DE19826570A1

DE19826570A1 - Verfahren zur Herstellung von Harnstoff und Ammonsulfat enthaltenden Düngemittel-Granulaten

Info

Publication number: DE19826570A1
Application number: DE19826570A
Authority: DE
Inventors: Horst Bendix; Heinz Lange; Klaus SCHUEBEL; Hans-Joachim Wachsmuth; Tetsuzo Honda; Eiji Sakata; Genshi NISHIKAWA
Original assignee: SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH; Toyo Engineering Corp
Current assignee: SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH; Toyo Engineering Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-12-23
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: NO20006283L; EP1094997A1; PL344857A1; CZ20004733A3; WO1999065845A1; EE200000753A; BG105040A; US6179893B1; JP4459326B2; DE19826570C2; JP2000044371A; NO20006283D0

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff und Ammonsulfat enthaltenden Düngemittel-Granulaten mit einer Ammonsulfat-Konzentration 60 Gew.-% beschreiben, wobei man DOLLAR A a) eine Schmelzesuspension, bestehend aus Ammoniumsulfat mit einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 300 mum und Harnstoff in einem Temperaturbereich von 120 bis 155 DEG C, herstellt, DOLLAR A b) danach die in Stufe a) gebildete Schmelzesuspension mit Hilfe von mindestens einer Düse von unten in einem Wirbelbett-Granulator auf feinteilige Ammonsulfat-Harnstoff-Partikel aufdüst, wobei das Wirbelbett durch einen Sprudelluft-Strom im Bereich der Eindüsungsstelle aufgelockert wird und anschließend DOLLAR A c) das im Wirbelbett gebildete Düngemittel-Granulat abtrennt und ggf. aufarbeitet. DOLLAR A Auf diese Weise lassen sich homogene Harnstoff-Ammonsulfat-Granulate mit einem Ammonsulfat-Gehalt von 30 bis 60 Gew.-% problemlos herstellen, wobei man die Korngröße des Granulats gezielt einstellen und die Staubemissionen bei der Granulierung auf ein Minimum reduzieren kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff und Ammonsulfat enthaltenden Düngemittel-Granulaten mit einer hohen Ammonsulfat-Konzentration in einem Wirbelbett-Granulator.

Neben Stickstoff als Hauptdüngemittelkomponente sowie Phosphor und Kalium gewinnt der Einsatz des Nährstoffs Schwefel in der Landwirtschaft zunehmend an Bedeutung. Aufgrund der Umweltgesetzgebung sind die Schwefelemissionen aus der Verbrennung fossiler Rohstoffe während der letzten Jahrzehnte drastisch reduziert worden, die früher ein wesentlicher Teil der Bodenversorgung mit Schwefel darstellten. Außerdem ist außer Ammonsulfat mittlerweile kaum noch ein billiger Schwefeldünger auf dem Markt erhältlich. Dessen alleiniger Einsatz wiederum hat ein denkbar schlechtes Stickstoff : Schwefel-Verhältnis zur Folge, das nur wegen des niedrigen Preises in Kauf genommen wird. Zudem wird der größte Teil des Ammonsulfats in feinkristalliner Form als Abfall aus der Caprolactam- Industrie eingesetzt, was zu schlechten Lager- und Ausbringungseigenschaften des entsprechenden Düngemittels führt.

Aufgrund der Tatsache, daß das Ammonsulfat-Aufkommen aus Caprolactam-Prozessen durch Technologieentwicklungen immer kleiner wird und die Umweltbelastungen durch Schwefelemissionen unbedingt gering zu halten sind, ist ein deutlicher Bedarf an kostengünstig herstellbaren Düngemittel-Granulaten mit einem optimalen Stickstoff : Schwefel-Verhältnis sowie guten Lager- und Ausbringungseigenschaften am Markt erkennbar. Die Kombination von Harnstoff mit Ammonsulfat bietet dafür sehr gute Voraussetzungen, so daß an der Entwicklung derartiger Dünger bereits seit Jahren gearbeitet wird.

Die Herstellung von Harnstoff- und Ammonsulfat-haltigen Granulaten ist aufgrund der Stoffeigenschaften des Ammonsulfats bzw. des Harnstoff/Ammonsulfat-Gemisches nicht unproblematisch. Ammonsulfat schmilzt bei über 500°C, so daß eine Granulierung aus einer Gemischschmelze mit hohen Ammonsulfat-Gehalten ausgeschlossen ist. Lediglich bis zu etwa 20 Gew.-% ist Ammonsulfat in einer Harnstoff- Schmelze bei üblichen Schmelzetemperaturen löslich und damit homogen granulierbar. Sind höhere Ammonsulfat-Gehalte gewünscht, dann kommen als Herstellungsverfahren nur die Kompaktierung, das Granulieren aus Lösungen oder die Granulierung von Ammonsulfat/Harnstoff-Slurries in Frage. Da die Kompaktierung für den Bulk-Markt ausscheidet und die Granulierung aus Lösungen unakzeptabel teuer ist, gleichzeitig aber Ammonsulfat-Gehalte von über 20 Gew.-% aufgrund der guten Anwendungseigenschaften wünschenswert sind, basieren die bisherigen Lösungsvorschläge auf der Granulierung von entsprechenden Slurries. Ein wesentliches Problem ist dabei, daß bei Ammonsulfat-Gehalten über 60 Gew.-% die Granulationstemperatur dieser Slurries sehr schnell ansteigt, was wegen der dann extrem starken Bildung des Pflanzengiftes Biuret aus Harnstoff zu vermeiden ist.

