Способ гранулирования азотистых соединений

(32) 26.07.74 (831 Норвегия 23) Приоритет 31) 742729Опубликовано осударставеый ааэште СССР аа делам яэеаре н еткрмте.1 0.81, Бюлл У 11 66.099.2(088,8 ата опубликования опнсани 8,1 0,8 1(72) Автор изобретения Иностранец"Норск Гидро А. С" (Норвегия) и 54) СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ АЗОТИ СОЕДИНЕНИЙы У к р Масса материала вращающегося слоянеравномерно распределена по поверхности тарели, Наибольшее количествоматериала находится на части, движущейся вверх, где частицы перекатывают) ся через край тарели. Здесь в направлении,противоположном поднимающемудвижению тарели, имеется непрерывйоескатывающее действие. Глубина материала уменьшается.в направлении диаметрально противоположного края. 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, чтобы они были в виде жестких сохраняющихся гранул с хорошей сыпучестью.При грануляции на вращающейся тарели гранулы постепенно отформовывают путем распыления либо нанесения жидкой Фазы на вращающийся слой материала на круглой, вращающейся и наклонной турели, на которую высыпают сравнительно мелкораздробленное твердое вещество в качестве охладителя. Гранулы 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. что когда гранулы приобретут нужн иразмер, они перекатятся через крайтарели в той части, где частицы приподняты вращающейся тарелью. Меньшиечастицы остаются на тарели и растутдо тех пор, пока они не станут достаточно большими, чтобы перекатитьсячерез край. При правильном вращениитарели частицы, падающие с нее, оченьоднородные по размеру. Размер частицявляется в основном ф нкцией скоростивращения тарели, а та же угла наклоМетодика 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 из-. за того, что свободная масса создает . препятствия и получаются пульсирующие токи, которые приводят к бесконтрольному 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 наруша- . ется. 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, состоящие из концентрических слоев затвердевшего расплава,Известен способ грануляции существенно безводных растворов мочевиныи нитрата аммония, где раствор имеетзаранее определенное содержание водысоставляющее 5-8 процентов по весу,Грануляцию проводят в условиях, приводящнх к выпариванию воды по мере10 того, как раствор раэбрызгивают надвижущиеся частицы слоя, который поддерживают при достаточно низкой температуре, чтобы гарантировать немедленное затвердевание добавляемого слоя.15 Верхний предел концентрации растворасоставляет 95 вес,11.Содержание воды менее 5 вес.Х приводит к такому уменьшению теплоотвода,что вращаюшиеся частицы слоя превра 20щаются в липкую массу, которой невозможно управлять.Известен способ грануляции расплавов мочевины и нитрата аммония, включающий загрузку горячего расплава25 азотистых соединений и охлажденноготвердого материала в наклонную вращающуюся тарель и образование привращении тарели слоя материала полукруглой формы, имеющего глубину,30 постепенно увеличивающуюся к краямтарели, Частицы двигаются вместе старелью при ее вращении, в то времякак охлажденные твердые частицы высыпают,на самую верхнюю часть тарелии смешивают с более теплыми мелкимичастицами непосредственно перед тем,как на тарель разбрызгивают горячийрасплав, здесь происходит быстроеохлаждение и затвердевание расплава,посредством чего устраняют неконтро 40лируемую агломерацию. Полученныеплотные гранулы имеют структуру луковицы и состоят из нескольких концентрических слоев затвердевшего расплава Г 2345Несмотря на то, что проблемы, возникающие при тарельчатой грануляциисущественно безводных азотистых продуктов, уже решены, эти известные спо 50 собы с использованием послойной методики получения гранул, состоящих изслоев затвердевшего расплава, не даютпромышленных преимуществ по сравнениюс гранулированием с помощью вращающе 55 гося барабана и с охлаждением в башне. Это обусловлено, главным образом,чрезмерно низким выходом при такихнизкотемпературных способах, где эа873867 6зывающий пути движения частиц; нафиг. 3 - вертикальное сечение А-А наФиг, 2, которое показывает расположение и классификацию частиц на тарели 1 на фиг. 4 - вид поперечного сечения частицы мочевиньц на фиг. 5 -вид части поверхности разлома частицы нитрата аммония; на фиг. 6 - видпоперечного сечения частицы мочевины.