CZ111493A3 - Způsob výroby granulovaného dusíkato-fosforového hnojivá - Google Patents

Abstract

Způsob výroby granulovaných dusíkato fosforečného hnojivá sestává z neutralizace fosforové kyseliny čpavkem, přičemž se získá rmut jako konečný produkt, z dispergace tohoto rmutu v proudu plynného nosiče tepla a z nanesení rmutu ve formé filmu na předtím vyrobené granule dusíkato fosforečného hnojivá, které byly odfouknuty z vytvořené fiuidní vrstvy. Granule jsou odfoukávány nosičem tepla, který má teplotu 300 až 790 °C a je veden odspodu nahoru rychlostí 25 až 39 m/s. Nanesený film dispergovaného rmutu se vysouší, přičemž vzniká konečný produkt.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výroby granulovaného minerálního hnojivá, zvláště způsobu výroby granulovaného dusíkato fosforového hnojivá, která se užívají v zemědělství k dodání dostatečného množství výživných látek rostlinám.

Dosavadní stav techniky

Efektivita dusíkato fosforového hnojivá závisí přímo od jeho fyzikálně chemických a fyzikálně mechanických vlastností. Hlavní nároky na fyzikálně mechanické vlastnosti hnojivá spočívají v následujícím : všechna pevná hnojivá mají být granulována a 90 až 95 % granulí má mít velikost od 1 do 4 mm, a obsah granulí pod velikost 1 mm může být nejvýše 5 %, přičemž se nesmějí vyskytovat žádné granule větší než 6 mm. Všechna granulovaná hnojivá se nesmí spěchovávat a je nutno zajistit 100 % sypavost po dobu 6 měsíců ode dne výroby. Statická pevnost granuli by neměla být menší než 2 až 3 MPa.

Hlavni surovinou pro výrobu dusíkato fosforečných hnojiv jsou přírodní fosfáty a z nich vyrobené fosforové kyseliny a čpavek. K rozkladu kyselin fosfátů se používá kyselina sírová a kyselina salpeterová, v malém množství kyselina solná. Užívá se rovněž nitrát čpavku, chlorid draslíku a mikropřisady.

Proces výroby dusíkato fosforečných hnojiv probíhá, v mediu rmutu (obvykle pH 4,0 až 5,0), který představuje fosfáty čpavku ve formě monoamonium a diamonium fosfátu ve směsi se solemi fosforových kyselin, například magnesiem, železem, vá.pníkem, vápníkem v rozpuštěném stavu nebo ve formě srážek.

Existuje postup k výrobě komplexního dusíkato fosforečného hnojivá, který zahrnuje neutralizaci fosforové kyseliny s koncentrací od 20 - 21% P2O5 až k molovému poměru NH3 : H3PO4 = 1,0 - 1,1 díky čpavku. Teplota rmutu během průběhu neutralizace dosahuje díky chemické reakci 110 až 115° C.

Získaný rmut se posouvá pomocí čerpadla shora dolů do oblasti zvýšené teploty vysoušeče, kde je dispergován proudem plynného nosiče tepla při teplotě 600 až 700 °C rychlostí 160 m/s ve stejném proudu se rmutem. Poté se dispergovaný rmut přivede do fluidní zóny vysoušeče. Fluidní vrstva se vytvoří z dříve vyrobeného granulovaného dusíkato fosforečného hnojivá, které je podrobeno stálému mechanickému působení proudu od spodu nahoru vedeného nosiče tepla o teplotě

180 až 200 °C.

Ve fluidní zóně vysoušeče se vrství dispergovaný rmut na granule dusíkato fosforečného hnojivá, které tvoři fluidní vrstvu.

Z fluidní vrstvy se vede granulovaný produkt ke tříděni na hrubá zrna ( 4 mm) a jemná zrna ( lmm) a potom k ochlazení. Z vysoušeče odcházející plyny obsahuji jemné a prachovité čá.stečky výrobku , které se zachytávají v cyklónu a spo3 léčně s jemnými zrny odcházejí do fluidni vrstvy zpět ke granulaci.

