TR201808588T4 - Amonyum nitrat çift tuzları içeren bileşimlerin hazırlanmasına yönelik yöntemler. - Google Patents

Abstract

Amonyum sülfat nitratın üretimine yönelik yöntem bu adımları içerir: (a) 175 °C'den az bir sıcaklıkta, amonyum nitrat, amonyum sülfat ve su içeren bir eriyiğin sağlanması ve su içeriği, eriyik içindeki amonyum nitrat, amonyum sülfat ve suyun toplam ağırlığına bağlı olarak ağırlıkça yaklaşık %2'den fazladır ve (b) eriyikten, yaklaşık 100 °C/dakikadan az bir hızda eriyiğin en az bir parçasının soğutulması yoluyla 1:2 ANS çift tuzunun katılaştırılmasıdır.

Description

TARIFNAME AMONYUM NITRAT ÇIFT TUZLARI IÇEREN BILESIMLERIN HAZIRLANMASINA YÖNELIK YÖNTEMLER Teknik Saha Bu tarifname bir veya birden fazla amonyum nitrat çift tuzu içeren bilesimlerin üretimine yönelik prosesler ile ilgilidir.

Altyapi Bunun yüksek nitrat iyon konsantrasyonu nedeniyle, amonyum nitratin (amonyum nitrat içeren çift tuzlar dahil olmak üzere) genel olarak tarim ve özellikle gübreleme sahasinda önemli kullanimlara sahip oldugu iyi bilinir. Bununla birlikte, bunun bugüne kadar yaygin sekilde kullanilmis oldugu çok sayida forma sahip amonyum nitratin, büyük miktarlarda ticari olarak idare edilmesinin ve/veya özellikle nispeten uzun zaman periyotlari boyunca büyük kütlelerde (ticari depolar ve saklama silolarindan meydana geldigi gibi) depolanmasinin nispeten zor ve potansiyel olarak tehlikeli oldugu iyi bilinir. ilaveten, bugüne kadar yaygin sekilde kullanilmis amonyum nitratin çok sayida formunun nispeten yumusak kosullar altinda patlama egiliminde oldugu ve bu nedenle bazen patlayici bir materyal olarak suistimal edildigi ve kötüye kullanildigi bilinmektedir.

Ilave olarak, bunun bozulma potansiyelinden dolayi, bu tür materyalleri üretmeye yönelik çok sayida proses, prosesi patlama tehlikesine istenenden daha uygun hale getiren kosullar altinda kullanilir. Buna ek olarak, bazi önceki prosesler islemek üzere nispeten maliyetli ve/veya istenenden daha az verimli olan kosullari kullanir. Örnegin, yaygin sekilde kullanilan bir yöntem amonyum nitrat, amonyum sülfat ve su açiklanan yöntem, amonyum sülfat partikülleri, amonyum nitrat ve su içeren materyallerin, amonyum sülfatin amonyum nitrata yaklasik 0.9:1 ila yaklasik 1.1:1 olan bir molar orani kullanarak bir eritme kabina yüklenmesini içerir. '181, suyun agirlikça miktarda kaba yüklenmesi gerektigini açiklar. Yük akabinde, amonyum nitratin eritilmesi ve amonyum sülfat parçaciklarinin en az bir parçasinin yaklasik 180°C ila yaklasik 210°C'lik sicaklikta çözünmesi ile islenir. Eriyik akabinde yaklasik ila yaklasik 108°C`Iik bir sicaklikta reakte edilir. Reaksiyon ürünü akabinde dakika basina 100°C'den fazla bir hizda sogutma yoluyla katilastirilir. ve amonyum sülfatin eriyigini olusturmaya yönelik belirtilmesi ve bu sicakliklarin amonyum nitratin ayrisim sicakligina yaklasmaya baslamasidir. Ayrisim reaksiyonlari, eriyik içinde nitrojen oksitlerin üretimine yol açar ve bu nedenle bunlar, genel olarak sonuçta olusan katinin, nispeten tehlikesiz bir gübre üretirken bir dezavantaj olan artmis gözeneklilik ve yumusakliga sahip olmasina sebep olur. ilaveten, bu tür nispeten yüksek proses sicakliklarinda, nitrojen oksidin eslik eden olusumu ile nitratlarin istenmeyen ayrisim ihtimalleri büyük ölçüde artar. Bu durum nihai üründe nitrojen kaybina yol açar. Ayni zamanda, nispeten yüksek ayrisim olasiligi bitki isleri ve çevredeki topluluklarin sakinlerinin sagligina, yasamina ve/veya mülküne olan riski arttiran, siddetli reaksiyon, tutusma ve/veya proses sirasinda patlama ihtimallerini etmek üzere hizli soguma hizlari ile ilgilidir. Nispeten yüksek reaksiyon sicakligin nispeten uzun reaksiyon süresi ayni zamanda, ayrisim riskini arttirir ve hizli soguma hizlari ile birlikte uzun reaksiyon süreleri prosesin maliyetini arttirabilir.

