ES2220485T3 - Metodo para el tratamiento de disoluciones de procesos de produccion de fertilizantes. - Google Patents
Metodo para el tratamiento de disoluciones de procesos de produccion de fertilizantes.Info
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Abstract
Método para la fabricación de un producto sólido de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea a partir de la disolución madre de un proceso de producción de fosfato de urea o a partir de la disolución del lavado de gases de un proceso de producción de fertilizantes NPK, caracterizado por a) recuperar la disolución madre o disolución del lavado de gases que contienen o están dotados de ácido fosfórico, para formar una disolución acuosa que contiene urea y ácido fosfórico, b) calentar y mezclar la disolución acuosa para eliminar el agua por evaporación, descomponer la urea que no ha reaccionado en amoniaco y dióxido de carbono, evaporar el dióxido de carbono, y hacer reaccionar el amoniaco, solo o junto con la urea que no ha reaccionado, con el ácido fosfórico para dar una suspensión acuosa de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea, y, c) tratar adicionalmente la suspensión acuosa para formar dicho producto sólido de fosfato de amonio sólido y/o fosfato de amonio - urea.
Description
Método para el tratamiento de disoluciones de
procesos de producción de fertilizantes.
La invención se refiere a un método de
fabricación de un producto sólido de fosfato de amonio y/o fosfato
de amonio - urea procedentes de la disolución madre de un proceso
de producción de fosfato de urea o de la disolución del lavado de
gases ("scrubber") de un proceso de producción de fertilizantes
NPK.
En el proceso de producción de fertilizantes, se
forman y utilizan disoluciones que contienen urea y ácido fosfórico.
Como ejemplo, puede mencionarse la disolución madre del proceso de
producción de fosfato de urea, que contiene urea y ácido fosfórico,
así como la disolución del lavado de gases que contiene urea del
proceso de producción de fertilizantes NPK, a la que se le ha
añadido ácido fosfórico.
En la fabricación de fosfato de urea, las
impurezas que se originan en la urea y el ácido fosfórico utilizados
como material de partida permanecen principalmente en la disolución
madre. Se debe aceptar un porcentaje de rendimiento bajo del
producto final, en particular cuando se quiere fabricar un fosfato
de urea limpio y completamente soluble en agua. En ese caso, hasta
del 20 al 40% del material de partida mencionado anteriormente puede
permanecer en la disolución madre además de las impurezas. Por
tanto, la productividad del proceso de producción de fosfato de urea
se ve en gran medida afectada por cuánto pueda aprovecharse el
material de partida que permanece en la disolución madre.
Se han probado varios métodos para utilizar la
disolución madre. Por ejemplo, se ha ofrecido la disolución madre
como tal a fábricas de fertilizantes que producen fertilizantes para
el campo. Sin embargo, la disolución madre contiene mucha agua, de
manera que los costes de almacenamiento y transporte de la
disolución se elevan, especialmente si la fábrica de fertilizantes
no está localizada en las inmediaciones de la fábrica de fosfato de
urea. Además, el equilibrio hidrológico de las fábricas de
fertilizantes no es apto para permitir agua adicional en el proceso
sin problemas técnicos que principalmente afectan a la granulación,
y sin pérdidas económicas. Durante el almacenamiento y transporte,
también pueden precipitar sales a partir de la disolución madre,
ocasionando problemas en los tanques cuando sedimentan, y bloqueando
los sistemas de tubos.
Como la viscosidad de una disolución ácida
aumenta cuando se concentra y la disolución se vuelve muy viscosa y
extremadamente difícil de tratar, concentrar la disolución mediante
la evaporación del agua no soluciona el problema.
La publicación de la patente US 4 461 913
describe una mejora en el proceso de producción de fosfato de urea,
según la cual fue posible disminuir la formación de precipitado
añadiendo ácido sulfúrico, y aumentar ligeramente el rendimiento del
proceso de producción de urea; sin embargo, esta mejora no eliminó
el problema real con la disolución madre. Parte del material de
partida del proceso sigue permaneciendo en la disolución madre.
La disolución madre también se ha neutralizado
mediante amoniaco licuado y se ha filtrado el precipitado formado,
dando como resultado un fertilizante con disolvente y un precipitado
metalino (J. Agric. Food Chem., Vol. 29, Nº 2, 1981). Sin embargo,
el amoniaco licuado es tóxico y peligroso de manejar. Su
almacenamiento, transporte y uso seguros requieren contenedores
especiales y un equipo de tratamiento que reúna los criterios de
seguridad, lo que dificulta su uso de manera segura y aumenta los
costes. El precipitado sólido residual sigue siendo una
desventaja.
desventaja.