Aus dem US-Patent 3,785,796 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ammonsulfat-Harnstoff-Granulates bekannt, mit dem es grundsätzlich möglich ist, Granulate mit einem Ammonsulfat-Gehalt von 30 bis 70 Gew.-% herzustellen. Dabei wird handelsübliches ungemahlenes Ammonsulfat mit einer Harnstoffschmelze vermischt und im "Öl-" bzw. im "Teller"- Granulator granuliert, wobei die entsprechende Slurry aufgetropft wird. Beide Granulatortypen haben den Vorteil, daß sie quasi staubfrei arbeiten, so daß eine Staubrückführung entfallen kann.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß die Granulate aufgrund ihrer durch den Granulationsprozeß bedingten inhomogenen Struktur eine schlechte Qualität besitzen. Außerdem haben sich "Teller"- und "Öl"-Granulatoren bei den Düngemittel-Granulationsprozessen nicht durchgesetzt, da die Betriebskosten relativ hoch sind und es außerdem schwierig ist, große Produktionseinheiten nach diesen Verfahren zu errichten. Schließlich ist es weiterhin nachteilig, daß der im US-Patent 3,785,796 beschriebene Bereich der "Granulationsfähigkeit" von Harnstoff- Ammonsulfat-Slurries nur für grobkristallines Ammonsulfat geeignet ist und sich mit kleiner werdender Korngröße des Ammonsulfats technisch nicht mehr realisieren läßt.

Gemäß EP-A 0289 074 wird ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff- Ammonsulfat-Granulaten mit einer Ammonsulfat-Konzentration von 15 bis 50 Gew.-% beschrieben, bei dem in ein Wirbelbett eingeführte Ammonsulfat-Partikel mittels einer Flüssigkeit besprüht werden, die 70 bis 99,9 Gew.-% Harnstoff enthält.

Nachteile dieses Verfahrens sind die Inhomogenität von Ammonsulfat und Harnstoff, der Zwang zum Einsatz von teuren und auf dem Markt kaum verfügbaren Ammonsulfat-Großkristallen und die Unmöglichkeit, Granulatdurchmesser von über 3 mm herzustellen, wie sie die moderne Landwirtschaft bevorzugt. Die dargestellten Alternativen zum Einsatz von Ammonsulfat-Kompaktaten mit einem hohen Basisdurchmesser erfordern eine zweite Formgebungsstufe, die zu extrem hohen Betriebskosten führt.

Gemäß US-Patent 4,943,308 wird ein Verfahren zur Herstellung von Ammonsulfat-Harnstoff-Granulaten mit einem Ammonsulfat-Gehalt von 15 bis 30 Gew.-% im Wirbelbett offenbart. Dabei wird das Ammonsulfat in einer 75 bis 85 gew.-%igen Harnstoff-Lösung gelöst, auf 92 bis 97 Gew.-% eingedickt und nach Zugabe von Granulationsadditiven mittels Luft verdüst. In diesem Prozeß wird der maximale Ammonsulfat-Gehalt der Granulate durch die maximale Löslichkeit des Ammonsulfats in der Harnstoff-Lösung begrenzt. Beansprucht wird deshalb nur eine maximale Ammonsulfat- Konzentration von 30 Gew.-%.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist außerdem, daß trotz der Zugabe von Kristallisationshilfsmitteln, welche die Staubbildung reduzieren sollen, erhebliche Emissionen auftreten. Auch bei dem in diesem Patent dargestellten Vergleichsexperiment, bei dem Ammonsulfat unter Zugabe von Granulationshilfsmitteln mit einer 95 gew.-%igen Harnstoff-Lösung gemischt wird und das Ammonsulfat vor der Granulation gemahlen wird, werden die 30 Gew.-% Ammonsulfat-Gehalt nicht überschritten. Schließlich werden bei diesem Prozeß Zwei-Stoff-Düsen verwendet, wobei die Zerstäubung der Slurry mittels hochverdichteter Luft erfolgt. Da die dabei entstehenden Tropfen einen bevorzugten massenspezifischen Durchmesser von 30 bis 60 µm aufweisen, sind folglich die Ammonsulfat-Teilchen sehr fein zu mahlen, damit sie ausreichend mit Flüssigkeit benetzt sind und sich nicht feste Ammonsulfat-Teilchen infolge des Dichteunterschiedes zur Harnstoff-Lösung vom Tropfen lösen.

