PL194372B1 - Sposób wytwarzania nawozów amonowo-saletrzanych metodą granulacji mieszarkowej - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania nawozów amonowo-saletrzanych metodą granulacji mieszankowej, polegający na mieszaniu uprzednio rozdrobnionych wypełniaczy, zwłaszcza dolomitu, wapniaka, anhydrytu, z roztworem zawierającym składniki nawozowe, znamienny tym, że prowadzony jest w kilku etapach, w pierwszym etapie procesu miesza się rozdrobniony wypełniacz z roztworem roboczym, zawierającym składniki nawozowe, w którym zawartość azotanu amonu wynosi korzystnie nie mniej niż 20% masowych, przy czym uprzednio testuje się doświadczalnie zdolność pochłaniania cieczy przez wypełniacz, w temperaturze zawartej w przedziale od 0°C do 170°C, dla co najmniej dwóch wybranych frakcji wypełniacza, z których każda zawiera ziarna obecne w wypełniaczu od najmniejszego ich wymiaru do największej wartości w danej frakcji, nie większej jednak niż 1 mm, i na podstawie oznaczonej zdolności pochłaniania cieczy dobiera się ilość i stężenie roztworu roboczego, odpowiednio do założonego zakresu stężenia składników nawozowych w produkcie, od 5 do 34,7% masowych, w przeliczeniu na azot, w taki sposób, aby ilość roztworu roboczego pozostającego po wykrystalizowaniu z niego składników była równoważna zdolności pochłaniania cieczy przez wypełniacz, a w czasie mieszania utrzymuje się temperaturę roztworu roboczego lub jego składników powyżej temperatury ich krystalizacji, korzystnie w przedziale od 80°C do 170°C, w następnych etapach prowadzi się operacje granulacji, krystalizacji i suszenia, które mogą zachodzić jednocześnie.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania nawozów amonowo-saletrzanych metodą granulacji mieszarkowej, znajdujący zastosowanie w operacji mieszania roztworów zawierających składniki nawozowe z rozdrobnioną fazą stałą.

W literaturze, np. w podręczniku P.W. Kłassien, I.G.Griszajew „Podstawy techniki granulacji, WNT, Warszawa, 1989 r., lub w prospektach firmy Uhde, są opisane różne sposoby granulacji. Obejmują one także granulację takich nawozów amonowo-saletrzanych jak saletra amonowa zawierająca 33,5% N z niewielkim dodatkiem rozdrobnionych wypełniaczy, saletrzak zawierający 20% do 30% N z dodatkami wapniaka lub dolomitu, saletra wapniakowa zawierająca 15,5% N z dodatkiem azotanu amonowego oraz azotano-siarczan amonowy zawierający 26% N z dodatkiem soli żelazowych (Fe +3) i krzemianów.

Wymienione nawozy granuluje się z zastosowaniem technik, różniących się relacją czasową etapu mieszania składników, etapu granulacji i etapu krystalizacji soli z roztworu. Znana i stosowana granulacja wieżowa polega na zmieszaniu roztworu roboczego, zawierającego składniki nawozowe, z wypełniaczem, a następnie skierowanie powstałej płynnej zawiesiny, o temperaturze powyżej temperatury krystalizacji soli z cieczy, na szczyt wieży. Tam formują się granule, które opadając ulegają schłodzeniu, a wskutek tego z fazy ciekłej krystalizuje azotan amonowy. Zgodnie z tą metodą etap mieszania wyprzedza etapy granulacji i krystalizacji. Znana jest również granulacja mieszarkowa, w której etap mieszania zachodzi jednocześnie z etapami granulacji i krystalizacji, realizowana wgranulatorze dwuwałowym, do którego doprowadza się roztwór roboczy i wypełniacz. W granulatorze zachodzi jednocześnie mieszanie składników, granulacja mieszaniny oraz schłodzenie roztworu roboczego, z którego częściowo krystalizują sole.