Определена возможность осуществления способа регулированной агломерации при условии если температура вслое, измеряемая в нагружаемом потоке материала, находится в пределахот 4 до 25 С ниже точки плавления материала. В многокомпонентных системах с неопределенной точкой плавления указанными температурами будуттакие температуры, при которых существенные части материала находятсяв расплавленной фазе. После началапроцесса температура в слое являетсянаиболее важным параметром процессаи ее необходимо поддерживать в узкихпределах. Достаточно большая прочность частиц достигается при температурах, которые близки к температуре плавления материала, причем частицы не растрескиваются и не теряют своей подвижности. Скорость роста увеличивается при таких условиях и полученный продукт обладает гомогеннойи механически крепкой структурой.Тарель 1 снабжена ободом 2 фиг.1),высоту которого можно изменять. Угол. о наклона тарели к горизонтальнойплоскости и скорости вращения также можно изменять. Скорость вращенияизменяют в пределах от 50 до 803 откритической скорости вращения,Твердые вещества из конвейера 3перетекают с помощью трубопровода 4близко к нижней поверхности тарелии предпочтительно падают на тарель.Поток расплава из линии 5 подводитсяпо гибкому армированному шлангу 6 кфорсунке 7, которая обеспечивает более или менее мелкое распыление расплава на твердые вещества. Установкад ает возможность применять одну илинесколько форсунок в нужных положениях и углах относительно плоскоститарели потому, что в способе предпола -гается концентрировать основную частьгорячего расплава так, чтобы существенно теплая зона роста образоваласьна поверхности слоя в той части тарели, где двигаются более грубые части"цы. На участок 8 (фиг. 2 и 3) выгрутвердевание расплава в слоях превышает рост частиц и где производительность тарели, составляющая 500- 800 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/м вй день соответственно, зто считается естественным верхним пределом произ О водительности для одного агрегата.Целью изобретения является создание нового и усовершенствованного способа тарельчатой грануляции существенно безводных азотистых продуктов, 15 предназначенных для удобрений, со значительно большим удельным выходом и производительностью, чем в известных способах. В данном способе используют особо высокие температуры в слое час тиц и одновременно регулируют и контролируют рост и размер частиц.Зта цель достигается при осуществлении способа грануляции для получения маловодных или существенно безвод 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 ки. Твердый материал загружают на нижнюю поверхность лотка таким образом, чтобы скользящие назад частицы покрывали загруженный более холодный ма. териал. Температуру материала, разгружаемого 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 от50 12 до 3 ч, где наблюдаются более грубые частицы, причем самая высокая температура, возникающая во вращающемся слое материала, сосредоточена в этой зоне.На фиг, 1 - представлена схема установки для осуществления предложенного способа; на Фиг. 2 вид сверху на тарель, схематически покакают основную часть расплава. Зона9 показывает такую площадь, которуюназывают площадью сбора наиболее насыщенного расплава, где наибольшаячасть 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 этойтеплой 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 нафиг. 3 должна остаться в основномтой же, потому что основной районагломерации на лотке обычно между 1и 5 ч.Поток частиц показывает точнуюклассификацию, так что растущие частицы продукта при температурах на 425 фС ниже точки плавления материаладостигаются по путям все дальше идальше вправо. Наконец частицы выходят за пределы зоны роста и падаютчерез край лотка после того, как онисделают несколько оборотов вокругцентра вращения путей 10. Температуру измеряют датчиком в зоне Б(фиг.2)в том участке, где законченные частицы перетекают через край лотка, иэтот датчик помещен непосредственнопод 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, Этонужно для того, чтобыполучить классификацию, которая пере"носит 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 низкихтемпературах,. получают менее плотныеи менее гладкие частицы.