DE10062598A1

DE10062598A1 - Verfahren zur gezielten Agglomeration von Düngemitteln

Info

Publication number: DE10062598A1
Application number: DE10062598A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Broeckel; Peter Palm; Robert Nitzschmann; Bernhard Purucker
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: DE10062598B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Düngemittelgranulaten, das die folgenden Reaktionsschritte umfaßt: DOLLAR A (i) Einbringen des in Pulverform vorliegenden Düngemittels in eine Mischvorrichtung mit einem ringförmigen, nicht rotierenden Mischraum, einem zentral angebrachten Mischer und daran angebrachten, den Großteil des Mischraums erfassenden Mischwerkzeugen sowie einem umlaufenden, im Bereich der Mischwerkzeuge an dem Mischer angebrachten Wirbler; DOLLAR A (ii) kontinuierliche Zugabe einer Bindeflüssigkeit, während sich das Mischwerkzeug und der Wirbler mit einer jeweils geeigneten Umdrehungszahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit drehen; DOLLAR A (iii) Fortführen des Mischvorgangs, bis sich Granulate einer geeigneten Größe gebildet haben; DOLLAR A (iiv) Entnahme und Trocknen der gebildeten Granulate.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem Düngemittel großtechnisch in Granulatform definierter Größe überführt werden. Die Granulate weisen eine gute Fließfähigkeit und geringe Neigung zum Verbacken auf und sind abriebfest, stauben also nicht.

Düngemittel werden generell in Form von Granulat eingesetzt. Dadurch sind sie leicht zu handhaben, können beispielsweise im Vergleich zu Pulvern leicht umgefüllt und ausgebracht werden. Um diese leichte Handhabung zu erreichen, müssen die Granulate eine hohe Fließfähigkeit aufweisen und sollten auch wenig Staub durch Abrieb während der genannten Vorgänge produzieren.

Düngemittelgranulate können mit verschiedenen Techniken hergestellt werden, die sich wie folgt klassifizieren lassen:

a) Vollkontinuierliche Apparate: für die Herstellung von Massendüngern werden sog. Prilltürme (Spritztürme), Wirbelbettapparate oder Granuliertrommeln eingesetzt. Sie können kontinuierlich in großem Maßstab, im Bereich von 600 bis 1500 t Produkt pro Tag eingesetzt werden. Es werden entweder eine sog. Maische (flüssige Salzschmelze mit Restgehalt Wasser) oder feuchte Rohsalze eingeführt und im Gegenstrom zu Luft granuliert. Massendünger haben üblicherweise Granulatgrößen von 2,5 bis 4 mm Durchmesser.
Für mittlere Produktionsmengen (200 bis 800 t Produkt pro Tag) setzt man auch Kompaktierwalzen ein, die eine feuchte Rohmasse verpressen. Kompaktate unterscheiden sich jedoch sichtbar von Granulaten (eckige, unrunde Körner) und neigen sehr stark zu Staubbildung durch Kornbruch.
b) Diskontinuierliche Apparate: für die Herstellung von (Spezial-)Düngern in kleineren Mengen (etwa 5 bis 500 t Produkt pro Tag) werden sog. Tellergranulierer (für kleine Mangen und Testchargen im Labormaßstab) und rotierende Mischkessel (mit rotierenden Einbauten) eingesetzt. Hier werden fein gemahlene trockene Rohstoffe eingefüllt, angefeuchtet und anschließend Granulate erzeugt. Spezialdünger haben üblicherweise Granulatgrößen von 0,5 bis 2,5 mm Durch messer.

Die bekannten rotierenden Mischkessel (rotierende Kessel mit feststehenden und rotierenden Einbauten, sog. Schaber und Wirbler) erzeugen im großtechnischen Maßstab ein Rohgranulat mit einer sehr breiten Korngrößenverteilung (0,005 bis zu 100 mm Durchmesser), so daß die Gutkornausbeute nur bei 30 bis 40% liegt. Die übrige Menge muß aufwendig rezirkuliert werden. Zudem ist der mechanische Verschleiß und die austretende Staubmenge an den rotierenden Dichtungen sehr hoch. Die Korngrößenverteilung des Rohgranulates läßt sich dabei durch Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeiten des Kessels/Wirblers oder der Granulierdauer kaum beeinflussen.