Bir diger eriyik-bazli proses EP1923376'da açiklanir. Proses, bir karistirma asamasi ve bir granülasyon asamasi, akabinde bir kurutma asamasini içeren çok asamali bir reaksiyon sisteminde amonyum nitrat sülfatin üretilmesini kapsar. '376'daki amonyum nitrat sülfat süspansiyonu, amonyum nitrat eriyigi, dolomit ve amonyum sülfatin reaktör içine beslenmesi ile sürekli bir proseste hazirlandigi söylenir. Reaksiyon sistemine dolomit ilavesi, amonyum nitrati stabilize ettigi ve reaksiyon ortaminda bunun ayrisimini önledigi söylenir. özellik bununla birlikte diger özellikler, prosesin istenen 1:2 ANS çift tuzun olusumuna yol açmamasi bakimindan zarar vericidir.

Kisa açiklama (a) 175°C`den az bir sicaklikta, sonraki katilasma esnasinda en az agirlikça yaklasik toplam agirligina dayanan bir su içeriginde amonyum nitrat (AN), amonyum sülfat (AS) ve su içeren bir karisimin saglanmasi, burada amonyum sülfat: amonyum nitratin molar orani 0.9:1 ila 1.1 :1 arasindadir; ve (b) yaklasik 100°Cldakikadan az bir hizda karisimin en az bir parçasinin sogutulmasi ile çift tuz karisimindan havalandirilmasini içeren amonyum sülfat nitratin üretilmesine yönelik bir yöntem saglanir.

Sekillerin Kisa Açiklamasi Sekil 1, 140°C'de bir üçlü sistemin bir diyagramidir.

Sekil 2, 185 °C'de bir üçlü sistemin bir diyagramidir.

Sekil 3, dengede 1 mol AN ile 1 mol AS'nin bir karisimina yönelik sicakligin bir islevi olarak su konsantrasyonlarinin bir grafigidir.

Sekil 4, dengede olmayan 1 mol AN ile 1 mol AS'nin bir karisimina yönelik sicakligin bir islevi olarak su konsantrasyonlarinin bir grafigidir.

Sekil 5, bir AN ve AS esmolar karisimina yönelik szO”da su konsantrasyonu sicakligi arasindaki iliskinin bir grafigidir.

Sekil 6, bir AN ve AS esmolar karisimina yönelik partikül boyutu ile sogutma hizi arasindaki iliskinin bir grafigidir.

Bulusun Ayrintili Açiklamasi Asagidaki açiklamanin bulusun bilesimlerinin ve yöntemlerinin temsil niteligindeki spesifik örneklerine refere etmesine yönelik amaçlandigi ve ekli istemler hariç olmak üzere tarifnameyi tanimlamasi veya sinirlandirmasina yönelik amaçlanmadigi kabul edilecektir.

Avantajlarin, önceki teknigin ögretilerine aksi bir sekilde islenmesi ile beklenmedik sekilde elde edilebildigi bulunmustur. Daha spesifik olarak, avantajli ANS materyallerinin, 180°C`den az, özellikle 175°C'den az sicaklik ve/veya reaksiyon sicakligini kullanan bir prosesten yapilabildigi bulunmustur. Bulusun yöntemlerinin, tercih edildigi üzere x isini kirinimi analizi yoluyla ölçüldügünde, agirlikça yaklasik %14 ila agirlikça yaklasik %35 amonyum sülfat ((NH; agirlikça yaklasik %60 ila agirlikça yaklasik %85 ((NH çift tuzu; ve kombine edilen toplamda içeren nispeten patlayici olmayan bir amonyum sülfat nitrat kompozit materyalini üretmeye yönelik güvenlik, verimlilik ve ekonOmi açisindan gelistirildigi bulunmustur.

Kompozitler, gübre olarak faydali olabilir, azaltilmis nem hassasiyetine sahiptir, Title 49 of the Code of Federal Regulations, "Transportation," Part 172, "Hazardous Materials Table," Oct. 1, 2000, altinda tehlikeli materyaller olarak kabul edilmez ve United Nations Recommendations on the Transport of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria, 1995," "Section 34, Classification Procedures, Test Methods and Criteria Relating to Oxidizing Substances of Division 5.1” altinda oksitleyici maddeler olarak siniflandirilmaz.

Dolayisiyla amonyum sülfat nitratin üretimine yönelik asagidaki adimlari içeren yöntemler saglanir: (a) 175°C'den az bir sicaklikta, amonyum nitrat, amonyum sülfat ve su içeren bir karisimin saglanmasi, burada su içerigi sonraki katilasma esnasinda en az agirlikça yaklasik %0.5 su mevcut olacagi sekilde karisimda amonyum nitrat, amonyum sülfat ve suyun toplam agirligina dayanir, burada amonyum sülfat: amonyum nitratin molar orani 0.9:1 ila 1.1:1 arasindadir; ve (b) söz konusu ANS (Amonyum Nitrat Sülfat) karisimindan yaklasik 100°Cldakikadan az bir hizda karisimin en az bir parçasinin sogutulmasi ile çift tuzun olusturulmasidir.