El fosfato de urea también se ha descompuesto
térmicamente para formar polifosfato de amonio (patente alemana
2308408) o polifosfato de amonio - urea (documento US 3 713 802,
Fert Res 1994, 39(1), 59 - 69), que pueden utilizarse como
fertilizantes. Estos productos son solubles, pero los polifosfatos
como tal no lo son hasta que no se hidrolizan para formar el
ortofosfato, una forma útil para las plantas. Esta hidrólisis
depende de las condiciones externas y normalmente es lenta. El
material original utilizado en estos procesos era fosfato de urea
pura y una disolución madre no impura.
Para evitar el problema con las impurezas, se han
hecho intentos para purificar con anterioridad el ácido fosfórico
utilizado como material de partida (patente japonesa
49-8498). Sin embargo, la eliminación de las
impurezas del ácido fosfórico es un proceso separado y caro.
Además, se han hecho intentos para hacer la
disolución madre una suspensión que pudiera usarse como tal
(documentos CA 112:20428, PL 146113B2, Fert Res 1994, 39(1),
59 - 69) añadiendo mineral arcilloso y otros nutrientes. Sin
embargo, la suspensión así obtenida sigue conteniendo mucha agua, lo
que limita su uso a sus inmediaciones. Por otra parte, requiere un
equipo especial para esparcirlo en los campos.
El documento CA 939876 describe un procedimiento
para preparar fosfato de amonio puro mediante la descomposición
térmica de urea, catalizada por ácido, en presencia de ácido
fosfórico producido mediante un método en húmedo.
La presente invención se refiere a un método de
fabricación de un producto sólido que contiene nitrógeno y fósforo,
especialmente un producto de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio
- urea procedentes de disoluciones de proceso de producción que
contienen urea y ácido fosfórico; es decir, procedentes de la
disolución madre de un proceso de producción de fosfato de urea o
procedentes de la disolución de lavado de gases de un proceso de
producción de fertilizantes NPK. El procedimiento se caracteriza
por
a) recuperar la disolución madre o disolución de
lavado de gases que contienen o están dotados de ácido fosfórico,
para formar una disolución acuosa que contiene urea y ácido
fosfórico,
b) calentar y mezclar la disolución acuosa para
eliminar el agua por evaporación, descomponer la urea que no ha
reaccionado en amoniaco y dióxido de carbono, evaporar el dióxido de
carbono, y hacer reaccionar el amoniaco, solo o junto con la urea
que no ha reaccionado, con el ácido fosfórico para dar una
suspensión acuosa de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea,
y,
c) tratar adicionalmente la suspensión acuosa
para formar dicho producto sólido de fosfato de amonio y/o fosfato
de amonio - urea.
El amoniaco generado por la descomposición
neutraliza el ácido fosfórico en la disolución madre, de manera que
se genera una suspensión que contiene fosfato de amonio y/o fosfato
de amonio - urea, que posiblemente también contiene otras sales,
fosfatos o sulfatos, por ejemplo, dependiendo del origen del
material inicial utilizado.
La suspensión así obtenida se solidifica
enfriando, se seca, se tritura, se muele y/o granula para formar un
producto que contiene nitrógeno y fósforo, en particular un producto
de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea.
La invención también se refiere a un producto
sólido que contiene nitrógeno y fósforo, fabricado según el método,
en particular un producto de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio
- urea, y su uso como fertilizante bien solo o como parte de una
mezcla fertilizante.
Se observa que la urea y el ácido fosfórico de
varias disoluciones de proceso de producción que contienen urea y/o
ácido fosfórico impuro, así como las otras sales posiblemente
contenidas en ellos como impurezas, tales como la sal de sodio, sal
de potasio, sal de calcio, sal de magnesio, sal de hierro, sal de
manganeso, podrían utilizarse mediante el método según la invención,
fabricando a partir de ellas un producto sólido que se disuelva bien
en agua y casi completamente en una disolución de citrato de amonio
y que contenga nitrógeno y fósforo, en particular un producto de
fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea. El producto como tal
puede utilizarse como fertilizante o puede utilizarse como material
de partida en la fabricación de mezclas fertilizantes.
Como se estableció anteriormente, la disolución
acuosa que contiene urea y ácido fosfórico es la disolución madre de
un proceso de producción de fosfato de urea o la disolución del
lavado de gases de un proceso de producción de fertilizantes NPK
basados en urea, que contiene o a la que se ha añadido ácido
fosfórico. En el proceso de producción de fosfato de urea, se hace
reaccionar normalmente urea y ácido fosfórico en un medio acuoso
para dar fosfato de urea, el fosfato de urea se separa del medio
acuoso por cristalización, y se recuperan el fosfato de urea y la
disolución madre restante.
