FI69570B - Foerfarande foer framstaellning av termiskt stabila ammoniumnitrat innehaollande granuler - Google Patents

Description

69570

Menetelmä lämpöstabiilien ammoniumnitraattia sisältävien rakeiden valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää lämpöstabiilien, ammoniumnitraattia sisältävien, irtopainotiheydeltään suurten rakeiden valmistamiseksi lähtien nestemäisestä seoksesta, joka sisältää stabilointiainetta ja ammoniumnitraattia.

Tällaista menetelmää kuvataan esimerkiksi US-patentissa n:o 3 379 496, jonka mukaisesti oleellisesti vedetöntä am-moniumnitraattisulatetta, joka sisältää hienojakoista, liukenematonta, kemiallisesti inerttiä savea stabilointiaineena, rakeistetaan pallottamalla. Tämän tunnetun menetelmän haittana on, että pallotusmenetelmä tuo mukanaan huomattavan rajoituksen, mitä tulee tuotteen raekokoon. Rakeiden valmistus, joiden halkaisija on esimerkiksi yli 3 mm, vaatii erittäin korkeita pallotustorneja tai putoavien pisaroiden erittäin voimakasta jäähdytystä. Koska suurempikokoisten rakeiden tarve kasvaa (erityisesti niinkutsutuilla massaseoksilla) ja esiintyy myös tarvetta menetelmistä, joilla on suurempi joustavuus mitä tulee tuotteen raekokoon, pallotusmenetelmä on tämän vuoksi vähemmän houkutteleva.

Toinen, viimeaikaisempi menetelmä ammoniumnitraattirakeiden valmistamiseksi, joka tekee mahdolliseksi raekooltaan suuremman tuotteen valmistuksen, on niinkutsuttu leijukerros-rakeistus. Tässä menetelmässä nestemäistä, ammoniumnitraattia sisältävää seosta ruiskutetaan siemenhiukkasten kerroksen päälle tai sen sisään, jota leijutetaan kaasuvirran avulla, siemenhiukkasten kasvaessa, kun ne peitetään jähmettyvän nestefaasin kerroksilla ja näin muodostuneet rakeet poistetaan kerroksesta.

Menetelmä lämpöstabiilien, ammoniumnitraattia sisältävien, irtopainotiheydeltään suurten rakeiden valmistamiseksi 69570 2 leijukerrosrakeistuksen avulla tunnetaan US-patentista n:o 4 316 736, joka lähtee ammoniumnitraattia sisältävästä liuoksesta, joka sisältää korkeintaan 20 paino-% (erityisesti 5-10 paino-%) vettä ja 0,5-3 paino-% magnesiumnitraat-tia ja jonka mukaisesti siemenhiukkasten leijutetun kerroksen lämpötila pidetään välillä 120-135°C. LämpÖstabiilien rakeiden saamiseksi tässä menetelmässä on välttämätöntä jäähdyttää rakeita niin hitaasti, että välillä 70-50°C ne pysyvät lämpötilaltaan oleellisesti homogeenisina. Eräs tämän tunnetun menetelmän haitta on, että valmiilla tuotteella on melko suuri vesipitoisuus (n. 0,3 paino-%). Varastossa rakeet, joilla on näin suuri vesipitoisuus, osoittavat lisääntynyttä paakkuuntumistaipumusta ja huonompaa hygroskooppista käyttäytymistä, mikä yleensä tekee välttämättömäksi levittää suuri määrä päällystysainetta niille. Edelleen tällaista tuotetta voidaan tuskin varastoida tai lähettää irtotavarana, vaan sensijaan on käytettävä suljettuja säkkejä. Toinen tämän menetelmän haitta on, että rakeet on jäähdytettävä hitaasti lämpötilavälillä 70-50°C, joten annetulle tuotemäärälle tarvitaan suhteellisen suuri jäähdytyslaitos. Sitäpaitsi tämä jäähdytysmenetelmä tekee välttämättömäksi käyttää useita, yleensä kolmea erillistä jäähdytysvaihetta (yhtä jäähdyttämään 70°C:en, yhtä välille 70 * 50°C ja yhtä alle 50°C:n alueelle). Lopuksi tällä tunnetulla menetelmällä on se lisähaitta, että toiminnan joustavuus esimerkiksi mitä tulee kierrätetyn materiaalin määrään ja näin ollen myös tuotantokapasiteetin suhteen on rajoitettu, johtuen kapeasta lämpötila-alueesta, joka on määräävä siemenhiukkasten kerrokselle.

