BRPI1011638B1 - Processo para preparar um fertilizante contendo enxofre elementar - Google Patents
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Abstract
processo para preparar um fertilizante contendo enxofre elementar. é descrito um processo para preparar um fertilizante contendo enxofre elementar. o processo usa um moinho de dispersão, em que um rotor gira em um estator fendilhado, para umidificar enxofre elementar de moinho em um líquido (preferivelmente um líquido aquoso), fornecendo assim uma dispersão de enxofre elementar moído no líquido. a dispersão é combinada com componentes adicionais para fornecer uma mistura de enxofre elementar e componentes adicionais, e a mistura é granulada em uma unidade granuladora para fornecer fertilizante contendo enxofre elementar e componentes adicionais, e a mistura é granulada em uma unidade granuladora para fornecer fertilizante contendo enxofre elementar granulado.
Description
[001] A presente invenção fornece um processo para a preparação de um fertilizante contendo enxofre elementar.
[002] Maior demanda por fertilizantes contendo enxofre vem da descoberta de que baixos rendimentos de lavoura em certos casos podem ser relacionados às deficiências de enxofre no solo. Um exemplo de uma espécie com altas necessidades de enxofre é Canola. Canola é uma importante lavoura de folha em Alberta, Canadá, e tem altas necessidades de enxofre em qualquer estágio de crescimento. Uma carência de enxofre pode causar sérias reduções no rendimento e qualidade da lavoura.
[003] Processos de fabricação para fertilizantes contendo enxofre do tipo de fosfato frequentemente envolvem o uso ou incorporação de sulfatos. Uma desvantagem de sulfatos é que eles são muito móveis no solo e facilmente lixiviam da zona da raiz, efetivamente tornando o nutriente sulfato indisponível para as plantas.
[004] Enxofre elementar não é lixiviado do solo tão prontamente quanto os sulfatos. Ao contrário, partículas de enxofre elementar do tamanho de mícron (por exemplo, com tamanho de 1 a 200 μm) são oxidadas em enxofre de sulfato, que é a forma utilizada pelas plantas, pelas bactérias do solo durante a estação da lavoura. Enxofre elementar, desta forma, pode ser considerado uma forma de liberação lenta (cronometrada) de enxofre nutriente da planta que é menos provável de lixiviar da zona de raiz das lavouras. Desta forma, ter uma grande proporção do enxofre em fertilizantes presentes como enxofre elementar.
[005] Além disso, enxofre elementar oferece alguns benefícios adicionais na agricultura, incluindo ação como um fungicida contra certos microrganismos, ação como um pesticida contra certos solos e pragas de planta, ajuda na decomposição de resíduos de planta e melhora na utilização do nutriente de fósforo e nitrogênio e redução do pH de solos alcalinos e calcáreos.
[006] Assim, é vantajoso incorporar enxofre em fertilizantes contendo enxofre como enxofre elementar.
[007] Processos para a fabricação de fertilizantes contendo enxofre, em que enxofre elementar é usado, são conhecidos na tecnologia. NZ 213682 descreve um método para fornecer enxofre para uso em um fertilizante contendo enxofre em que líquido enxofre é adicionado ao ácido fosfórico, em que o ácido fosfórico está em um estado de alta energia de cisalhamento em um vórtex de alta energia. Isto fornece uma dispersão de enxofre em ácido fosfórico, que pode ser usado na formação de fertilizante de superfosfato triplo contendo enxofre. A dispersão de enxofre é combinada e reagiu com rocha de fosfato, e o material resultante é granulado. US 4.372.872 descreve um processo em que uma suspensão de enxofre é produzida agitando um meio aquoso com um misturador de alto cisalhamento, e introduzindo enxofre (na forma particulada ou fundida) no meio agitado. As suspensões de enxofre podem ser aplicadas ao solo. Os presentes inventores observaram que, com tais métodos de preparar enxofre para a incorporação em produtos de fertilizante, é difícil evitar o fornecimento de partículas de enxofre relativamente grandes e estas partículas maiores levam a dificuldades operacionais durante a fabricação de fertilizante, tal como constituição de partículas no aparato e possível plugue do equipamento do processo e linhas de processo. Também, as ditas partículas de enxofre relativamente grandes são mais difíceis de incorporar e ligar ao outro material fertilizante.
[008] WO 2008/089568 descreve um método para moer úmido matéria-prima de enxofre em que hidrociclonas são usadas para separar partículas de enxofre elementar tendo distribuições de tamanho selecionadas. O produto pode ser ainda processado para produzir um fertilizante a base de enxofre. Nos exemplos de WO 2008/089568 um moinho de bola é usado como um estágio de moagem primário e um Vertimill como uma unidade de moagem secundária. Uma desvantagem deste processo de moagem úmida é sua complexidade de processo (inúmeras peças de equipamento do processo são necessárias) e que o processo é de energia intensa. Não se menciona um moinho de dispersão.