Außerdem funktioniert das beschriebene Verfahren nur deshalb, weil sich aufgrund der niedrigen Ammonsulfat-Konzentration ein großer Teil des Ammonsulfats in der 95 gew.-%igen Harnstoff-Lösung löst. Trotz des relativ hohen Anteils an gelöstem Ammonsulfat in der Slurry gehen große Mengen des Ammonsulfats (ca. 17 Gew.-%) als Emissionen verloren. Werden diese Emissionen in den Slurry-Vorlagebehälter rezirkuliert, so erhöht sich die Viskosität der Suspension so weit, daß bei Ammonsulfat-Gehalten < 30 Gew.-% der Prozeß aufgrund von Verstopfungen zum Erliegen kommt.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff und Ammonsulfat enthaltenden Düngemittel-Granulaten mit einer Ammonsulfat-Konzentration von ≦ 60 Gew.-% herzustellen, welches die genannten Nachteile entsprechend dem Stand der Technik nicht aufweist, sondern die Herstellung eines homogenen Harnstoff-Ammonsulfat-Granulats mit einem relativ hohen Ammonsulfat- Anteil ermöglicht, welches gute anwendungstechnische Eigenschaften aufweist und gleichzeitig mit geringem technischen Aufwand und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man

a) eine Schmelzesuspension bestehend aus Ammoniumsulfat mit einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 300 µm und Harnstoff in einem Temperaturbereich von 120 bis 155°C herstellt,
b) danach die in Stufe a) gebildete Schmelzesuspension mit Hilfe von mindestens einer Düse von unten in einem Wirbelbett-Granulator auf feinteilige Ammonsulfat-Harnstoff-Partikel aufdüst, wobei das Wirbelbett durch einen Sprudelluft-Strom im Bereich der Eindüsungsstelle aufgelockert wird und anschließend
c) das im Wirbelbett gebildete Düngemittel-Granulat abtrennt und ggf. aufarbeitet.

Es hat sich hierbei überraschenderweise gezeigt, daß sich auf diese Weise homogene Harnstoff-Ammonsulfat-Granulate mit einem Ammonsulfat- Gehalt bis zu 60 Gew.-% problemlos herstellen lassen, wobei die Korngröße des Granulats gezielt eingestellt werden kann. Außerdem lassen sich auf diese Weise die Staubemissionen bei der Granulierung auf ein Minimum reduzieren, was ebenfalls nicht vorhersehbar war.

Das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt somit mindestens drei Reaktionsstufen.

In der ersten Reaktionsstufe a) wird eine Schmelzesuspension bestehend aus Ammonsulfat und Harnstoff in einem Temperaturbereich von 120 bis 155°C erzeugt, wobei das Ammonsulfat eine mittlere Teilchengröße von 30 bis 300 µm aufweist. Als mittlere Teilchengröße wird nachfolgend die mit Hilfe der Siebanalyse bestimmte mittlere Teilchengröße bezeichnet. Im Hinblick auf die Teilchengröße des Ammonsulfates wurde festgestellt, daß der Konzentrationsbereich, in dem Ammonsulfat zur Harnstoffschmelze gegeben werden kann, von der Ammonsulfat-Teilchengröße abhängt und mit abnehmender Teilchengröße aufgrund von Viskositätssteigerungen abnimmt.

Die Herstellung der Ammonsulfat und Harnstoff enthaltenden Schmelzesuspension ist unproblematisch und kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. So kann man bspw. vorgeheiztes Ammonsulfat mit einer bevorzugten Temperatur von 100 bis 150°C in eine Harnstoffschmelze einbringen und anschließend dispergieren. Das Ammonsulfat besitzt hierbei eine bevorzugte mittlere Teilchengröße 60 bis 150 µm und die Harnstoffschmelze eine Konzentration von < 98 Gew.-%.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der Ammonsulfat und Harnstoff enthaltenden Schmelzesuspension besteht darin, daß man grobkörniges und vorgeheiztes Ammonsulfat mit einer bevorzugten Temperatur von 100 bis 150°C in die entsprechende Harnstoffschmelze einbringt, die entstehende Schmelzesuspension mit Hilfe einer Naßmühle auf die mittlere Teilchengröße von 30 bis 300 µm, vorzugsweise 60 bis 150 µm, mahlt und anschließend dispergiert. Das grobkörnige Ammonsulfat weist hierbei vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 2,0 mm auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ammonsulfat in Stufe a) durch eine hochturbulente Dispergierung in die Harnstoffschmelze eingebracht. Durch diese hochturbulente Dispergierung kann durch Einbringen von kinetischer Energie mit Hilfe der üblichen Dispergatoren die Viskosität der Ammonsulfat-Harnstoff-Schmelzesuspension bis auf ≦ 150 cP erniedrigt werden und auch bei hohen Feststoffgehalten ausreichend lange bis zum Verdüsen niedrig gehalten werden.

