Способ гранулирования азотистых соединений

 

Союз Советским

Социалистическим

Республик 873867 (61) Дополнительный к патенту (22) ЗанвлЕно 2507,75 (21) 2162238/23-26 (23) Приоритет — (32) 26. 07. 74 (51) М. Кл.

В .01 J 2/14

С 05 С 13/00

Гюаударставммвй меммтат

СССР ао делам мэебретанмй м етмрктмм (81) 7427 29 (831 Норвегия с

Опубликовано 151081 Бюллетень Х 38 (53) УДК .099.2(088.8) Дата опубликования описания 18,1081 (72) Автор изобретения

Иностранец

Эйвинд Скаулн (Норвегия) Иностранная фирма

"Норск Гидро А. С" (Норвегия) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ АЗОТИСТЫХ

СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к грануляции азотистых продуктов с низким содержанием воды или существенно безводных их чистых расплавов или из расплавов смесей соединений, выбранных из группы, состоящей из мочевины, нитрата и фосфата аммония, с добавкой других веществ или без такой добавки. Эти продукты используют в основном в качестве удобрений, и важно,,1p чтобы они были в виде жестких сохраняющихся гранул с хорошей сыпучестью.

При грануляции на вращающейся тарели гранулы постепенно отформовывают путем распыления либо нанесения жид- )ф кой фазы на вращающийся слой материала на круглой, вращающейся и наклонной турели, на которую высыпают сравнительно мелкораздробленное твердое вещество в качестве охладителя. Гра- 20 нулы на тарели сортируются по размеру. По мере того, как частицы увеличиваются в размере, они постепенно двигаются в слое вверх и наружу в направлениях края тарели таким образом. 25 что когда гранулы приобретут нужный размер, они перекатятся через край тарели в той части, где частицы приподняты вращающейся тарелью. Меньшие частицы остаются на тарели и растут до тех пор, пока они не станут достаточно большими, чтобы перекатиться через край. При правильном вращении тарели частицы, падающие с нее, очень однородные по размеру. Размер частиц является в основном функцией скорости вращения тарели, а также угла наклона.

Масса материала вращающегося слоянеравномерно распределена по поверхности тарели. Наибольшее количество материала находится на части, движущейся вверх, где частицы перекатываются через край тарели. Здесь в направлении, противоположном поднимающему движению тарели, имеется непрерывйое скатывающее действие. Глубина материала уменьшается-в направлении диаметрально противоположного края.

873867

Методика грануляции на тарели первоначально разработана для превращения сухих измельченных и мелкораздробленных материалов при добавлении влаги, обычно воды, в.большие по размеру гранулы или окатыши, причем гранулы.в основном получаются при склеивании или агломерации отдельных час- тиц.

Грануляция посредством агломерации является приемлемым процессом при использовании свободно сыпучих измель,ченных материалов, например, при производстве окатышей для металлургических целей, при обогащении минералов, руд и т.д., при использовании воды или других жидких связывающих веществ с низкой. вязкостью. Лотковая грануляция существенно безводных расплавов, например удобрений, проводится с плохими результатами. При таких процессах желательно получать довольно маленькие частицы, и важно, по причине смешиваемости, расслоения, сыпучести и т.д., чтобы частицы были прочными и приблизительно одного размера.

Используя указанные расплавы удобрений, нельзя поддержать удовлетворительную классификацию одновременно с высокой скоростью роста и высокой плотностью структуры частицы.

Подвижность отдельных частиц уменьшается, если циркулирующая масса твердого вещества сильно увлажняется теплым расплавом. Это ухудшает сепарационный и сортировочный механизмы as-. за того, что свободная масса создает . препятствия и получаются пульсирующие токи, которые приводят к бесконт:-рольному росту и перетеканию еще незаконченных частиц через край тарели.