[009] Yalcin et al em Powder Technology 146 (2004), 193-199, descrevem um processo de moinho de bola úmido para produzir enxofre finamente dividido que pode ser usado em um processo de acidificação do solo. Tais processos de moagem requerem aparatos que podem ser complexos e caros, uma vez que devem ser resistentes à corrosão.
[0010] WO 2004/043878 descreve um processo para a fabricação de fertilizantes contendo enxofre compreendendo as etapas de: (a) misturar amônia, ácido fosfórico e água em uma unidade reatora para obter uma mistura de fosfato de amônio; (b) introduzir a mistura obtida na etapa (a) em uma unidade granuladora para obter grânulos, em que uma fase líquida compreendendo enxofre elementar é colocada em contato com amônia, ácido fosfórico e água na unidade de reação na etapa (a) ou é introduzido no granulador na etapa (b). Não se menciona moagem do enxofre elementar.
[0011] US 5 522 553 descreve um moinho de dispersão e mais particularmente um método e aparato para produzir suspensões líquidas de material finamente dividido, tais como na fabricação de tintas, tintas para impressão, lacas, revestimentos de papel de carbono, no tratamento de água de resíduo e similares. Não há sugestão em US 5 522 553 para usar o moinho de dispersão em um processo para preparar um fertilizante contendo enxofre elementar.
[0012] Os presentes inventores pensaram em fornecer um método alternativo para fabricar fertilizante contendo enxofre elementar. Em particular, os presentes inventores pensaram em fornecer um processo para fabricar fertilizante contendo enxofre elementar mais simples e menos intenso em energia.
[0013] Além do mais, os presentes inventores pensaram em fornecer um processo para fabricar fertilizante contendo enxofre elementar, em que o tamanho da partícula das partículas de enxofre elementar pode ser facilmente controladas.
[0014] Desta maneira, a presente invenção fornece um processo para preparar um fertilizante contendo enxofre elementar, compreendendo as etapas de: (a) usar um moinho de dispersão, em que um rotor gira em um estator fendilhado, para umidificar enxofre elementar de moinho em um líquido, fornecendo assim uma dispersão de enxofre elementar moído no líquido; (b) combinar a dispersão de enxofre elementar moído com componentes adicionais para fornecer uma mistura de enxofre elementar e componentes adicionais; e (c) granular a mistura em uma unidade granuladora para fornecer fertilizante contendo enxofre elementar granulado.
[0015] Surpreendentemente observou-se que o processo de acordo com a presente invenção efetivamente incorpora enxofre elementar em fertilizante de uma maneira surpreendentemente simples. Pequenas quantidades de pó de enxofre são criadas no processo de granulação, melhorando assim os aspectos de segurança do processo.
[0016] Uma vantagem importante do processo de acordo com a presente invenção é que ele possibilita selecionar e intimamente controlar (ou gerenciar) o tamanho e distribuição do tamanho das partículas de enxofre no produto fertilizante, que é vantajoso, uma vez que a eficácia do fertilizante melhorado com enxofre é afetada pelo tamanho da partícula de enxofre e distribuição do tamanho da partícula. O tamanho real e distribuição do tamanho das partículas de enxofre no produto fertilizante pode ser selecionado, por exemplo, dependendo dos ambientes agrícolas (por exemplo, condições de solo e climáticas) para o qual o fertilizante se destina.
[0017] Também, observou-se que usando um moinho de dispersão, uma quantidade relativamente pequena de equipamento e energia é necessária (quando comparado com, por exemplo, o processo da forma descrita em WO 2008/089568 conforme mencionado anteriormente); de acordo com a presente invenção, a moagem úmida de enxofre pode ser feita em uma única etapa, embora outros processos de moagem úmida conhecidos (da forma descrita, por exemplo, em WO 2008/089568) requeiram várias etapas para alcançar o mesmo sem bom controle do tamanho e distribuição do tamanho das partículas de enxofre no produto fertilizante.
[0018] Na etapa (a) do processo da invenção, enxofre elementar em um líquido (preferivelmente um líquido aquoso) é moído úmido em um moinho de dispersão, em que um rotor gira em um estator fendilhado, fornecendo assim uma dispersão de enxofre elementar moído no líquido. O líquido e enxofre elementar são retirados por rotação do rotor na montagem rotor/estator, e são acelerados e expelidos por meio de aberturas no estator fendilhado. Com cada passagem através da montagem rotor/estator, o enxofre elementar é submetido a uma combinação de cisalhamento mecânico e hidráulico, de maneira tal que as partículas de enxofre elementar tenham menor tamanho.
[0019] O rotor tira em velocidades muito altas, preferivelmente, de maneira tal que a velocidade da ponta é de 1500 a 3500 metros por minuto, mais preferivelmente de 2000 a 3000 metros por minuto. Maiores velocidades da ponta resultam em uma maior entrada de energia no moinho de dispersão e resultam em um menor tamanho da partícula médio de enxofre. A velocidade pode ser suficientemente alta para alcançar o tamanho da partícula requerido.