Zur Lösung dieses Problems wird in der EP-A 479 097 vorgeschlagen, die Agglomeration des Pulvers zu Granulaten in einem bestimmten Mischertyp, dem sogenannten Eirich- Mischer, vorzunehmen. Ein solcher Mischer weist einen zylindrischen, mit einem Boden versehenen Behälter auf, der drehbar ist und in der Mitte des Bodens einen Auslaß hat, einen Rührer, der in dem Behälter in exzentrischer Position von dem Rotationszentrum des Behälters angeordnet ist, und einen Mischschaber (Wirbler), der in dem Behälter exzentrisch von dem Rotationszentrum des Behälters derart angeordnet ist, daß er die Drehung des Rührers nicht stört. Anschließend wird der Behälter unter Rotation des Rührers mit einer hohen Außenumfangsgeschwindigkeit von nicht weniger als 20 m/min in Gegenrichtung zu der Rotation des Rührers rotiert, wobei der Mischschaber nicht rotierend ist oder in Gegenrichtung zur Rotation des Behälters rotiert, um das Pulver mit dem Wasser so zu vermischen und zu verkneten, daß Granulate erzeugt werden. Schließlich wird der Rührer mit einer niedrigen Umfangsgeschwindigkeit von nicht höher als 900 m/min in Gegenrichtung zu der Rotation des Behälters rotiert, um die Größe der Körner so einzustellen, daß gering wasserlösliche Düngemittelgranulate der gewünschten Größe gebildet werden. Die erhaltenen Granulate werden im letzten Schritt getrocknet.

Obwohl das in der EP-A 479 097 offenbarte Verfahren harte, abriebfeste Düngemittelgranulate liefert, bestehen durchaus Nachteile. Bei Durchführung dieses Verfahrens in Labor- und Technikumsmaßstab werden akzeptable Ausbeuten bis zu ca. 75 % erreicht; dies ändert sich jedoch drastisch bei großtechnischen Ansätzen. Bei Batch- Größen von ca. 1,5 t ergeben sich Gutkornausbeuten von nur 30 bis 40%, die verbleibenden 60 bis 70% müssen aufwendig rezirkuliert werden. Die Folgen sind eine hohe Anlagenbelastung und eine reduzierte Kapazität sowie die damit verbundenen erhöhten Produktionskosten. Weiterhin hat es sich bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik als nachteilig erwiesen, daß sich sowohl der Behälter mit dem zu agglomerierenden Material als auch die Mischwerkzeuge drehen. Die Beschleunigung des Behälters und des Materials bedingen beim Durchführen großtechnischer Ansätze von beispielsweise 1,5 t einen entsprechenden Energieaufwand und eine Konstruktion, die die Beherrschung der dabei auftretenden Kräfte sicherstellt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung von harten, abriebfesten und eine gute Fließfähigkeit aufweisenden Düngemittelgranulaten im großtechnischen Maßstab ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Düngemittel granulaten umfassend die folgenden Reaktionsschritte:

a) Einbringen des in Pulverform vorliegenden Düngemittels in eine Mischvorrichtung mit einem ringförmigen, nicht rotierenden Mischraum, einem zentral angebrachten Mischer mit daran angebrachten, den Großteil des Mischraums erfassenden Mischwerkzeugen sowie einem umlaufenden, im Bereich der Mischwerkzeuge an dem Mischer angebrachten Wirbler;
b) kontinuierliche Zugabe einer Bindeflüssigkeit, während sich die Mischwerkzeuge und der Wirbler mit einer jeweils geeigneten Umdrehungszahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit drehen;
c) Fortführen des Mischvorgangs, bis sich Granulate einer geeigneten Größe gebildet haben;
d) Entnahme und Trocknen der gebildeten Granulate.

Es wurde gefunden, daß sich durch den Einsatz der erfindungsgemäß verwendeten Mischvorrichtung Düngemittelgranulate in großtechnischem Maßstab mit hoher Ausbeute herstellen lassen. Bei den erfindungsgemäß verwendeten Mischvorrichtungen handelt es sich um einen an sich bekannten Mischertyp. Eine erfindungsgemäß verwendete Mischvorrichtung verfügt über einen ringförmigen Mischraum, der während des Mischvorgangs nicht rotiert und in Ruhe verbleibt. In diesem Mischraum ist zentral ein Mischer angebracht. Dieser Mischer weist zum Erzielen des zur Granulatbildung entsprechend der vorliegenden Erfindung erforderlichen Vermischungsgrad geignete Mischwerkzeuge auf. Diese sind so gestaltet, daß der Großteil des Mischraums erfaßt und so eine zur Granulatbildung ausreichende Vermischung des aufgegebenen Gutes ermöglicht wird.