Одновременно там пройсходит повторная агломерация очень вязких единичных частиц, приводящая к образованию больших,теплых агрегатов, которые становятся слишком горячими и распадаются на теплую, липкую, кристаллическую массу. Материал соответственно накап-. ливается. на лотке, и процесс нарушается. Для того, чтобы избежать таких проблем и получить удовлетворительную грануляцию таких расплавов, грануляцию проводят при низких температурах и специальных условиях, чтобы гарантировать быстрое и полное затвердение расплава, распыляемого на отдельные частицы. В результате получают крепкие сферические гранулы, со+ стоящие из концентрических слоев затвердевшего расплава.

Известен способ грануляции существенно безводных растворов мочевины и нитрата аммония, где раствор имеет заранее определенное содержание воды, составляющее 5-8 процентов по весу.

Грануляцию проводят в условиях, приводящнх к выпариванию воды по мере

10 того, как раствор раэбрызгивают на движущиеся частицы слоя, который поддерживают при достаточно низкой температуре, чтобы гарантировать немедленное затвердевание добавляемого слоя.

Верхний предел концентрации раствора

/ составляет 95 вес.% Г1 °

Содержание воды менее 5 вес.% приводит к такому уменьшению теплоотвода, что вращаюшиеся частицы слоя превра20 щаются в липкую массу, которой невозможно управлять.

Известен способ грануляции расплавов мочевины и нитрата аммония, включающий загрузку горячего расплава

25 азотистых соединений и охлажденного твердого материала в наклонную вращающуюся тарель и образование при вращении тарели слоя материала полукруглой формы, имеющего глубину, 30 постепенно увеличивающуюся к краям тарели. Частицы двигаются вместе с тарелью при ее вращении, в то время как охлажденные твердые частицы высыпают,на самую верхнюю часть тарели и смешивают с более теплыми мелкими частицами непосредственно перед тем, как на тарель разбрызгивают горячий расплав, здесь происходит быстрое охлаждение и затвердевание расплава, посредством чего устраняют неконтро40 лируемую агломерацию. Полученные плотные гранулы имеют структуру луковицы и состоят из нескольких концентрических слоев затвердевшего расплаsa 2 .

Несмотря на то, ч о проблемы, возникающие при тарельчатой грануляции существенно безводных азотистых продуктов, уже решены, эти известные спо50 собы с использованием послойной методики получения гранул, состоящих из слоев затвердевшего расплава, не дают промышленных преимуществ по сравнению с гранулированием с помощью вращающе55 гося барабана и с охлаждением в башне. Это обусловлено, главным образом, черезмерно низким выходом при таких низкотемпературных способах, где эа873867 твердевание расплава в слоях превышает рост частиц и где производительность тарели, составляющая 500800 кг/м ч, считается очень высокой, Производительности лотка при гранули" ровании мочевины, нитрата аммония и смеси нитрата аммония с карбонатом кальция составляют 15,6 и 8 т/и s 1 день соответственно, зто считается естественным верхним пределом произ- 1Î водительности для одного агрегата.

Целью изобретения является создание нового и усовершенствованного способа тарельчатой грануляции существенно безводных азотистых продуктов, 1S предназначенных для удобрений, со значительно большим удельным выходок и производительностью, чем в известных способах. В данном способе используют особо высокие температуры в слое час- Zp тиц и одновременно регулируют и контролируют рост и размер частиц.

Зта цель достигается при осуществлении способа грануляции для получения маловодных или существенно безвод- у ных азотистых соединений, включающего загрузку горячего азотистого расплава и охлажденных твердых веществ на тарель,посредством чего при вращении тарели образуется существенно серповидный слой вращающихся частиц, толщина или глубина которого постепенно увеличивается по направлению к периферии лотка и его перетекающей части, т.е. из положения, приблизительно соответствующего 2 ч на цйферблате, в положение, соответствующее 6 ч, если поверхность лотка считать циферблатом часов, а вращение лотка происходит против часовой стрел- 4О ки. Твердый материал загружают на нижинно поверхность лотка таким образом, чтобы скользящие назад частицы покрывали загруженный более холодный материал. Температуру материала, Разгру- 4 жаемого с лотка, поддерживают в-диапазоне от 4 до 25 С ниже точки плавления материала. Основную часть расплава разбрызгивают на поверхности слоя в- зоне в пределах квадрата от

12 до 3 ч, где наблюдаются более грубые частицы, причем самая высокая температура, возникающая во вращающейся слое материала, сосредоточена в этой зоне.