W przypadku granulacji saletrzaku metodą mieszarkową w granulatorze dwuwałowym otrzymuje się 50% do 70% granulek o niepożądanej wielkości. Przyczyną takiego stanu jest niedostosowanie stężenia roztworu roboczego do zdolności sorpcyjnych wypełniacza. Utrudnia to utrzymanie stałej zawartości składnika pokarmowego w gotowym produkcie, gdyż wiąże się z powstawaniem nadmiernych ilości podziarna i nadziania cyrkulujących w instalacji oraz zawracanych jako nawrót do granulatora dwuwałowego. W efekcie dochodzi do ograniczenia wydajności instalacji, nadmiernego zużycia energii, a w skrajnym przypadku zmusza do przerwania procesu wytwarzania nawozu.

Z dysertacji pt. „Granulacja mechaniczna saletrzaku - zdolność granulowania wypełniaczy” Bernard Sorich; Politechnika Wrocławska, Wrocław 1996, znany jest sposób testowania doświadczalnego zdolności pochłaniania cieczy przez wypełniacz, taki jak mączka dolomitowa lub anhydrytowa dla dwóch frakcji wypełniacza -o wielkości ziarna poniżej 100 mm i poniżej 200 mm. Sposób ten został odniesiony do pojemności całkowitej wypełniacza, a więc całkowitej ilości roztworu roboczego dodawanego w procesie mieszania.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania nawozów amonowo-saletrzanych metodą granulacji mieszarkowej polegający na mieszaniu roztworu roboczego, zawierającego sól amonową i ewentualne dodatki, z rozdrobnionymi wypełniaczami, zwłaszcza z dolomitem, wapniakiem lub anhydrytem.

Istota wynalazku polega na tym, że wytwarzanie nawozów amonowo-saletrzanych realizowane jest w kilku etapach, w pierwszym etapie procesu miesza się rozdrobniony wypełniacz z roztworem roboczym, zawierającym składniki nawozowe, w którym zawartość azotanu amonu wynosi korzystnie nie mniej niż 20 % masowych, przy czym uprzednio testuje się doświadczalnie zdolność pochłaniania cieczy przez wypełniacz, w temperaturze zawartej w przedziale od0°C do 170°C, dla co najmniej dwóch wybranych frakcji wypełniacza, z których każda zawiera ziarna obecne w wypełniaczu od najmniejszego ich wymiaru do największej wartości w danej frakcji, nie większej jednak niż 1mm. Na podstawie oznaczonej zdolności pochłaniania cieczy dobiera się ilość i stężenie roztworu roboczego, odpowiednio do założonego zakresu stężenia składników nawozowych w produkcie, od 5 do 34,7% masowych, w przeliczeniu na azot, w taki sposób, aby ilość roztworu roboczego pozostającego po wykrystalizowaniu z niego składników była równoważna zdolności pochłaniania cieczy przez wypełniacz, a w czasie mieszania utrzymuje się temperaturę roztworu roboczego lub jego składników powyżej temperatury ich krystalizacji, korzystnie w przedziale od 80°C do 170°C, w następnych etapach prowadzi się operacje granulacji, krystalizacji i suszenia, które mogą zachodzić jednocześnie.

Sposób według wynalazku, przez powiązanie trzech parametrów; zdolności pochłaniania roztworu roboczego przez wypełniacz, stężenia roztworu roboczego i temperatury krystalizacji składników z tego roztworu umożliwia wymieszanie wypełniacza z roztworem przed krystalizacją soli

PL 194 372 B1 z roztworu. W postępowaniu według wynalazku istotne znaczenie ma nie całkowita ilość roztworu roboczego dodawanego do wypełniacza, ale tylko ta jego część, która pozostaje po wykrystalizowaniu z niego jego składników.

