（參見，例如 I. Krist jansson，Geothermics, 21 (1992);第 765-771 頁(yè)）。這通常通過(guò)在高溫下傳遞蒸汽進(jìn)入系列中的第一結(jié)晶器來(lái)進(jìn)行。由此產(chǎn)生的較低溫 度的蒸汽被用于加熱下一個(gè)結(jié)晶器，以此類推。這表示：在遞減的溫度下操作一系列結(jié)晶 器。為這種加熱布置優(yōu)化結(jié)晶器的尺寸和條件。GB748572描述了用于多級(jí)蒸發(fā)鹽沉積液 體的方法，以避免阻塞（fouling)。然而，沒(méi)有描述除了鹽溶液或纖維素廢液之外的具體產(chǎn) 物。
[0005] W02009/077346描述了通過(guò)使用洗滌濃縮機(jī)（thickener)從具有期望尺寸的晶體 的懸浮物中分離硫酸銨細(xì)料的方法。從其中分離晶體的溶液被用于洗滌濃縮機(jī)中。
[0006] 在蒸發(fā)結(jié)晶器的常規(guī)操作中，雜質(zhì)在溶液中被濃縮。因此，應(yīng)用凈化，其中從結(jié)晶 器中連續(xù)地或周期性地排出溶液。在常規(guī)的結(jié)晶工段系列中，每個(gè)結(jié)晶工段在相同的雜質(zhì) 濃度下運(yùn)行。因?yàn)樗a(chǎn)生晶體的雜質(zhì)與從中生長(zhǎng)晶體的溶液的純度成比例，所以來(lái)自系列 中每個(gè)結(jié)晶工段的產(chǎn)物晶體含有相同水平的雜質(zhì)。
[0007] DE4314281C1描述了多級(jí)蒸發(fā)來(lái)自己內(nèi)酰胺生產(chǎn)的含水硫酸銨溶液，其包含再循 環(huán)母液。
[0008] 然而，對(duì)于不同的應(yīng)用，生產(chǎn)較高純度等級(jí)的結(jié)晶產(chǎn)品是期望的。較高純度的產(chǎn)品 在經(jīng)濟(jì)上更有價(jià)值。本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)增加通過(guò)結(jié)晶工段產(chǎn)生的大部分晶體的純度的 方法。特別地，他們已發(fā)現(xiàn)：通過(guò)引入一種系統(tǒng)，結(jié)晶工段系列中的平均雜質(zhì)濃度會(huì)降低，在 該系統(tǒng)中從系列中的一個(gè)結(jié)晶工段至系列中的另一結(jié)晶工段凈化硫酸銨溶液。此外，可安 排凈化系統(tǒng)以使來(lái)自除一個(gè)以外的所有結(jié)晶工段的產(chǎn)物晶體的純度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的純 度。本發(fā)明的額外優(yōu)點(diǎn)為：具有高純度的硫酸銨晶體的結(jié)晶產(chǎn)率高于現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)率。此 外，之前提及的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)可被組合。
[0009] 因此，本發(fā)明提供生產(chǎn)硫酸銨晶體的連續(xù)方法，其中所述方法包含：
[0010] i)向一系列結(jié)晶工段供給硫酸銨溶液，所述結(jié)晶工段被串聯(lián)熱集成；
[0011] ii)從所述硫酸銨溶液結(jié)晶硫酸銨晶體；
[0012] iii)從每個(gè)所述結(jié)晶工段凈化一部分所述硫酸銨溶液；
[0013] iv)從每個(gè)所述結(jié)晶工段排出硫酸銨晶體，
[0014] 其特征在于：
[0015] -部分所述硫酸銨溶液被從至少一個(gè)結(jié)晶工段凈化（purge)到至少一個(gè)其它結(jié) 晶工段。
[0016] 本發(fā)明還提供適合生產(chǎn)硫酸銨晶體的裝置，所述裝置包含：