Ayrica, asagidaki adimlari içeren bir yöntem açiklanir: (a) bir kap içine amonyum nitrat, amonyum sülfat ve suyun uygulanmasi, burada su içerigi, bir karisimi olusturmak üzere kap Içine uygulanan amonyum nitrat, amonyum sülfat ve suyun toplam agirligina dayanarak agirlikça yaklasik %2'den fazladir; (b) yaklasik 175°C`den az bir sicaklikta karisimin isitilmasi; ve (c) tercih edildigi üzere karisimdan kristallestirme ile en azindan kismen, yaklasik 100°C/dakikadan az bir hizda karisimin en az bir parçasinin sogutulmasi ile büyük ölçüde homojen bir 1:2 ANS çift tuzunun olusturulmasidir.

Bulusun yöntemleri, karisima yüklenen amonyum nitrata yönelik yaklasik 0.5 mm ila yaklasik 5 mm gibi nispeten büyük partikül boyutlari kullanabilir. Amonyum nitrata yönelik bu tür genis partikül boyutlarinin etkili bir sekilde kullanim kabiliyeti, en azindan kismen burada belirtildigi üzere düsük reaksiyon sicakliklarinin kullanimi ve/veya karisimda yüksek su konsantrasyonunun kullanimi sayesindedir.

Bulusun yöntemleri yükte suyun nispeten yüksek bir konsantrasyonunu kullanabilir.

Yüksek su içeriginin etkili bir sekilde kullanim kabiliyeti, en azindan kismen burada belirtildigi üzere düsük reaksiyon sicakliklarinin kullanimi ve/veya nispeten genis amonyum nitrat partikül boyutlarinin kullanimi sayesindedir.

Suyun nispeten yüksek seviyelerinin kullanildigi durumlarda, bir veya birden fazla hidrat olusturan tuz reaksiyon karisimina ve/veya katilasma ve/veya kurutma esnasinda prosese eklenebilir. Örnegin, ferrik ve alüminyum tuzlar gibi seçilen metal tuzlari, hidratlari olusturabilir. Bu sekilde, bu tür metal tuzlari, dolayisiyla bu nedenle sonuçta olusan üründe su içermeyen miktari azaltan, su süpürücü ajanlar olarak hareket eder.

Ayni zamanda, bu tür bilesimlere bilesimin patlama hassasiyetini büyük ölçüde düsürmek üzere etkili olan bir veya birden fazla ilave bilesik eklenmesi yoluyla amonyum nitrat içeren bilesimlerin patlamaya karsi hassasiyetini azaltmaya yönelik yöntemler açiklanir, ilave bilesik tercih edildigi üzere amonyum sülfat, amonyum fosfat, kalsiyum nitrat, potasyum nitrat, magnezyum nitrat, amonyum molibdenat, amonyum heksaflorosilikat, neodimiyum hidroksinitrat ve bunlarin ikisi veya daha fazlasinin kombinasyonlarindan olusan gruptan seçilir. Bir veya daha fazla ilave bilesik, amonyum nitratin en az bir çift tuzu ve ilave bilesiklerden bir tane daha fazla üretmek üzere etkili kosullar altinda bilesim içine dahil edilebilir.

Ayni zamanda bilesimler ve tercih edildigi üzere amonyum sülfat, amonyum fosfat, kalsiyum nitrat, potasyum nitrat, magnezyum nitrat, amonyum molibdenat, amonyum heksaflorosilikat, neodimiyum hidroksinitrat ve bunlarin ikisi veya daha fazlasinin kombinasyonlarindan olusan gruptan seçilen en az bir ikinci bilesik ile kombinasyon halinde amonyum nitrat içeren bir gübre açiklanir. Amonyum nitrat ile en az bir ikinci bilesigin kombinasyonu, amonyum nitratin bir çift tuzu ve ikinci bilesiklerden en az birini içerebilir. Tercih edilen bilesimler, temelde amonyum nitrattan olusan bilesimler ile ilgili patlamaya karsi azaltilmis bir hassasiyet gösterir.

Burada kullanildigi üzere, “amonyum nitrat bilesimi" terimi, kapsamli biçimde diger bilesikler ile çift tuz olarak dahil olmak üzere herhangi bir formda amonyum nitrat içeren bilesimlere refere eder.

Burada kullanildigi üzere, “çift tuz” terimi, en az iki farkli türde katyon ile birtürde anyon veya en az iki farkli türde anyon ile bir türde katyondan yapilan bir tuza refere eder. Bu kimyasal bilesikler, kristal yapisinin öncül bilesiklerin sahip olduklarindan farkli oldugu iki öncül bilesikten iyonlardan olusturulabilir. Bir çift tuz içinde öncül bilesiklerin molar orani, küçük tamsayilarin orantisinda, örnegin 1:2,dir ve bir kati solüsyonda oldugu gibi sürekli olarak degisken degildir. Dolayisiyla, “amonyum nitrat çift tuzu" terimi, kurucu maddelerin her ikisinden kristalografik olarak farkli olabilen yeni bilesik olusturacak bir sekilde amonyum nitrat ile diger bilesigin bir kombinasyonu anlamina gelir.