Získaná frakce konečného produktu o velikosti zrna 1,0 až 4,0 mm obnáší asi 85 až 95 %, čas sušení a granulace je asi 20 až 40 minut (viz Technologie forsforových a komplexních hnojiv, 1987, Chimia, Moskva, str. 196). Při prováděni tohoto způsobu je nutné zajistit v zóně sušení a granulace produktu nízké rychlosti nosiče tepla (1-2 m/s), protože zvýšeni rychlosti nosiče tepla vede k odfouknutí granulí z fluidni vrstvy a tim k jejich rozpadu. Nízké rychlosti nosiče tepla jsou důsledkem nízké intenzity a výkonu tohoto postupu. Specifický výkon, vztažený na vypařenou vlhkost je 30 až 50 kg/m³/h.

Dále je znám způsob výroby granulovaného dusíkatofosforečného hnojivá, který sestává z neutralizace fosforové kyseliny při teplotě 90 až 120 °C společně s odtoky z absorpčních systémů plynným čpavkem až k získání rmutu o vlhkosti 25 až 35 %. Rmut je pak rozprášen čerpadlem přes trysku pomocí tlakového vzduchu do vysoušeči zóny, kde se nabalí na již existující granule dříve vyrobeného hnojivá. Přitom jsou granule dříve vyrobeného hnojivá posouvány vertikálně shora dolů a tvoří tak zvaný závoj po dráze pomocí tlakového vzduchu posouvaného rmutu, který je přiváděn k závoji kolmo. Dispergovaný rmut je nanášen ve formě filmu na granule dříve vysušeného hnojivá a zvětšuje jejich rozměry. Vysoušeni přitom se tvořících granulí konečného produktu až ke zbytkové vlhkosti 1,0 % se děje 20 až 40 minut v proudu nosiče tepla

- v kouřových plynech, které se přivádějí o teplotě 500 až 500 °C. Vysušený produkt se vyjme z vysoušečky a sortuje. Hrubá zrna (>4,0 mm) se vedou na zmenšeni a přidají se potom k ostatním. Jemná zrna (<1 mm) se vedou do vysoušečky ke granulaci. Specifický výkon vztažený na vypařenou vlhkost je 30 až 50 kg/m’/h (Technologie fosforových a komplexních hnojiv, 1987, Chimia, str. 191,192).

Tento způsob se dá realizovat při posuvných rychlostech nosiče tepla nejvýše 20 m/s, neboť při zvýšeni posuvu nosiče tepla dochází k odfukování granulí ze závoje, což zapříčiňuje tvorbu velkého množství jen malých granuli a což vede k nedobré skladbě zrn vyrobeného produktu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob výroby granulovaného dusíkatofosforečného hnojivá podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že předem vytvořené granule dusikato-fosforečného hnojivá se před nanesením rmutu na ně přivedou do fluidní vrstvy, z její horní části jsou granule odfoukávány plynným nosičem tepla, který má teplotu 300 až 790°C a pohybují se odspodu nahoru rychlostí 25 až 39 m/s, přičemž pohyb granuli je zajištěn ve vertikálním směru.

Způsobem podle vynálezu se zintenzivní proces výměny tepelné hmoty ve stádiu granulace a vysoušení hnojivá. Zlepšuje se tím kvalita konečného produktu zvýšením pevnosti granuli při vyšším výkonu a sníženi ztrát čpavku.

Díky postupu podle vynálezu je pevnost vyrobených granuli dusíkato fosforečných hnojiv 5 MPa, přičemž výkon při tomto postupu se zvýšil 2 krát až 3 krát a ztráty čpavku ve stádiu sušeni a granulace se snižují o 30 až 40 %.

V provedení podle vynálezu je výhodné, když se granule ze zmiňované fluidni vrstvy vyfukují kruhovitým proudem nosiče tepla, což zaručuje stejnoměrné nanesení rmutu na odfouknuté granule dusikato fosforečného hnojivá.