Tämä keksintö kohdistuu nyt menetelmään, jolla yllä mainitut haitat poistetaan täysin tai lähes täysin.

Tämän keksinnön mukaisesti tämä saavutetaan siten, että am-moniumnitraattia sisältävää sulatetta, joka sisältää korkeintaan 1,5 paino-% vettä ja 0,5-5 paino-% ammoniumnitraatin 11 6 9 5 7 0 3 määrästä laskettuna hienojakoista materiaalia, joka sisältää piidioksidia ja on liukenematon ammoniumnitraattiin ja kemiallisesti inertti sen suhteen, jonka sulatteen lämpötila on vähintään 5°C korkeampi kuin sen kiteytymislämpötila, ruiskutetaan ammonium-nitraattia sisältävien siemenhiukkasten leijutettuun kerrokseen tai sen päälle, jonka lämpötila on välillä 95-120°C, ilmavirran avulla, jonka lämpötila on suunnilleen sama kuin tai hieman alempi kuin sulatteella, ilman ja sulan massan välisellä suhteella välillä 1:1-1:4, ja muodostuneet rakeet poistetaan kerroksesta.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan raemainen tuote, jolla toisaalta on suuri lämpöstabiilisuus ja irtopainotiheys, ja jolla toisaalta on erittäin pieni kosteuspitoisuus (< 0,1 paino-%, erityisesti - 0,05 paino-%) ja erinomainen iskun- ja murskaus-kestoisuus, joka tuskin paakkuuntuu ja on tuskin hygroskooppinen. Erityisetu on, että irtopainotiheydeltään suuri tuote (esim.

940 g/1) saadaan hyvin leveällä kerroksen lämpötila-alueella.

Tästä johtuen saavutetaan paljon suurempi riippumattomuusaste lämpötilasta kuin tunnetuilla menetelmillä, mikä parantaa huomattavasti menetelmän joustavuutta.

Päinvastoin kuin US-patentissa no 4 316 736 kuvatussa menetelmässä, osoittautuu , että hidasta jäähdytystä lämpötila-alueella välillä 70-50°C ei tarvita tämän keksinnön mukaisessa prosessissa. Tämän vuoksi on mahdollista käyttää nopeaa jäähdytystekniikkaa, esimerkiksi leijukerrosjäähdytystä, joka tuo säästöä jäähdytyslaitteis-toon.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä on edullista käyttää ammoniumnit-raattia sisältävää sulatetta, joka sisältää alle 1,5 paino-% vettä, erityisesti alle 0,5 %.

Piidioksidia sisältävänä materiaalina voidaan käyttää useita piidioksidia sisältäviä savia, esimerkiksi edullisesti sellaisia, joiden hiukkaskoko on alle 10 yUm erityisesti alle 5 ^um. Tällaisia tuotteita kuvataan esimerkiksi US-patentissa no 3 379 496. Tätä materiaalia voidaan lisätä ammoniumnitraattia sisältävään sulatteeseen samoin kuin 4 69570 liuokseenkin ennen haihdutusta. On edullista käyttää 1,5- 2.5 paino-% piidioksidia sisältävää materiaalia.

Ruiskutettavan sulatteen lämpötila voi vaihdella. On edullista käyttää lämpötilaa, joka on vähintään 5°C korkeampi kuin sulatteen kiteytymislämpötila. Sulatteen maksimilämpötilan tulee yleensä olla alempi kuin lämpötila, jossa sulate kiehuu normaalipaineessa. Turvallisuussyistä yli n. 180°C:n sulatelämpötiloja vältetään. Näin ollen lähtien 98.5 %:sesta sulatteesta, käytetään lämpötilaa välillä 158-180°C ja 99,5 %:sen sulatteen kyseessä ollen lämpötilaa välillä 168-180°C.

