BRPI1013631B1

BRPI1013631B1 - Processo para a produção de nitrato sulfato de amônio

Info

Publication number: BRPI1013631B1
Application number: BRPI1013631-2A
Authority: BR
Inventors: Michael R. Smith
Original assignee: Uop Llc
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2021-07-20
Also published as: CA2757445A1; RU2537810C2; US8268279B2; JP2012521959A; BRPI1013631A2; US20110277522A1; JP6046489B2; AU2010234908B2; CA2757445C; EP2414307B1; US20100242556A1; EP2414307A4; WO2010117751A2; ES2768238T3; AU2010234908A1; CN102448911B; RU2011142093A; CN102448911A; EP2414307A2; UA104172C2

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE NITRATO SULFATO DE AMÔNIO. É apresentado um processo para a produção de nitrato sulfato de amônio. O processo proporciona a produção de um produto altamente uniforme possuindo um tamanho substancialmente uniforme. O processo inclui reagir sulfato de amônio e nitrato de amônio para formar um derretido pastoso FASN. O derretido pastoso é continuamente agitado de modo a manter o derretido pastoso sob uma condição de afinamento por cisalhamento e numa temperatura uniforme até que o derretido pastoso seja extrudado, resfriado e solidificado.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção está relacionada a um processo para a produção de partículas de tamanho uniforme de fertilizantes. Mais particularmente, ela está direcionada para a produção de um material sólido usado para fertilizante a partir de uma mistura de um sólido e líquido.

Fundamentos da Invenção

[0002] A produção de produtos fertilizantes mistos tem sido realizada através da mistura e/ou reação dos componentes individuais de fertilizantes e transformação dos componentes/produtos na forma de partículas da faixa de tamanho desejado. As partículas podem compreender uma vasta faixa de tamanhos, representando um produto menos preferido, e serem selecionadas, com o material fora de tamanho separado e coletado para reprocessamento ou para ser comercializado com um produto menos valioso. Adubos misturados também são comuns onde os componentes fertilizantes são misturados, mas não transformados em partículas contendo a totalidade dos componentes ou nutrientes. Isso leva a partículas não homogêneas com diferenciação no teor do componente, em particular na quantidade de nitrogênio que pode variar ao longo da mistura. A não-uniformidade leva a uma não- uniformidade na dispersão, nas taxas de liberação com o tempo e na eficácia dos nutrientes.

[0003] Os fertilizantes que foram transformados na forma de aglomerados (também conhecidos como “pellets”) ou grânulos contendo misturas de nutrientes também podem incluir compostos traço que são acrescentados para o reforço do fertilizante quanto a um uso particular. Além disso, os fertilizantes que são transformados como partículas uniformes podem ter mais controle sobre a liberação dos nutrientes ao interior dos solos sobre os quais os fertilizantes são espalhados. As taxas de liberação dos nutrientes e o controle da composição podem reduzir a perda dos nutrientes antes das plantes terem a capacidade de absorvê-los.

[0004] A formação de pequenas pílulas é um método de produção de pequenos ‘pellets’ esféricos, em que o material derretido é passado através de um equipamento chamado cabeça de formação de pílulas que gera correntes de gotículas de líquidos. As gotículas possuem pouca ou nenhuma matéria volátil, e não contém solventes a serem removidos. As gotículas são resfriadas com um fluxo contínuo de gás refrigerante, tipicamente ar para solidificar as gotas. A granulação é outro método, no qual material fundido é descarregado através de bicos de pulverização para criar partículas do fertilizante que são misturadas e aglomeradas em um tambor rotativo.

[0005] No entanto, ambos os métodos de formação de pílulas e de granulação têm desvantagens. No de granulação as partículas produzidas carecem de uniformidade (tamanho e forma), e geralmente necessitam do reprocessamento de uma fração significativa de material fora de especificação, aumentando a despesa com necessidade de equipamentos de reprocessamento (tela, moedores, transportadores) e equipamentos de captura de poeiras e de partículas de dimensões sub-micrômetro. Na formação de pílulas, as partículas produzidas têm melhor tamanho e uniformidade de forma do que com a granulação mas quantidades granes de ar precisam ser tratadas de modo a capturarem os particulares de dimensões sub-micrômetro antes de serem ventilados para a atmosfera.