In der zweiten Reaktionsstufe b) wird anschließend die in Stufe a) gebildete Schmelzesuspension mit Hilfe einer Düse von unten in einen Wirbelbett- Granulator auf feinteilige Ammonsulfat-Harnstoff-Partikel aufgedüst, die vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 1,0 bis 3,0 mm aufweisen.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Verdüsung der Ammonsulfat-Harnstoff-Schmelzesuspension mit Hilfe von Einstoff-Düsen vorzunehmen. Diese Düsen, insbesondere in Form von Vollkegel-Einstoff- Düsen, haben den Vorteil, daß relativ große Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von vorzugsweise 250 bis 500 µm entstehen, so daß sich darin relativ große Ammonsulfat-Teilchen befinden können. Mittels dieser Einstoff-Düsen sind außerdem relativ große Sprühwinkel zu realisieren, wodurch das Wirbelbett durch eine geringe Anzahl von Düsen optimal befeuchtet wird und sich die Tropfen gleichmäßig im Wirbelbett verteilen. Bei zu großer Tropfendichte entstehen Agglomerate, d. h. aneinandergeklebte Granulationsteilchen. Die maximale Befeuchtung, bei der gerade noch keine Agglomerate entstehen, hängt neben den Stoffeigenschaften der Schmelzesuspension von der Art der Düse,deren Sprühbild und der Gestaltung des Wirbelbettes ab. Bevorzugt sind deshalb Vollkegel-Düsen mit einem Sprühwinkel von 45 bis 90°, vorzugsweise 60 bis 80°, wobei die Düsen vorzugsweise mit 100 bis 1000 kg/h der Schmelzesuspension beaufschlagt werden.

Die Höhe des Wirbelbetts im Wirbelgranulator kann in weiten Grenzen variiert werden, doch hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Wirbelbetthöhen von 300 bis 600 mm einzustellen. Wirbelbetthöhen von < 300 mm verringern zwar die Agglomerisationsrate, aber es besteht die Gefahr des Durchblasens von Tropfen durch das Wirbelbett, was zu einem höheren Staubanfall im Granulator führt. Bei Wirbelbetthöhen < 600 mm besteht die Gefahr, daß die oberen Schichten nicht mehr angespritzt werden und damit nur unnötig Energie für die Wirbelluftverdichtung aufgebracht wird.

Bei der Durchführung der Reaktionsstufe b) ist es außerdem erfindungswesentlich, daß das Wirbelbett durch einen Sprudelluft-Strom im Bereich der Eindüsungsstelle aufgelockert wird, ohne hierbei die Schmelzesuspensions-Tropfen zu zerstäuben. Dieser Auflockerungseffekt wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Schmelzedüsen von dem Sprudelluft-Strom umhüllt werden, der vorzugsweise eine 0,75 bis 1,5fache Geschwindigkeit der an der Einstoff-Düse austretenden Schmelzesuspensions-Tröpfchen besitzt und insbesondere in einer Menge von 0,75 : 1 bis 1,5 : 1 Nm³ pro kg der Schmelzesuspension eingeblasen wird.

In der dritten Reaktionsstufe c) wird das im Wirbelbett gebildete Düngemittel-Granulat abgetrennt und ggf. aufgearbeitet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird hierbei das Düngemittel-Granulat mit den üblichen Vorrichtungen in drei Kornfraktionen aufgetrennt, und zwar in das Feinkorn mit einer Teilchengröße < 1,0 mm, insbesondere < 1,6 mm, das Gutkorn mit einer Teilchengröße von 1,0 bis 5,0 mm, insbesondere 1,6 bis 5,0 mm sowie das Grobkorn mit einer Teilchengröße < 5 mm. Bei dieser bevorzugten Verfahrensvariante wird das Feinkorn in den Wirbelbett- Reaktor gemäß Stufe b) recyclisiert, wobei dieses Feinkorn vorzugsweise unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes in den Wirbelbett-Reaktor zurückgeführt wird. Das Grobkorn kann ggf. mit einem Teil des Gutkorns auf eine bevorzugte mittlere Teilchengröße von 1,0 bis 3,0 mm gemahlen werden und ebenso wie das Feinkorn in den Wirbelbett-Granulator zurückgeführt werden. Das Gutkorn mit der bevorzugten Teilchengröße von 1,6 bis 5,0 mm kann nach üblichen Methoden einer abschließenden Hydrophobierungsbehandlung unterworfen werden und als verkaufsfähiges Produkt in dieser Form in den Handel gelangen.