[0020] Um moinho de dispersão preferido tem um rotor entalhado dentro de um estator fendilhado. Quando o rotor e fendas do estator ficam alinhados, o enxofre líquido e elementar são ejetados das fendas do rotor nas fendas do estator. Moinhos de dispersão adequados são descritos em US 5 522 553 e são disponíveis da Kady International, USA. O enxofre elementar usado na composição fertilizante e processo da presente invenção pode ser obtido de qualquer fonte adequada. Em uma modalidade da presente invenção, o enxofre elementar é obtido de um processo industrial, tal como a remoção de componentes de enxofre indesejados de gás natural.
[0021] O enxofre elementar usado pode ser enxofre químico de alta pureza (> 99,9 % de S) obtido do processo Claus. Entretanto, o processo da presente invenção pode usar enxofre elementar de pureza significativamente menor que este. Exemplos de tais materiais contendo enxofre elementar são torta de filtro de enxofre da forma obtida de operações de fusão e filtração de enxofre e enxofre obtido de vários processos de remoção de gás H2S químicos e biológicos. Tipicamente, tais fontes de enxofre podem conter qualquer coisa na faixa de 30 a 99,9 % em peso, preferivelmente de 50 a 99,5 % em peso, mais preferivelmente de 60 a 99,0 % em peso, enxofre. Enxofre pode ser adicionado ao moinho de dispersão como enxofre fundido ou como enxofre sólido, mas é preferivelmente adicionado como enxofre sólido em virtude de evitar ter que manter o enxofre em uma alta temperatura (enxofre é fundido acima de 120 oC). O enxofre é preferivelmente adicionado na forma de precipitados, por exemplo, precipitados rotoformados de tamanho médio de 3 a 4 mm. O líquido na etapa (a) pode ser escolhido de uma ampla variedade de líquidos, mas é preferivelmente um líquido aquoso. O líquido aquoso pode ser uma solução aquosa ácida, tal como uma solução aquosa de ácido fosfórico ou ácido sulfúrico, e é acima de tudo preferivelmente selecionado de uma solução aquosa de ácido fosfórico, uma solução aquosa de fosfato de amônio, uma solução aquosa de sulfato de amônio e uma combinação destas. No caso o líquido é uma solução aquosa de ácido fosfórico, o ácido fosfórico preferivelmente tem uma concentração que corresponde de 1 a 60 % de P2O5 em água, mais preferivelmente de 5 a 50 %.
[0022] Preferivelmente o líquido aquoso contém a menor quantidade de água possível para evitar a introdução de água de processo em excesso; qualquer água em excesso que é introduzida no processo de fertilização do produto é para ser eliminada em um estágio posterior e, desta forma, leva a um processo mais complexo e de energia mais intensa.
[0023] A porcentagem em peso de enxofre elementar com base no peso combinado do enxofre e do líquido aquoso na etapa (a) é preferivelmente de 10 a 70 % em peso, mais preferivelmente de 5 a 50 % em peso, ainda mais preferivelmente de 10 a 40 % em peso.
[0024] Em uma modalidade da invenção, um ou mais tensoativos são adicionados durante a etapa (a) ou etapa (b). O tensoativo (s) pode ser adicionado ao líquido antes de o enxofre elementar ser moído úmido ou pode ser adicionado à dispersão de enxofre elementar moído antes ou durante a combinação com componentes adicionais. Os tensoativos podem ajudar ainda a reduzir a produção de pó de enxofre durante fabricação do fertilizante, pode ajudar na granulação do fertilizante na etapa (c) e pode reduzir a viscosidade do enxofre elementar dispersão produzido na etapa (a) e/ou mistura de enxofre elementar produzida na etapa (b). Os tensoativos podem incluir tensoativos catiônicos, tal como o óxido de etileno ou aduto de óxido de propileno de uma amina alifática, ou podem incluir tensoativos aniônicos, tal como um lignossulfonato. Tipicamente, um ou mais tensoativos são adicionados em uma quantidade tal que o fertilizante contendo enxofre elementar granulado produzido na etapa (c) compreenda de 0,001 a 5,0 % em peso de tensoativo, preferivelmente de 0,10 % em peso a 1,5 % em peso, com base no peso total do fertilizante granulado. Em um processo de batelada preferido para realizar a etapa (a), o líquido é adicionado ao moinho de dispersão primeiro, a moagem é iniciada e então o enxofre é adicionado por um período de tempo relativamente pequeno. A taxa de adição para o enxofre é preferivelmente o mais rápido possível sem sobrecarregar o moinho.