[0017] i) -系列具有實(shí)質(zhì)相等的硫酸銨晶體生產(chǎn)容量的結(jié)晶工段，其被配置為關(guān)于蒸汽 而被熱集成的；
[0018] ii)串聯(lián)集成所述結(jié)晶工段的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)；
[0019] iii)硫酸銨溶液供料；和
[0020] iv)移除硫酸銨晶體的系統(tǒng)；
[0021] 其特征在于：
[0022] 通過(guò)凈化線將至少一個(gè)結(jié)晶工段與所述系列中的另一個(gè)結(jié)晶工段連接。
[0023] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，硫酸銨晶體包含可能存在的雜質(zhì)。
[0024] 結(jié)晶工段包含接收硫酸銨溶液和排出硫酸銨晶體所必需的所有設(shè)備。在其最簡(jiǎn)單 的形式中，這表示結(jié)晶器和分離單元。
[0025] 一系列結(jié)晶工段（所述結(jié)晶工段被串聯(lián)熱集成）表示：熱被施用于在系列一端的 結(jié)晶工段；然后，熱被直接或間接轉(zhuǎn)移至系列中的下一個(gè)結(jié)晶工段；以此類推直至系列中 的最后一個(gè)結(jié)晶工段。以這種方式，使用單一的外部熱源來(lái)加熱系列中的所有結(jié)晶單元，但 僅直接施用于第一結(jié)晶單元。
[0026] "凈化一部分（所述）硫酸銨溶液"表示：從結(jié)晶工段排出一部分硫酸銨溶液。凈 化的目的是降低硫酸銨溶液中的雜質(zhì)含量，從而也降低結(jié)晶的硫酸銨的雜質(zhì)含量。
[0027] 硫酸銨溶液僅由溶劑、雜質(zhì)和（純凈的）硫酸銨組成。硫酸銨晶體僅由雜質(zhì)和（純 凈的）硫酸銨組成。
[0028] 分離系數(shù)是硫酸銨溶液（母液）中雜質(zhì)的量和從所述溶液形成的硫酸銨晶體中摻 入的雜質(zhì)的量之間的比率?；谫|(zhì)量基礎(chǔ)測(cè)量二者。分離系數(shù)（S)被定義為：
[0029] S = [ (m細(xì)) Am細(xì)溶液+m_銨溶液)]/ [ (m細(xì)晶體)Am細(xì)晶體+m_銨晶體)]，
[0030] 其中
[0031] Ikg硫酸按溶液中的雜質(zhì)質(zhì)量
[0032] m硫酸銨= Ikg硫酸按溶液中的純凈硫酸按質(zhì)量
[0033] 1%質(zhì)s#= Ikg硫酸銨晶體中的雜質(zhì)質(zhì)量
[0034] s#= Ikg硫酸按晶體中的純凈硫酸按質(zhì)量。
[0035] 例如，對(duì)于分離系數(shù)為1000的系統(tǒng)，晶體的雜質(zhì)含量是由其形成晶體的溶液的雜 質(zhì)含量的0.1%。因此，在蒸發(fā)結(jié)晶期間，溶液的雜質(zhì)含量增加。凈化被用來(lái)排出具有高雜 質(zhì)含量的溶液。凈化可以是連續(xù)的或間歇性的。
[0036] 本發(fā)明的裝置包含結(jié)晶工段，所述結(jié)晶工段被配置為關(guān)于蒸汽而被熱集成的。這 表示：蒸汽是熱源，且結(jié)晶工段系列包含必需的管道系統(tǒng)，熱能夠通過(guò)蒸汽輸入被傳遞至系 列中的第一結(jié)晶工段，且熱貫穿所述系列傳遞，如上所述。因此，系列中連續(xù)結(jié)晶工段的溫 度越來(lái)越低。因此，存在蒸汽供應(yīng)的溫度遞減的方向：從系列中的第一結(jié)晶工段至最后一個(gè) 結(jié)晶工段。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的硫酸銨溶液的凈化物典型地到達(dá)系列中的下一個(gè)結(jié)晶工段。例外 是：來(lái)自最終結(jié)晶工段的凈化物從系列中排出。