Wie durch eigene Versuche festgestellt werden konnte, trennen sich während der Granulierung in Stufe b) trotz der großen Tropfen feste Ammonsulfat-Teilchen von den Schmelzesuspensions-Tropfen ab und gelangen in die Abluft. Mit zunehmender Teilchengröße der Staubpartikel steigt deren Ammonsulfat-Gehalt. Insbesondere Staubteilchen, deren Durchmesser oberhalb der mittleren Teilchengröße der feinteiligen Ammonsulfat-Partikel von vorzugsweise 30 bis 200 µm, insbesondere 60 bis 150 µm, liegen, weisen einen wesentlich höheren Ammonsulfat-Gehalt als die fertigen Granulate auf. Wird dieser Staub in das Vorlagegefäß für die Verdüsung der Schmelzesuspension rezirkuliert, so führt dies zu einer Verdickung der Schmelzesuspension durch Ansteigen des Ammonsulfat- Gehaltes. Die nochmalige Verdüsung dieser mit großen Ammonsulfat- Teilchen angereicherten Schmelzesuspension verschärft diese Effekt noch weiter. Bei längeren Betriebszeiten kann dieser Anreicherungsmechanismus durch zunehmenden Ammonsulfat-Gehalt der Schmelzesuspension zu einem Ansteigen der Viskosität führen, wodurch Rohrleitungen und Düsen verstopft werden können. Die Schmelzesuspension verliert u. U. ihre Granulationsfähigkeit, wobei dieser unerwünschte Effekt schon bei gewünschten Ammonsulfat-Gehalten von 40 Gew.-% auftreten kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann dieses Problem dadurch gelöst werden, daß man den in der Granulationsstufe b) gebildeten Staub durch Trockenabscheidung bspw. mit Hilfe von Zyklonen oder üblichen Staubfiltern in eine feinkörnige Ammonsulfat-arme und grobkörnige Ammonsulfat-reiche Fraktion auftrennt. Die Ammonsulfat-arme Fraktion mit einem Ammonsulfat-Gehalt von vorzugsweise ≦ 60 Gew.-% und einer bevorzugten Korngröße von ≦ 50 µm vorzugsweise mit Hilfe einer Naßwäsche abgeschieden und aus dem Prozeß ausgeschleust. Die Ammonsulfat-reiche grobkörnige Staubfraktion mit einem Ammonsulfat- Gehalt von vorzugsweise < 60 Gew.-% und einer Teilchengröße von < 50 µm wird entweder direkt in das Wirbelbett des Granulators zurückgeführt und/oder nach einer Naßmahlung der grobkörnigen Ammonsulfat-Partikel auf eine mittlere Teilchengröße von vorzugsweise 30 bis 300 µm, insbesondere 60 bis 150 µm, mit der Harnstoff-Ammonsulfat- Schmelzesuspension vor der Granulationsstufe b) vereinigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ammonsulfat-reiche gemahlene Staubfraktion in dem Vorlagebehälter für die Verdüsung in die Harnstoff- Ammonsulfat-Schmelzesuspension eingemischt.

Bei der Rückfuhrung der Ammonsulfat-reichen Staubfraktion in den Wirbelbett-Granulator, die vorzugsweise in dem Bereich unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes erfolgt, wurde gefunden, daß ein Teil des in das Wirbelbett eingetragenen Staubes auf der durch die größeren Tropfen erzeugten dicken Schmelzesuspensionsschicht der Granulate aufklebt und so dem Anreicherungsmechanismus entzogen wird, während der andere Teil des Staubes als Keimkorn fungiert, aus dem sich die Granulate bilden.

Bei der Mahlung der rückgeführten Ammonsulfat-reichen Staubfraktion wird bewirkt, daß insbesondere die großen Ammonsulfat-Partikel vor der Verdüsung zerkleinert werden und so bei der Verdüsung im Schmelzesuspensions-Tropfen verbleiben, was die weitere Ammonsulfat- Anreicherung unterbindet.

Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn ein Teil der Ammonsulfat-reichen Staubfraktion in den Wirbelbett- Granulator zurückgeführt wird und gleichzeitig der andere Teil dieser Staubfraktion zusammen mit der Schmelzesuspension vermahlen und dispergiert wird. Auf diese Weise kann die Korngröße des Granulats optimal geregelt werden, ohne daß dabei eine Zerkleinerung von Gutkorn erforderlich ist. Außerdem wird dadurch der Anteil des Staubes, der zurückgeführt werden muß, wesentlich reduziert, so daß gegenüber der Ammonsulfat-Konzentration im Produkt die Ammonsulfat-Konzentration in der Schmelzesuspension nicht mehr als 3 Gew.-% ansteigt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auf technisch einfache Weise und somit kostengünstig homogene Harnstoff-Ammonsulfat- Granulate mit einer bevorzugten Teilchengröße von 1,6 bis 5,0 mm und einem Ammonsulfat-Gehalt von 30 bis 60 Gew.-% sowie guten Lager- und Ausbringungseigenschaften herstellen. Da es aufgrund einer möglichen Staubrückführung außerdem umweltschonend arbeitete ist es für eine Durchführung im technischen Maßstab besonders geeignet.