[0025] A entrada de energia durante a moagem pode ser expressa como força por volume ou massa de enxofre processada, por exemplo, kWh/m3 de enxofre processado ou kWh/ton de enxofre processado. A entrada de energia afeta o tamanho das partículas moídas de enxofre na dispersão resultante, então é escolhida de acordo com o tamanho da partícula requerido. Maior entrada de energia fornece menores tamanhos da partícula. Para um moinho particular, maior entrada de energia pode ser alcançada reduzindo a quantidade de enxofre que é moída. Preferivelmente a entrada de energia é de 10 (preferivelmente acima de 20) a 1000 kWh/ton de enxofre processado, mais preferivelmente de 50 a 100 kWh/ton de enxofre processado, ainda mais preferivelmente de 65 a 85 kWh/ton de enxofre processado. Parte desta maior energia será transferida para a dispersão formada na etapa (a) como energia térmica, aumentando assim a temperatura destes. Tal aumento de temperatura pode ser controlado usando um trocador de calor adequado (possivelmente incorporado no moinho de dispersão). Temperaturas preferidas para moagem úmida de enxofre elementar são entre 0 e 120 oC, mais preferivelmente entre 15 e 80 oC. Em algumas modalidades, este aumento de temperatura evita qualquer etapa de aquecimento adicional, economizando assim energia e custos de equipamento.
[0026] Uma vantagem do processo da invenção é que controlando os parâmetros na etapa (a), especificamente o tamanho das fendas no estator e opcionalmente o rotor, a velocidade da ponta do rotor e a entrada de energia, e/ou as propriedades físico-químicas do líquido {composição, temperatura, viscosidade), é possível controlar o tamanho da partícula e distribuição do tamanho da partícula da dispersão resultante. É importante ser capaz de controlar o tamanho da partícula de enxofre em virtude de o tamanho da partícula afetar a efetividade (taxa de liberação) do fertilizante de enxofre. A taxa de oxidação das partículas de enxofre para sulfato é afetada pelo tamanho da partícula ver, por exemplo, Boswell et al, Fertilizante Research 35, 127149, 1993. Para diferentes ambientes agrícolas com diferentes solos e condições climáticas, pode ser desejável ter diferentes distribuições de tamanho da partícula de enxofre de maneira a alcançar a oxidação efetiva das partículas de enxofre e liberação de sulfato. Desta forma, a presente invenção possibilita que o versado produza fertilizante contendo enxofre elementar com tamanho da partícula de enxofre ajustado para um ambiente agrícola específico.
[0027] Os inventores também acreditam que a presente invenção fornece partículas de enxofre com uma forma que tem uma maior taxa de área superficial para volume que as partículas substancialmente esféricas produzidas em outros processos, tal como processos de moagem (úmido). Partículas com uma alta taxa de área superficial para volume são preferidas em virtude da oxidação de enxofre ser mais rápida com uma maior área superficial (ver Watkinson et al, Fertilizante Research 35, 115-126, 1993). Adicionalmente, partículas de enxofre com uma alta taxa de área superficial para volume também podem ter melhor umectabilidade, de maneira tal que elas sejam mais prontamente incorporadas no fertilizante de enxofre com melhor adesão e menos geração de pó de enxofre durante a etapa de granulação (C). Em uma modalidade da invenção, o fertilizante contendo enxofre elementar é um fertilizante de superfosfato triplo de enxofre, na etapa (a) o líquido é uma solução aquosa de ácido fosfórico, e na etapa (b), a dispersão de enxofre elementar moído em solução de ácido fosfórico é misturada e reage com rocha de fosfato, fornecendo assim uma mistura de enxofre e fosfato de cálcio solúvel. Na etapa (a), o ácido fosfórico preferivelmente tem uma concentração de 5 a 60 % em peso de P2O5, mais preferivelmente de 10 a 50 % em peso de P2O5 e a dispersão resultante de enxofre moído em ácido fosfórico preferivelmente compreende de 1 a 60 % em peso de enxofre e de 5 a 55 % em peso de P2O5 com base no peso da dispersão, mais preferivelmente de 20 a 40 % em peso enxofre e de 10 a 50 % em peso de P2O5. Na etapa (b), as quantidades relativas da rocha de fosfato e a dispersão de enxofre elementar em ácido fosfórico são preferivelmente ajustadas, de maneira tal que a razão R (a razão de P2Os da rocha de fosfato para P2O5 de ácido fosfórico) seja de 2,0 a 2,8 (isto variará com a qualidade da rocha de fosfato e ácido fosfórico). Na etapa (b) a dispersão de enxofre elementar moído é combinada com rocha de fosfato usando métodos conhecidos por versados. Por exemplo, para fabricar superfosfato triplo não granular (que é usado como um intermediário para a produção de composto fertilizante pelos processos de granulação), a dispersão de enxofre elementar moído pode ser combinada com rocha de fosfato em um misturador adequado, tal como um misturador de cone. Alternativamente, para fabricar superfosfato triplo granular, rocha de fosfato finamente moída (por exemplo, 80 % passando em malha 200) é preferivelmente combinada com a dispersão de enxofre elementar moído a 90 a 105 oC (possivelmente com a adição de vapor para atingir estas temperaturas) em um reator que é preferivelmente agitado.