Sumário da Invenção

[0006] É apresentado um processo para a produção de nitrato sulfato de amônio. O processo compreende formar um derretido pastoso mediante reação de nitrato de amônio e um excesso de sulfato de amônio para formar uma derretido pastoso compreendendo nitrato sulfato de amônio. O derretido pastoso é misturado continuamente para mantê-lo em um estado de afinamento por cisalhamento e para manter os sólidos suspensos no derretido pastoso. O derretido pastoso é passado para um estator aquecido, onde o derretido pastoso é continuamente misturado à medida que o derretido pastoso passa através do estator aquecido. Uma parte do derretido pastoso é passada através de um canal no estator aquecido, e o derretido pastoso é extrudado através de uma grelha que se movimenta sobre o canal. O derretido pastoso é extrudado como gotículas a partir da grelha móvel onde as gotículas caem numa esteira transportadora movediça resfriada. As partículas sólidas na forma semi-elipsoidal estão na faixa preferida de 2 a 3 mm de diâmetro, e são coletadas na esteira transportadora.

[0007] Outros objetivos, vantagens e aplicações da presente invenção se tornarão aparentes para aqueles hábeis na arte a partir da descrição detalhada e dos desenhos apresentados adiante.

Breve Descrição dos Desenhos

[0008] A Figura 1 é um diagrama do processo; e

[0009] A Figura 2 é um diagrama de um dispositivo rotativo modificado de formação de pastilhas.

Descrição Detalhada da Invenção

[00010] Os componentes básicos para muitos fertilizantes incluem uma fonte de nitrogênio, e usualmente incluem uma fonte de enxofre. Nitrato sulfato de amônio é comum na indústria e, geralmente, refere-se a uma mistura de sais duplos de sulfato de amônio com nitrato de amônio, e inclui pequenas quantidades de sais individuais. Um produto nitrato sulfato de amônio é um produto sólido conhecido como nitrato sulfato de amônio de fusão (FASN). FASN está relacionado a muitas das preocupações do mercado de fertilizantes quanto à produção de fertilizantes sólidos particulados tais como nitrato de amônio, uréia-nitrato de amônio, e nitrato de amônio cálcico. Um objetivo é a produção de partículas de tamanhos uniformes tal que o processamento adicional, tal como classificação, trituração, refusão, engorda ou aglomeração adicional não seja necessário. Quando referindo às partículas como uniformes, as partículas possuem uma forma semi- elipsoidal geralmente uniforme, com um lado achatado, e um estreito tamanho, diâmetro ou faixa de partículas.

[00011] O nitrato sulfato de amônio é um fertilizante desejável na medida em que tem propriedades melhoradas de estabilidade e segurança contra detonação sobre os demais compostos de nitrato de amônio. Embora o nitrato sulfato de amônio (ASN) seja um composto conhecido, o processo apresentado aqui é para a produção de formulação patenteada da Honeywell, encontrado na Patente norte-americana U.S. No. 6689181, e em seguida, o uso de ASN, ou de nitrato sulfato de amônio de fusão (FASN) refere-se a esta formulação. Além disso, o nitrato sulfato de amônio tem mais resistência a umidade, para retardar a entrega dos nutrientes às plantas e limitar as perdas devido a chuvas.

[00012] A presente invenção é destinada a produzir uma partícula dimensionada de forma substancialmente uniforme para FASN, na faixa de tamanho exigida por seus usuários. FASN compreende uma mistura uniforme de sais duplos de nitrato sulfato de amônio (ASN) e sulfato de amônio (AS) não reagido, com uma pequena quantidade de nitrato de amônio (AN) não reagido. O produto desejado é aquele que é predominantemente o sal duplo possuindo uma proporção de 2:1 de nitrato de amônio para sulfato de amônio, ou (AN)2AS. Uma pequena quantidade do sal duplo na relação 3:1 é formada, ou (AN)3AS. O processo utiliza um excesso de sulfato de amônio, que favorece a produção do sal duplo 2:1 sobre o sal duplo 3:1. As desejadas faixas para a composição FASN, em base seca é mostrado na Tabela 1.

