FI116288B

FI116288B - Ureafosfaattiprosessin emäliuoksen käsittelymenetelmä

Info

Publication number: FI116288B
Application number: FI991563A
Authority: FI
Inventors: Janne Karonen; Anders Weckman
Original assignee: Kemira Growhow Oyj
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2005-10-31
Also published as: BR0012259B1; FI991563A; MY123489A; TR200200003T2; SA00210454B1; AU5833000A; US6821311B1; AU768441B2; ATE265392T1; DE60010300T2; EP1220815B1; MA25874A1; SI1220815T1; PT1220815E; CN1360557A; WO2001004048A1; JO2185B1; EP1220815A1; CN1223512C; ES2220485T3

Description

, 116288

Ureafosfaattiprosessin emäliuoksen käsittelymenetelmä

Keksintö kohdistuu menetelmään valmistaa kiinteää, typpeä ja fosforia sisältävää tuotetta, erityisesti kiinteää ammonium-5 fosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotetta ureaa ja fosforihappoa sisältävästä liuoksesta, esimerkiksi ureafosfaattiprosessin emäliuoksesta.

Keksintö kohdistuu myös menetelmällä valmistettuun ammonium-10 fosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteeseen ja sen käyttöön lannoitteena joko yksinään tai seoslannoitteen osana. Keksintö kohdistuu myös menetelmään valmistaa samanaikaisesti ureafosfaattia ja kiinteää typpeä ja ureaa sisältävää tuotetta, erityisesti ammoniumfosfaatti- ja/tai urea-15 ammonium-fosfaattituotetta.

Ureafosfaatin valmistuksessa raaka-aineina käytetyistä ureas-ta ja fosforihaposta peräisin olevat epäpuhtaudet jäävät pääosin emäliuokseen. Erityisesti, kun halutaan valmistaa puh-20 dasta, täysin vesiliukoista ureafosfaattia, joudutaan tyytymään matalaan lopputuotteen saantoprosenttiin. Tällöin .· emäliuokseen voi epäpuhtauksien lisäksi jäädä jopa 20-40 % :.i.: mainituista raaka-aineista. Siksi ureafosfaattiprosessin kan- • · • j · nattavuuteen vaikuttaa suuresti se, kuinka hyvin emäliuokseen ·:·*: 25 jääviä raaka-aineita voidaan hyödyntää edelleen.

* * ·

Emäliuoksen hyödyntämiseksi on kokeiltu erilaisia menetelmiä. Emäliuosta sellaisenaan on tarjottu esimerkiksi peltolannoit-teitä valmistaville lannoitetehtaille. Emäliuos sisältää kui-,·:·# 30 tenkin paljon vettä, jolloin liuoksen varastointi- ja kulje tuskustannukset tulevat suuriksi, varsinkin jos lannoite-: ” tehdas ei sijaitse ureafosfaattitehtaan välittömässä lähei- syydessä. Lisäksi lannoitetehtaiden vesitase ei useinkaan salli lisäveden tuomista prosessiin ilman teknisiä, lähinnä ,···. 35 rakeistukseen liittyviä ongelmia ja taloudellisia tappioita.

Varastoinnin ja kuljetuksen aikana emäliuoksesta voi myös 2 116288 saostua suoloja, jotka aiheuttavat laskeutuessaan ongelmia säiliöissä ja tukkivat putkistoja.

Liuoksen väkevöiminen vettä haihduttamalla ei ratkaise ongel-5 maa, koska väkevöityessään happaman liuoksen viskositeetti kasvaa ja liuos muuttuu hyvin sitkeäksi ja erittäin vaikeaksi käsitellä.

Patenttijulkaisu US 4461913 kuvaa ureafosfaattiprosessiin 10 tehtyä parannusta, jonka mukaisesti rikkihappolisäyksellä on saostumien muodostumista voitu vähentää ja ureafosfaattipro-sessin hyötysuhdetta hieman nostaa; tämä parannus ei kuitenkaan poista itse emäliuosongelmaa. Osa prosessin raaka-aineista jää edelleen emäliuokseen.

15

Emäliuosta on myös neutraloitu nesteytetyllä ammoniakilla ja muodostunut sakka on suodatettu, jolloin on saatu liuoslan-noite ja metallipitoinen sakka (J.Agric. Food Chem., Voi.29, No 2,1981). Nesteytetty ammoniakki on kuitenkin myrkyllistä 20 ja vaarallista käsitellä. Sen turvallinen varastointi, kuljettaminen ja käyttö edellyttävät erityisiä, turvallisuuskri-teerit täyttäviä säiliöitä ja käsittelylaitteistoa, mikä te-kee sen käytöstä turvallisuusmielessä vaativan sekä lisää : : : kustannuksia. Haittana on edelleen kiinteä jätesakka.