Работа при высоких температурах,которые на 4-25 С ниже температурыплавления материала,. дает частицы,которые при перекатывании через крайтарели проявляют признаки влажного 10 по объему и еще не затвердевшегорасплава. Поверхностное охлаждение,однако, придает им,достаточно прочности, чтобы перетечь в неповрежденном состоянии по желобу 11 в охлади тель 12 полученнбго продукта, который может быть охладителем известногобарабанного, кипящего или шахтноготипа, из которого удаляют гранулыи нагретый воздух. Из нагретого возщ духа, выходящего иэ охладителя 12продукта, посредством фильтра 13 удаляют пыпь, Осуществляют просеиваниепродукта с помощью сита 14 и рецирку-ляцию пыли и просеянных мелких твер дых веществ на тарель посредСтвомлинии 15 и 16, а также частично дополнительно через дробилку 17. Тепловой баланс лотка в некоторых случаяхможно получить путем добавления другого материала, который возвращаетсяиз воздушного фильтра 13 и сита 14,например, путем добавки твердого охлаждающего вещества через трубу 8.Обычно термическое регулирование 35способа осуществляют путем возвращения охлажденного продукта с помощьютрубы 19. Такую рециркуляцию раньшесчитали недостатком, потому что онаограничивала результирующую производительность 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, добавка соли калия дает значительную частьнужного твердого охладителя. Использование части соединения расплава ввиде твердого охладителя также опробовано с успехом. Как показано впримерах, использование высокопроизводительного просеивания дает больше преимущества по сравнению с вынужденным возвращением части гранулированного продукта в вид хладоагента.Удовлетворительный тепловой балансможно получить путем свободного выбора количества соединений; которое1 О 20 25 30 твердого материала. Просеянный продукт можно выгружать из устройствапо линии 20, не возвращая никакойчасти 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 онаподвергнута таким высоким температурам, что граница между слипшимися час"тицами стерлась и во внутренней структуре нет затвердевших слоев илн пластов.В противоположность этому частицамочевины (фиг. 6),окрашенная для улучшения фотографического контраста,имеет структуру, состоящую из концентрических слоев, образовавшихсяпри повторном охлаждении и затверде"ванин расплава,П р и м е р 1, Нитрат аммония сразмером гранул 1,5-4,5 мм.Получение осуществляют на тарели,имеющей 3,5 м, высота обода 0,7 м.Расплав МН 4 МО, выпаренный до содержания влаги 0,5 Ж выгружают на тарель через коническое сопла при 178 Св количестве 10300 кг/ч. Температуракристаллизации расплава МН 4 МО 163 фС.Форсунка работает при низком статическом подающем давлении (1 кг/см ).Наибольшая ось в приблизительноэллиптическом районе разбрызгиваниядля расплава составляет 1,3 м, причем основная часть расплава попадаетна поверхность твердых веществ впределах квадрата от 12 до 3 ч. Скорость вращения 11,6 оборотов в минуту, угол наклона 57,50. В качестветвердого вещества используют2700 кг/ч мелкораздробленного МНМОЗ,Общее количество МН МО 13000 кг/ч,и это очевидно малая нагрузка длялотка, причем 30-407 площади лоткане используется. Твердые веществаподают к дну лотка в положении 78 ч. Температура потока продукта140 ОС, Процесс проходит стабильно,77% продукта имеет размер зерен от1,5 до 4,5 мм. Просеянный материалдобавляют и растворяют в невыпарившийся МН 41 СВ со стадии производства.Чистый выход такого способа нагруженной тарели, таким образом,1030 кг/ч м . Такая низкая нагрузкатарели была обусловлена не конструк 1 Оцией тарели, а ограниченной производительностью других частей производственной цепи,П р.и м е р 2. Нитрат аммония 4- 111 мм, Расплав МН 4 МО такой же, как и в примере 1, в количестве13500 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 22 оС, и все частицы имеют размер меньшемм. 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. 96 Х продукта имеют нужный размер 4-11 мм, при этом удельная про" изводительность 1780 кг/ч мЯИспытывают также получение более грубого продукта, при использовании более широкой распылительной форсунки. Применяют температуры вплоть до 152 ОС.При этих условиях важно расположить зону разбрызгивания так, чтобытеплая зона не получала слишком боль.шого распространения. Если это происходит, угол скольжения становит,ся слишком большим, горячий материал рецнркулируется и .перемешивается с более мелким материалом, классификация и протекание нарушаютсяи процесс срывается40ЭП р и м е р 3. Иочевина 1-4,5 мм.Два потока подают на тарель диамет"ром 0,9 м и с ободом высотой 0,26 м.Расплав мочевины при 136 С в количестве 1650 кг/ч. Давление в форсунке 4,6 атм. Используют одну коническую форсунку. Твердое вещество моче.