Por ejemplo, cuando la disolución madre del
proceso de producción de fosfato de urea se calienta, las siguientes
acciones pueden realizarse al mismo tiempo: 1) evaporación del agua,
2) descomposición de la urea en amoniaco y dióxido de carbono y 3)
una reacción de neutralización con ácido fosfórico del amoniaco
producido. Ajustando la temperatura y el tiempo de reacción pueden
controlarse estas tres fases de la reacción.
La velocidad de descomposición de la urea depende
principalmente de la temperatura y del pH de la disolución. Aunque
la urea se descompone a temperaturas relativamente bajas, empezando
desde aproximadamente 50ºC, el tiempo de reacción se vuelve bastante
largo, si se consideran las aplicaciones prácticas; especialmente,
si la disolución inicial tiene un alto contenido en agua. Aumentando
la temperatura hasta aproximadamente 80ºC, se garantiza una
velocidad de reacción y una velocidad de evaporación del agua
suficientes.
Por otro lado, si la temperatura asciende a más
de 125ºC, esto provoca la formación de polifosfatos no deseados, que
como tales no pueden utilizarse como nutrientes para las plantas, ya
que requieren una hidrólisis antes de su utilización. La formación
de polifosfatos puede evitarse ajustando la temperatura de la
disolución de reacción hasta aproximadamente 110 - 115ºC como
máximo, por ejemplo, ajustando la presión utilizada para el
calentamiento y el tiempo de calentamiento. Si se utiliza una
sobrepresión o vacío, puede mejorarse el ajuste de la temperatura de
reacción, y al mismo tiempo, el del tiempo de reacción, si fuera
necesario. Mediante medios convencionales, el proceso puede utilizar
vacío para evaporar el agua, de manera que puede trabajarse con una
temperatura inferior que la que se utiliza con la presión normal. En
consecuencia, la urea puede descomponerse con sobrepresión con menor
evaporación de agua.
Con el fin de fabricar un producto final sólido
que contenga fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea
utilizando el método según la invención, la razón molar (N/P) del
nitrógeno de la urea y el fósforo del ácido fosfórico en la
disolución inicial debe ser de 0,85 como mínimo. Si la razón molar
es menor, la solidificación se hace considerablemente más difícil o
no tiene lugar.
A continuación, se presentan las diversas etapas
del método según la invención mediante fórmulas (1) - (3) de
reacción simplificadas y la formación de polifosfatos mediante la
fórmula (4).
(1)2NH_{2}CONH_{2} + 2H_{3}PO_{4}
+ (n+1)H_{2}O \rightarrow (-n H_{2}O) 2NH_{2}CONH_{2}+
2H_{3}PO_{4} +
H_{2}O
\vskip1.000000\baselineskip
(2)2NH_{2}CONH_{2} + H_{2}O
\rightarrow 2NH_{3} + CO_{2} +
NH_{2}CONH_{2}
\vskip1.000000\baselineskip
(3)2H_{3}PO_{4} + 2NH_{3}
\rightarrow
2(NH_{4})H_{2}PO_{4}
\vskip1.000000\baselineskip
(4)2(NH_{4})H_{2}PO_{4}
\rightarrow (NH_{4})_{2}H_{2}P_{2}O_{7} +
H_{2}O
\vskip1.000000\baselineskip
El método según la invención puede aplicarse
tanto en procesos discontinuos como en uno continuo, en una etapa
única o en múltiples etapas. Si el método se aplica en procesos
discontinuos, la razón molar del amoniaco y del ácido fosfórico
(NH_{3}: H_{3}PO_{4}) al final de la reacción de
neutralización es aproximadamente de 1, aumentando la viscosidad de
la suspensión formada en el intervalo (> 1000 cP), en el que la
suspensión alcanza su máximo y es bastante difícil de tratar, junto
con los compuestos de grano fino, tales como fosfatos de hierro, que
se producen al principio de la fase de neutralización. La
eliminación del vapor de agua y el dióxido de carbono de la
suspensión también se hace más difícil, el riesgo de efervescencia y
formación de espuma crece y el contenido en agua de la suspensión se
mantiene bastante alto.
Estos problemas se evitan en el proceso continuo.
En particular, la reacción de neutralización puede continuarse una
vez que se sobrepasa la razón molar NH_{3}: H_{3}PO_{4} = 1, y
en este sentido, puede disminuirse la viscosidad de la
suspensión.