Die nachfolgenden Beispiele und Abbildungen sollen das erfindungsgemäße Verfahren weiter veranschaulichen.

Beispiel 1

Die Verfahrensvariante gemäß Beispiel 1 entspricht dem in Abb. 1 dargestellten Verfahren.

413 kg/h Ammonsulfat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,9 mm gelangen über Leitung 1 mit einer Temperatur von 125°C in einen Mehrkammer-Dispergator 3 und werden dort mit 402 kg/h einer über Leitung 2 zugeführten Harnstoffschmelze mit einer Temperatur von 140°C vermischt und gemeinsam direkt in die Naßmühle 4 geführt. In der Naßmühle erfolgt durch eine dreifache Rotor-Stator-Kombination die Zerkleinerung des Ammonsulfates auf einen mittleren Korndurchmesser d₅₀ von 110 µm und durch die Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren von 40 m/s die Dispergierung von Ammonsulfat bis zur niedrigviskosen Phase.

Diese Ammonsulfat-Harnstoff-Schmelzsuspension gelangt über Leitung 5 direkt in die Pumpenvorlage 6 und von dort mittels Pumpe 8 über die Rohrleitung 9 zur Düse 10. Mittels Druckregelventil 7 wird ein Vordruck von 3,5 bar eingestellt. Ein Einstoff-Düse 10 sprüht 875 kg/h der Schmelzesuspension in das Wirbelbett des Granulators 11. Die Vollkegel- Düse 10 erzeugt bei einem Sprühwinkel von 61° eine mittleren Tropfendurchmesser von 370 µm. Die Düse befindet sich in Höhe des Siebbodens, auf dem sich das Wirbelbett aufbaut und sprüht mit einer Geschwindigkeit von 29 m/s von unten in das Bett, das eine Höhe von 350 mm besitzt.

Durch Zufuhr von 3000 Nm³/h Bodenluft über Kanal 12 wird das Wirbelbett durch eine Leerrohrgeschwindigkeit von 1,8 m/s erzeugt. Die Düse 10 befindet sich in einem Sprudelluft-Rohr 13, wo 900 Nm³/h Sprudelluft über Leitung 14 mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s eingeblasen werden, um an der Eindüsungsstelle das Wirbelbett aufzulockern. Das Granulat wird mit einem mittleren Durchmesser von 3,2 mm über Schurre 15 abgezogen und dem Sieb 16 zugeführt, wo das Produkt in drei Fraktionen getrennt wird.

350 kg/h Feinprodukt < 2,5 mm werden über den Förderweg 17 als unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes in den Granulator 11 recyclisiert und bilden das Wirbelbett. 30 kg/h Grobkorn (< 5 mm) und 20 kg/h Gutkorn (2,5 bis 5,0 mm) gelangen über die Leitungen 18 und 19 in den Walzenbrecher 20 und werden zu Keimkorn mit einem mittleren Durchmesser von 1,6 mm gemahlen, das ebenso wie das Feinkorn in das Wirbelbett des Granulators 11 zurückgeführt wird. 810 kg/h Fertigprodukt mit einer Ammonsulfat-Konzentration von 50,6 Gew.-% und einer mittleren Teilchengröße von 3,8 mm wird nach Hydrophobierung mit Öl/Paraffin über den Förderweg 21 ausgeschleust.

Die im Granulator 11 anfallende Abluft gelangt über Kanal 22 in den Zyklon 23, wo 60 kg/h Staub mit einer Konzentration von 82 Gew.-% Ammonsulfat abgeschieden werden. Aus der Zyklonabluft gelangen 5 kg/h Staub mit einer Ammonsulfat-Konzentration von 60 Gew.-% und einer Korngröße < 60 µm über Leitung 24 in einen Naßwäscher (nicht dargestellt).

Der im Zyklon abgeschiedene Staub wird über die Förderstrecke 25 in die Naßmühle 26 geführt, wo die Ammonsulfat-Teilchen in der über Leitung 27 im Kreis geführten Ammonsulfat-Harnstoff-Schmelzesuspension auf einen mittleren Durchmesser von 100 µm hochturbulent gemahlen werden. Die hochkonzentrierte Ammonsulfat-Harnstoff-Schmelzesuspension gelangt über Rohrleitung 28 in den Vorlagebehälter 6.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 2 läuft wie in Beispiel 1 beschrieben ab, nur daß ein Teil des im Zyklon 23 abgeschiedenen hochkonzentrierten Ammonsulfat-Staubes 250 mm unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes eingeführt wird. Von den im Zyklon 23 abgeschiedenen 60 kg/h Ammonsulfat-reichen Staubes werden 20 kg/h direkt in den Granulator 11 eingeführt. Infolgedessen sinkt die mittlere Teilchengröße des produzierten Granulats von 3,8 auf 3,4 mm und die Zufuhr von 20 kg/h Gutkorn vom Brecher 20 entfällt. Die zur Naßmühle 26 geführte Staubmenge reduziert sich auf 40 kg/h, so daß nur noch 855 kg/h Schmelzsuspension verdüst werden müssen. Der Ammonsulfat-Gehalt der Schmelzesuspension, die zu den Düsen gefördert wird, reduziert sich von 52,8% auf 52,2 Gew.-%.