Je rovněž účelné provést dispergaci rmutu na pohybujících se granulích uvnitř kruhovitého proudu nosiče tepla, což zaručí vysoušení malých kapek rozprášeného rmutu při vytvářeni jemných granulí, které slouží jako základ pro další vytváření granulí.

Podle vynálezu je rovněž výhodné přivádět rmut k dispergaci od spodku, což umožní využít vysokých teplot nosiče tepla nejefektivněji.

Podle vynálezu je výhodné odfukovat granule dusíkato fosforečného hnojivá nosičem tepla o teplotě 300 °C, který je přiváděn odspodu nahoru rychlosti 25 m/s nebo nosičem tepla o teplotě 790 °C přiváděným odspodu nahoru rychlosti m/s.

Příklady provedení vynálezu

Způsob výroby granulovaného dusíkato-fosforečného hnojivá bude dále popsán na konkrétních příkladech provedení.

e>

Způsob podle vynálezu · se týká především výroby t.zv. komplexníxh hnojiv a zakládá se na neutralizaci fosforových kyselin čpavkem při získání amonium fosfátů.

Fři neutralizaci fosforových kyselin s koncentrací přes 50 % až k molovému poměru NH3H3PO4 = 1,39 je monoamoniumfosfát rovnovážnou fází. Neutralizační komplex obsahuje 25 % NH3, 59 % H3PO4, 30,75 % H?0. Velké množství pevné fáze odpovídá NH3 : H3PO4 = 1,0. Při zmenšení nebo zvětšení tohoto poměru (až 1,39) množství pevné fáze klesá. Při

NH3 : H₃PO4= 1,39 pevná fáze chybí.

Proces amonisace kyseliny fosfátové při způsobu podle vynálezu je výhodné provést ve dvou stádiích. V pevném stadiu se přivede amonisace kyseliny fosfátové až na NH3 : H3PO4 = 1,3 - 1,4 při získání nejčastěji lehce kapalného rmutu. Ze získaného rmutu se oddělí vodní pára a provede se následná amonisace rmutu až na NH₃ : H3PO4 = 1,75, a ten se vede společně s při dodatečné amonisaci rmutu vzniklou párou ke stadiu granulace a vysoušení. Rmut z amoniumfosfátů obsahuje především monoamonium fosfát a diamonium fosfát a malé množství přísad ve formě křemičitých, magnéziových a draselných solí.

Podle postupu podle vynálezu se potom konečný rmut disperguje v proudu plynného nosiče tepla na granuláty konečného produktu.

Přitom se podle postupu podle vynálezu vedou dříve vytvořené granule dusíkato fosforečných hnojiv o velikosti 1 až 4 mm do fluidní vrstvy z jejíž horní části jsou granule od7 foukávány plynným nosičem -tepla, který má teplotu 300 až 790 °C, což jsou například kouřové plyny, které jsou vedeny odspodu nahoru rychlostí 25 - 39 m/s. V důsledku odfouknuti granulí dusíkato fosforečného hnojivá z horní části fluidní vrstvy se zaručuje vertikální směr pohybu granuli. Přitom se rmut , který v proudu plynného nosiče tepla disperguje, nanáší v tenké vrstvě na již dříve vyrobené granule dusíkato fosforečného hnojivá, které jsou prohřátý na teplotu od 80 do 130°C diky nosiči tepla. Dochází k momentálnímu vysoušeni ve formě filmu naneseného rmutu na základě přestupu tepla z plynného nosiče tepla a ohřátých granulí, přičemž se granule oddělují od plynného nosiče tepla a vedou se do fluidní vrstvy. Proces průběžného přibýváni velikosti granuli dusikato fosforečného hnojivá probíhá tak dlouho, až granule nabydou takové váhy, která už nedovolí odfouknuti z fluidní vrstvy a zajistí se tím pohyb ve vertikálním směru

Zvětšené granule s rozměrem 2 až 4 mm se propadají do spodního dílu fludní vrstvy, z které je potom odváděno granulované dusíkato fosforečné hnojivo k třídění a ochlazování .