Nieoczekiwanie okazało się, że dobór rozdrobnienia wypełniacza, temperatury i stężenia roztworu składników nawozowych w sposobie według wynalazku, powoduje całkowite wyeliminowanie nadmiernych ilości podziarna w operacji granulacji i gwarantuje stałość składu chemicznego produktu końcowego. Zgodnie ze sposobem uzyskuje się całkowite wypełnienie złoża ziarnisto-porowatego roztworem roboczym, unikając jednocześnie nadmiaru cieczy w stosunku do możliwości jej pochłonięcia przez wypełniacz. Temperatura roztworu soli i mączki wypełniacza musi być tak dobrana, aby w fazie mieszania komponentów, wykluczyć krystalizację składników roztworu roboczego, bo tylko tak można zapewnić całkowite nasycenie roztworem roboczym wolnej przestrzeni między ziarnami i porów na powierzchni cząstek złoża wypełniacza. Istotny nadmiar roztworu roboczego, pozostającego po wykrystalizowaniu z niego składników, w stosunku do oznaczonej zdolności pochłaniania cieczy przez wypełniacz, wynikającej z wykonanego testu, powoduje upłynnienie mieszaniny i uniemożliwia powstanie granul. Dochodzi wówczas do zalania urządzeń do granulacji, na przykład bębnów granulacyjnych, a usuwanie wykrystalizowanej w nich mieszaniny jest niezwykle uciążliwe i pracochłonne. Niedomiar roztworu w stosunku do pojemności złoża wypełniacza uniemożliwia połączenie wszystkich cząstek wypełniacza mostkami cieczowymi, a wskutek tego powstanie nadmiernych ilości podziarna.

Sposób według wynalazku gwarantuje wyeliminowanie powstawania płynnych mieszanin wypełniacza i roztworu w elementach instalacji granulacji, a równocześnie zapewnia wytwarzanie homogenicznych granulek nawozu o pożądanym składzie chemicznym.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania, które ilustrują sposób wytwarzania saletrzaku z zastosowaniem różnych wypełniaczy.

Przykład I

Pożądanym produktem, który ma być wytworzony w instalacji przemysłowej - jest saletrzak o zawartości 27,5% N, przy czym tolerancja zawartości azotu w nawozie nie powinna przekraczać ±0,3%. Jako wypełniacz ma służyć kamień dolomitowy, a przewidywane stężenie roztworu azotanu amonowego wynosi około 90% mas. NH4NO3.

Dolomit poddaje się mieleniu w młynie z segregacją pneumatyczną i otrzymuje mączkę dolomitową, o uziarnieniu 100% poniżej 200mm w tym 90,8% masowych poniżej 100 mm. Do testowania maksymalnej zdolności do pochłaniania cieczy przez wypełniacz wyodrębnia się z otrzymanej mączki dwie frakcje ziarnowe:

· frakcja 1 - mączka o uziarnieniu 100% poniżej 200 mm · frakcja 2 - mączka o uziarnieniu 100% poniżej 100 mm

Do wyznaczenia zdolności do pochłaniania cieczy przez wypełniacz każdej z tych frakcji stosuje się procedury oparte na metodach badań laboratoryjnych opisanych w literaturze. Filtrując zawiesinę wypełniacza w wodnym roztworze NH4NO3 o stężeniu 38,2% w temperaturze 20°C przez bibułę filtracyjną oznacza się masę cieczy (roztworu soli i wody) pochłoniętej przez próbkę mączki o masie 45 g. Otrzymane wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Tabe la 1

Wyniki oznaczeń wielkości charakteryzujących właściwości dwóch wybranych frakcji ziarnowych wypełniacza.

Lp.	Rodzaj oznaczenia	Jednostki	Wartość oznaczona dla frakcji:
Frakcja 1 < 100 mm	Frakcja 2 <200 mm
1	2	3	4	5
1	masa próbki dolomitu	g	45,000	45,000
2	gęstość mączki dolomitu	g/cm3	2,8424	2,8424
3	masa placka filtracyjnego mokrego	g	58,100	57,730
4	masa placka filtracyjnego suchego	g	49,830	49,680
5	masa zaabsorbowanego roztworu	g	13,100	12,730
6	masa zaabsorbowanej wody	g	8,270	8,050
7	masa zaabsorbowanego NH4NO3	g	4,830	4,680

PL 194 372 B1 cd. tabeli 1

1	2	3	4	5
8	objętość placka filtracyjnego mokrego	cm3	25,33	25,44
9	porowatość placka filtracyjnego mokrego	%	37,49	37,76
10	obliczona pojemność całkowita odniesiona do roztworu 91,3% mas. NH4NO3	g/g	3,551	3,517
11	obliczona zawartość N2 w suchym placku filtracyjnym	%	27,31	27,25

