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Procédé continu de production d'engrais azotés,
La présente invention concerne la production de solutions azotées. Plus particulièrement, elle concerne un nouveau procédé ' direct de production de solutions concentrées d'ammoniaque et de nitrate d'ammonium du type utilisé d'habitude pour la production des engrais.
Dans la production d'engrais azotés à partir d'ammoniac, on utilise habituellement des solutions aqueuses concentrées d'am- moniaque et de nitrate d'ammonium. Ces solutions, appelées "solu- tions azotées", sont alors mises à réagir avec d'autres constituants, comme de la potasse et des phosphates, puis séchées ou granulées avant l'expédition et l'utilisation.
Les solutions azotées sont préparées d'une façon qui est devenue classique. Partant d'ammoniac sensiblement anhydre, on on oxyde une partie dans des conditions connu.. pour obtanir une seiu-
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tion aqueuse d'acide nitrique ayant une concentration nominale de 60%. Cette solution est alors neutralisme avec'une autre partie de, l'ammonique pour donner du nitrate d'ammonium sous la forme 'd'une solution concentrée à environ 83% en poids.
Par évaporation, la con- centration est portée à environ 93%. La solution de nitrate d'ammo- nium obtenue est alors conservée normalement dans des récipients de grand volume chauffés à environ 141 C avant le môlange par charges séparées avec de l'ammoniaque et, éventuellement, de l'urée et un supplément d'eau.
Comme déjà indiqué, ce procédé de préparation des solutions azotées est courant, mais présente des inconvénients importants. Par exemple, la conservation du nitrate d'ammonium à 93% à température élevée conduit à la manipulation d'une matière dangereuse et suscep- tible d'exploser. D'autre part, les frais d'installation et de fonc- tionnement sont exceptionnellement élevés pour une usine de ce genre.
Le troisième inconvénient est qu'il est difficile de mélanger exac- tement les divers constituants pour obtenir un produit ayant les propriétés requises.
L'invention a pour but de supprimer ces difficultés. En résumé, les solutions azotées sont préparées suivent l'invention à partir d'ammoniac anhydre par un procédé qui évite le stockage du nitrate d'ammonium à des températures élevées. Partant d'ammoniac anhydre (d'une pureté d'environ 99,5%) on en oxyde une partie de façon classique pour obtenir une solution aqueuse d'acide nitrique d'une concentration nominale de 60% en poids. Une partie de l'acide est concentrée en acide nitrique d'une concentration de 90+ % en poids, avantageusement par distillation en présence de nitrate de magnésium.
Le mélange final des solutions azotées, pour atteindre la composition requise, se fait en incorporant une partie de l'am- moniaque non oxydée à la solution aqueuse d'acide nitrique à 60% et à la solution aqueuse d'acide nitrique à 90+ %..
Etant donné que le mélange final se fait avec un important dégagement de chaleur de réaction et de dissolution, une partie de la'
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solution aUt4o 94 t et x..aié 4a stade du ad- lange s.:B' ' s 1 R x, Qute,, 4chMge de chaleur indirect pas. .;.stif47,xr ..,e refroidissement ou à un stade ultdrie.'--'' ' .¯""#.ls.z, L'invention est décrite en se référant au dessin annexé qui est un tableau de marche du procédé. Pour des raisons de clarté
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et de sin;pliLitc, de nombreux accessoires et dispositifs auxiliaires ne figurent pas dans le dessin, bien leur utilité dans le monta- ge soit évidente pour le spécialiste.
Suivant le tableau de marche, de l'ammoniac sensiblement
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anhydre est conservé in4-tialei4ent dans le récipient 1 où il est pro- duit par des procédés classiques de synthèse (voir "Encyclopedia of Chonical Technology" Volume 1, page 771,Kirk and Othmer, 1947, The Interscience Encyclopédie Inc., New York). Pour une usine pouvant produire 83.500 tonnes par an de solution azotée comprenant en moyenne
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60% en poids'de 30% en Voïd* dattaern3aa et 10% en poids d'eau, on consomme environ 47.800 ternes d'ammoniac anhydre par an.