На фиг. 1 — представлена схема установки для осуществления предложенного способа; на фиг. 2— вид сверху на тарель, схематически пока6 зывающий пути движения частиц; на фиг. 3 - вертикальное сечение А-А на

Фиг, 2, которое показывает расположение и классификацию частиц на тарели1 на фиг. 4 — вид поперечного сечения частицы мочевины; на фиг. 5— вид части поверхности разлома частиI цы нитрата аммония; на фиг. 6 — вид поперечного сечения частицы мочевины.

Определена возможность осуществления способа регулированной агломерации при условии если температура в слое, измеряемая в нагружаемом потоке материала, находится в пределах от 4 до 25 С ниже точки плавления материала. В многокомпонентных системах с неопределенной точкой плавления указанными температурами будут такие температуры, при которых существенные части материала находятся в расплавленной фазе. После начала процесса температура в слое является наиболее важным параметром процесса и ее необходимо поддерживать в узких пределах. Достаточно большая прочность частиц достигается при температурах, которые близки к температуре плавления материала, причем частицы не растрескиваются и не теряют сво ей подвижности. Скорость роста увеличивается при таких условиях и полученный продукт обладает гомогенной и механически крепкой структурой.

Тарель 1 снабжена ободом 2 (фиг.1), высоту которого можно изменять. Угол

Chíàêë0Hà тарели к горизонтальной плоскости и скорости вращения также можно изменять. Скорость вращения изменяют в пределах от 50 до 80Х от критической скорости вращения.

Твердые вещества из конвейера 3 перетекают с помощью трубопровода 4 близко к нижней поверхности тарели и предпочтительно падают на тарель.

Поток расплава из линии 5 подводится по гибкому армированному шлангу 6 к форсунке 7, которая обеспечивает более или менее мелкое распыление расплава на твердые вещества. Установка д ает возможность применять одну или несколько форсунок в нужных положениях и углах относительно плоскости тарели потому, что в способе предпола— гается концентрировать основную часть горячего расплава так, чтобы существенно теплая зона роста образовалась на поверхности слоя в той части тарели, где двигаются более грубые части" цы. На участок 8 (фиг. 2 и 3) выгру873867 кают основную часть расплава. Зона

9 показывает такую площадь, которую называют площадью сбора наиболее на.сыщенного расплава, где наибольшая часть расплава, подаваемого из форсунки 7, попадает на лоток., На фиг.2 указаны пути движения частиц,которые проходят по поверхности.

Теплая зона,где частицы быстро склеиваются и закругляются, имеет ограниченное протяжение(фиг.3). Хорошее движение частиц получается в пределах этой теплой зоны, если только в ней находится небольшое число мелких частиц.

Если сечение (фиг. 3) взять, например по линии 2-8 ч либо по линии 39 ч вместо линии 4-10 ч, картина на фиг. 3 должна остаться в основном той же, потому что основной район агломерации на лотке обычно между 1 и5ч.

Поток частиц показывает точную классификацию, так что растущие частицы продукта при температурах на 425оС ниже точки плавления материала достигаются по путям все дальше и дальше вправо. Наконец частицы выходят за пределы зоны роста и падают через край лотка после того, как они сделают несколько оборотов вокруг центра вращения путей 10. Температуру измеряют датчиком в зоне Б(фиг.2) в том участке, где законченные частицы перетекают через край лотка, и этот датчик помещен непосредственно под поверхностью и в направлении движения частиц.

Ограниченное протяжение теплой зоны в плоскости (фиг. 3, заштрихованная площадь) перпендикулярно к лотку.