Vorzugsweise ist der Mischraum und/oder der Mischer so gestaltet, daß die gesamte Menge des Mischgutes von diesem erfaßt und ständig bewegt wird. Dies kann dadurch geschehen, daß sich der Mischer bzw. die Mischwerkzeuge über den gesamten Mischraum erstrecken, beispielsweise mit Mischarmen, die eine entsprechende Länge aufweisen und Mischschaufeln tragen, die das Gut entsprechend erfassen. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zum Erreichen eines optimalen Mischvorgangs Wandabstreifer und/oder Bodenabstreifer vorhanden, die sich eventuell an Wand und Boden agglomerierendes Mischgut erfassen und dieses dem Mischvorgang zuführen.

Die erfindungsgemäß verwendete Mischvorrichtung weist außerdem einen sogenannten Wirbler auf, also ein rotierendes Werkzeug, das für ein zusätzliches Vermischen des Gutes sorgt. Generell weist der Wirbler Flügel auf, die während der Rotationsbewegung für eine gute Durchmischung sorgen. Der Wirbler ist im Bereich der Mischwerkzeuge an dem Mischer angebracht. Dadurch läuft der Wirbler mit der Umdrehungszahl des Mischers zusätzlich zu seiner eigenen Rotationsbewegung in den Mischraum um. Vorzugsweise ist der Wirbler zwischen den Mischwerkzeugen, also beispielsweise den Mischarmen, angebracht. Dadurch wird ein effektives Vermischen des Guts erreicht.

Durch eine Änderung der Drehrichtung des Wirblers kann eine Verdichtung oder eine Auflockerung des Mischgutes bewirkt werden, da die Wirblerblätter um ca. 45° angestellt sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren rotieren der Mischer und der Wirbler mit einer Umdrehungszahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit, die ein effektives Agglomerieren des pulverförmigen Schüttguts zu Granulat ermöglichen. Generell ist die Umdrehungszahl des Wirblers höher als die des Mischers; bei einzelnen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es aber auch möglich, daß die Umdrehungszahl dieser beiden Werkzeuge gleich ist oder gar die Umdrehungszahl des Wirblers kleiner ist als die des Mischers.

Beispiele für erfindungsgemäß verwendbaren Mischapparaturen sind die von der Firma Teka Maschinenbau, Edenkoben, unter der Typenreihen-Bezeichnung THZ erhältlichen Apparaturen. Insbesondere sind für die erfindungsgemäße Verwendung die Mischapparaturen des Typs THZ 500 und THZ 4500 geeignet.

Die erfindungsgemäß verwendete Mischapparatur erzeugt im zu granulierenden Gut eine Abrollbewegung, die zu den gewünschten harten Agglomeraten mit glatten Oberflächen in hohen Ausbeuten führt.

Die Umdrehungszahlen des Mischers bzw. der Mischwerkzeuge liegen generell bei Werten von 5 bis 25 min^-1, vorzugsweise 10 bis 20 min^-1 bzw. Umfangsgeschwindigkeiten von 0,65 bis 3,25 m/s, vorzugsweise 1,3 bis 2,6 m/s. Der Wirbler wird erfindungsgemäß bei Umdrehungszahlen von 200 bis 1000 min^-1, vorzugsweise 300 bis 900 min^-1 bzw. Umfangsgeschwindigkeiten von 4,7 bis 23,5 m/s, vorzugsweise 7 bis 21 m/s betrieben.

Das Bindemittel wird zum Erreichen einer guten Agglomeration des Düngemittelguts gleichmäßig zugegeben. Dies geschieht in der einfachsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine kontinuierliche Aufgabe an einer geeigneten Stelle der Mischapparatur. Besonders vorteilhafte Resultate werden erhalten, wenn die Zufuhr des Bindemittels im Bereich des Wirblers geschieht und die bindemitteldosierenden Düsen vor dem Wirbler mitrotieren. Es hat sich gezeigt, daß durch eine gleichmäßige Wasseraufgabe überfeuchtete Zonen im Mischgut vermieden werden, die zu einer breiten Agglomerationsgrößenverteilung führen können. Eine gleichmäßige Verteilung der Bindeflüssigkeit im Mischgut bewirkt eine weitgehend homogene Keimbildung, aus der ein enges Kornband mit hoher Ausbeute resultiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Mischapparatur einen Wirbler auf, dessen Drehrichtung geändert werden kann. Damit läßt sich ein Auflockern bzw. ein Verdichten der Mischung erreichen.

Als Bindeflüssigkeiten werden Wasser, wäßrige Salzlösungen mit Düngemittelsalzen in verschiedenen Konzentrationen, organische Säuren wie beispielsweise Zitronensäure und/oder schmelzbare organische Materialien, wie beispielsweise Fettalkohole oder Polyethylenglykole verwendet. Vorzugsweise wird als Bindeflüssigkeit Wasser oder eine Düngemittelsalzlösung verwendet.