[0028] Em uma outra modalidade da invenção, o fertilizante contendo enxofre elementar é um fertilizante de monofosfato de amônio contendo enxofre, difosfato de amônio contendo enxofre ou nitrogênio/fósforo/potássio contendo enxofre, na etapa (b) a dispersão de enxofre elementar moído em líquido é misturada e reage com amônia, fornecendo assim uma mistura de enxofre e fosfato de amônio. Na etapa (a), preferivelmente uma solução aquosa de ácido fosfórico é usada como o líquido e preferivelmente tem uma concentração de 5 a 60 % em peso de P2O5, mais preferivelmente de 10 a 50 % em peso de P2O5 e a dispersão resultante de enxofre moído em ácido fosfórico preferivelmente compreende de 1 a 60 % em peso enxofre e de 5 a 55 % em peso de P2O5 com base no peso da dispersão, mais preferivelmente de 20 a 50 % em peso (preferivelmente abaixo de 40 % em peso) enxofre e de 10 a 50 % em peso de P2O5. Na etapa (b), a quantidade de amônia é determinada pelo produto requerido. Para a produção de monofosfato de amônio contendo enxofre, a razão molar de amônia e ácido fosfórico é tipicamente mantida entre valores de 0,5 a 1,0. Para a produção de enxofre difosfato de amônio a razão molar de amônia e ácido fosfórico é tipicamente mantida entre valores de 1,2 a 2,0. Para a produção de fertilizante de nitrogênio/fósforo/potássio contendo enxofre a razão molar de amônia e ácido fosfórico é tipicamente mantida entre valores de 0,7 a 1,7. A dispersão de enxofre elementar e a amônia são preferivelmente misturados na etapa (b) em um pré-neutralizador ou um reator de tubulação cruzada. a amônia é preferivelmente fornecida como amônia anidra. A reação do ácido fosfórico e a amônia é exotérmica e tipicamente resulta em mistura vigorosa em um pré- neutralizador ou reator de tubulação cruzada, de maneira tal que nenhuma agitação adicional é requerida. Tempo de residência em um reator de tubulação cruzada é preferivelmente em poucos segundos, por exemplo, 1-5 segundos. Tempo de residência em um pré-neutralizador é provável de ser maior, por exemplo, de 30 a 60 minutos. Para a produção de fertilizante de nitrogênio/fósforo/potássio contendo enxofre é necessário incorporar potássio no fertilizante. Isto pode ser alcançado na etapa (b) misturando a dispersão de enxofre elementar moído em ácido fosfórico com amônia e com um sal de potássio. Alternativamente, isto pode ser alcançado na etapa (c) adicionando um sal de potássio na unidade granuladora. Também, isto pode ser alcançado na etapa (a) ou antes de adicionar um sal de potássio (ou solução deste) antes ou durante a moagem úmida.
[0029] Na etapa (c) do processo da invenção, a mistura de enxofre elementar e componentes adicionais é granulada em uma unidade granuladora para fornecer fertilizante de enxofre elementar granulado. O termo "unidade granuladora" é usado para descrever um dispositivo para formar grânulos de produto fertilizante. Granuladores comumente usados descritos em Perry' s Chemical Engineers' Handbook, capítulo 20 (1997). Granuladores preferidos são granuladores de tambor, misturadores de pá (moinhos pug) ou granuladores de batéia. Preferivelmente, a mistura é bombeada e distribuída em um leito de rolo de material em um granulador de tambor. Opcionalmente, água e vapor podem ser alimentados no granulador para controlar a temperatura do processo de granulação conforme necessário. Opcionalmente, partículas de fertilizante recicladas podem ser adicionadas na unidade granuladora. Partículas de fertilizante recicladas adicionam agentes de granulação e nucleação. Elas são obtidas do produto fertilizante final. Adequadamente elas têm tamanhos da partícula pequenos (então chamadas de finos fora da especificação). Outros ingredientes podem ser adicionados durante o processo de fabricação para ajustar os produtos de fertilizante ao seu uso pretendido. Exemplos incluem micronutrientes de planta, tal como boro, potássio, sódio, zinco, manganês, ferro, cobre, molibdênio, cobalto, cálcio, magnésio e combinações destes. Estes nutrientes podem ser fornecidos na forma elementar ou na forma de sais, por exemplos, na forma de sulfatos, nitratos ou haletos. A quantidade de micronutrientes na planta depende do tipo de fertilizante necessário e é tipicamente na faixa entre 0,1 a 5 %, com base no peso total dos grânulos.