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De l*ammoniaque provenant du récipient 1 est amenée par les conduites 2 et 3 aux installations montées en aval. Une quantité mineure, ici la.600 tonnes par une est amenée par la conduite 2 à
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1$inutallatfon d*oxydation de l'acuaoniaque 4, ou l'ammoniaque est oxydée catajytiqueit.ent liar de l'air, amené par la conduite 5# pour forMer une solution aqueuse diacide nitrique djune concentration noainale de 60% en poid, .f.to composition est définie à 3 à 5% ré3 environ, maïs est appelle acide nitrique aqueux à 60% pour des rai- sons de commodité. Les procédés d'oxydation de l'ammoniaque sont con-
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nus et sont décrits, par exemple,
par Kirk and Othmire dans le volttata 9 de l'ouvrage cité,page 330 et suivantes.
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La solution aqueuse d'acide nitriqne à 60% provenant d'installation d'oxydation dg'l'amtnon3,aque 4 est divisée en deux fractions; la plus importante est amenée par la conduite 7 à l'in- stallation de concentration d'acide nitrique 9, tandis que l'autre
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est amende par la conduite 8 à l'installation de mélange, décrite ci- après. Dans cet exemple, on fait passer par la condutie 7 à l'instal- lation de concentration 9,23.600 tonnes par an d'acide nitrique à 60% et par la conduite 8, 13.800 tonnes par an d'acide nitrique à 60%.
La concentration de la solution aqueuse d'acide nitrique à 60% en acide nitrique à 90+ % par distillation seule n'est pas posai- ble, parce qu'il existe un azéotrope à point d'ébullition maximum compreant environ 68% $d'acide nitrique. Toutefois, on connaît des procédés permettant d'utiliser un agent susceptible de capter l'eau, comme 1,'acide sulfurique ou, de préférence, une solution de nitrate de magnésium, pour obtenir de l'acide nitrique à des concentration supérieures.à 68% (Kirk et Other,Second Supplemental Volume, page 487 et suivantes).
Pour des raisons de clarté et de simplicité,les détails de l'installation de concentration de l'acide nitrique ne figurent , pas dans le dessin, bien que le procédé soit relativement simple.
La concentration se fait dans une tour de déshydratation dont la partie inférieure est la zone d'évaporation et la partie supérieure, ' la zone de rectification. La solution d'acide nitrique à 60% est amenée dans la partie supérieure de la zone d'évaporation, tandis qu'une solution aqueuse à 72% de nitrate de magnésium à une tempe- rature d'environ 138 C est introduite dans la zone d'évaporation en un point situé au même niveau que le point d'introduction de l'acide nitrique à 60%ou' - ' à un niveau supérieur. Les vapeurs contenant envi- ron 87% d'acide nitrique,passent du sommet de la zone d'évaporation au fond de la zone de rectification.
Le produit recueilli en tête de la zone de rectification ' ' est amené dans un condenseur et une partie en est recueillie. sous la forme d'acide nitrique à 99,5%. Le reste de l'acide condehsé est renvoyé à la zone de rectification.
Les.queues de la zone de rectification contiennent environ 75% d'acide nitrique et sont admisesau sommet de la zone d'évaporation.
Les queues de la zone d'évaporation contiennent environ 68% de nitrate de magnésium et habituellement moins d'environ 0,1%
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d'acide nitrique libre. Une fraction de ces queues est recyclée à la zone d'évaporation et le 14' reste est amené à un évaporateur à vide
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ou laiconcentration du nitrate de magnésium est ramenée à 72% en vue
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du recyclage à la tour de déshydratation.