Bulusun yöntemleri, tekli tuz amonyum nitratin nispeten düsük bir konsantrasyonuna sahip, gübreler ve diger materyaller dahil olmak üzere bilesimler üretebilir. Burada kullanildigi üzere, “tekli tuz amonyum nitrat” terimi, içinde büyük ölçüde katyonlarin tümünün amonyum oldugu ve büyük ölçüde anyonlarin tümünün nitrat oldugu bir tuza refere eder. Yöntemler, tekli tuz amonyum nitratin sifir büyük miktarina sahip bilesimler ve materyaller üretebilir ve bazi örneklerde bilesimler, en fazla eser miktarda tekli tuz amonyum nitrati içerir.

Tercih edildigi üzere gübreler ve benzerinde kullanilabilecegi gibi istenen tarim özellikleri ve tekli tuz amonyum nitrata kis yüksek bir patlama direncine sahip bilesimler saglanir. Ayni zamanda, asagidaki formüle (l) sahip bir veya birden fazla çift tuz içeren gübre bilesimlerini yapmaya yönelik yöntemler açiklanir: Burada CAT-ANI, amonyum sülfat, amonyum fosfat, kalsiyum nitrat, potasyum nitrat, magnezyum nitrat, amonyum molibdenat, amonyum heksaflorosilikat ve neodimiyum hidroksinitrattan olusan gruptan seçilen bir katyon-anyon çifti olabilir, n, yaklasik 0.2 ila 3 arasindadir ve m, yaklasik 0 ila yaklasik 10 arasindadir.

Ayni zamanda, agirlikça yaklasik %60 ila 100 üretilen ürün; agirlikça yaklasik %5 ila agirlikça yaklasik %35 amonyum sülfat; agirlikça yaklasik %60 ila agirlikça yaklasik içeren amonyum nitrat sülfat kompozit materyalleri üretilebilir. Tercih edildigi üzere, bulusun yöntemleri vasitasiyla üretilen amonyum sülfat nitrat kompozitinde 1:3 ANS çift tuzu ile amonyum nitratin kombine edilmis toplami, agirlikça %0 ile yaklasik 3'tür. Daha çok tercih edildigi üzere, amonyum nitrat agirlikça yaklasik %0 ila yaklasik 1'dir.

Yöntemler vasitasiyla üretilen kompozit ürün tercih edildigi üzere diger kurucu maddelerin bir matrisine gömülü küçük amonyum sülfat kristalleri içerir. Kompozit materyal, serbest partiküllerin bir karisimindan ayirt edilebilir. Amonyum sülfat kristallerinin yigini yaklasik olarak baslangiç amonyum sülfat partikülleri ile ayni boyuttadir ancak olusum üzerine, 2 mikrometre boyutundan daha az kristaller olarak agirlikça yaklasik %5'i çökelir. Amonyum sülfatin kristalleri, büyük ölçüde tek biçimli bir sekilde matris içine dagitilir. 1:2 çift tuz içinde amonyum sülfat kristallerinin küçük boyutu ve tek biçimli dagilimi, patlama tehlikesine karsi ürünün stabilitesini önemli ölçüde arttirir. Üretilen ürünün agirlikça yaklasik %5'ten azi tehlikeli amonyum nitrat veya 1:3 çift tuz türlerinden olusabilir.

Kompozitleri olusturmak üzere kullanilan amonyum sülfat ve amonyum nitrat agirlikça yaklasik %90 safliga sahip gübre derece materyalleri olabilir. Tercih edildigi üzere, amonyum sülfat ve amonyum nitrat, en az agirlikça yaklasik %95 safliga sahiptir. Daha tercih edildigi üzere, amonyum sülfat ve amonyum nitrat, en az agirlikça yaklasik %97 safliga sahiptir. Amonyum nitrat ile organik materyallerin karistirilmasinin tehlikelerinden dolayi, amonyum sülfat veya amonyum nitratin agirlikça yaklasik Honeywell International Inc. tarafindan ticari olarak mevcuttur.

Eriyigi olusturmak üzere kullanilan amonyum nitratin partikül boyutu genel olarak kritik degildir ancak tercih edildigi üzere amonyum nitrat partiküllerinin agirlikça yaklasik Amonyum sülfatin partikül boyutu önemli olabilir. Herhangi bir özel islem teorisine bagli olunmasi amaçlanmamasina ragmen, test sonuçlarina dayanarak. seçilen kosullar altinda amonyum nitrat ile amonyum sülfatin reaksiyonunun, 1:3 ANS çift tuzu ile hizli sekilde meydana geldigine ve 122 ANS çift tuzunu olusturduguna inanilir. Ayni zamanda, önceki teknikteki sonuçlarin aksine, bu tür bir reaksiyonun, bulusun azaltilan reaksiyon sicaklik kosullarinda dahi nispeten hizli sekilde meydana geldigine inanilir.

Bunun bir sonucu olarak, nispeten genis AS partiküllerinin etkili bir sekilde kullanilabilecegine inanilir. Dolayisiyla, bazi durumlarda, bir Tyler No. 48 elegi (0.30 mm açiklik) içinden en az agirlikça yaklasik %85 geçilebilirlige sahip olan amonyum sülfat partikülleri gibi daha küçük bir partikül tercih edilirken, tercih edilen durumlarda karisima yüklenen amonyum sülfat, bir Tyler No. 48 eleginden (0.30 mm açiklik) agirlikça %85'ten az geçilebilirlige, daha tercih edildigi üzere bir Tyler No. 48 eleginden agirlikça %75'ten az geçilebilirlige ve daha tercih edildigi üzere dahi bir Tyler No. 48 eleginden agirlikça %65'ten az geçilebilirlige sahiptir.