Beispiel 3

Die Verfahrensvariante gemäß Beispiel 2 entspricht dem in Abb. 2 dargestellten Verfahren.

507 kg/h handelsübliche Ammonsulfat-Kristalle (Teilchengröße 0,1 bis 1,0 mm) werden über Leitung 1 zur Stiftmühle 2 geführt und dort auf eine mittlere Teilchengröße von 95 µm gemahlen. Die Ammonsulfat-Teilchen gelangen über Leitung 3 in die Heizschnecke 4, wo sie mittels Dampf aus Leitung 5 auf 135°C aufgeheizt werden. Die über die Rohrleitung 6 in den Mischer 8 gelangenden Ammonsulfat-Teilchen werden mit 504 kg/h Harnstoffprills, die über Leitung 7 zugeführt werden, vermischt. Der feste Harnstoff schmilzt im Beisein von Ammonsulfat durch Wärmezufuhr zum Mischer.

Die Schmelzesuspension mit einer Temperatur von 130°C wird über Rohrleitung 9 von der Pumpe 10 abgezogen und über Leitung 11 zum Dispergator 12 gefördert, wo durch Einbringen von Scherkräften zwischen stehenden und rotierenden Stiften die Viskosität auf 100 cP herabgesetzt wird, so daß die Schmelzesuspension leichtflüssig wird.

Die Schmelzesuspension gelangt über die Rohrleitungen 15a bzw. 15b zu zwei Vollkegel-Düsen 17 und 18 mit einer Kapazität von jeweils 505,5 kg/h. Mittels Druckregelventil 13 in Leitung 14 wird ein Vordruck von 3 bar eingestellt. Die Düsen 17 und 18 sprühen mit einer Geschwindigkeit von 29 m/s (gemessen in 10 cm Abstand von der Düsenaustrittsöffnung) in das Wirbelbett des Granulators 19 die Schmelzesuspension mit einem Sprühwinkel von 70° ein, wobei Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von 410 µm entstehen. Die Tropfen werden von unten in ein Wirbelbett, welches 450 mm über den Düsen steht, eingedüst. Durch Zufuhr von 10 500 Nm³/h Bodenluft über Kanal 20 wird das Wirbelbett bei einer Leerrohrgeschwindigkeit von 1,9 m/s erzeugt. Die Düsen 17 und 18 befinden sich in Sprudelluft-Rohren 21 und 22, wo um die Düsen jeweils 550 Nm³/h Sprudelluft über Leitung 16 mit einer Leerrohrgeschwindigkeit von 28 m/s eingeblasen wird, um an den Stellen, an denen sich die Düsen befinden, das Wirbelbett aufzulockern.

Das fertige Granulat wird über die mittig angeordnete Austragsleitung 23 ausgetragen. In diese Austragsleitung wird Luft über Leitung 24 eingeblasen und bei einer Luftmenge von 560 Nm³/h Granulat mit einer mittleren Teilchengröße von 3,0 mm ausgetragen. Das Granulat gelangt über die Zellradschleuse 25 und die Schurre 26 zum Sieb 27, wo das Produkt in drei Fraktionen getrennt wird. 80 kg/h Feinprodukt < 1 mm gelangt über den Förderweg 28 in den Granulator 19 zurück. 40 kg/h Grobkorn < 5 mm wird über Leitung 29 zum Walzenbrecher 30 geführt und dort auf einen mittleren Durchmesser von 2 mm gebrochen. Das gebrochene Produkt gelangt über die Leitungen 31 und 28 zum Granulator 19 zurück und bildet hier das Wirbelbett.

Das fertige Produkt (1001 kg/h) gelangt über Rohrleitung 32 aus der Anlage mit einem Ammonsulfat-Gehalt von 50 Gew.-% und wird nach einer Hydrophobierung mit einem Öl/Paraffin-Gemisch eingelagert. Die im Granulator 19 anfallende Abluft gelangt über Rohrleitung 33 in das Schlauchfilter 34, wo Staubteilchen < 50 µm abgeschieden werden. 150 kg/h Staub mit einer Konzentration von 85 Gew.-% Ammonsulfat werden über Rohrleitung 35 250 mm unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes in den Granulator 19 zurückgeführt. 10 kg/h Staub < 50 µm mit einer Konzentration von 60 Gew.-% Ammonsulfat emittiert aus dem Schlauchfilter 34 über Leitung 36 bzw. wird zur nicht dargestellten Naßwäsche geführt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Harnstoff und Ammonsulfat enthaltenden Düngemittel-Granulaten mit einer Ammonsulfat-Konzentration von ≦ 60 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß man