[00013] A formação de FASN usando métodos tradicionais envolve uma considerável incerteza com relação ao desempenho do equipamento, adequação, operação em performance, qualidade do produto, as emissões e o custo de capital e operacionais. O material de partida para FASN é um derretido pastoso possuindo uma propriedade de afinamento por cisalhamento. O derretido, que é formado em um reator, compreende um derretido de nitrato sulfato de amônio em uma quantidade entre 60 e 70%p e finamente triturado, sulfato de amônio não dissolvido numa quantidade entre 30 e 40%p. O derretido pastoso precisa ser movimentado, ou sob uma condição de cisalhamento para impedir o aumento da viscosidade e prevenir a separação dos sólidos. Um aumento da viscosidade, ou o espessamento do derretido, e/ou a separação dos sólidos pode levar ao entupimento das linhas e equipamentos. Isso pode levar a uma não uniformidade no tamanho das partículas de FASN.

[00014] Um método de produção de FASN é o da formação de pílulas, onde o derretido pastoso deve ser elevado ao, tipicamente, entre 46 m (150 ft) até cerca de 76 m (250 ft) acima da grelha para as partículas serem resfriadas e suficientemente solidificadas. O controle sobre o tamanho das partículas, incluindo a coalescência das diversas partículas durante o resfriamento, e a produção de partículas de dimensão sub-micrômetro exige classificação, reciclagem e refusão de uma parcela do FASN.

[00015] De forma similar com a granulação do FASN, que é tipicamente realizada em um tambor rotativo, existe uma produção de partículas de dimensão sub-micrômetro, bem como de uma faixa maior de tamanhos de partícula. Nas remodelações de uma instalação já existente de produção de fertilizante sólido, ambos os métodos irão exigir a substituição, ou a modificação do equipamento existente, e terão um significativo reciclo de sólidos que não satisfaçam as especificações.

[00016] A presente invenção prevê a utilização dos ativos já existentes, com poucas ou nenhuma modificação, e proporciona a baixo custo a formação de partículas sólidas de modo a produzir um produto moldado de alta uniformidade dimensional. O processo utiliza o empastilhamento para formar partículas semi-elipsoidais substancialmente uniformes por solidificação de um derretido líquido sobre uma superfície de resfriamento. Existem diversos fabricantes de equipamentos comerciais de empastilhamento, todavia, o processo precisa ser modificado para produzir um produto FASN uniforme. O processo, como mostrado na Figura 1, compreende formar uma suspensão de derretido pastoso de nitrato sulfato de amônio e sulfato de amônio em um reator 10. O derretido pastoso é passado a um estator aquecido 20, onde o derretido pastoso é continuamente agitado, e extrudado como gotículas por sobre uma em uma esteira transportadora 30 que é resfriada para formar partículas sólidas semi-elipsoidais na faixa de 1 a 3 mm. Preferivelmente, as gotículas irão se transformar em partículas na faixa de 2 a 3 mm, e mais preferivelmente possuir um diâmetro nominal de 2,5 mm necessário para atender um valor dimensional padrão (SGN) de 220 a 280. Preferivelmente, quanto mais estreita for a faixa dimensional, mais altamente uniforme será o produto. O derretido pastoso, como mostrado na Figura 2, é passado através de um canal 22 no estator 20 e extrudado através de uma grelha movediça 24 que desliza sobre o canal 22. O canal 22 é parte de uma passagem cilíndrica maior 26 através da qual o derretido pastoso é transportado. O derretido pastoso é agitado continuamente para evitar um aumento na viscosidade.

[00017] O estator aquecido 20 é composto de uma passagem cilíndrica oca, parcialmente fechada 26 dentro do estator aquecido 20, onde a passagem cilíndrica 26 abrange o comprimento do estator 20. O meio de aquecimento pode ser qualquer líquido adequado, tal como a água aquecida, vapor, fluido de transferência de calor ou fluido de processo compatível. O derretido pastoso entra sob uma pequena mas controlada pressão, de menos de 0,8 MPa, que seja suficiente para passar o derretido pastoso através do estator aquecido 20. O fluxo é mantido a um nível suficiente para manter os sólidos em suspensão e manter o derretido pastoso em movimento livre. Uma parcela do derretido pastoso é passado fora do estator 20 e retornada ao reator 10. O derretido pastoso passa desde a passagem cilíndrica 26 até um canal 22 situado na parte inferior do estator 20. Um tambor cilíndrico perfurado 40 gira em torno do estator aquecido 20. Os furos 42 no tambor 40 passam através da parte inferior do canal 22, onde o derretido pastoso é extrudado. O derretido pastoso cai como gotas por sobre uma esteira transportadora 30 que é resfriada, e o derretido pastoso resfriado solidifica para formar as partículas do produto, também conhecido como pastilhas do diâmetro desejado. Os furos são suficientemente espaçados de modo a impedir que as gotas vizinhas se aglomerem com as outras gotas sobre a esteira transportadora de resfriamento 30, e os furos 42 são dimensionados de forma suficientemente largas para permitir a livre passagem das partículas sólidas de tamanhos iguais ou menores que 300 micrometros como dimensão máxima de partícula.