Sulate voidaan ruiskuttaa siemenhiukkasten kerroksen pinnalle, esimerkiksi yksivaiheisen suihkun avulla. On edullista ruiskuttaa sulate kerroksen sisään. Tämä voidaan tehdä tunnetulla tavalla voimakkaalla, kuumalla kaasuvirralla, esimerkiksi kaksivaiheisena suihkuna. Ruiskutuskaasulle (ilma) annetaan lämpötila, joka on suunnilleen sama tai jonkin verran alempi kuin ruiskutettavan sulatteen lämpötila. Ruiskutuskaasun määrä voi vaihdella. Käytetään sellaisia määriä kaasua ja sulatetta, että ruiskutus-laitteessa massasuhde kaasun ja sulatteen välillä on n. 1:1-1:4. On edullista ruiskuttaa sulate pohjasta ylöspäin kerrokseen .

Käytetty leijutuskaasu, erityisesti ilma johdetaan kerroksen läpi pohjalta huipulle. Leijutuskaasun määrä on vaikea määritellä tarkasti, mutta sen tulee olla ainakin tarpeeksi suuri ja se tulee syöttää sellaisella nopeudella, että kaikki kerroksessa olevat siemenhiukkaset pysyvät leijutetussa tilassa. Leijutuskaasun pinnanmyötäinen nopeus on edullista pitää kaksinkertaisena minimi leijutusnopeuteen nähden. "Minimi leijutusnopeudella" ymmärretään tässä minimi-nopeutta, joka riittää kannattamaan kerroksessa olevien siemenhiukkasten painon. (Ammoniumnitraatin kyseessä oi-

II

5 6 9 5 7 0

Ien, jonka keskihiukkaskoko on 3 mm, tämä minimileijutus-nopeus on n. 1,2 m/s). Leijutuskaasun nopeuden tulee luonnollisesti olla pienempi kuin se, jolla yksittäiset siemen-hiukkaset tulevat puhalletuiksi ulos kerroksesta.

Leijutuskaasun lämpötila voi vaihdella, esimerkiksi välillä 20-170°C. Yleensä käytetään sellaista lämpötilaa, että yhdessä siementen lämpötilan ja määrän kanssa saadulla kerroksen lämpötilalla on haluttu arvo.

Periaatteessa kaikkia piidioksidia sisältäviä ammonium-nitraattihiukkasia voidaan käyttää siemeninä. On edullista käyttää hyväksi hiukkasia, jotka on saatu kasvatettaessa tuotetta leijutetusta kerroksesta. Tällainen tuote seulotaan tunnetulla tavalla, valinnaisesti jäähdytyksen jälkeen ja ylikokoiset rakeet murskataan; edullisesti murskaustuote kierrätetään yhdessä alikokoisten rakeiden kanssa siemen-materiaalina leijutettuun kerrokseen. Riippuen tarvittavasta siemenhiukkasten määrästä vain osa näistä rakeista voidaan kierrätää, mikäli tämä on toivottavaa ja loppuosa lisätään esimerkiksi suoraan tai sulatuksen jälkeen nestemäiseen am-moniumnitraattisyöttöön. Jos kiertoon saatavissa olevien rakeiden määrä on liian pieni, on mahdollista myös palauttaa osa tuoterakeista murskauksen jälkeen mikäli niin halutaan .

Kierrätetyn materiaalin määrä voi vaihdella. On havaittu, että keksinnön mukaisessa menetelmässä määrä, joka on yhtä suuri tai jopa pienempi kuin sisään syötetyn sulatteen määrä, on riittävä. Edullisesti kierrätetään sellaista määrää materiaalia, että painosuhde kierrätetyn materiaalin ja sulatteen välillä on n. 1:1-1:2. Kerrokseen syötettyjen siemenhiukkasten koko voi myös vaihdella. On edullista käyttää siemenhiukkasia, joiden keskihalkaisija on välillä 0,75-2,0 mm. Sisään syötetyt siemenet leijutetaan tunnetulla tavalla, esimerkiksi astiassa, jossa on rei'itetty pohja,. Kerroksen korkeus on yleensä välillä 0,5-1 m.