Lo más preferible es aplicar el método según la
invención como un proceso continuo, de dos fases, por lo que el
aspecto de las dos fases también puede hacer referencia a la
utilización de varios reactores sucesivos, dispuestos en serie. La
ventaja se logra principalmente debido a un tratamiento de gases más
fácil y un control superior de la viscosidad.
En ese caso, una disolución inicial, tal como la
disolución madre del proceso de producción de fosfato de urea, se
calienta en un primer reactor de descarga superior a 80 - 125ºC,
preferiblemente a aproximadamente 90 - 100ºC, hasta que la mayor
parte del agua contenida en la disolución inicial se ha evaporado y
la urea se ha descompuesto, formando aproximadamente 2/3 del
amoniaco requerido para la neutralización del ácido fosfórico libre
en la disolución.
Como consecuencia de la reacción de
neutralización, se produce una suspensión que contiene fosfato de
amonio y/o fosfato de amonio - urea, cuyo contenido de agua es del
15 - 20% y que sigue siendo tan ácida (pH < 4) que el amoniaco
permanece en forma de un ión amonio disuelto. La viscosidad de la
suspensión normalmente es inferior a 1000 cP.
En esta etapa, sólo salen del reactor vapor de
agua y dióxido de carbono en forma de gases. Para evitar la
formación de espuma / efervescencia y para garantizar una
eliminación controlada de los gases, la mezcla reactiva se agita
constantemente y, si fuera necesario, puede añadirse una pequeña
cantidad de un agente antiespumante convencional. Añadiendo agua,
puede evitarse un aumento en la viscosidad hasta un intervalo
perjudicial, así como un aumento excesivo en la temperatura.
Se conduce la suspensión desde el primer reactor
hasta un segundo reactor en el que se continúa el calentamiento a
aproximadamente 110 - 115ºC, hasta que el contenido en agua de la
suspensión es bajo (< al 10% de H_{2}O), el pH aproximadamente
de 6 - 6,5 que se corresponde con una razón molar de aproximadamente
1,3 - 1,4 de amoniaco y ácido fosfórico (NH_{3}: H_{3}PO_{4}).
Es ese caso, la viscosidad de la suspensión es tan baja como sea
posible. Además de vapor de agua y dióxido de carbono, se libera
algo de gas amoniaco del reactor, que puede recuperarse mediante un
lavador de gases, lavándolo con la disolución madre y conduciéndolo
de nuevo al primer reac-
tor.
tor.
Como el agua que se evapora capta el calor en
exceso, la reacción es segura. Sin embargo, ambos reactores deben
tener suficiente mezclado para que el gas producido salga fácilmente
de la mezcla reactiva. El punto de ebullición de la mezcla determina
la temperatura del reactor, siendo aproximadamente de 100ºC en el
primer reactor y aproximadamente de 110 - 115ºC en el segundo
reactor.
Seleccionando adecuadamente el tiempo de
retención, la temperatura del vapor y el área superficial de
calentamiento, las tres reacciones mencionadas anteriormente pueden
ajustarse para que tengan lugar como se desea. En la primera fase,
la disolución se concentra hasta una concentración en la que su
contenido en agua sea aproximadamente del 20 - 40%, y la razón molar
NH_{3}: H_{3}PO_{4} sea aproximadamente de 0,7 - 0,8, y en la
segunda fase, hasta una concentración en la que su contenido en agua
sea aproximadamente del 5 - 10% y la razón molar NH_{3}:
H_{3}PO_{4}aproximadamente de 1,3 - 1,4.
Finalmente, la disolución fuerte generada se
solidifica mediante cualquier método convencional utilizado para la
fabricación de fertilizantes. Una cinta de palastro que puede
enfriarse o calentarse está muy bien adaptada para la
solidificación. Si se quiere continuar la reacción sobre la cinta,
el extremo delantero de la cinta puede calentarse al mismo tiempo
que la cola se enfría.
El producto solidifica preferible y rápidamente
cuando la suspensión se ha extendido sobre la cinta o placa de
palastro como una capa fina y se enfría por debajo de 60ºC. La
solidificación tiene lugar ya en 1 - 5 minutos, si el espesor de la
capa de suspensión es de 2 mm, y en aproximadamente 20 - 30 minutos
si es de 10 - 20 mm.
El producto sólido similar a una placa puede
secarse, triturarse, molerse y/o granularse y, si fuera necesario,
clasificarse mediante tamizado; las partes de grano demasiado fino y
grueso se devuelven al segundo reactor. Además de con el producto
final, o en vez de éste, el segundo reactor puede alimentarse con
otros nutrientes o, por ejemplo, sales que se unen al agua.