Kompozitler, tercih edildigi üzere nispeten büyük bir miktarda suyun varliginda ve düsük bir sicaklik araligi üzerinde 0.9:1 ila 1.1:1 arasinda bir molar oranda amonyum nitrat ile amonyum sülfatin reakte edilmesi ve akabinde nispeten düsük bir hizda katilasmak üzere sogutulmasi yoluyla olusturulur.

Yöntem, sürekli bir proseste gerçeklestirilebilir.

Yöntem asagidaki adimlari içeren bir amonyum nitrat sülfati olusturmayi içerebilir: (a) amonyum sülfat partikülleri, amonyum nitrat ve su içeren materyallerin bir reaksiyon cihazina yüklenmesi, burada amonyum sülfatin amonyum nitrata molar orani 0.921 ila 1.1:1 arasindadir ve su yüklenen materyallerin agirlikça %2'sinden, daha tercih edildigi üzere agirlikça yaklasik %2'si ila agirlikça yaklasik %24'ü ve daha tercih edildigi üzere dahi %10'undan fazlasi ila agirlikça yaklasik %24'ünden fazladir; (b) amonyum nitratin isitilmasi ve 175°C'den az ve daha tercih edildigi üzere dahi 170°C`den az, yaklasik 160°C'den az, yaklasik 150° veya 140°C'den az veya bunlardan daha az bir sicaklikta amonyum sülfat partiküllerinin en az bir parçasinin çözülmesi; (c) yüklenen materyallerin yaklasik 175°C'den az ve daha tercih edildigi üzere 170°C'den az bir sicaklikta reakte edilmesi; ve (d) dakika basina yaklasik 100°C'den az, tercih edildigi üzere dakika basina yaklasik 90°Clden az ve daha tercih edildigi üzere dakika basina yaklasik 80°C'den az bir sogutma hizinda ürünün kristallestirilmesi/katilastirilmasidir.

Amonyum sülfat arasindaki reaksiyona yönelik saglanan süre, partikül boyutu ve amonyum sülfatin miktari, karisimin karistirilmasinin derecesii karisim içindeki su miktari ve karisimin sicakliginin bir islevi olabilen, ikinci tuzun, tercih edildigi üzere amonyum sülfatin çözülmesine olanak saglamak üzere yeterli ölçüde uzun olmalidir.

Reaksiyona yönelik saglanan sicaklik benzer sekilde sadece, ikinci tuzun çözülmesine olanak saglamak üzere yeterince yüksek olmalidir.

Bu, ürünlerin serbest akis priller formunda oldugu tarim amaçlarina yönelik tercih edilir.

Dolayisiyla, yöntemin katilasma adimi bir prilleme kulesinde yürütülebilir.

Su, reaksiyon karisiminin temel bir kurucu maddesidir. Yükün su içerigi agirlikça yaklasik %2'yi astiginda ve eriyik ile reaksiyon sicakliklari burada açiklandigi gibi kullanildiginda, ürün içinde 122 ve 123 çift tuzlarinin orantilarinda ani bir degisikligin ortaya çiktigi bulunmustur. Su, yüklenen materyallerin agirlikça yaklasik %2'sinden az oldugunda, daha fazla tehlikeli 123 çift tuzu istenen 122 çift tuzuna tercihen olusma egiliminde olur ve daha fazla amonyum nitrat, reakte edilmemis halde kalir.

Suyun reaksiyon karisimina yüklendigi yöntem, kritik degildir. Su, bir likit olarak yüklenebilir veya bu, absorban nemi olarak amonyum sülfat, amonyum nitrat veya her katilasmada mevcut olan su miktarinin en az agirlikça yaklasik %05 olan bir minimumda olmasina yardim ettigi bulunmustur. Bu durum 1:2 çift tuzunun üretimini kolaylastirir ve buharlasma ve diger su kaybini olusturur. Özel bir teoriye bagli kalmadan, amonyum sülfat ile amonyum nitratin esit bir molar karisimi içinde amonyum sülfatin, su yoklugunda amonyum nitrat içinde eksik olarak çözünebilir olduguna inanilir. Bu durum, amonyum nitrat ile amonyum sülfatin reaksiyonunu sinirlandirir, kalan amonyum nitrati birakma egiliminde olur ve bu nedenle 123 çift tuzunun olusumunu kolaylastirir. Su, yüke eklendiginde, amonyum nitrat içindeki amonyum sülfat çözünebilirliginin artmis olacagina inanilir, bu sekilde amonyum sülfat ile amonyum nitratin tam reaksiyonunu ve katilasma sirasinda ve/veya bunun akabinde 122 çift tuzunun olusumunu kolaylastirir. Bulusun bulgularinin detaylari asagida belirtilir.