[0030] O fertilizante de enxofre elementar granulado obtido na etapa (c) é preferivelmente seco em uma unidade de secagem. Em uma modalidade preferida, o fertilizante é seco em ar na unidade de secagem, evitando assim a necessidade de equipamento de secagem adicional. Alternativamente, unidades de secagem em que transferência de calor para secagem é realizada por contato direto entre o sólido e gases quentes são usados, possibilitando assim uma etapa de secagem mais rápida. Tipicamente, a unidade de secagem é um secador rotatório.
[0031] Preferivelmente os grânulos de fertilizante de enxofre elementar granulado são sorteados pelo seu tamanho em uma unidade de sorteio para alcançar uma distribuição do tamanho mais uniforme.
[0032] Tipicamente, grânulos acima do tamanho são triturados e retornam para a unidade de sorteio, enquanto que grânulos abaixo do tamanho retornam para o granulador, então chamados finos fora da especificação. Uma faixa de tamanho preferida para os grânulos fertilizantes é de 1,5 a 5,0 mm, mais preferivelmente de 2 a 4 mm, expressas como o diâmetro médio dos grânulos. O uso de grânulos que caem nesta faixa é mais provável de possibilitar uma distribuição mais uniforme dos ingredientes do fertilizante no solo depois de aplicados os grânulos no solo.
[0033] Além disso, prefere-se que o tamanho da partícula e distribuição do tamanho da partícula do enxofre elementar moído na dispersão fornecida na etapa (a) seja controlado. Adequada e preferivelmente, o tamanho da partícula e distribuição do tamanho da partícula são controlados controlando um ou mais de: o tamanho das fendas no estator, o tamanho das fendas no rotor, a velocidade da ponta do rotor, a entrada de energia, e as propriedades físico-químicas (composição, temperatura, viscosidade) do líquido.
[0034] Os seguintes exemplos não limitantes são ilustrativos da invenção. Preparação da dispersão de enxofre sólido elementar em ácido fosfórico
[0035] Um moinho de dispersão, fabricado por Kady International (modelo OC-30, aço inoxidável, de jaqueta de resfriamento, 20-60 galões de capacidade de funcionamento, equipado com um 30 HP Drive e um controlador de frequência variável) foi usado para moer enxofre elementar. O moinho de dispersão foi preenchido com 200-300 kg de 40-50 % de grau de ácido fosfórico de fertilizante P2O5. A unidade foi iniciada em velocidade mínima, e a quantidade requerida de pastilhas de enxofre sólido (formaram enxofre químico brilhante amarelo) foi alimentada na unidade em um ritmo constante e rápido, para preparar a concentração de lama alvejada (10 a 60 % em peso, dependendo do experimento).
[0036] Uma vez que todo o enxofre foi alimentado na unidade, a velocidade foi aumentada para o valor planejado e o cronômetro foi iniciado para manter o rastreamento dos tempos de residência de batelada. Dados foram registrados durante o tempo de residência (por exemplo, consumo de corrente, tempo, temperatura, observações visuais, etc). Também, amostras podem ser tomadas durante a moagem.
[0037] Se um limite de temperatura foi estabelecido para um experimento particular, água de resfriamento para a jaqueta foi iniciada nesta temperatura (normalmente 50-80 oC; nos exemplos mostrados, quando temperaturas não foram indicadas, a temperatura foi ajustada a 55-60 oC). Em alguns casos, durante o processo de moagem um modificador de viscosidade foi usado (lignossulfonato de cálcio, um tensoativo aniônico disponível da Borregaard-Lignotech (Rothschild, WI, USA), em uma proporção entre 0,025 % em peso e 5,0 % em peso com base no peso de lama formada.