[00018] A montagem do estator 20 e do tambor rotativo 40 estarão orientados de horizontalmente acima e perpendicular à direção do movimento da esteira transportadora de resfriamento 30, com o estator 20 e o tambor 40 cobrindo a largura da esteira transportadora 30. A montagem do estator 20 e do tambor rotativo 40 está localizada na extremidade de entrada da seção resfriada da esteira transportadora 30 em um modo típico para tais esteiras resfriadoras.

[00019] Dentro da passagem cilíndrica 26 um sistema de agitação é provido para continuamente agitar o derretido pastoso e para manter o derretido pastoso em um estado uniformemente consistente ao longo da passagem 26. Esta agitação é para evitar o espessamento do derretido pastoso e para evitar a sedimentação de quaisquer sólidos à medida que o derretido pastoso flui ao longo da passagem 26 e para fora do canal 22. Em uma modalidade, o sistema de agitação compreende um sistema de pás limpadoras das paredes, giratório, de multi- lâminas, axialmente alinhadas 44. O sistema de pás 44 é girado numa baixa velocidade entre aproximadamente 200 rpm e 600 rpm, e preferivelmente entre 200 rpm e 400 rpm ou em aproximadamente 300 rpm.

[00020] O derretido pastoso compreende nitrato sulfato de amônio líquido em uma quantidade entre 60 e 80% em peso com uma quantidade preferida entre 60 e 70% em peso. O derretido pastoso também inclui sulfato de amônio sólido em uma quantidade entre 40 e 20% em peso com uma quantidade preferida entre 30 e 20% em peso. O sulfato de amônio sólido é finamente moído e é preferível que, quando o derretido pastoso deixa o reator 10, as partículas sólidas sejam menores que 300 micrômetros em sua dimensão máxima. As partículas sólidas parcialmente reagem e parcialmente se dissolvem no derretido pastoso. O derretido pastoso é agitado no reator 10 de modo a criar e manter a suspensão dos sólidos no derretido.

[00021] O processo enseja um significativo controle de temperatura sobre o processo como um todo, incluindo o reator agitado 10 e o estator aquecido 20, de modo a manter o derretido pastoso numa temperatura entre 180 °C e 200 °C. Preferivelmente, o processo é controlado para aquecer o reator 10 e o estator aquecido 20 numa temperatura entre 185 °C e 190 °C. O processo é controlado para impedir que a temperatura caia abaixo de 178 °C, onde o derretido pastoso pode começar a solidificar, e para impedir que a temperatura fique acima de 210 °C, onde o nitrato de amônio começa a se decompor.

[00022] O processo é ainda controlado para manter as pressões do sistema abaixo 1,14 MPa (150 psig) e, preferencialmente, para manter as pressões no sistema abaixo de 0,8 MPa (100 psig). Isto inclui o reator operando na, ou próximo da pressão atmosférica, e mantendo a pressão na tubulação e do estator aquecido a baixas pressões operacionais, geralmente inferiores a 0,8 MPa, e de preferência a pressões abaixo de 0,2 MPa. A manutenção do derretido pastoso numa condição aquecida e agitada para manter uma viscosidade mais baixa, contribui para o funcionamento em baixas pressões.

[00023] Embora, em uma modalidade, a agitação seja fornecida por um sistema de pás limpadoras das paredes, giratório, de multi-lâminas, a invenção é pretendida cobrir outros sistemas de agitação. Um exemplo é um parafuso tipo rosca sem-fim que mistura e movimenta o derretido pastoso através da passagem cilíndrica 26 no estator aquecido 20.