Amonyum nitrat sülfatin (ANS) üretilmesi teorik olarak amonyum nitrat, amonyum sülfat ve su ile bir iyonik karisimi içerebilir. Sistem, 4 kati faz, AS, AN ve çift tuzlara, (AN)2AS ve (AN)3AS (sirasiyla kisaltilmis 122 ve 1:3) sahip olabilir.

Daha yüksek sicakliklara disdegerlendirilen üçlü sistemin, Sekiller 1 ve 2'deki faz diyagramlarini ürettigi bulunmustur. 140°Clde, 1:3 çift tuzu daha fazla stabil bir faz degildir ve 12 çift tuzunun stabil olmayan nispi AS ve AN haline geldigi bulunmustur. 185°C”de, AS stabil olan tek kati fazdir. Dolayisiyla, 175°C`den az sicakliklar özellikle 12 ANS çift tuzunu üretmek üzere etkilidir. 1 atm suyun izobari, bunun açik bir kap içinde proses sirasinda eriyik içinde tutulabilen suyun en yüksek seviyesini göstermesinden dolayi, önemlidir.

Sekiller 1 ve 2inin faz diyagramlarina dayanarak, reaksiyon kosullarinda oldukça az reaksiyonun meydana geldigi ve AS'nin çözüldügü ve agirlikça %10`dan az eriyik içinde konsantrasyonlara yol açtigi görünür. Kati AS'nin önemli miktarlarinin sogutma esnasinda 12 çift tuzuna dönüstürüldügü görülebilir. Suyun mevcut olmasi, tuzun sulayarak sogutma esnasinda meydana geldigi sicakligi düsürür. Tuz, sogutma esnasinda AS ile bir tuz karisiminin 12 çift tuzuna dönüsmesinde kilit bir göreve sahip olabilir.

Bir kisitlayici durum, oldukça yavas sogutmadir, burada tüm fazlar dengede kalma egilimindedir. Bu kosullar altinda, likit faz içinde AS, fazladan mevcut olan ASsolid ile denge halindedir. Karisim sogutuldugunda, diger kristal fazlar, 1:2 tuzu (AN2AS), 1:3 tuzu (AN3AS) veya ANsoiid, en stabil olana bagli olarak olusur. Sekiller 1 ve 2, fazla ASsoiid'in varliginda, 1:2 tuzunun tercih edilen kati oldugunu gösterir.

Yukarida belirtildigi üzere, bir degisken suyun miktaridir. Sekil 3, yavas (dengeli sogutma) için kati fazlarin olusumunu gösterir. Buhar fazinda 0.25, 0.5 ve 1 atm su ile denge halinde olan seviyelerde mevcut suya karsilik gelen üç ayri egri bulunur. Sekil 3 ayni zamanda her bir duruma yönelik mevcut likit miktarini gösterir. Karisim, 0.5'ten az olan bir AS:AN oranina sahiptir. Bu nedenle, AS, Assoid tarafindan çözülür ve 12 tuzu olusturmak üzere karisim ile kombine olur. Dolayisiyla, Iikidin miktari ve AS partiküllerin boyunu, numunenin sogutma hizi arttiginda önemli olabilir. Daha küçük AS partiküllere (arttirilmis yüzey alani ile) sahip olma, AS'nin, AS kati fazindan 1:2 tuzu kristallestirmeye aktarimini kolaylastirir. Likidin daha yüksek hacim fraksiyonlari, bunun karisima ASsolid ve 12 tuzunun yüzeyini daha fazla erisilebilir hale getirmesinden dolayi AS'nin kati fazdan 1:2 tuzunun kristallesme yüzeyine aktarimini kolaylastirir. Sekil 3, karisim içinde daha yüksek seviyelerde suya sahip olmanin avantajini gösterir. Suyun arttirilmis seviyeleri, üzerinde kristallesmenin meydana geldi sicaklik araligini arttirir ve bu durum daha hizli sogutma hizlarina olanak saglar.

AS partiküllerinin sogutma hizi veya boyutunun arttirilmasi, karisim içindeki AS'nin konsantrasyon gradyanini arttirir. Karisim içindeki AS konsantrasyonunun oldukça fazla düsmesi durumunda, diger fazlar tercih edilir. Nispi sirada, karisim içinde AS konsantrasyonunun düsmesi ilk olarak 1:2 tuzunu, akabinde 1:3 tuzunu ve son olarak ANsoiidî destekler. Sekil 4, karisim içinde AS'nin nispi konsantrasyonunu (Assolid ile denge halinde olabilecek konsantrasyona göre) gösterir, burada 1:2 tuzu ve 1:3 tuzu denge halindedir.

Karisim içindeki AS konsantrasyonunun bu orandan fazla tutulmasi halinde, akabinde sogutma üzerinde büyük ölçüde sadece 1:2 tuzu olusur. Sekil 4, daha fazla AS'nin doygunlugu altinda (ASsoiid'e göre) 1:3 tuzu olusturmadan daha düsük sicakliklarda mümkün oldugunu gösterir. Bu nedenle, kütle aktarim sinirlandirmalari ve 1:3 tuzu veya ANsoiid'in karsilik gelen olusumu, kristallestirme daha düsük sicakliklara düsürüldügünde, düsürülür. Diger taraftan Sekil 2, arttirilmis su seviyelerinin iki faydali etkiye sahip oldugunu gösterir: üzerinde kristallesmenin meydana geldigi sicaklik araligi arttirilir, bu durum daha hizli sogumayi saglar; ve kristallesme daha düsük sicakliklara ertelenir, bu durum AS'nin daha düsük konsantrasyonlarini (Assolid ile doygunluga göre) saglar ve dolayisiyla, istenen 1:2 tuzunun olusmasi üzerine kütle aktarim sinirlandirmalarini düsürür.