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammonsulfat in Stufe a) eine mittlere Teilchengröße von 60 bis 150 µm aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelzesuspension in Stufe a) durch Einbringen und Dispergieren von vorgeheiztem Ammonsulfat mit der entsprechenden mittleren Teilchengröße in die Harnstoffschmelze herstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelzesuspension in Stufe a) durch Einbringen von grobkörnigem und vorgeheiztem Ammonsulfat in die Harnstoffschmelze sowie durch anschließendes Mahlen mit Hilfe einer Naßmühle und Dispergieren erzeugt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das grobkörnige Ammonsulfat vor der Naßmahlung eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 2,0 mm besitzt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeheizte Ammonsulfat mit einer Temperatur von 100 bis 150°C in die Harnstoffschmelze eingebracht wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) eine Harnstoffschmelze mit einer Konzentration von ≧ 98 Gew.-% verwendet.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) eine hochturbulente Dispergierung des Ammonsulfates in der Harnstoffschmelze durchführt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die feinteiligen Ammonsulfat-Harnstoff-Partikel in Stufe b) eine mittlere Teilchengröße von 1,0 bis 3,0 mm besitzen.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe b) eine Einstoff-Düse, insbesondere eine Vollkegel- Einstoff-Düse, verwendet.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelzesuspension in Stufe b) mit einer mittleren Tropfengröße von 250 bis 500 µm in das Wirbelbett eindüst.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzesuspension mit Hilfe von Vollkegel-Einstoff-Düsen mit einem Sprühwinkel von 45 bis 90°, vorzugsweise 60 bis 80°, in Stufe b) verdüst wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Einstoff-Düse in Stufe b) mit 100 bis 1000 kg/h der Schmelzesuspension beaufschlagt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett in Stufe b) eine Höhe von 300 bis 600 mm aufweist.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzesuspension in der Einstoff-Düse von dem Sprudelluft-Strom umhüllt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit des Sprudelluft-Stromes auf das 0,75 bis 1,5fache der Geschwindigkeit der Schmelzesuspension-Tröpfchen einstellt.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sprudelluft-Strom in einer Menge von 0,75 : 1 bis 1,5 : 1 Nm³ Luft pro kg Schmelzesuspension einbläst.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man das in Stufe c) abgetrennte Düngemittel-Granulat in drei Fraktionen bestehend aus Feinkorn (< 1,0 mm, vorzugsweise < 1,6 mm), Gutkorn (1,0 bis 5,0 mm, vorzugsweise 1,6 bis 5,0 mm) und Grobkorn (< 5 mm) auftrennt, das Feinkorn in das Wirbelbett recyclisiert, das Gutkorn weiter aufarbeitet und das Grobkorn ggf. mit einem Anteil an Gutkorn zerkleinert und zusammen mit dem Feinkorn in das Wirbelbett zurückführt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Feinkorn bzw. das zerkleinerte Grobkorn unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes in den Granulator zurückführt.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gutkorn einer hydrophobierenden Behandlung unterwirft.

21. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der Granulationsstufe b) gebildeten Staub durch Trockenabscheidung in eine feinkörnige Ammonsulfat-arme und grobkörnige Ammonsulfat-reiche Fraktion auftrennt sowie die Ammonsulfat-reiche Fraktion entweder direkt in das Wirbelbett zurückführt und/oder diese nach einer Naßmahlung der grobkörnigen Ammonsulfat-Partikel vor der Granulationsstufe b) mit der Harnstoff- Ammonsulfat-Schmelzesuspension vereinigt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnige Ammonsulfat-arme Staubfraktion einen Ammonsulfat-Gehalt von ≦ 60 Gew.-% und eine Teilchengröße von ≦ 50 µm aufweist.

23. Verfahren nach den Ansprüchen 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammonsulfat-arme Staubfraktion in einer anschließenden Naßwäsche abgeschieden wird.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ammonsulfat-reiche Staubfraktion mit einem Ammonsulfat-Gehalt von < 60% und einer Korngröße < 50 µm unterhalb der Oberkante des Wirbelbettes in den Granulator zurückführt.

25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ammonsulfat-reiche Staubfraktion vor der Vereinigung mit der Harnstoff-Ammonsulfatschmelze-Suspension einer Naßmahlung auf eine mittlere Teilchengröße von 30 bis 300 µm, vorzugsweise 60 bis 150 µm, unterwirft.

26. Verfahren nach den Ansprüchen 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ammonsulfat-Konzentration in den Harnstoff und Ammonsulfat enthaltenden Düngemittel-Granulaten auf 30 bis 60 Gew.-% einstellt.