25

Ureafosfaattia on myös hajotettu termisesti ammonium polyfos-faatiksi (German Patent 2308408) tai urea-ammonium polyfos-faatiksi (US 3713802, Fert Res 1994,39(1),59-69), joita voi-•daan käyttää lannoitteina. Nämä tuotteet ovat liukoisia, 30 mutta polyfosfaatit eivät ole sellaisenaan, vaan vasta orto-*. fosfaatiksi hydrolysoituneina, kasveille käyttökelpoisessa ; '·· muodossa. Tämä hydrolysoituminen on ulkoisista olosuhteista ! riippuvaa ja tyypillisesti hidasta. Näissä prosesseissa läh- tömateriaaleina on käytetty puhdasta ureafosfaattia eikä epä-,···, 35 puhdasta emäliuosta.

3 1 1 6288

Epäpuhtausongelman välttämiseksi on yritetty myös raaka-aineena käytettävän fosforihapon puhdistamista etukäteen (Jap. pat 49-8498). Epäpuhtauksien poistaminen fosforihaposta on kuitenkin erillinen, kallis prosessi.

5

Edelleen emäliuoksesta on yritetty tehdä sellaisenaan käsiteltävä suspensio ( CA 112:20428, PL 146113B2, Fert Res 1994, 39 (1), 59-69) lisäämällä siihen savimineraalia ja muita ravinteita. Näin aikaansaatu suspensio sisältää kuitenkin edel-10 leen paljon vettä, jolloin sen käyttö rajoittuu aivan lähialueille. Lisäksi sen levitykseen pelloille tarvitaan erityisvälineistöä.

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään valmistaa 15 kiinteää typpeä ja fosforia sisältävää tuotetta, erityisesti ammoniumfosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaatti-tuotetta ureaa ja fosforihappoa sisältävistä jäteliuoksista, esimerkiksi ureafosfaattiprosessin emäliuoksesta, lämmittämällä sanottua liuosta reaktorissa, jolloin emäliuoksessa oleva 20 urea hajoaa ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi. Hiilidioksidin ja muodostuvan vesihöyryn tasainen poistuminen reaktorista : .· varmistetaan, sopivalla sekoituksella ja samalla kuohumi- :.j,; nen/vaahtoaminen estetään.

j Hajoamisessa syntyvä ammoniakki neutraloi emäliuoksessa ole- :··; 25 van fosforihapon, jolloin syntyy ammoniumfosfaattia ja/tai urea-ammoniumfosfaattia sisältävä liete, joka sisältää mah-dollisesti myös muita suoloja, fosfaatteja tai esimerkiksi sulfaatteja, käytettyjen lähtöaineiden alkuperästä riippuen.

;*t 30 Saatu liete kiinteytetään jäähdyttämällä, kuivataan, murska taan, jauhetaan ja/tai granuloidaan typpeä ja fosforia sisäl-: ·* täväksi tuotteeksi, erityisesti ammoniumfosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteeksi.

·. 35 Keksintö kohdistuu myös menetelmällä valmistettuun kiinteään typpeä ja fosforia sisältävään tuotteeseen, erityisesti ammo- niumfosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteeseen ja sen käyttöön lannoitteena, joko yksinään tai seoslannoitteen osana.

4 116288 5 Havaittiin, että erilaisten ureaa ja/tai epäpuhdasta fosfori-happoa sisältävien jäteliuoksien urea ja fosforihappo, samoin kuin niiden mahdollisesti epäpuhtautena sisältämät muut suolat, esimerkiksi natrium-, kalium-, kalsium-, magnesium-, rauta-, mangaanisuolat, voitiin hyödyntää tämän keksinnön 10 mukaisella menetelmällä valmistamalla niistä kiinteää, hyvin veteen ja lähes täysin ammoniumsitraattiliuokseen liukenevaa typpeä ja fosforia sisältävää tuotetta, erityisesti ammonium-fosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotetta. Tuotetta sellaisenaan voidaan käyttää lannoitteena tai sitä voidaan 15 käyttää seoslannoitteiden valmistuksen raaka-aineena.

Ureafosfaattiprosessin emäliuoksen lisäksi esimerkiksi maatalouden ureaa sisältävät jäteliuokset, metallin pintakäsittelyssä syntyvät fosforihappoliuokset tai fosforihapon selkey-20 tyksessä kiintoainepitoiset fosforihappolietteet soveltuvat käytettäviksi lähtöliuoksina keksinnön mukaisessa menetelmäs-

> t I

·' sä. Syötteen osana voidaan hyödyntää myös vedenpuhdistuksessa saostettuja fosfaatteja.