ASsolid mevcut oldugunda tüm sicakliklarda 1:2 tuzu, 1:3 tuzuna tercih edildigine inanilir. 1:2 tuzu, sicaklik düsürüldügünde artan biçimde desteklenir. Yüksek sicakliklarda, 1:3 tuzunun 1:2 tuzuna tercih edilmesi mümkünken, 175°C veya daha az gibi sicakliklarda 1:2 tuzu desteklenir.

Karisimin sogutulmasi önemli bir adimdir ve önemli olan degiskenlerden bir tanesidir: suyun miktari (su içeriginin arttirilmasi), AS partikül boyutu (düsürülmüs boyut) ve sogutma hizi (düsürülmüs sogutma hizi). Sogutma hizinin önemli oldugu sicaklik araligi, su içeriginin arttirilmasi ile genisletilir. Su içerigini maksimum hale getirmek üzere, AN ve AS'nin karistirildigi sicakligin düsürülmesi istenebilir. Karistirma açik atmosferik kaplar içinde gerçeklestirilebilir ve bu, maksimum su içeriginin 1 atm'de su buhari ile denge halinde olan su miktari olmasini belirler.

Dolayisiyla, teknikte uzman kisiler, amonyum nitrat çift tuzlar, tercih edildigi üzere 175°C'den az bir sicaklikta AN, AS ve suyu beraber karistirarak amonyum nitrat sülfat 122 çift tuzu üretebilir. Bu karistirma, çok sayida yol ile elde edilebilir. Örnegin, su akabinde en fazla 175°C'ye isitilan AN granüllerine eklenebilir. Akabinde, AS, su AN karisimina eklenebilir. AS hizli sekilde eklenebilir ve önceden isitilabilir. AN, su ve AS karisimi, homojen bir kompozitin olusacagi sekilde yaklasik 100 ila yaklasik 300 rpm'de bir karistirici ile sürekli olarak karistirilabilir. Karistirma süresi, çesitli materyallerin karistirildigi hiza bagli olarak dakika veya saat bakimindan ölçülebilir. Daha kisa süreler, etkili amaçlarin imal edilmesine yönelik tercih edilir. Ayni zamanda, hizli karistirma 1:2 ANS tuzlarinin yüzdesini arttirmayi destekler. Bu durum, 12 çift tuzlarinin, 123 çift tuzlarina tercih edilmesinden dolayi faydalidir ve reakte olmayan AN ve AS miktarini düsürmesinden dolayi tercih edilir.

Bir örnekte, bir AN ve AS esmolari beraber karistirilir. Eklenen suyun miktari, agirlikça yaklasik %2'den fazla oldugu sürece degistirilebilir. 175°C`ten az olan tercih edilen sicaklik, eklenen suyun miktari yoluyla belirlenebilir. Bu durum Sekil 5'te gösterilmektedir. Özellikle, AN ve AS'nin bir esmolar karisimi kombine edilebilir.

Kombine edilmis karisim sicakligi tercih edildigi üzere, su içeriginin bir islevi olan 12 çift tuzunun kristallesme sicakligindan fazladir.

Daha tercih edildigi üzere, kombine edilmis sicakliklar, 12 çift tuza yönelik kristallesme sicakligindan fazla 10 ila 20°C arasindadir. Sekil 5 su arttikça, AN'nin proses güvenligini arttiran daha düsük bir sicaklikta baslayabildigini gösterir. AN, AS ve su karisimi akabinde, prilleme ve/veya granülasyon yoluyla, istenen partikül boyutu, tipik olarak yaklasik 1 ila yaklasik 3 mm'e olusturulabilir. US 7,175,684 yüksek viskozite, kayma incelmesi, AS ve AN karisimlarini prillemek üzere kullanilabilen bu tür bir prosesi açiklar. Prillenmis partiküller veya daha küçük çapli geri dönüstürülen ürün, bir granülasyon prosesine yönelik tohum olarak kullanilabilir. Granülasyon veya prillemeden materyal, istenen 12 çift tuzunun üretimini ilerletmek üzere yaklasik 100°C`den az kontrollü bir hizda sogutulur.

Sekil 6, partikül boyutu ve baslangiç su içeriginin bir islevi olarak maksimum kristallesme hizlarini gösterir. Düz çizgiler, çift tuzun sadece küçük bir miktari olusturuldugunda maksimum baslangiç hizini verir ve kesikli çizgi, çift tuzun %90'i olusturuldugunda maksimum sogutma hizini verir. Düz çizgiler, Denklem 1 ile %10 içine uydurulabilir Sogutma Hizi ij li Kesikli çizgiler, Denklem 2 ile %10 içine uydurulabilir.