Na podstawie różnicy masy mokrego placka filtracyjnego i próbki dolomitu oblicza się masę roboczego wodnego roztworu azotanu amonowego o stężeniu równym 91,3% mas. NH4NO3, która zostanie pochłonięta przez 45 g suchych próbek poszczególnych frakcji ziarnowych wypełniacza oraz zwartość składnika nawozowego w poszczególnych frakcjach po odparowaniu wody (wiersze 10 i 11). Ponieważ obliczone pojemności całkowite obu frakcji mieszczą się w przedziale dopuszczalnej tolerancji zawartości azotu w saletrzaku (27,2% do 27,8%), przeto mączkę o powyższym uziarnieniu poddaje się operacji wymieszania z roboczym roztworem azotanu amonowego o stężeniu 91,3% mas. Aby zapobiec krystalizacji soli azotanu amonowego z roztworu roboczego w procesie mieszania składników, podgrzewa się go do temperatury 120°C. Temperatura krystalizacji soli z wodnego roztworu azotanu amonowego, o stężeniu 91,3% mas. NH4NO3 wynosi 95°C. Otrzymany produkt zawierał składnik nawozowy w ilości 27,5 - 27,6% N.

P r zyk ł a d II

W instalacji przemysłowej ma być wytwarzany saletrzak o zawartości 28% masowych N, przy czym tolerancja zawartości składnika nawozowego w produkcie nie powinna przekroczyć ±0,5%. Przewiduje się, że zostanie użyty roztwór wodny azotanu amonowego o stężeniu około 91% mas. NH4NO3, a jako wypełniacz ma być użyty wapniak.

Po rozdrobnieniu kamienia wapniakowego otrzymuje się mączkę o uziarnieniu 100% poniżej 600 mm, w tym 92,3 % mas. poniżej 200 mm i 76,4% mas. poniżej 100 mm. Do wyznaczenia maksymalnej zdolności do pochłaniania cieczy przez wypełniacz wyodrębnia się z otrzymanej mączki trzy frakcje ziarnowe:

· frakcja 1 - mączka o uziarnieniu 100% poniżej 100 mm · frakcja 2 - mączka o uziarnieniu 100% poniżej 200 mm · frakcja 3 - mączka o uziarnieniu 100% poniżej 600 mm.

Każdą z wymienionych trzech frakcji wypełniacza poddaje się testowi zdolności do pochłaniania cieczy przez wypełniacz obejmującym oznaczenie masy pochłoniętej cieczy, gęstości wypełniacza, porowatości placka filtracyjnego i jego objętości (tabela 2). Pomiary wykonuje się w znany sposób, w temperaturze 20°C, stosując do pomiarów wodny roztwór azotanu amonowego o stężeniu 38,2% mas. NH4NO3. Na tej podstawie oblicza się maksymalną ilość azotanu amonowego, która zostanie pochłonięta przez 1 gram poszczególnych frakcji mączki wapniakowej w temperaturze granulacji równej 100°C przy zastosowaniu roztworu azotanu amonowego o stężeniu 91,3% masowych NH4NO3. Z danych zamieszczonych w tabeli 2 wynika, że zdolności do pochłaniania roztworu roboczego przez frakcje wypełniacza poddane testowi nie mieszczą się w przedziale dopuszczalnej tolerancji zawartości azotu w saletrzaku (27,5 do 28,5% mas. N2), przeto testowana mączka nie została użyta do wytworzenia saletrzaku o zawartości 28 ± 0,5% azotu.

Tabe l a 2

Wyniki oznaczeń wielkości charakteryzujących właściwości wybranych frakcji ziarnowych wypełnienia.

Lp.	Rodzaj oznaczenia	Jednostki	Wartość oznaczona dla frakcji:
frakcja 1 <100	frakcja 2 <200	frakcja 3 <600
1	2	3	4	5	6
1	masa próbki mączki wapniakowej	g	45,000	45,000	45,000
2	gęstość mączki wapniakowej	g/cm3	2,8413	2,8435	2,8433
3	masa placka filtracyjnego mokrego	g	57,450	57,450	56,820
4	masa placka filtracyjnego suchego	g	49,240	49,550	49,495