Die zur Ausbildung des Granulats erforderliche Menge an Bindeflüssigkeit liegt bei Werten von 3 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die trockene Düngemittel-Rohstoffmenge. Diese Menge wird über einen Zeitraum von 20 sec bis 5 min, vorzugsweise 30 sec bis 2 min, zudosiert. Der Zeitraum, über den der Mischvorgang durchgeführt wird, liegt bei höheren Werten, generell 2 bis 30 min, vorzugsweise 4 bis 12 min.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Korngrößenverteilungen liegen bei Werten von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 4 mm. Durch entsprechende Wahl der Verweilzeit (Granulationszeit) in der erfindungsgemäß verwendeten Mischapparatur läßt sich die Korngroßenverteilung der Granulatpartikel einstellen.

Der Agglomerationsvorgang wird generell bei Temperaturen von 10 bis 70°C, vorzugsweise 20 bis 50°C durchgeführt.

Die eingesetzten Rohstoffe liegen in Pulverform vor, vorzugsweise im Größenbereich von etwa ≦ 1500 µm, vorzugsweise etwa < 1000 µm. Die Rohstoffe können dabei aus reinem Frischgut oder einer Mischung aus Frischgut und vorbefeuchteter Rückware, die aus einem vorher durchgeführten Agglomerationsprozeß stammt, bestehen.

Als Düngemittel-Rohstoffe eignen sich generell alle bekannten Düngertypen. Beispiele umfassen N-Quellen, wie beispielsweise Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Ammonsulfatsalpeter, Harnstoff, Oxamid, Ureaform, Acetyldiharnstoff; P-Quellen, wie beispielsweise Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat, Superphosphat, Kaliumphosphat und Phosphorsäure; K-Quellen, wie beispielsweise Kaliumnitrat, Kaliumchlorid, Kaliumsulfat, Kaliumphosphat und Kalilauge; Dünger, die mehrere Nährstoffe enthalten (sog. Volldünger oder NPK-Dünger). Ebenfalls können Kombiprodukte verwendet werden. Es können weiterhin die Salze von Ca, Fe, Co, Mn, B, Zn, Mo, Co und Ni als Spurenelement zugesetzt werden. Die Düngertypen und Spurenelemente können normale Düngertypen oder solche mit Langzeitwirkung sein.

Bevorzugt ist die Verwendung von organischen und anorganischen Stickstoffdüngern, insbesondere solchen mit Langzeitwirkung.

Die Erfindung wird nun in den nachfolgenden Beispielen erläutert, in denen die üblichen Abkürzungen verwendet werden. Die Beispiele 1 bis 4 wurden in einem Mischer des Typs Teka THZ 500 mit 500 l Fassungsvermögen durchgeführt, die Beispiele 5 und 6 in einem Mischer des Typs Teka THZ 4500 mit einem Fassungsvermögen von ca. 4500 l.

Beispiel 1

200 kg Frischgut des Typs 15 + 9 + 15S + 2 werden vorgelegt. Das Mischwerkzeug wird mit 33 upm, der ebenfalls mit dieser Drehzahl im Ringtrog umlaufende Wirbler mit 500 upm betrieben. Auf 100 kg Frischgut werden 1,5 l Wasser und 13 l Salzlösung (40% Wassergehalt) aus Calcium- und Ammoniumnitrat zugegeben. Die Bindeflüssigkeit wird vor dem Wirbler über 2 umlaufende Düsen mit Düsenbohrungen über ca. 60 sec zudosiert. Das Granulat verarmt mit zunehmender Mischzeit an Feingut und verschiebt sich nach 7 min Granulationszeit nahezu parallel hin zu gröberen Agglomeraten.

Die Ausbeute im Gutkornbereich von 1,0 bis 3,5 mm beträgt 55%.

Beobachtetes Granulatwachstum

Beispiel 2

Analog zu Beispiel 1 wird 15 + 9 + 15S + 2 agglomeriert, wobei das Mischwerkzeug mit 22 upm, der Wirbler mit 600 upm betrieben wird. Auf 100 kg Frischgut werden 12 l Wasser und 1 l Salzlösung über 2 min zudosiert.

In diesem Fall liegt die Ausbeute im Gutkornbereich von 1,0 bis 3,5 mm nach 8 min bei 75%.