6 69570

Kerroksen lämpötilaa (95-120°C) säädetään erityisesti sisään syötettyjen siementen (=kierrätysmateriaalin) ja leijutuskaasun lämpötilan avulla. Keksinnön mukainen menetelmä on erityisen edullinen sillä suhteellisen alhaisissa kerroslämpötiloissa, esimerkiksi 100-110°C, on mahdollista, riippuen ammoniumnit-raattisyötön vesipitoisuudesta, ylläpitää tämä lämpötila käyttämällä suhteellisen kylmää leijutuskaasua ja/tai jäähdyttämällä joko kerroksesta poistettuja rakeita ennen seulontaa tai kierrätettävää materiaalia. Alhaisempien kerroslämpötilojen seurauksena vähenee myöskin paakkuuntumisen vaara ja ylisuurten rakeiden murskauskäyttäytyminen paranee.

Kerroksessa saatuja rakeita on edullista poistaa jatkuvasti kerroksesta, esimerkiksi pohjan tai ylivirtauksen kautta.

Tämän jälkeen raemainen tuote voidaan seuloa heti jakeen saamiseksi, jolla on halutut jyväkoot ja suuremman ja pienemmän jakeen saamiseksi, minkä jälkeen tuotejae jäähdytetään ympäristön lämpötilaan. On myös mahdollista jäähdyttää kerroksesta poistetut rakeet, esimerkiksi lämpötilaan, joka on rakeistus- ja ympäristön lämpötilojen välillä, sen jälkeen seuloa ja edelleen tarvittaessa jäähdyttää saatu tuotejae.

7 69570

Rakeiden jäähdytys voidaan suorittaa useiden vanhastaan tunnettujen jäähdytysmenetelmien avulla. Edullisesti jäähdytys (rakeiden ennen seulontaa samoin kuin tuoterakeiden seulonnan jälkeen) suoritetaan yhdessä tai useammassa lei-jukerrosjäähdyttäjässä. Kuten aikaisemmin mainittiin, tämä tarjoaa sen edun, että suhteellisen rajoitettu jäähdytys-laitteisto on rei'ittävä. Sitäpaitsi on havaittu, että rakeiden nopea jäähdytys keksinnön mukaisessa prosessissa johtaa irtopainotiheydeltään kasvaneeseen tuotteeseen, samalla kun - päinvastoin kuin US-patentin n:o 4 316 736 mukaisella prosessilla - mitään lämpostabiilisuuden huononemista ei tapahdu.

Edullisesti ympäristön lämpötilassa tai hiemen korkeammassa lämpötilassa olevaa vakioitua ilmaa käytetään leijutuskaa-suna leijukerrosjäähdyttäjässä. Jäähdyttäjästä lähtevää lämmennyttä ilmaa voidaan edullisesti käyttää leijutusilma-na siemenkerrokselle.

Siementen leijutetusta kerroksesta tuleva ilma sisältää vesihöyryn ohella pienen määrän ammoniumnitraattia sisältävää pölyä. Viimemainittu voidaan poistaa tunnetulla tavalla, esimerkiksi pesemällä vedellä tai laimealla ammoniumnitraattia sisältävällä liuoksella, jota kierrätetään.

Seulonnan ja jäähdytyksen jälkeen saatavia tuoterakeita voidaan haluttaessa käsitellä edelleen päällystysaineella tunnetulla tavalla. Saadun tuotteen kosteuspitoisuus on niin pieni, että kuivausvaihe voidaan jättää pois. Rakeet voidaan saattaa edelleen - vaikkapa haluttaessa ennen jäähdytystä - säännölliseen vierintäliikkeeseen kiertorummussa irtopainotiheyden lisänousun aikaansaamiseksi.