Malé kapky rmutu, které se při jeho dispergaci vytvoří a pohybují se ve vertikálním směru a nespojily se s již dříve vytvořenými granulemi dusíkato fosforečného hnojivá jsou vysoušeny v proudu nosiče tepla, přičemž se vytvářejí volné granule, které pak slouží jako zárodky další tvorby granulí.

Zintenzivněni procesu výměry tepla ke sníženi vysoušeči doby na granule nanášeného filmu rmutu, zvýšení pevnosti granuli díly zhutněni v důsledku několikanásobných vzájemných nárazů granulí při jejich zpětném oběhu mezi fluidní vrstvou a odfukovanými granulemi se umožní postupem podle vynálezu, kdy se zvyšuje teplota nosiče tepla na hodnotu mezi 300 a 790 °C a zvýšeni rychlosti posuvu odspodu nahoru na 25 až 39 m/s.

Překročení udaných parametrů může vyvolat rozbití vazeb, které jsou výsledkem amonizace kyseliny fosforové a odfuk granulí ze zóny nanášení do záchytných zařízení, čímž se poruší existence t.zv. závoje, který pohybující se granule vytvoří, neboť rychlost odfuku granulí převýší rychlost jejich zpětného vedení do fluidní vrstvy.

Velký význam pro uvedený proces má velikost posuvné rychlosti nosiče tepla. Její hodnota by měla převyšovat rychlost pádu 4 mm velkých granulí, což umožňuje vyfukovat granulovaný produkt horního dílu fluidní vrstvy a zajistit tak pohyb granulí ve vertikálním směru při vytvářeni t.zv. závoje, který je dostatečně stabilní.

Jak však bylo zjištěno, pokud má vyfukující nosič tepla teplotu 300 °C měl by být přísun o rychlosti 25 m/s, při teplotě 790 °C až ale 39 m/s.

Díky uvedeným parametrům a podmínkám provedeni granuláce vyráběného dusíkato fosforečného hnojivá činí prodleva granuli ve stavu vertikálního pohybu v t.zv. závoji 1 až 2 vtřeřiny, což zaručuje z důvodu vysoké intenzity procesu vysušení naneseného filmu.

Při zpětném oběhu granulí se během 4 až 8 minut zvětši jejich rozměry na 1 až 4 mm a diky intenzivnímu odfukování jemných granulí z horní části fluidní vrstvy dochází k selektivnímu odfuku frakce o velikosti 1-4 mm z fluidní vrstvy, což zaručuje zvýšení výkonu procesu granulace a výroby produktu dusikato fosforečného hnojivá s granulemi obsahujícími především žadanou frakci o velikosti 1-4 mm.

Docílené zintenzivněni procesu tvorby granulí požadované velikosti je zajištěno snížením času granulace a vysoušeni, což zároveň přináší snížení vylučováni čpavku a jeho ztráty při vysokých teplotách, které vyplývají z podmínek.

Volba výšky teploty nosiče tepla, který odfukuje granule dusikato fosforečného hnojivá odvisí od vlhkosti k dispergaci přiváděného konečného rmutu. Takže např. při vlhkosti rmutu 11,2 % je teplota nosiče tepla 300 °C, zatímco při vlhkosti 25 % je to už 790 °C, což zajišťuje podmínky pro efektivní vysoušení nanášeného filmu rmutu na granule.

Při zvýšení vlhkosti rmutu se zvýši teplota odfukujicího nosiče tepla a jeho rychlost posuvu, ale v důsledku intenzivní výměny tepla za podmínek podle vynálezu se teplo z nosiče tepla spotřebuje pro vypaření vlhkosti a u granulí nedojde k přehřátí.

K zajištění stejnosměrného nanesení rmutu na odfoukávané granule dusikato fosforečného hnojivá a k efektivnímu využití vysokých teplot nosiče tepla jsou granule z fluidní vrstvy odfukovány nosičem tepla, jehož proud má kruhovitý tvar, přičemž je rmut, který je přiváděn odspoda a vzhledem k ose kruhovitého proudu nosiče tepla pod úhlem například ⁰ dispergován.

Pro lepší znázorněni postupu podle vynálezu budou uvedeny příklady konkrétního provedení.