Beobachtetes Granulatwachstum

Beispiel 3

Analog zu Beispiel 1 wird Frischgut des Typs NPK 15/5/8S/3 agglomeriert. Die Mischwerkzeuge werden mit 22 upm, der Wirbler mit 600 upm betrieben. Auf 100 kg Frischgut werden 7 l Wasser und 2 l Salzlösung über 1,5 min zudosiert.

In diesem Fall erreicht die Ausbeute im Gutkornbereich von 1,0 bis 5,5 mm bis zu 65% nach einer Granulationszeit von 11 min.

Beobachtetes Granulatwachstum

Beispiel 4

Analog zu Beispiel 1 wird Frischgut des Typs NPK 16/8/12S/4 agglomeriert. Die Mischwerkzeuge werden mit 22 upm, der Wirbler mit 600 upm betrieben. Auf 100 kg Frischgut werden 7 l Wasser über 1,5 min zudosiert.

Die Ausbeute im Gutkornbereich von 1,0 bis 3,5 mm liegt nach 6 min bei 75%.

Beobachtetes Granulatwachstum

Beispiel 5

1900 kg Frischgut des Typs 15 + 9 + 15S + 2 werden vorgelegt. Die Mischwerkzeuge werden mit 17 upm, der ebenfalls mit dieser Drehzahl im Ringtrog umlaufende Wirbler mit 810 upm betrieben. Afu 100 kg Frischgut werden 4 l Wasser und 13 l Salzlösung zugegeben. Die Zugabezeit beträgt ca. 3 min.

Die Ausbeute im Gutkornbereich von 1,0 bis 3,5 mm beträgt nach 11 min 50%.

Beobachtetes Granulatwachstum

Beispiel 6

Analog zu Beispiel 5 werden 2700 kg Frischgut des Typs NPK 15/5/8S/3 vorgelegt. Die Mischwerkzeuge werden mit 17 upm, der ebenfalls mit dieser Drehzahl im Ringtrog umlaufende Wirbler mit 550 upm betrieben. Auf 100 kg Frischgut werden 6,4 l Wasser zugegeben. Die Zugabezeit beträgt ca. 3,5 min.

Die Ausbeute im Gutkornbereich von 1,0 bis 3,5 mm beträgt nach 10 min 66%.

Beobachtetes Granulatwachstum

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Düngemittelgranulaten umfassend die folgenden Reaktionsschritte:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindeflüssigkeit im Bereich des Wirblers eingespeist wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischwerkzeuge bei Umdrehungszahlen von 5 bis 25 min^-1, vorzugsweise 10 bis 20 min^-1 bzw. Umfangsgeschwindigkeiten von 0,65 bis 3,25 m/s, vorzugsweise 1,3 bis 2,6 m/s, und der Wirbler bei Umdrehungszahlen von 200 bis 1000 min^-1, vorzugsweise 300 bis 900 min^-1 bzw. Umfangsgeschwindigkeiten von 4,7 bis 23,5 m/s, vorzugsweise 7 bis 21 m/s betrieben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als an dem Mischer angebrachte Mischwerkzeuge Mischarme, die Mischschaufeln tragen, sowie gegebenenfalls Wandabstreifer und/oder Bodenabstreifer vorhanden sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbler zwischen den Mischwerkzeugen, vorzugsweise den Mischarmen, angebracht ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung der Wirbler geändert werden kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindeflüssigkeit Wasser, wäßrige Salzlösungen mit Düngemittelsalzen, organische Säuren, vorzugsweise Zitronensäure und/oder schmelzbare organische Materialien, vorzugsweise Fettalkohole oder Polyethylenglykole, insbesondere Wasser oder eine wäßrige Salzlösung mit Düngemittelsalzen verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel über einen Zeitraum von 20 sec bis 5 min, vorzugsweise 30 sec bis 2 min und in einer Menge von 3 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 8 Gew.-% bezogen auf die trockene Düngemittelrohstoffmenge zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der erhaltenen Partikel bei Werten von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 4 mm liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die üblichen Düngemittel, vorzugsweise N-Quellen, insbesondere Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Ammonsulfatsalpeter, Harnstoff, Oxamid, Ureaform, oder Acetyldiharnstoff, P-Quellen, insbesondere Monoammoniumphosphat, Diammonium phosphat, Superphosphat, Kaliumphosphat oder Phosphorsäure, K-Quellen, insbesondere Kaliumnitrat, Kaliumchlorid, Kaliumsulfat, Kaliumphosphat oder Kalilauge, NPK's oder Kombiprodukte sowie gegebenenfalls Salze von Ca, Fe, Co, Mn, B, Zn, Mo, Co und/oder Ni verwendet werden.