[0038] Uma vez que o tempo de residência foi completo, a velocidade foi reduzida a mínima, amostras finais tomadas, e o produto transferido para um tanque de suspensão agitado (e amostras adicionais tomadas se necessário). Controle da distribuição do tamanho da partícula
[0039] Os parâmetros do processo para preparar as dispersões de enxofre elementar em ácido fosfórico foram variados para fornecer diferentes distribuições do tamanho da partícula. Tabela IA mostra como variar a porcentagem em peso de enxofre elementar, a velocidade do rotor e a duração da moagem afeta a distribuição do tamanho da partícula: Tabela 1A:
(1) Consumo de energia em kWh/ton de enxofre processado foi 70,9 (30/52/18), 68,2 (40/56/20), 63,8 (50/53/25) e 52,2 (60/48/28). (2) Quantidade de modificador de viscosidade usado no teste: 0,9 % em peso (30/52/18), 1,2 % em peso (40/56/20), 1,5 % em peso (50/53/25) e 0,9 % em peso (60/48/28). Preparação de dispersão de enxofre elementar em ácido fosfórico usando enxofre fundido
[0040] Enxofre elementar fundido foi preparado em dois tanques de jaqueta de vapor, de fundo reto (aparelhos de fusão) tendo um volume de trabalho de 30 a 40 1; os aparelhos de fusão foram equipados com agitadores de velocidade variável com dois propulsores de empuxo para baixo na haste. A quantidade de pastilhas de enxofre elementar (ES) requerida (indicada na tabela IB a seguir) foi alimentada nos aparelhos de fusão manualmente. O mesmo moinho de dispersão usado anteriormente (Kady OC-30) foi preenchido com uma quantidade predeterminada (ver novamente a tabela IB) de ácido fosfórico e/ou água, que diretamente correlaciona com a quantidade de ES fundido necessário para alcançar a porcentagem de ES desejada na batelada. O rotor do moinho de dispersão foi ligado e uma vez que a velocidade do rotor alcançou aproximadamente metade do máximo, a adição de ES fundido foi iniciada. O tempo de adição de ES fundido médio foi abaixo de 2 minutos para 30 % de ES fundido. Alguns experimentos foram conduzidos pela adição direta do enxofre, enquanto que para um experimento (experimento VII) um distribuidor foi usado (um vaso cilíndrico pequeno com cerca de 48 furos tendo um diâmetro de cerca de 0,64 cm). Depois da adição do ES fundido, o tempo de moagem do ciclo de moagem começou. Amostras foram coletadas em diferentes intervalos de tempo (mostrado abaixo do tempo na tabela IB; exemplo: experimentos III e IV foram tomados a 18 e 40 minutos, respectivamente) durante toda a duração dos testes para determinar a distribuição do tamanho da partícula e viscosidade da mistura ácido fosfórico/ES fundido. Em uma outra modalidade (experimentos VI, VII e IX na tabela IB, o enxofre fundido foi adicionado a uma solução aquosa de ácido fosfórico e deixado "curar" (para converter o enxofre sólido cristalino de uma fase para a outra) durante diferentes tempos, de períodos entre 4 e 16 horas para determinar os tempos de conversão de fase ideal nestas condições.
[0041] Os resultados para os experimentos I-X usando ES fundido são indicados na tabela IB a seguir. Conforme pode ser visto a partir da tabela IB, as modalidades preferidas usando enxofre elementar fundido foram experimento VII resultando em 59,6 % das partículas de ES passando em 53 μm, enquanto que ao mesmo tempo um consumo relativamente baixo de consumo de energia (73,2 kWh/mT ES) foi obtido. Petição 870180165161, de 19/12/2018, pág. 24/34 Tabela IB
[0042] Rocha de fosfato do solo, uma dispersão de enxofre elementar em ácido fosfórico, desespumante e água foram alimentados em um tanque de pré-mistura agitado. Fertilizantes foram preparados de uma faixa de dispersões (preparado da forma salientada anteriormente) tendo teor de enxofre de 10 a 30 % em peso, com base no peso da dispersão. A rocha de fosfato do solo foi moída usando um alimentador AccuRate, e um alimentador vibratório que transporta a rocha de fosfato para um tanque de pré-mistura. Uma bomba peristáltica foi usada para alimentar o desespumante. A dispersão de enxofre elementar em ácido fosfórico foi bombeada de um tanque de dia para o tanque de pré-mistura e foi medida usando um medidor de fluxo magnético. O tanque de pré-mistura sobre-fluiu por gravidade diretamente no reator.
[0043] O reator foi equipado com um agitador de velocidade variável ajustado com três turbinas de impulso para baixo de fluxo axial. Um nível constante foi mantido no reator; o volume de trabalho calculado foi 231 litros. Para alcançar a temperatura da lama alvo no reator (cerca de 100 oC), vapor foi alimentado no reator por meio de uma tubulação posicionada no mesmo nível que a turbina da base na haste do agitador. O tempo de residência no reator foi aproximadamente 100 minutos.
[0044] Um ventilador de exaustão foi usado para remover os gases do reator por meio de um depurador tipo jato para limpar gases antes de exauri- los na atmosfera. Água foi usada como o meio de purificação. Parte do licor do depurador foi direcionado para o reator para controlar a densidade da lama. O licor do depurador para controle do processo foi medido e alimentado por gravidade no topo do reator. A vazão foi manualmente checada.
[0045] A lama do reator de sobrefluxou por gravidade em um cone de isolamento de profundidade e foi transferida para um granulador de tambor por bomba de deslocamento positivo, tipo lobo de velocidade variável. Uma tubulação de aço inoxidável perfurada longa com seis furos de 6 mm foi usada para distribuir a lama em um leito de rolo de material de reciclagem no granulador de tambor. Uma barragem de retenção de 15 cm foi localizada a 61 cm da extremidade de descarga do granulador.
[0046] Gases retirados da área do granulador foram tratados com um depurador tipo venturi. O sistema de depuração usou água como o meio de depuração.
[0047] Material granular úmido do granulador foi descarregado por gravidade em um secador rotatório. O secador foi operado com fluxo de ar co- corrente e aquecido usando uma câmara de combustão acionada com propano localizada diretamente em linha com entrada do material do secador. A temperatura de operação do secador foi controlada indiretamente medindo a temperatura do ar na descarga do secador e ajustando o queimador desta maneira. Durante esta atividade, o secador foi operado em uma velocidade rotacional de 7 rpm.