Autours de l'opération que représente le tableau de mar- che, l'installation de concentration de l'acide nitrique 9 produit . environ 23.'600 tonnes par an d'acide nitrique aqueux à environ 95%,
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plutôt que"3k'acide nitrique à 99,5% comme décrit ci-dessus. En fait, la pureté de .'acide nitrique peut varier entre 90 et 99,5% sans grande difficulté, mais aux fins de l'invention, il n'est générale- ment pas nécessaire de porter .la concentration au-delà de 91 à 95%.
D'autre part, si on désire vendre de l'acide nitrique d'une telle concentration, on peut prélever par la conduite 13 les quantités produises en excès sur celles nécessaires pour la solution azotée.
La majeure partie de la production de l'installation 9 passe par les conduites 12 et 14 au-: installations de mélange décri- tes ci-après.
L'invention offre la particularité de permettre la produc-
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tion d.j solutions azotées de composition variant entre des lim4t&s étendues. Habituellement, une solution azotée contient environ Ça 49% (plus généralement 8 à 34%) en poids d'ammoniae libre, environ 36 à 72j (plus habituellement 60 à 72% en poids de nitrate d'amno- nimn, et environ 5 à 20p ;habituellement 6 à bzz) en poids d'eau. Il est parfois nécessaire d'augmenter la dilution ou bien d'ajouter 6 à 7 pour-cent d'urée, ce qui peut se faire par la conduite 16. Tou- tefois, dans cet exemple;, la conduite 16 comportant une valve est isolée, et on ne procède à aucune addition d'eau ni d'urée.
Dans le présent exemple, une solution azotée comprenant
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30% en poids d'anoniac60 en poids de nitrate d'ammonium et 10% en poids d'eau est produite à raison de 83.500 tonnes par an.A cette fin, on envoie vers le mélangeur 17, par la conduite à valve
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14, 23,600 tonnes par an d'acide nitrique aqueux à j51 par la con- duite à valve gp 13.900 tonnes par an d'acide nitriqM à 60% et par la conduit'? 3, 37.600 tonnes par an d'ammoniac anhydre*
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Le mélangeur 17 peut être un mélangëur à solutions d'un type que1conje'courant, par exemple un réservoir à égitateur, à pompe,, etc.
'e dispositif permet le mélange intime des divers constituant de la solution azotée finale ainsi que la neutralisa- tion de l'acide nitrique par l'ammoniac anhydre.
La réaction et le passage en solution dans le mélangeur 17
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sont 'é5ctrêmement exotherniques et l'évacuation de la chaleur est pré- , vue,(Vu.ne ou de deux façons suivant l'invention. D'une part, il. est
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relativement avantageux d'installer un dispos1tif\de refroidissement -c indique s:rrnbolic:ue:,lent en 19 sur'la conduite 18, soit en aval du mélangeur 17 ou comme partie intégrante de celui-ci, comme dans le
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cas de divers mélangeurs comportant des tubes échangeurs de chaleur.
Toutefois, une partie importante dù refroidissement se fait par recyclage d'une solution azotée refroidie (menée par la conduite 23 et admise dans le mélangeur 17 avec les autres consituants de la solution. Ce courant do recyclais qui présente avantageusement un rapport volumétrique d'environ 0,5 : 20, par exemple de 5 volumes par volume total de fluide admis par les conduites 3, 8, 14 et 16, est refroidi avantageusement à une température inférieure à environ
38 C avant son admission et le volume de ce courant relativement important par rapport à celui des réactifs réduit l'élévation de
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te:Jpérat\1rc résultant de la réaction du passage en solution.
La solution azotée'passe du mélangeur 17 par la conduite 18 et le dispositif de refroidissaient 19 dans le réservoir 21.
La température est ici maintenue avantageusement inférieure à envi-
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ron 66 C et plus particularrement entre environ 32 et 60C, de façon que la solution ait une'tension de vapeur peu élevée; en effet, les solutions azotées industrielles ont des tensions de vapeur à 49 C co@
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prises entre environ 1,266 et 5,064 kg/cm 2 au manom3tre, ée qui est le minimum nécessaire dans le réservoir 1.