Vaikka kyseessä olevalla prosessilla on erityistä merkitystä ammoniumnitraattirakeiden valmistuksessa, sitä voidaan käyttää myös rakeiden valmistukseen, jotka sisältävät 8 69570 muita komponentteja ammoniumnitraatin ohella, esimerkiksi täyteaineita, kuten merkelikiveä tai dolomiittia, hivenalku-aineita, maatalouskemikaaleja (rikkaruohomyrkkyjä jne.), muita stabilisaattoreita kuin savea ja muita lannoitesuolo-ja. Erityisesti saattaa olla edullista sisällyttää saven ohella pieni määrä kalsiumnitraattia ammoniumnitraattia sisältävään sulatteeseen, kuten on kuvattu tämän hakemuksen tekijän esijulkaisemattomassa suomalaisessa patenttihakemuksessa n:o 822 189.

Keksintöä selvitetään tarkemmin seuraavissa esimerkeissä. Esimerkki 1

Pyöreään leijukerrosrakeistimeen (halkaisija 45 cm), jossa oli rei'itetty pohja ja joka sisälsi NH^NO^-siemenhiukkasten kerroksen (keskihalkaisija 2,9 mm, kerroksen korkeus 40 cm), syötettiin jatkuvasti ammoniumnitraattisulatetta kaksivaiheisen ruiskun kautta voimakkaan ilmavirran avulla ja ruiskutettiin vaakasuorassa kerrokseen. Sulate sisälsi 1,5 pai-no-% NH^NO^iSta laskettuna piidioksidia sisältävää savea, jota on saatavissa nimellä Sorbolite Tennessee Mining and Chemical Corp.-yhtiöltä ja joka sisältää pääasiassa piidioksidia (73 %) ja alumiinioksidia (14 %) ja lisäksi pieniä määriä ^0, CuO, TiC>2, Fe2®3 Ja M9°· Kerrosta (lämpötila 115°C) leijutettiin ylöspäin suunnatun ilmavirran avulla, jota syötettiin pohjalevyn läpi. Ylävirtauksen kautta rakeita poistettiin jatkuvasti seulalle ja erotettiin siinä hienoksi jakeeksi (hiukkaskoko <2 mm), tuotejakeeksi (2-4 mm) ja karkeaksi jakeeksi (>4 mm). Karkea jae murskattiin murs-kausteloilla ja kierrätettiin jatkuvasti kerrokseen yhdessä hienon jakeen kanssa.

Tuotejae jäähdytettiin nopeasti leijukerrosjäähdyttäjässä n. 35°:en. Osa tästä tuotteesta lämmitettiin ja jäähdytettiin viisi kertaa välillä 15-50°C.

ti 9 69570

Prosessoriolosuhteet ja saadun tuotteen ja viiden syklin jälkeisen tuotteen ominaisuudet luetellaan jäljempänä olevassa taulukossa.

Esimerkki 2

Samalla tavoin kuin esimerkissä 1 kuvattiin NH^NO^-sulate rakeistettiin siemenhiukkasten leijutetussa kerroksessa. Prosessiolosuhteet ja saadun tuotteen ominaisuudet luetellaan myös taulukossa. Tässä esimerkissä käytettiin 2,0 paino-% stabilisaattoria.

69570 10 ο ·ψ m σι o m o rsi i£> «rcno ro r- n H *. « ». ^ S ^ E ldoi— ^σ>οσ>θ(Μ noooooooiN o i— •H o > oi in oo o oo no (N σι o vo ^ ui τ- σ> <- W <- ro t— in r» m m o t— m m σο o ro io cm ^ ·« «· - - ^ *> E mom^roooaoocN rooinoor-om m»— m •h r- r-oiior^T-oo ro «d· ίο o ό ro

Cfl t— *— t— t— r” C\ t— w u o o m i m t~“ :o3

i—I

'—' rH

dP -H

I i—I

O :<ö c —· > H O ·— —

03 0 —. U dP C dP

a ''äo i ai i

— \ — ΙΛ — OQJO

— 05 tr> .C — :o5 C C

U tn a H Λ H) N E dP +1 -H -H -H

O 30 —•H'— r-HÖn-— I dP -H 03 :o3 03 P '— r-) +J -H M O I ~ 0) a, to a, tn n «3 :ni o ui CO-hm