вины при 28 С пода т в количестве1310 кг/ч. Твердое вещество состоитисключительно из потока перемолотого 50продукта, 4-87 зерен которого имеютразмер менее 1,5 мм. Твердые вещества подают глубоко на тарель. Темпе, ратура материала выгружаемого продукта 128 С, Пути движения постоянныеи классификация по всей тарели хорошая. Соответственно нет никаких указаний на то, что это максимальный выход. Продукт имеет узкие пределы раз40 мера: 88,7% в пределах нужного диапазона от 1,5 до 4,5 мм, а 73% в пределах 2-4 мм. Вес утрамбованного лит"ра 1,5-4 мм фракции 748 грамм налитр, причем механическая прочностьчастиц высокая. Удельная производительность в этом случае 2480 кг/ч мСтабильная работа обеспечивается притемпературе слоя 129-1300 С.Периодически в него подаются твер Одые вещества, 50% которых ниже 1,5 мм.Это дает стабильную работу при 127128 фС, но положение форсунки болеекритическое. Мелкий материал можетлегко стать слишком теплым и липким, 5что приводит к срыву.При использовании еще более мелких частиц температуру приходитсяуменьшать до 125 С, причем продуктменее плотный и однородный. 20П р и и е р 4, Производство азотно-фосфорно-калийного удобрения прииспользовании КСВ в качестве соединения калия.На лотке диаметром 0,75 м с обо дом 0,255 м получают 840 кг в часазотно-фосфорно-калийных удобрений.90% этого материала в пределах 35 мм. Около 320 кг в час существенно безводного расплава фосфата ам" мония - нитрата аммония, имеющего отношение й/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, которыйнаправляют ко дну тарели, содержит , следующие соединения, кг: КСВ 242 и кизерит при 70 фС 54, размолотый рециркулированный материал удобрения при 30 фС 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 .0,5%. В азотно-фосфорно-калийном .продукте, имеющем этот состав, небольшие количества расплавленной50 фазы могут встретиться приблизительно начиная с 124 С, в то время как существенные количества расплавленной фазы первоначально присутствуют приблизительно, начиная с 130 С.о55Приемлемые верхние температуры грануляции, применяемые в данном способе,115-1250 СПолученные гранулыравные и однородные по размеру. Ограничения в подающей части не допускают проведения экспериментов сбольшей производительностью, чем1720 кг/ч м . Высокий выход просеивания показывает, что производительнаяспособность еще выше.П р и и е р 5. Производство азотно-фосфорно-калийного удобрения,имеющего К 2504 в качестве соединениякалия,При получении азотно-фосфорно-калийного удобрения способом,по примеру4, КСВ заменен на К 04 . В полученном азотно-фосфорно-калийном продукте, имеющем этот состав, небольшиеколичества расплавленной фазы встречаются, начиная приблизительно с140 С, в то время как существенныеоколичества расплавленной фазы сначала появляются приблизительно при145 С. Приемлемые температуры грануляции в этом случае в пределах 130137 С.Ни в одном из опытов в примерах 1-5 не достигнуты пределы производитель- кости,даже при использовании тарели, имеющей ф 0,9 м и при скорости пропускания материала вплоть до 4,65 т/ч мВысокие 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 изобретения1. 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 - щ и й с я 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, температуру выгружаемого с тарели материала поддерживают на 4-25 аС ниже температуры плавления материала.2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что при гранулировании нитрата аммония температуру выгружаемого материала поддерживают на уровне 40-150 ОС, на 11-23 РС ниже температуры плавления нитрата ам,мония.3. Способ по п, 1, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что при гранулирова нии мочевины температуру выгружаемО- го материала поддерживают на уровне 124-129 оС, на 4-9 оС ниже температуры плавления мочевины.4. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при гранулировании азотно-фосфорно-калийных удобрений, содержащих в качестве соединений калия хлористый калий, температурувыгружаемого материала поддерживаютна уровне 115-125 оС на 5"15 оС нижетемпературы плавления удобрений.5 5. Способ по п. 1, о т л и ч а юц и й с я тем, что при гранулировании азотно-фосфорно-калийных удобрений, содержащих в качестве соединения калия сернокислый калий, темпе ратуру выгружаемых гранул поддерживают на уровне 30-137 С, на 8-15 оСниже температуры плавления удобрения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США В 3117020,кл, 117-100, опублик. 07,01.64. 2. Патент США В 3408169,кл. 23-313, опублик. 29.10,68 (проо тотип) . 18Заказ 9087/8 и илиал ППП НИИП 873867 г 4 с/Ы тент", г, Ужгор 7 Подписное Проектная, 4