El producto final como tal puede utilizarse como
fertilizantes NP, o puede utilizarse para la fabricación de
fertilizantes NPK, por ejemplo, preferiblemente alimentando el
segundo reactor con una fuente adecuada de potasio, tal como KCl,
K_{2}SO_{4} o K_{2}CO_{3}. El carbonato potásico también
tiene un efecto ventajoso que mejora la neutralización.
CaCo_{3} o CaO también son eficaces como
nutrientes y neutralizantes de aditivos. Además, aceleran el secado
del producto al unirse al agua. En consecuencia, CaSO_{4}
0,5H_{2}O semihidratado o kieserita (kiseriitti, sulfato natural
de magnesio) MgSO_{4}\cdotH_{2}O se unen al agua y dan
nutrientes.
La disolución madre contiene la mayoría de los
otros nutrientes (Ca, Mg, S) y micronutrientes (B, Cu, Zn, Mn, Fe,
Mo, Cl) requeridos, en un grado suficiente, pero incluso si el
contenido en algunos nutrientes fuese demasiado bajo, son fáciles de
añadir en el segundo reactor.
Si existe la necesidad de unir parte de los
metales de la disolución madre, por ejemplo el hierro, a una forma
soluble, la temperatura de reacción puede aumentarse hasta 125ºC, de
manera que la parte deseada del fósforo está en forma de
pirofosfato, que hace que se complejen estos metales.
Las propiedades físicas y químicas de los
productos sólidos finales según la invención cumplen los requisitos
de calidad elaborados para los fertilizantes normales para el
campo.
La tabla 1 muestra el análisis químico de la
disolución madre de dos procesos de producción de fosfato de urea
diferentes. Se utilizó material de partida de diferentes orígenes en
los procesos.
Los resultados dan una idea de las cantidades
normales de impurezas contenidas en la disolución madre.
\vskip1.000000\baselineskip
El diagrama de flujo 1 describe la fabricación
simultánea de fosfato de urea y un producto de fosfato de amonio y/o
fosfato de amonio - urea.
El diagrama de flujo 2 describe detalladamente la
fabricación del producto de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio
- urea.
Los siguientes ejemplos describen detalladamente
las diversas puestas en práctica alternativas de la invención sin
limitarla.
El material inicial fue disolución madre 2 de
proceso de producción de fosfato de urea, cuyo análisis químico se
presenta en la tabla 1.
La prueba utilizó un reactor de descarga superior
de 5 litros que estaba dotado de agitación y revestimiento. Se
añadieron al reactor 5,1 kg de disolución madre con un pH de 2,1
como una disolución al 10% y un contenido en agua del 27,4%, y el
agente antiespumante Fennodefo 380. En primer lugar, se aumentó la
temperatura de la disolución madre hasta 100ºC. Durante la primera
hora, la temperatura se aumentó adicionalmente hasta 111ºC. El pH
aumentó de 2,1 a 2,7 junto con la descomposición de la urea. Durante
la segunda hora, la temperatura se mantuvo estable y el pH aumentó a
5,4. Se añadió un poco de agua (0,35 kg) debido a la evaporación
excesiva.
La prueba se continuó con una base de acción
continua alimentando el reactor con la disolución madre del proceso
de producción de fosfato de urea a una velocidad de aproximadamente
2 kg/hora. Al principio, se añadió una pequeña cantidad de agua (0,2
kg). Después de tres horas de ejecución, las condiciones se
estabilizaron (111ºC, pH de 5,9, 1500 cP, 9,9% de H_{2}O). Después
de una hora de funcionamiento suave, se paró la alimentación y se
permitió que la suspensión formada continuara mezclándose a la misma
temperatura. Después de veinte minutos, la suspensión era claramente
más fluida (111ºC, pH de 6,2, 400 cP, 7,8% de humedad). Cuando el
tiempo de evaporación se prolongó, la viscosidad empezó a aumentar
de nuevo y después de 40 minutos se empezó a enfriar la suspensión
(111ºC, pH de 6,4, 1000 cP, 7,6% de humedad). Cuando se paró la
agitación, la formación de gas era tan pequeña que el aumento de
volumen de la suspensión no era ya un problema.
La suspensión se vertió sobre dos placas, una de
las cuales se enfriaba (23ºC) con agua desde abajo y la otra estaba
a temperatura ambiente sin enfriamiento. La suspensión sobre el
recipiente enfriado empezó a endurecerse después de 11 minutos
(47ºC) y se había endurecido después de 27 minutos (35ºC). La otra
placa tardó más en enfriarse y se endureció después de 64 minutos
(46ºC). Las placas sólidas se guardaron toda la noche (23ºC), se
trituraron tres veces mediante un triturador de mandíbulas y se
analizaron (tabla 2).