(Ö -H o) CP a, l-ι :0 :nj P -H C \ :0 ^ M CM dP

+JrHOH^ig:o3aM<l) n) ·Η tji >1 # o! >1 -rl 03 >1 —

(U -rl -p -H — :o3 :o3 ε :rö Λ Dm 03 — Cu ^ Λ Λ3 r-{ Xi M

<D -P -H +> «H ε =3 :<0 0 — Q, —· >i ^ >o P

-P Ό Dj :0 :ttJ -HgC '-'tfldPtn M > jCaidiMCC Ptn >i — p oi o ulinoin

Pgoeuöoiasccc -p p tn ai p p -h p-ho3 tn:oJ nun si ε g K β « 03ΡΡΛ>ιΐηΡ-Ρ C P -P Λ5 ΟΓ-ΐΕίΗεΉΉεεε ns ω p -h -m -m qj -n a

rH -H *r-f i—li—i pH M-HUl-P>iOPM 03 P M C

OCCCCU3U1-H-H-H O -H O -P Ή O -H rH o d)

H<D<DQ)(Dppu)inBi C-POCiiduiuiui^-HUiuiO

uiuiaJoai+J-PP^P οι·ΗΜ->·-Η+ιο)Ρχιε>=*ΛΡ

U1.M-P-P-PPP-P-P-P (UD4-H03C^(l3n3E o3o3P

ο3ο·μη-ιη->λ;λ!ΡΡρ HJ-rHaa-ric^c— Q)^<ic>

UlMidiÖitJinuiTOTOTo -P (¾ I O Sh P M >i -P tn >m 03 O M rH I—I I—I *H *r-i *rl ·Η Ή O D^ O -P d) M Ί 1 o o M TO I—1 ΜΦΡΡΡΡΡΦΟΙΦ p>i CM M *H UI p i—l inpprH-rl αι«ϋ3ϋ1ΐΛ0ί«ΡΙΡΙΡ1 EhE-i£:h>hS:OQEh:S:OEh

II

Claims (6)

69570 1 1

1. Menetelmä lämpöstabiilien, ammoniumnitraattia sisältävien, irtopainotiheydeltään suurten rakeiden valmistamiseksi lähtien nesteseoksesta, joka sisältää ammoniumnitraattia ja stabilointiainetta, tunnettu siitä, että ammoniumnitraattia sisältävää sulatetta, joka sisältää korkeintaan 1,5 paino-% vettä ja 0,5-5 paino-% ammoniumnitraatin määrästä laskettuna hienojakoista materiaalia, joka sisältää piidioksidia ja on liukenematon ammoniumnitraattiin ja kemiallisesti inertti sen suhteen, jonka sulatteen lämpötila on vähintään 5°C korkeampi kuin sen kiteytymislämpötila, ruiskutetaan ammoniumnitraattia sisältävien siemenhiukkasten leijutettuun kerrokseen tai sen päälle, jonka lämpötila on välillä 95-120°C, ilmavirran avulla, jonka lämpötila on suunnilleen sama kuin tai hieman alempi kuin sulatteella, ilman ja sulan massan välisellä suhteella välillä 1:1-1:4, ja muodostuneet rakeet poistetaan kerroksesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ammoniumnitraattia sisältävää sulatetta, joka sisältää 1,5-2,5 paino-% piidioksidia sisältävää materiaalia laskettuna ammoniumnitraatin määrästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään piidioksidia sisältävää savea, jonka hiuk-kaskoko on alle 10 ^um.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kerroksesta poistetut rakeet seulotaan ja seulonnan jälkeen saadut tuoterakeet jäähdytetään yhdessä tai useammassa leijukerrosjäähdyttäjässä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdyttäjästä poistuvaa kaasua käytetään ainakin osittain leijutuskaasuna siemenhiukkasten kerrokselle.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käytetään hyväksi sulatetta, joka sisältää savea ja ammoniumnitraattia ja lisäksi yhtä tai useampaa täyteainetta, 1 2 69570 lisäainetta, maatalouskemikaalia ja/tai lannoitekomponenttia.