25 Kun ureafosfaattiprosessin emäliuosta lämmitetään, saadaan samanaikaisesti tapahtumaan 1) veden haihtuminen, 2) urean hajoaminen ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi sekä 3) syntyneen ammoniakin neutralointireaktio fosforihapon kanssa. Lämpöti-laa ja reaktioaikaa säätämällä voidaan näitä kolmea reaktion ·;*. 30 vaihetta hallita.

' " Urean hajoamisnopeus riippuu lähinnä liuoksen lämpötilasta ja ‘...* pH:sta. Vaikka urean hajoamista tapahtuu jo suhteellisen

’ O

matalissa lämpötiloissa, alkaen noin 50 C:ssa, muodostuu '·. 35 reaktioaika tällöin käytännön sovelluksia ajatellen pitkäksi, etenkin jos lähtöliuoksen vesipitoisuus on suuri. Lämpötilan 116288 5

O

nosto noin 80 C:een takaa jo riittävän vedenhaihtumis- ja reaktionopeuden.

O

Toisaalta lämpötilan nousu yli 125 C:een saa aikaan ei-5 toivottujen polyfosfaattien muodostumista, jotka sellaisenaan eivät ole käyttökelpoisia kasviravinteina, vaan vaativat hyd-rolyysin ennen käyttöä. Polyfosfaattien muodostus voidaan välttää säätämällä reaktioliuoksen lämpötila korkeintaan noin

O

110-115 C:ksi, esimerkiksi lämmitykseen käytetyn höyryn pai-10 neella ja lämmitysajalla. Yli- tai alipainetta käyttäen voidaan reaktiolämpötilan ja samalla reaktioajan säätöä tarvittaessa tehostaa. Prosessissa voidaan tavanomaisin keinoin käyttää alipainetta veden haihduttamisessa, jolloin voidaan toimia alemmassa lämpötilassa kuin normaalipaineessa. Vastaa-15 vasti voidaan ylipaineessa hajottaa ureaa pienemmällä veden haihdutuksella.

Jotta keksinnön menetelmällä voidaan valmistaa kiinteää ammo-niumfosfaattia ja tai urea- ammoniumfosfaattia sisältävää 20 lopputuotetta, on lähtöliuoksen urean typen ja fosforihapon fosforin moolisuhteen (N/P) oltava vähintään 0,85. Jos moo-: ·’ lisuhde on pienempi, kiinteytyminen vaikeutuu huomattavasti tai sitä ei tapahdu.

'·"· 25 Keksinnön mukaisen menetelmän eri vaiheet esitetään seuraa- :: vassa yksinkertaistettuina reaktiokaavoina (1) - (3), samoin T: polyfosfaatin muodostuminen kaavassa (4).

Veden haihdutus: • · 30 2NH2C0NH2 + 2H3P04 + (n+l)H20 - - - >(-n 1,20 > - - - > '· 2NH2CONH2 + 2H3P04 + H20 (1)

Urean hajoaminen: 2NH2CONH2 + H20 ---> 2 NH3 + C02 + NH2CONH2 (2) .*··. 35 116288 6

Ammoniumfosfaatin muodostuminen: 2H3P04 + 2NH3 ---> 2 (NH4) H2P04 (3) 5 Polyfosfaatin muodostuminen: 2 (NH4)H2P04 --> (NH4)2H2P207 + H20 (4)

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa sekä panos-että jatkuvatoimisena, joko yksi- tai useampivaiheisena.

10 Kun menetelmää sovelletaan panostoimisena, neutralointireaktion loppuvaiheessa ammoniakin ja fosforihapon (NH3:H3P04) moolisuhde on noin 1, mikä neutralointivaiheen alkuvaiheessa syntyvien hienojakoisten yhdisteiden, esimerkiksi rautafos-faatit, kanssa nostaa muodostuvan lietteen viskositeetin alu-15 eelle ( >1000 cP), jolla liete on sitkeimmillään ja melko hankalasti käsiteltävää. Vesihöyryn ja hiilidioksidin poistuminen lietteestä vaikeutuu myös, kuohumis-/vaahtoamisvaara kasvaa ja lietteen vesipitoisuus jää melko korkeaksi. 1 2 3 4 5 6

Jatkuvatoimisessa prosessissa nämä ongelmat vältetään. Eri 2 tyisesti siinä voidaan jatkaa neutralointireaktiota ohi moo- 3 : ·' lisuhteen NH3:H3P04 = 1 ja näin lietteen viskositeetti saadaan 4 laskemaan.

5 ,· I Edullisinta on soveltaa keksinnön mukaista menetelmää jatku- 6 vatoimisena ja kaksivaiheisena, jolloin kaksivaiheisuus voi T: myös tarkoittaa useampien peräkkäisten sarjaan asetettujen reaktoreiden käyttöä. Edullisuus johtuu lähinnä helpommasta kaasujenkäsittelystä ja viskositeetin paremmasta hallinnas-;·. ta.