Некоторая грануляция. самых мелких зерен происходит в переходных зонах, окружающих теплую зону. Однако основная часть твердых мелких .частиц только слегка нагрета и поэтому их способность к свободному протеканию сохраняется. Это нужно для того, чтобы получить классификацию, которая переносит растущие частицы в более теплую зону наверху (фиг. 3, заштрихована) и отсортировывает их по поверхности. Стабильная рабочая температура устанавливается сравнительно быстро. Скоро устанавливаются условия, при которых предварительный нагрев, агломерация, выравнивание, сортировка и разгрузка частиц придут в равновесие. Если температуру поддерживать слишком высокой, то скольжение и хорошая классификация нарушаются.

Проводя процесс при слишком низких температурах, получают менее плотные и менее гладкие частицы.

Работа при высоких температурах, которые на 4-25 С ниже температуры плавления материала,. дает частицы, которые при перекатывании через край тарели проявляют признаки влажного

30 по объему и еще не затвердевшего расплава. Поверхностное охлаждение, однако, придает им.достаточно прочности, чтобы перетечь в неповрежденном состоянии по желобу ll в охладиts тель 12 полученнбго продукта, который может быть охладителем известного барабанного, кипящего или шахтного типа, из которого удаляют гранулы и нагретый воздух. Из нагретого возщ духа, выходящего иэ охладителя 12 продукта, посредством фильтра 13 удаляют пыпь. Осуществляют просеивание продукта с помощью сита 14 и рецирку- ляцию пыли и просеянных мелких твердых веществ на тарель посредством линии 15 и 16, а также частично дополнительно через дробилку 17. Тепловой баланс лотка в некоторых случаях можно получить путем добавления другого материала, который возвращается из воздушного фильтра 13 и сита 14, например, путем добавки твердого охлаждающего вещества через трубу 18.

Обычно термическое регулирование

35 способа осуществляют путем возвращения охлажденного продукта с помощью трубы 19. Такую рециркуляцию раньше считали недостатком, потому что она ограничивала результирующую произво40 дительность лотка, но по предлагаемому изобретению это почти не имеет значения из-за очень высоких выходов тарели на единицу площади.

При производстве азотно-фосфорнокалийных удобрений, например, добав45 ка соли калия дает значительную часть нужного твердого охладителя. Исполь зование части соединения расплава в виде твердого охладителя также опробовано с успехом. Как показано в примерах, использование высокопроизводительного просеивания дает больше преимущества п о сравнению с вынужденным возвращением части гранулированного продукта в вид хладоагента.

Удовлетворительный .тепловой баланс можно получить путем свободного выбора количества соединений; которое .нужно загружать в виде расплава и

873867

1О

25

30 твердого материала. Просеянный продукт можно выгружать из устройства по линии 20, не возвращая никакой части его заново в процесс грануляции.

Частицы мочевины и нитрата аммония (фиг. 4 и 5) имеют плотную и гомогенную внутреннюю структуру, окруженную очень однородной и гладкой внешней оболочкой. Частица целиком пропитана расплавленной фазой и она подвергнута таким высоким температурам, что граница между слипшимися частицами стерлась и во внутренней структуре нет затвердевших слоев илн пластов.

В противоположность этому частица мочевины (фиг. 6),окрашенная для улучшения фотографического контраста, имеет структуру, состоящую из концентрических слоев, образовавшихся при повторном охлаждении и затвердевании расплава.

Пример 1. Нитрат аммония с размером гранул 1,5-4,5 мм.

Получение осуществляют на тарели, имеющей 3,5 м, высота обода 0,7 м.

Расплав МН4МОь, выпаренный до содержания влаги 0,5Х,, выгружают на тарель через коническое сопла при 178 С в количестве 10300 кг/ч. Температура кристаллизации расплава NH4NOg 163 С.

Форсунка работает при низком статическом подающем давлении (1 кг/см ).

Наибольшая ось в приблизительно эллиптическом районе разбрызгивания для расплава составляет 1,3 м, причем основная часть расплава попадает на поверхность твердых веществ в пределах квадрата от 12 до 3 ч. Скорость вращения 11,6 оборотов в минуту, угол наклона 57,50. В качестве твердого вещества используют

2700 кг/ч мелкораздробленного NH N0y, Общее количество NH NO> 13000 кг ч, и это очевидно малая нагрузка для лотка, причем 30-40Х площади лотка не используется. Твердые вещества подают к дну лотка в положении 78 ч. Температура потока продукта

140ОС. Процесс проходит стабильно, 77% продукта имеет размер зерен от

1,5 до 4,5 мм. Просеянный материал добавляют и растворяют в невыпарившийся NH41!СВ со стадии производства.