Esta prueba se realizó de la misma forma que la
prueba 1a pero a una temperatura más alta. La prueba empezó con la
adición de 5 kg de disolución madre al reactor. Durante la reacción
discontinua (2 h 40 min), se aumentó la temperatura de 100ºC a 124ºC
y el pH aumentó de 2,1 a 5,8. El vapor que salía del reactor seguía
siendo neutro al final de la etapa.
La prueba se continuó con una base de acción
continua alimentando con aproximadamente 2,8 kg de disolución madre
por hora. Después de media hora, se añadió 1 kg de agua, lo que
disminuyó la temperatura por un momento. Después de dos horas, las
condiciones eran estables (121ºC, pH de 6, 800 cP, 12,5% de
humedad). La reacción se continuó durante otras tres horas a la
misma temperatura (120 - 122ºC), un tiempo durante el cual la
viscosidad se mantuvo igual (800 cP), el pH aumentó (pH 6,4) y la
humedad disminuyó (9,7%). Las medidas de la suspensión final
cambiaron ligeramente (121ºC, pH de 6,4, 1400 cP, 8,1% de humedad),
cuando se paró la alimentación.
La suspensión se vertió sobre dos placas para
formar capas de aproximadamente 1 cm, una de las cuales se enfriaba
con agua (23ºC) y la otra permaneció a temperatura ambiente sin
enfriamiento. El producto sobre la placa enfriada se había
endurecido después de 24 minutos (37ºC) y en el otro recipiente
después de 36 minutos (49ºC). Los productos se guardaron toda la
noche (23ºC), se trituraron una vez mediante un triturador de
mandíbulas y se analizaron
(tabla 2).
(tabla 2).
Basándose en un análisis de difracción por rayos
X, los productos finales contenían fosfato de monoamonio, sulfato de
amonio y urea.
Las pruebas demostraron que el producto era
suficientemente resistente para ser tratado y que no era demasiado
pulverulento. Las velocidades de absorción de la humedad eran del
mismo orden que las de los fertilizantes NPK normales basados en
nitrato.
La prueba utilizó la disolución madre de fosfato
de urea, cuya composición era
| H_{2}O-KF | 40% |
| N-urea | 10,7% |
| N-NH_{4} | 0,34% |
| P_{2}O_{5}-tot | 24,1% |
| P_{2}O_{5}-ws | 23,2% |
| pH (disolución acuosa al 10%) | 1,7 |
Se añadieron 75 g de CaCO_{3} a 1000 g de
disolución madre y se calentó a 100 - 114ºC durante una hora. La
humedad final fue del 13% y el pH en una disolución al 10% fue de
5,0. La suspensión se secó durante 3,5 horas a 60ºC.
Análisis químico del
producto
| H_{2}O-KF | 3,0% |
| N-urea | 10,3% |
| N-NH_{4} | 5,3% |
| P_{2}O_{5}-km | 37,7% |
| P_{2}O_{5}-vl | 25,4% (67%) |
| P_{2}O_{5}-asl | 37,7% (100%) |
| pH (10%) | 4,9 |
Una prueba continua se realizó utilizando un
reactor de 5 litros y alimentando continuamente al reactor calentado
la misma disolución madre que en el ejemplo 2, y alimentando
simultáneamente carbonato de calcio. La viscosidad se ajustó
añadiendo agua. No pudo observarse amoniaco en los gases de escape.
Las condiciones durante la ejecución fueron tal como sigue:
| Tiempo de reacción | 3,5 h |
| Temperatura del reactor | 105 - 110ºC |
| pH del reactor | 4,5 - 5,0 |
| Humedad de la suspensión | 10 - 12% |
| Consumo de carbonato | 135 g/1000 g de |
| disolución madre | |
| Agua añadida | 185 g/1000 g de |
| disolución madre | |
| Viscosidad | 300 cP |
La suspensión se secó a 60ºC y el análisis
químico del producto seco fue:
| H_{2}O-KF | 0,2 - 1,0% |
| N-urea | 9,2% |
| N-NH_{4} | 6,1% |
| P_{2}O_{5}-km | 36,4% |
| P_{2}O_{5}-vl | 28,7% (78%) |
| P_{2}O_{5}-asl | 36,4% (100%) |
| pH (10%) | 4,9 |
| Razón N/P_{2}O_{5} | 0,420 |
Se alimentó un reactor de 2,5 litros dotado de
agitación y calentamiento con disolución madre de fosfato de urea
(1,865 kg) de la misma calidad que la del ejemplo 2. Se alimentó
continuamente el reactor con carbonato de potasio (417 g) y la
suspensión se agitó a 60ºC durante 1,5 horas, de manera que el pH de
la suspensión (una disolución acuosa al 10%) aumentó desde 2 hasta
4,1. La suspensión se secó sobre una placa (93ºC) durante toda la
noche. La tabla 3 muestra el análisis químico del producto
final.