La solution azotée prôaititë 1,'Ihalérent est soutirée au fond du réservoir 21 et amenée par la enduite 2e aux installations de stockage et/ou d'exêit1Ón av'snt'iMesent après refroidisse'-'
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. , > ,,.-, , 1 rt, :. 1Y rr,¯,. "7'97';t;!t*.y".''')M bzz ment daryô.Un ù4wsp,,àfi$%#qg%<j,j$i±4Jpxté. Dans le cas de l'usine ci- dessus, t-ie <i.,z,rxco'tenü.e en quantités d'environ 83-500 to,r,#xes pr 'Po,%µ1:µ1$#Q)Y n m Y<"m 3Qj d'ammoniac, 60% de nitrate'.op'ium,' è tu)OECj h ?1 à,x . : Un avantage particulier de l'application de l'invention est que le mélange final peut être continu, de façon à assurer la continuité générale du procédé.
Ainsi, chacun des courants amenés au mélangeur 17 peut conserver un débit relativement constant, de façon à donner une solution azotée ayant la composition désirée.
Si les nécessités de la vente entraînent une modification de la composition de la solution, un ou plusieurs des courants peuvent être changes en conséquence. Cela peut se faire assez facilement à l'aide de valves de réglage montées dans chacune des conduites
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¯ 3 8, lutz 16 et- 2.y, ta régulation se faisant à la main ou automati- quement en agissant sur la vitesse d'écoulement, ou bien automati-
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quement p4r Lxtermédiìrµlr,à.>un"môlqng ur proportionnel classique. t.,l .f. ' Il en résulte que le stYst'è,},1l<; U'1vant l'invention est d'une grande souplesse, ' . Il ressort dela description ci-dessus que l'invention
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procure un procédé neviayµÀ;%1e ,pour la production de solutions azo- t6es.
En oxydant une partie de l'm[rooniaque pour former.une solu- tion aqueuse d'acide nitrique à 60, en concentrant une partie de cet acide pour optenir ''taçide nitrique à 90+ ±, et en mélangeant de l'ammoniacde l'acide à '60% et de l'acide à 90+ % dans les proportions requises, on'peut obtenir des solutions azotées ayant
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des compositions prai9-t.er1mt< quelconques. D'autre part, en recy- clant un courant de la solution azotée produite refroidie au stade de mélange, on peut réduire en substance le:; effets thermiques ré- sultant de la réaction et du passage en solution.
En oute, les installations nécessaires sont beaucoup moins importantes que dans les usines classiques .de production do solutions azotées et permet-
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tent d'éviter le stoclace onéreux et dangereux du nitrate d'anmonium.
Toutes les quantités d'acide nitrique sont dosées sur la base du HNC3 à 100%. Le nitrate d'ammonium est également calculé
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sur la basd du '4' 3 100 %.
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Bien que divers sodés et détails d'exécution aient été dé- crits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est sus- ceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de production'de solutions azotées contenant de l'ammoniac, du nitrate d'ammonium et de l'eau à partir d'ammoniac anhydre, caractérisé en ce qu'on oxyde de l'ammoniac anhydre pour produire une solution aqueuse.d'acide nitrique d'une concentration nominale de 60%, on concentre une ' 'ortie de la solution aqueuse d'acide nitrique d'une concentration nominale de 60% en une solution aqueuse d'acide nitrique d'une concentration de 90+ %, on mélange de l'ammoniac anhydre avec la solution aqueuse d'acide nitrique à une concentration nominale de 60% et avec la solution aqueuse d'acide nitrique d'une concentration de 90+ % en proportions convenables pour former une solution azotée ayant la composition requise,
et on règle la température de la solution azotée pendant le mélange.