Чистый выход такого способа нагруженной тарели, таким образом, 1030 кг/ч.м . Такая низкая нагрузка тарели была обусловлена не конструк

10 цией тарели, а ограниченной производительностью других частей производственной цепи.

П р.и м е р 2. Нитрат аммония 4 11 мм. Расплав NH4ЙО такой же, как и в примере 1, в количестве

13500 кг/ч подают на тарель через плоскую струевую форсунку при низком подающем давлении. Полная разбрызгиваемая площадь в квадрате 12-3 ч.

Высота края тарели 0,8 м. Твердое вещество используют в раздробленном виде при 22оС, и все частицы имеют размер меньше мм. Загрузку проводят со скоростью 4400 кг/ч, процесс проходит стабильно, температура продукта 147 С. Рост частиц очень быстрый при такой температуре. Угол наклона

52,5, и даже при этом часть поверхности дна не покрыта в верхнем левом углу, что указывает на то, что выход может быть еще больше. Скорость вращения приблизительно 8 оборотов в ми" нуту. 96Х продукта имеют нужный размер 4-11 мм, при этом удельная производительность 1780 кг/ч м

Я

Испытывают также получение более грубого продукта, при использовании более широкой распылительной форсунки. Применяют температуры вплоть до

l52 C.Ïðè этих условиях важно расположить зону разбрызгивания так, чтобы теплая зона не получала слишком боль .moro распространения. Если это происходит, угол скольжения становит35

,ся слишком большим, горячий материал рецнркулируется и .перемешивается с более мелким материалом, клас сификация и протекание нарушаются и процесс срывается °

Ф

Пример 3. Мочевина 1-4,5 мм.

Два потока подают на тарель диаметром 0,9 м и с ободом высотой 0,26 м.

Расплав мочевины при 136 С в коли45 честве 1650 кг/ч. Давление в форсунке 4,6 атм. Используют одну коническую форсунку. Твердое вещество моче.вины при 28 С пода .т в количестве

1310 кг/ч. Твердое вещество состоит исключительно из потока перемолотого

50 продукта, 4-SX зерен которого имеют размер менее 1,5 мм. Твердые вещества подают глубоко на тарель. Темпе, ратура материала выгружаемого продукта 128 С . Пути движения постоянные и классификация по всей тарели хорошая. Соответственно нет никаких указаний на то, что это максимальный выход. Продукт имеет узкие пределы раз873867

40 мера: 88,7Х в пределах нужного диапазона от 1,5 до 4,5 мм, а 73Х в пределах 2-4 мм. Вес утрамбованного литра 1,5-4 мм фракции 748 грамм на литр, причем механическая прочность частиц высокая. Удельная производительность в этом случае 2480 кг/ч м

Стабильная работа обеспечивается при температуре слоя 129-1304С.

Периодически в него подаются твер- 10 дые вещества, 50% которых ниже 1,5 мм.

Это дает стабильную работу при 1271284С, но положение форсунки болеекритическое. Мелкий материал может легко стать слишком теплым и липким, что приводит к срыву.

При использовании еще более мелких частиц температуру приходится уменьшать до 1 25 С причем продукт менее плотный и однородный. 20

П р и и е р 4. Производство азотно-фосфорно-калийного удобрения при использовании КС6 в качестве соединения калия.

На лотке диаметром 0,75 м с обо- 25 дом 0,255 м получают 840 кг в час азотно-фосфорно-калийных удобрений.

90Х этого материала в пределах 35 мм. Около 320 кг в час существенно безводного расплава фосфата аммония — нитрата аммония, имеющего отношение N/Р приблизительно 4 и температуру 170 С, подают на лоток через форсунку с участком разбрызгивания шириной 15 см, поперек по отношению к направлению движения скользящих грубых частиц на стороне тарели, движущейся вверх.