Se alimentó un reactor de 2,5 litros dotado de
agitación y calentamiento con disolución madre de fosfato de urea
(1,43 kg) de la misma calidad que la del ejemplo 2. Se alimentó el
reactor con carbonato de potasio (237 g) y la suspensión se agitó a
60ºC durante 40 minutos, de manera que el pH (una disolución acuosa
al 10%) aumentó desde 2 hasta 2,7. La suspensión se secó en un
recipiente (93ºC) durante toda la noche. La tabla 3 muestra los
análisis del producto final.
| Prueba 4a | Prueba 4b | |
| % de N-kok | 12,4 | 14,6 |
| % de N-NH_{4} | 4,2 | 5,8 |
| % de N-urea | 8,2 | 8,8 |
| % de P_{2}O_{5}-KM | 33,4 | 36,1 |
| P_{2}O_{5}-ASL | 33,4 | 36,1 |
| P_{2}O_{5}-VL | 26,2 | 28,2 |
| K_{2}O-KM | 18,6 | 14,2 |
| % de H_{2}O-KF | 3,3 | 0,48 |
| pH | 6,6 | 6,5 |
Una suspensión de producto (111ºC, pH de 5,6,
1400 cP, humedad del 11,9%) que se había preparado según el
principio de acción continua como en el ejemplo 1a, utilizando una
disolución madre de la misma calidad que en la prueba 2, pero en una
forma más diluida (46% de H_{2}O, 8,9% de N, 20,4% de
P_{2}O_{5}, pH de 1,7) se dejó enfriar a 35ºC y solidificar
sobre una placa como una capa de 1,5 cm durante 35 minutos.
Se añadió un 2% de CaO a una parte y se molió y
alimentó a través de una placa con orificio. La otra parte se trató
mediante un método correspondiente pero sin añadir CaO. En la
posición inicial, el producto enfriado contenía el 10% de humedad.
Después de 3 horas de secado (60ºC), la muestra que incluía óxido de
calcio contenía el 4,7% de humedad y la muestra de referencia, sin
la adición de CaO, contenía el 5,2% de humedad.
La muestra no tratada liberó todo el agua (una
humedad final del 0,3%) cuando se continuó el secado durante 19
horas. La muestra que había sido tratada con óxido de calcio se unió
con parte del agua para dar una forma no volátil (una humedad final
del 3,5%).
Como material de partida se utilizó una mezcla
que contenía una disolución de lavado de gases de un proceso de
producción de fertilizantes NPK, y ácido fosfórico.
Se preparó una disolución con la composición de
una disolución de lavado de gases de un proceso de producción de
fertilizantes NPK mediante la preparación de un lodo a partir de 2
kg de agua y 2 kg de fertilizante basado en urea que contenía el
17,2% de P_{2}O, el 15,4% de K_{2}, el 13,1% de N (urea) y el
1,7% de N (amonio). A esta disolución (lodo), se añadió ácido
fosfórico con calidad para fertilizante (Siilinjärvi; 53,6% de
P_{2}O_{5}) y la mezcla de partida así obtenida se calentó en un
reactor mixto para la evaporación de agua durante 3 horas, punto en
el cual se alcanzó una temperatura de 115ºC. La humedad del lodo
obtenido fue del 16% de H_{2}O, su viscosidad fue de 20 cP y su pH
de 2,5.
Se añadieron 1,8 kg de mezcla de material de
partida al reactor y se continuó el calentamiento durante 3,8 horas
hasta una temperatura final de 115ºC, etapa en la cual la humedad
del lodo obtenido fue del 12% de H_{2}O, la viscosidad fue de
3.500 cP y el pH fue de 4,0. Para evitar la formación de espuma, se
había añadido un agente antiespumante (Fennodefo 380).
El lodo se vertió sobre una placa para enfriarlo
y solidificó inmediatamente. El producto enfriado se analizó sin
secado posterior y los resultados analíticos se muestran en la tabla
4.