PL 194 372 B1 cd. tabeli 2

1	2	3	4	5	6
5	masa zaabsorbowanego roztworu	g	12,450	12,450	11,820
6	masa zaabsorbowanej wody	g	8,210	7,900	7,325
7	masa zaabsorbowanego NH4NO3	g	4,240	4,550	4,495
8	objętość mokrego placka filtracyjnego	cm3	26,06	25,37	24,85
9	porowatość placka filtracyjnego mokrego	%	39,41	37,62	36,31
10	obliczona pojemność całkowita odniesiona do roztworu 91,3% mas. NH4NO3	g NH4NO3/g mączki	3,656	3,471	3,260
11	obliczona zawartość N2 w suchym placku filtracyjnym	%	27,48	27,17	26,78

P r zyk ł a d III

W instalacji przemysłowej ma być wytwarzany saletrzak o zawartości 27,5% N przy czym tolerancja zawartości w nawozie nie powinna przekraczać ±0,2%. Stosuje się anhydryt jako wypełniacz oraz wodny roztwór azotanu amonowego o stężeniu 92% mas. NH4NO3.

Po rozdrobnieniu anhydrytu otrzymuje się mączkę anhydrytową (MA), z której wydziela się dwie frakcje o następującym uziarnieniu:

· frakcja 1 - mączka o uziarnieniu 99,85% poniżej 200 mm · frakcja 2 - mączka o uziarnieniu 98,0% poniżej 100 mm

Według metody znanej z literatury, oznacza się w temperaturze 22°C przy pomocy roztworu NH4NO3 o stężeniu 38,2% mas. te same wielkości jak w przykładzie II. Na tej podstawie oblicza się maksymalną ilość azotanu amonowego, która zostanie pochłonięta przez 1 gram poszczególnych frakcji wypełniacza w temperaturze granulacji równej 102°C przy użyciu wodnego roztworu azotanu amonowego o stężeniu 92% mas. NH4NO3. Otrzymuje się następujące wartości: C1 = 3,816 g NH4NO3/g MA i C2 = 3,737 g NH4NO3/g MA. Odpowiada to zwartości azotu w gotowym produkcie odpowiednio 27,72 i 27,59% N.

Ponieważ obliczone wartości pojemności całkowitej poszczególnych frakcji anhydrytu mieszczą się w granicach żądanej tolerancji stężenia składnika nawozowego w gotowym produkcie przystępuje się do operacji mieszania wodnego roztworu azotanu amonowego o stężeniu 92% mas. NH4NO3 i temperaturze 128°C z wypełniaczem. Otrzymany produkt zawierał 27,67% N.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania nawozów amonowo-saletrzanych metodą granulacji mieszankowej, polegający na mieszaniu uprzednio rozdrobnionych wypełniaczy, zwłaszcza dolomitu, wapniaka, anhydrytu, z roztworem zawierającym składniki nawozowe, znamienny tym, że prowadzony jest w kilku etapach, w pierwszym etapie procesu miesza się rozdrobniony wypełniacz z roztworem roboczym, zawierającym składniki nawozowe, w którym zawartość azotanu amonu wynosi korzystnie nie mniej niż 20% masowych, przy czym uprzednio testuje się doświadczalnie zdolność pochłaniania cieczy przez wypełniacz, w temperaturze zawartej w przedziale od 0°C do 170°C, dla co najmniej dwóch wybranych frakcji wypełniacza, z których każda zawiera ziarna obecne w wypełniaczu od najmniejszego ich wymiaru do największej wartości w danej frakcji, nie większej jednak niż 1 mm, i na podstawie oznaczonej zdolności pochłaniania cieczy dobiera się ilość i stężenie roztworu roboczego, odpowiednio do założonego zakresu stężenia składników nawozowych w produkcie, od 5 do 34,7% masowych, w przeliczeniu na azot, w taki sposób, aby ilość roztworu roboczego pozostającego po wykrystalizowaniu z niego składników była równoważna zdolności pochłaniania cieczy przez wypełniacz, a w czasie mieszania utrzymuje się temperaturę roztworu roboczego lub jego składników powyżej temperatury ich krystalizacji, korzystnie w przedziale od 80°C do 170°C, w następnych etapach prowadzi się operacje granulacji, krystalizacji i suszenia, które mogą zachodzić jednocześnie.