Sogutma Hizi IM." izi burada, Sogutma Hizi, C/dakika bakimindan maksimum sogutma hizidir, wH20, bir AN bazina beslemede agirlik yüzde suyudur (diger bir deyisle, Besleme içinde Su/ Besleme içinde AN*%100) ve d, um bakimindan AS partiküllerin baslangiç ortalama çapidir. Farkli su kismi basinçlarina karsilik gelen su içerigi, Sekil 5'ten okunabilir.

Denklemler 1 ve 2, istenen su konsantrasyonlari ile AS partikül boyutuna bagli olarak sogutma hizinin nasil ayarlanacagini belirlemeye yönelik bir olasi araci saglar.

Denklemler 1 ve 2, çalisma kosullarinin kurulmasinda bir kilavuz olarak kullanilabilir.

Teknikte uzman kisiler, Denklemler 1 ve 2'nin üretimde zorunlu olarak yansitici varyasyonlar olmadigi ve optimal sogutma hizlarinin verilmis olanlardan türeyebilecegini kabul edecektir.

Kullanilan su miktarina bagli olarak, kristallesme sirasinda veya bundan sonra ürünün kurutulmasi istenebilir. Istege bagli olarak, ferrik ve alüminyum tuzlar baslangiç sulu karisima veya kurutma sirasinda eklenebilir. Bu tuzlarin, ilgili sicaklik araligi üzerinde eriyen hidratlari olusturdugu bilinir (Tablo 1'e bakiniz). Ortam sicaklikli hidratlarin olusumu, suyu baglar ve negatif olarak kuvveti ve aglomerasyonu etkileyebilen serbest suyun daha düsük miktarina sahip olan bir ürünü mümkün kilar. Ferrik ve/veya alüminyum tuzlarinin miktari, karsilik gelen hidratlarin, kalan suyun 0 ila yaklasik Ferrik ve Alüminyum Sülfat ve Nitrat Hidratlarinin erime noktalari FeNH4(SO4)2 12H2O, mp 40°C Fe(N03)3 9i-i20, mp 47°C AI(N03)39H20, mp 70°C AI2(SO4)3 18H20, mp 88°C Örnekler Yukarida açiklanan yöntemlere göre 10 ANS numunesi üretilmistir. AN ve AS'nin esmolar miktarlari, 175°Cyden az, agirlikça %2'de karistirilmistir. Bir dizi on (10) amonyum kompozit numunesi (Numune ID ekipmaninda test edilmistir. Sonuçlar, destekleyen verilerin Tablo 2'sinde gösterilir ve bulusun kompozit materyallerinin kristallografik karakteristiklerini dogrular.

Claims (1)

1. ISTEMLER . Amonyum sülfat nitratin üretilmesine yönelik bir yöntem olup, özelligi asagidaki adimlari içermesidir; (a) 175°C'den az bir sicaklikta, sonraki katilasma esnasinda en az agirlikça yaklasik %0.5 su mevcut olacagi sekilde karisimda amonyum nitrat, amonyum sülfat ve suyun toplam agirligina dayanan bir su içeriginde amonyum nitrat, amonyum sülfat ve su içeren bir karisimin saglanmasi, burada amonyum sülfat: amonyum nitratin molar orani 0.9:1 ila 1.1:1 arasindadir; ve (b) söz konusu ANS (Amonyum Nitrat Sülfat) karisimindan yaklasik 100°Cldakikadan az bir hizda karisimin en az bir parçasinin sogutulmasi ile çift tuzun olusturulmasidir. . Istem 'llin yöntemi olup, özelligi karisimin ve/veya karisimin bilesenlerinin isitilmasidir. . Istem 1`in yöntemi olup, özelligi amonyum sülfat nitratin, üretilen ürünün agirlikça %60 ila 100'ünü içermesidir. . Istem 3“ün yöntemi olup, özelligi ANS (Amonyum Nitrat Sülfat) çift tuzunun, agirlikça %60 ila içermesidir; burada AN, Amonyum Nitrat ve AS, Amonyum Sülfattir. . Istem 3'ün yöntemi olup, özelligi adimin (b) ürününün ayrica agirlikça %5 ila 35 reakte edilmeyen AS (Amonyum Sülfat) ve agirlikça %0 ila 5 reakte edilmeyen AN (Amonyum Nitrat) içermesidir. . Istem 5'in yöntemi olup, özelligi adimin (b) ürününün, agirlikça yaklasik %1'den az AN (Amonyum Nitrat) içermesidir. . Istem 5'in yöntemi olup, özelligi ANS (Amonyum Nitrat Sülfat) çift tuzununi bir matrise gömülü AS (Amonyum sülfat) kristallerinin bir kompozitini içermesidir. istem 1'in yöntemi olup, özelligi karisima yüklenen su miktarinin, karisim içinde amonyum nitrat, amonyum sülfat ve suyun toplam agirligina bagli olarak agirlikça %2 ila %24 arasinda olmasidir. Istem 1*in yöntemi olup, özelligi su ve amonyum nitrat granüllerinin, en fazla 175°C`de isitilmasi ve akabinde amonyum sülfatin su ve amonyum nitrat karisimina eklenmesidir.