[0038] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"實(shí)質(zhì)相等的硫酸銨晶體生產(chǎn)容量"表示：結(jié)晶工段之間 的生產(chǎn)容量典型地偏離少于10%。優(yōu)選地，它少于5%;更優(yōu)選地少于2%。生產(chǎn)容量典型 地被測(cè)量為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)品的質(zhì)量。例如，以千克/小時(shí)或千噸/年（kta)計(jì)。
[0039] 濃縮系數(shù)是進(jìn)入結(jié)晶工段的液體流與離開該結(jié)晶工段的液流之間的比率。濃縮系 數(shù)被定義為：進(jìn)入結(jié)晶單元的硫酸銨溶液的質(zhì)量/離開結(jié)晶工段的硫酸銨溶液的質(zhì)量。例 如，如果進(jìn)入結(jié)晶工段A的新鮮硫酸銨溶液供料等于X kg/s ;從另一結(jié)晶工段被凈化并進(jìn) 入結(jié)晶工段A的硫酸銨溶液供料等于y kg/s，離開結(jié)晶工段A的硫酸銨溶液凈化物等于z kg/s，那么濃縮系數(shù)為（x+y)/z。
[0040] 典型地，通過(guò)蒸汽來(lái)熱集成結(jié)晶工段。蒸汽作為化工生產(chǎn)設(shè)施上的熱源是易于獲 得的。
[0041] 典型地，如通過(guò)遞減的蒸汽供應(yīng)溫度所限定，一部分所述硫酸銨溶液被從系列中 的每個(gè)結(jié)晶工段凈化至系列中的下一個(gè)結(jié)晶單元，例外是：來(lái)自系列中最終結(jié)晶工段的凈 化物從系列中排出。以所述方式，除了系列中的最終結(jié)晶工段外，避免了每個(gè)結(jié)晶工段中雜 質(zhì)累積。典型地，在每個(gè)結(jié)晶工段中，雜質(zhì)濃度將低于無(wú)凈化耦合的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的雜質(zhì) 濃度，除了最終結(jié)晶工段，其中雜質(zhì)將被濃縮。
[0042] 其中硫酸銨溶液被凈化到系列中的下一個(gè)結(jié)晶工段的系統(tǒng)表示：雜質(zhì)在系列中的 最后一個(gè)結(jié)晶工段被濃縮。因此，產(chǎn)生的晶體可被進(jìn)一步加工為特別純凈的產(chǎn)物和較不純 凈的產(chǎn)物?；蛘撸珊喜a(chǎn)物以產(chǎn)生平均上比無(wú)凈化耦合的系統(tǒng)更純凈的產(chǎn)物。
[0043] 對(duì)于任何給出的結(jié)晶工段系列，優(yōu)選地，每個(gè)結(jié)晶工段具有相同的尺寸和類型，因 為投入成本較低。典型地，每個(gè)結(jié)晶工段具有實(shí)質(zhì)相等的硫酸銨晶體生產(chǎn)容量。生產(chǎn)容量 很重要，因?yàn)槭褂玫膩?lái)自一個(gè)實(shí)施（effect)的蒸汽被用于下一個(gè)實(shí)施，如Kristjansson在 Geothermics 21 (1992)765-771 中所述。
[0044] 具有實(shí)質(zhì)相等的生產(chǎn)容量的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備可被標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)晶器和分離單元 (例如離心機(jī)和過(guò)濾器）優(yōu)選地分別各自具有相同類型。
[0045] 原則上，系列中可使用任何數(shù)目的結(jié)晶工段。然而，典型地，系列包含2-4個(gè)結(jié)晶 工段。典型地，每個(gè)結(jié)晶工段包含奧斯陸型（Oslo-type)結(jié)