Claims (17)
1. Método para la fabricación de un producto
sólido de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea a partir de
la disolución madre de un proceso de producción de fosfato de urea o
a partir de la disolución del lavado de gases de un proceso de
producción de fertilizantes NPK, caracterizado por
a) recuperar la disolución madre o disolución del
lavado de gases que contienen o están dotados de ácido fosfórico,
para formar una disolución acuosa que contiene urea y ácido
fosfórico,
b) calentar y mezclar la disolución acuosa para
eliminar el agua por evaporación, descomponer la urea que no ha
reaccionado en amoniaco y dióxido de carbono, evaporar el dióxido de
carbono, y hacer reaccionar el amoniaco, solo o junto con la urea
que no ha reaccionado, con el ácido fosfórico para dar una
suspensión acuosa de fosfato de amonio y/o fosfato de amonio - urea,
y,
c) tratar adicionalmente la suspensión acuosa
para formar dicho producto sólido de fosfato de amonio sólido y/o
fosfato de amonio - urea.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la disolución acuosa que contiene
urea y ácido fosfórico, la razón molar del nitrógeno de la urea y el
fósforo del ácido fosfórico (N/P) es > 0,85.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la disolución acuosa que contiene urea y
ácido fosfórico es la disolución madre de un proceso de producción
de fosfato de urea.
4. Método según la reivindicación 3,
caracterizado porque en el proceso de producción de fosfato
de urea, la preparación del fosfato de urea se ha realizado haciendo
reaccionar urea y ácido fosfórico en un medio de reacción acuoso
para dar fosfato de urea, separándose el fosfato de urea del medio
de reacción acuoso por cristalización y quedando una disolución
madre acuosa que contiene urea que no ha reaccionado y ácido
fosfórico que no ha reaccionado.
5. Método según las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque se añade materia sólida, tal como
carbonato, sulfato y óxido de metales alcalinos o metales
alcalinotérreos y/o cloruro, a la mezcla de reacción para
neutralizarla parcialmente, para unirse al agua y/o para añadir
nutrientes al producto final.
6. Método según la reivindicación 1, 2 ó 5,
caracterizado porque la disolución acuosa que contiene urea y
ácido fosfórico es la disolución de lavado de gases de un proceso de
producción de fertilizantes NPK basados en urea, que contiene o a la
que se le ha añadido ácido fosfórico.
7. Método según las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque la disolución acuosa que contiene urea y
ácido fosfórico se calienta a 50 - 125ºC.
8. Método según la reivindicación 7,
caracterizado porque dicha disolución acuosa se calienta
hasta que la humedad de la suspensión formada es del 15 - 20%.
9. Método según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque dicha disolución acuosa se calienta
hasta que el pH de la suspensión es de 2,5 - 7.
10. Método según la reivindicación 7, 8 ó 9,
caracterizado porque la disolución acuosa se calienta hasta
que la razón molar del nitrógeno del amoniaco y el fósforo del
fosfato (N/P) en la suspensión es aproximadamente de 0,1 - 1,5:
1.
11. Método según las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado por ser preferiblemente continuo y bifásico: en
la primera fase, el agua se evapora en uno o más reactores a
aproximadamente 100ºC, hasta que la humedad de la suspensión formada
es < 20%, y el pH es de 3 - 5 y, en una segunda fase, la
evaporación se continúa en uno o más reactores a aproximadamente 110
- 115ºC, hasta que la humedad de la suspensión es < 10% y su pH
es aproximadamente de 6 - 6,5.
12. Método según las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque la suspensión acuosa de fosfato de
amonio y/o fosfato de amonio - urea se solidifica en forma de una
capa de 1 - 30 mm, preferiblemente de 10 mm de espesor, se extiende
sobre un transportador de cinta de palastro, que puede calentarse
y/o enfriarse, y que se calienta y/o enfría durante 0,01 - 2 horas,
preferiblemente con un tiempo de retención de 0,05 - 0,5 horas hasta
una temperatura final < 50ºC.
13. Método según las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque el producto final solidificado se seca,
tritura, muele y/o granula.
14. Método según la reivindicación 7,
caracterizado porque la disolución acuosa que contiene urea y
ácido fosfórico se calienta a 100 - 115ºC.
15. Método según la reivindicación 3 ó 14,
caracterizado porque la disolución acuosa que contiene urea y
ácido fosfórico se calienta hasta que la humedad de la suspensión
formada es < 10%.
16. Método según la reivindicación 14 ó 15,
caracterizado porque la disolución acuosa se calienta hasta
que el pH de la suspensión es de 4 - 6,5.
17. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 3, 14 - 16, caracterizado porque dicha
disolución acuosa que contiene urea y ácido fosfórico se calienta
hasta que la razón molar del nitrógeno del amoniaco y el fósforo del
fosfato (N/P) en la suspensión es aproximadamente de 0,85 - 1,5: 1,
preferiblemente de 1,3 - 1,4: 1.
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