PŘÍKLAD 1

Kyselina fosforová v množství 25,2 t/h o koncentraci 38 % P2O5 se amonizuje s kapalným čpavkem v množství 2,4 t/h při teplotě 110 °C, přičemž se získá 24,2 t/h rmutu v koncentraci 39,6 %, a s 3,4 t/h vodní páry, které se od rmutu oddělí.

Získaný rmut se amonizuje dodatečně kapalným čpavkem v množství 1,9 t/h při teplotě 105 °C. Získá se 23,9 t/h diamonium fosfátového rmutu, který obsahuje 40,1 % P₂O₅ o vlhkosti 15 % a 2,2 t/h vodní páry.

Zároveň se získáním diamonium fosfátového rmutu se přivedou dříve vytvořené granule dusíkato fosforečného hnojivá do zóny granulace a vysoušení konečného produktu ve stavu fluidní vrstvy. Z horní části fluidni vrstvy jsou odfukovány granule dusíkato fosforečného hnojivá kruhovitým proudem nosiče tepla, kterým je topný plyn a tyto granule mají teplotu 500 ⁰ C a pohybují se zespodu nahoru do zóny granulace a vysoušeni v množství 22, 1 t/h rychlostí 31 m/s.

Přitom se z ve vertikálním směru se z pohybujících se předtím vyrobených granulí dusíkato fosforečného hnojivá vytvoří dostatečně stabilní závoj. Již dříve získaný diamonium fosfátový rmut se vede do zóny granulace a vysoušení odpadu nahoru přes tlakovou trysku, která je umístěna uvnitř kruhového proudu topných plynů. Přitom dispergovaný rmut se nanáší ve formě filmu na dříve vyrobené granule dusíkato fosforečného hnojivá, které se nacházejí v kruhovitém závoji. Vysoušeni naneseného filmu se děje během 1 až 2 vteřin. Malé kapky dispergovaného rmutu, které se nenanesly ve formě filmu na dříve vyrobené granule dusíkato fosforečného hnojivá vyschnou za termického působeni proudu topných plynů a vytvoří se z nich jemné granule, které pak tvoří jádra nových granulí.

Po vysušení filmu rmutu na granulích se tyto oddělí od topných plynů a vedou se zpět do fluidní vrstvy. Zpětným oběhem granulí mezi fluidní vrstvou a kruhovým závojem se během 4 až 3 minut dosáhne při sobě následujícím několikerém nanesení filmu na granule zvětšení jejich velikosti na 1 až 4 mm a diky vícenásobným vzájemným nárazům granulí se zvýši jejich pevnost. Ve fluidní vrstvě dochází k třídění granulí, přičemž větší granule o velikosti 2-4 mm se díky vlastní váze propadají do spodní části fluidní vrstvy odkud je potom odebírán granulovaný diamoniumfosfát. Ze získaného produktu se oddělí jemná zrna a vedou se zpět do fluidní vrstvy a po ochlazeni granulí se získá 20 t/h granulovaného diamonium fosfátu o koncentraci 46,5 % P₂O₅ a 17,3 % dusíku. Specifický výkon ve stadiu vysoušeni a granulování je 100 kg/m3/h, přičemž výnosnost běžné žádané frakce je 95 % a pevnost granulí 5,2 MPa. Ztráty čpavku ve stádiu granulace a sušení obnášejí 0,37 t/h.

PŘÍKLAD 2

Amonizuje se kyselina fosforová v množství 24,1 t/h o koncentraci 39,8 % P2O5 s tekutým čpavkem v množství 2,4 t/h při teplotě 110 °C při zisku 23,1 t/h rmutu s koncentrací 41,5 % P?O= a 3,4 t/h vodní páry , která se od rmutu oddělí.

Získaný rmut se amonizuje dodatečně s tekutým čpavkem v množství 1,9 t/h při teplotě 105 °C. Získá se 22,8 t/h diamonium fosfátového rmutu, který obsahuje 42 % P;Os o vlhkosti 11 % a 2,2 t/h vodní páry.