[00024] Para manter gotículas uniformes através dos furos da grelha movediça 42, é preferível que os furos 42 no tambor rotativo 40 sejam mantidos livres de acúmulo de material solidificado ou de aglomerados sólidos. Isso inclui a remoção do material residual do derretido pastoso que possam aderir aos furos 42 ou ao tambor 40 nas proximidades dos furos 42. Em uma modalidade, o produção ainda compreende a passagem de um fluido quente, tal como água quente ou vapor através dos furos da grelha movediça 42 após o derretido pastoso ter pingado do tambor rotativo 40 para a esteira transportadora 30. O equipamento pode incluir um canal adicional 50 através do estator aquecido 20. O canal adicional 50 se estende a um comprimento pelo menos tão alongado de modo a cobrir o tambor rotativo 40. Numa consideração prática, o canal adicional 50 se estende ao inteiro comprimento do estator 20.

[00025] Um sistema de coleta em torno do estator 20 e do também movediço 40 pode ser incluso para recuperar qualquer material residual soprado para fora dos furos da grelha 42. O sistema de coleta pode ser incorporado na coberta protetora aquecida 60, e projetada para impedir que qualquer material residual caia da esteira transportadora 30. O sistema pode incluir um raspador 52 para a raspagem mecânica do material ao redor das bordas dos furos 42. O dispositivo raspador 52 pressionado por mola varre o inteiro comprimento do tambor rotativo 40. O posicionamento do raspador 52 pode ser em diferentes posições ao redor do tambor. Uma posição é após o sopro do material residual, e uma posição alternativa é em um ponto logo antes do alinhamento dos furos do tambor 42 com o canal 22 do estator 20. É preferido que o raspador 52 seja feito de um material mais macio que o do tambor de modo a minimizar o desgaste do tambor rotativo 40.

[00026] O sistema também pode incluir um sistema de esteira transportadora 54 para coletar e remover o material residual do ambiente dentro da coberta protetora aquecida 60. Um sistema alternativo pode incluir uma gamela inclinada e aquecida para coletar o material como um líquido e canalizar o material até um deposito aquecido para retorno ao reator 10 para reutilização.

[00027] Embora a invenção tenha sido descrita naquilo que presentemente seja considerada suas modalidades preferidas, é para ser entendido que a invenção não está limitada às modalidades apresentadas, mas é pretendida cobrir as diversas modificações e arranjos equivalentes que se insiram no escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE NITRATO SULFATO DE AMÔNIO, caracterizado por compreender: formar um derretido pastoso compreendendo nitrato sulfato de amônio e sulfato de amônio em um reator; passar o derretido pastoso em um estator aquecido; agitar continuamente o derretido pastoso no estator; reciclar uma parcela de reciclagem do derretido pastoso a partir de um estator aquecido para o reator; passar uma parcela do derretido pastoso através de um canal; extrusar a parcela do derretido pastoso através de uma grelha movediça que desliza sobre o canal, e onde a grelha movediça compreende furos dimensionados para formar gotículas; e resfriar as gotículas que se espalham para formar partículas sólidas uniformes na faixa de diâmetro de 1 a 3 mm.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as gotículas serem transformadas como partículas sólidas uniformes na faixa de diâmetro de 2 a 3 mm.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender nitrato sulfato de amônio líquido entre 60 a 80% em peso e sulfato de amônio sólido entre 20 e 40% em peso.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sulfato de amônio sólido compreender partículas sólidas de menos de 300 micrômetros de dimensão máxima.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a formação do derretido pastoso compreender: misturar sulfato de amônio e nitrato de amônio em um reator para formar uma mistura; aquecer a mistura até uma temperatura suficiente para derreter o sulfato de amônio; e agitar a mistura.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a mistura ser agitada para manter o líquido sob uma condição de afinamento por cisalhamento.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender passar uma parcela do derretido pastoso do estator para o reator.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o reator ser aquecido a uma temperatura entre 180 °C e 200 °C.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o reator ser operado a uma pressão em 1,14 MPa (150 psig).

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o reator ser operado a uma pressão em 0,8 MPa (100 psig).

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o estator aquecido ser aquecido a uma temperatura entre 185 °C e 190 °C.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as gotículas caírem numa esteira transportadora movediça resfriada