Поток твердых веществ, который направляют ко дну тарели, содержит . следующие соединения, кг: КСВ 242 и кизерит при 70 С 54, размолотый рециркулированный материал удобрения при 304С 76 и азотно- фосфорное соединение в нерасплавленном состояо 45 нии при 25 С 148, все в расчете на один час и при содержании воды ниже .

0,5Х. В азотно-фосфорно-калийном продукте, имеющем этот состав, небольшие количества расплавленной

50 фазы могут встретиться приблизительно начиная с 124 С, в то время как существенные количества расплавленной фазы первоначально присутствуют приблизительно, начиная с 130 С. о

Приемлемые верхние температуры грануляции, применяемые в данном способе,115-1254С Полученные гранулы равные и однородные по размеру.

Ограничения в подающей части не допускают проведения экспериментов с большей производительностью, чем

1720 кг/чем . Высокий выход просеивания показывает, что производительная способность еще выше.

П р и и е р 5. Производство азотно-фосфорно-калийного удобрения, имеющего К2504 в качестве соединения ! калия.

При получении азотно-фосфорно-калийного удобрения способом,по примеру

4, КСВ заменен на К S04 . В полученном азотно-фосфорно-калийном продукте, имеющем этот состав, небольшие количества расплавленной фазы встречаются, начиная приблизительно с

140 С, в то время как существенные

4 количества расплавленной фазы сначала появляются приблизительно при

145 С. Приемлемые температуры грануляции в этом случае в пределах 1301374С.

Ни в одном из опытов в примерах 1-5 не достигнуты пределы производителькости, даже при использовании тарели, имеющей ф 0,9 м и при скорости пропус— кания материала вплоть до 4,65 т/ч-м

Высокие выходы, которые можно получить с тарели, работающей по предлагаемому способу, имеют очень важное значение при создании простых гранулирующих агрегатов, имеющих большие производительные способности.

Соответственно, вполне достижима производительность 25-30 тонн в час, если использовать тарели, имеющие диаметр 4 м.

Формула изобретения

1. Способ гранулирования азотистых соединений, включающий загрузку горячего расплава азотистых соединений и охлажденного твердого материала в наклонную вращающуюся тарель и образование при вращении тарели слоя материала полукруглой формы, имеющего глубину, постепенно увеличивающуюся к краям тарели, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения производительности, твердый материал загружают в нижнюю часть тарели, расплав распыляют на поверхность слоя в зоне, лежащей между 12 и 3 ч прн вращении тарели против часовой стрелки или между 9 и 12 ч при вращении по часовой стрелке, температу14

13

873867 ру выгружаемого с тарели материала поддерживают на 4-25 С ниже температуры плавления материала.

2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что при гранулировании нитрата аммония температуру выгружаемого материала поддерживают на уровне 140-150ОС, на 11-23 С ниже температуры плавления нитрата ам,мония.

3. Способ по п, 1, о т л и ч а юшийся тем, что при гранулирова» нии мочевины температуру выгружаемОго материала поддерживают на уровне

124-129оС, на 4-9оС ниже температуры . плавления мочевины.

4. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при гранулирова» нии азотно-фосфорно-калийных удобрений, содержащих в качестве соединений калия хлористый калий, температуру выгружаемого материала поддерживают на уровне 115 125оС на 5-15оС ниже температуры плавления удобрений.

5. Способ по п. 1, о т л и ч а юц и и с я тем, что при гранулировании азотно-фосфорно-калийных удобрений, содержащих в качестве соединения калия сернокислый калий, темпе10 ратуру выгружаемых гранул поддерживают на уровне 130-137 С, на 8-15 Ñ ниже температуры плавления удобрения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ClllA Ф 3117020, кл. 117-100, опублик. 07,01.64.

2. Патент США В 3408169, кл. 23-313, опублик. 29. 10.68 (про о .тотип).

Iwf8