Granulace a vysoušení se dějí za podobných podmínek, které jsou uvedeny v příkladu 1, avšak použijí se topné plyny o teplotě 300 °C , které jsou přiváděny odspodu nahoru do zóny granulace a vysoušení rychlostí 25 m/s.

Diamonium fosfátový rmut se vede do zóny granulace a vysoušení odspodu pod úhlem 45° vzhledem k ose proudu nosiče tepla.

Po vytřídění a ochlazení granulí se získá 20 t/h granulovaného diamoniumfosfátu o koncentraci 46,5 % P2O5 a 17,3 % dusíku.

Pevnost vyrobených granulí konečného produktu je 5,0

MPa.

Ztráty čpavku jsou ve stadiu granulace a vysoušení 0,32 t/h.

Výnos požadované frakce je 92 %.

PŘÍKLAD 3

Amonizuje se kyselina fosforová v množství 28,4 t/h s koncentrací 33,7 % P2O5 s kapalným čpavkem v množství 2,4 t/ h o teplotě 105 ’C při zisku 27,4 t/h rmutu o koncentraci % F;O₅ a obsahem 3,4 t/h vodní páry, která se oddělila od rmutu.

Získaný rmut se amonizuje dodatečně s kapalným čpavkem v množství 1,9 t/h při teplotě 105 °C.

Získá se 27,1 t/h diamonium fosfátového rmutu, který obsahuje 35,4 % P2O5 o vlhkosti 25 % a 2,2 t/h vodní páry.

Granulace a vysoušení se provádi za podobných podmínek, jaké jsou uvedeny v přikladu 1, použiji se vsak topné plyny, které mají teplotu 790 °C a jsou vedeny odspodu nahoru do zóny granulace a vysoušení rychlosti 39 m/s.

Po třídění a ochlazení granulí se získá 20,4 t/h granulovaného diamoniumfosfátu o koncentraci 46,5 % P2O5 a 17,3 % dusíku.

Pevnost vyrobených granulí konečného produktu je 5,1

MPa.

Ztráty čpavku jsou ve stadiu granulace a vysoušení 0,43 t/h.

Výnos požadované frakce je 90 %.

Průmyslová, využitelnost

Způsob výroby granulovaného dusíkato fosforečného hnojivá se uživá při výrobě granulovaných hnojiv. Kromě výše uvedených alternativ existuji i další modifikace tohoto způsobu, které nepřekračuji rámec podstaty tohoto vynálezu.

	<3 í	to.	CC
	- 'v		σ o	St	o
j	- C <		CZ>
j	'S <		r—
i	™ 1	to	o
1	A š	co

t J i QC

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁ ϊΓΌΤΤ-Ύ—— —

   1. Způsob výroby granulovaného dusíkato-fosforečného hnojivá sestávající z neutralizace kyseliny fosforové čpavkem, čímž se získá rmut z konečného produktu, z dispergace získaného rmutu v proudu plynného nosiče tepla a z nanesení rmutu ve formě filmu na předtím vytvořené granule dusíkato-fosforoveho hnojivá, které se pohybuji ve vertikálním směru, stejně jako z vysoušení naneseného filmu a vytvoření granulovaného konečného produktu, vyznačující se tím, že předem vytvořené granule dusíkato - fosforečného hnojivá se před nanesením rmutu na né přivedou do fluidni vrstvy, z její horní části jsou granule odfoukávány plynným nosičem tepla, který má teplotu 300 až 790 °C a pohybují se odspodu nahoru rychlostí 25 až 39 m/s, přičemž pohyb granulí je zajištěn ve vertikálním směru.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že granule jsou z fluidni vrstvy odfoukávány kruhovitým tvarem proudu nosiče tepla.
3. 3. Způsob podle nároku la2, vyznačující se tím, že že k dispergaci rmutu dochází uvnitř kruhovitého tvaru proudu.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že rmut je k dispergaci přiváděn odspodu nahoru.
5. 5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že granule dusíkato fosforečných hnojiv jsou odfoukávány nosičem tepla, který má teplotu 790 °C a je přiváděn odspodu nahoru rychlostí 39