[0048] Um coletor de pó do tipo ciclone foi localizado no duto de ar de processo entre a descarga do secador e o ventilador de exaustão. Um ventilador de centrífuga de roda aberto descarregou o ar de exaustão na atmosfera.
[0049] Um elevador de balde tipo centrífuga transferiu o material da descarga do secador para um sistema de tela mecanicamente vibrada, de convés duplo inclinado. A tela de alojamento foi ajustada com uma tela de tamanho maior Ty-Rod (aberturas de 4,00 mm) e uma tela de tamanho menor Ty-Rod (aberturas de 2,36 mm) para produzir um produto material entre 2,36 mm e 4,00 mm. Material acima do tamanho do sistema da tela foi direcionado para um moinho de corrente. A descarga do material do moinho de corrente retornou para o sistema de tela. Material acima do tamanho do sistema de tela retornou para o granulador junto com uma fração controlada do material de tamanho do produto para manter a granulação ideal. A fração de tamanho do produto do sistema de tela foi alimentada em um resfriador rotatório que foi operado com fluxo de ar co-corrente.
[0050] A usina foi equipada com um sistema de coleta de poeira fugitiva. Um ventilador de roda aberto descarregou o ar de exaustão na atmosfera.
[0051] Material de tamanho do produto foi coletado em funis portáteis e posteriormente armazenado em supersacos de 1 metro.
[0052] A poeira coletada no coletor de poeira tipo ciclone no sistema de coleta de poeira fugitiva foi analisada usando um analisador de queimador de enxofre para quantificar a quantidade de enxofre na poeira. Tabela 2 mostra a razão da quantidade de enxofre elementar na poeira para a quantidade de enxofre elementar no produto fertilizante, para ambos os vapores de poeira. Razões são mostradas para processo de preparar fertilizante de superfosfato triplo contendo enxofre elementar de acordo com a invenção, e também para um processo comparativo em que enxofre em pó comercial foi usado em vez da dispersão de enxofre elementar em ácido fosfórico preparada usando um moinho de dispersão. Uma faixa de razões é dada para mostrar os resultados para inúmeras corridas do produto: Tabela 2
[0053] É desejável que as razões sejam a menor possível em virtude de poeira contendo altas concentrações de enxofre elementar serem potencialmente explosivas. Reduzindo a quantidade de enxofre na poeira, o processo da presente invenção possibilita que versados na tecnologia incorporem maiores níveis de enxofre no produto fertilizante sem comprometer a segurança.
Claims (7)
1. Processo para preparar um fertilizante contendo enxofre elementar, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) usar um moinho de dispersão, em que um rotor gira em um estator fendilhado, e o rotor tem uma velocidade da ponta de 1500 a 3500 metros por minuto para umidificar enxofre elementar de moinho em um líquido, fornecendo assim uma dispersão de enxofre elementar moído no líquido; em que a entrada de energia, durante a moagem, é de 10 a 1000 kWh/ton de enxofre processado e em que o tamanho da partícula e distribuição do tamanho da partícula do enxofre elementar moído na dispersão é controlado pelo controle de um ou mais de: o tamanho das fendas no estator, o tamanho das fendas no rotor, a velocidade da ponta do rotor, a entrada de energia, e as propriedades físico-químicas (composição, temperatura, viscosidade) do líquido;(b) combinar a dispersão de enxofre elementar moído com componentes adicionais para fornecer uma mistura de enxofre elementar e componentes adicionais; e (c) granular a mistura em uma unidade granuladora para fornecer fertilizante contendo enxofre elementar granulado.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o moinho de dispersão tem um rotor entalhado dentro de um estator fendilhado.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o enxofre elementar é adicionado na etapa (a) como enxofre sólido.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou mais tensoativos são adicionados durante a etapa (a) ou etapa (b).
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o líquido na etapa (a) é um líquido aquoso, preferivelmente selecionado de uma solução aquosa de ácido fosfórico, uma solução aquosa de fosfato de amônio, uma solução aquosa de sulfato de amônio e uma combinação destes.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o fertilizante contendo enxofre elementar é um fertilizante de superfosfato triplo contendo enxofre, e na etapa (b), a dispersão de enxofre elementar moído em uma solução aquosa de ácido fosfórico é misturada e reage com rocha de fosfato, fornecendo assim uma mistura de enxofre e fosfato de cálcio solúvel.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o fertilizante contendo enxofre elementar é um monofosfato de amônio contendo enxofre, difosfato de amônio contendo enxofre ou fertilizante de nitrogênio/fósforo/potássio contendo enxofre, e na etapa (b), a dispersão de enxofre elementar moído em líquido é misturada e reage com amônia, fornecendo assim uma mistura de enxofre e fosfato de amônio.
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