’:·. 30 [· Tällöin ensimmäisessä ylivuotoreaktorissa lähtöliuosta, esi- ! “ merkiksi ureafosfaattiprosessin emäliuosta, lämmitetään 80 -

* * * * · O O

125C:ssa, edullisesti noin 90 - 100 C:ssa, kunnes suurin osa lähtö-liuoksen sisältämästä vedestä on haihtunut ja urea '··. 35 on hajonnut muodostaen noin 2/3-osaa liuoksessa olevan vapaan fosforihapon neutralointiin tarvittavasta ammoniakista.

116288 7

Neutralointireaktion seurauksena muodostuu ammoniumfosfaattia ja/tai urea-ammoniumfosfaattia sisältävää lietettä, jonka vesipitoisuus on 15 - 20 % ja joka on edelleen niin hapanta, pH < 4, että ammoniakki pysyy liuenneena ammoniumionina.

5 Lietteen viskositeetti on tyypillisesti alle 1000 cP.

Tässä vaiheessa reaktorista poistuu ainoastaan vesihöyryä ja hiilidioksidia kaasuna. Vaahtoamisen/kuohumisen estämiseksi ja kaasujen hallitun poistumisen varmistamiseksi reaktioseos-10 ta sekoitetaan jatkuvasti ja tarvittaessa siihen voidaan lisätä myös vähäinen määrä jotakin tavanomaista vaahdonesto-ainetta. Vesilisäyksellä voidaan estää viskositeetin nousua haitalliselle alueelle, samoin lämpötilan liiallista nousua.

15 Ensimmäisestä reaktorista liete johdetaan toiseen reaktoriin,

O

missä lämmitystä jatketaan noin 110 - 115 C:ssa, kunnes lietteen vesipitoisuus on vähäinen (< 10 % H20) , pH noin 6 - 6,5, vastaten ammoniakin ja fosforihapon (NH3:H3P04) moolisuhdetta noin 1,3-1,4. Tällöin lietteen vis-20 kositeetti on mahdollisimman alhainen. Reaktorista vapautuu vesihöyryn ja hiilidioksidin lisäksi hieman ammoniakkikaasua, • · mikä voidaan ottaa talteen kaasupesurissa pesemällä emäliuok-sella ja palauttamalla ensimmäiseen reaktoriin.

« · 25 Reaktio on turvallinen, koska haihtuva vesi sitoo ylimääräi-: : sen lämmön. Molemmissa reaktoreissa on kuitenkin oltava riit- T: tavä sekoitus, jotta syntynyt kaasu voi helposti poistua re aktio seoksesta. Seoksen kiehumispiste määrää reaktori-lämpötilan ollen ensimmäisessä reaktorissa noin 100 °C ja 30 toisessa reaktorissa noin 110 - 115°C.

Sopivalla viipymien, höyryn lämpötilan ja lämmityspinta-alan valinnalla edellä mainitut kolme reaktiota voidaan säätää ...· tapahtumaan halutulla tavalla. Ensimmäisessä vaiheessa kon- sentroidaan liuos väkevyyteen, jossa sen vesipitoisuus on 20-35 40 % ja moolisuhde NH3:H3P04 on noin 0,7-0,8 ja toisessa vai- heessa väkevyyteen, jossa sen vesipitoisuus on noin 5-10 % ja moolisuhde NH3:H3P04 on noin 1,3-1,4.

β 116288 o

Lopuksi syntynyt väkevä liete kiinteytetään millä tahansa 5 lannoitteiden valmistuksessa käytetyllä tavanomaisella menetelmällä. Erityisen hyvin kiinteytykseen soveltuu esimerkiksi jäähdytettävä ja/tai lämmitettävä peltihihna. Jos reaktiota halutaan jatkaa vielä hihnalla, hihnan alkupäätä voidaan kuumentaa samalla, kun sen loppupäätä jäähdytetään.

10 Edullisesti ja nopeasti tuotteen kiinteyttäminen tapahtuu, kun liete on levitetty peltihihnalle tai -levylle ohueksi

O

kerrokseksi ja se jäähdytetään alle 60 C:een lämpötilaan. Kiinteytyminen tapahtuu jo 1-5 minuutissa, jos lietekerroksen paksuus on 2 mm ja noin 20 - 30 minuutissa, kun se on 10 - 20 15 mm.

Kiinteä, levymäinen tuote voidaan kuivata, murskata, jauhaa ja/tai granuloida sekä tarvittaessa luokittaa seulomalla; liian karkea ja hienojakoinen osa palautetaan toiseen reakto-20 riin. Lopputuotteen lisäksi tai sen sijasta toiseen reaktoriin voidaan syöttää myös muita ravinteita tai esimerkiksi • * ·' vettä sitovia suoloja.

i t I I * * ί Lopputuotetta sellaisenaan voidaan käyttää NP-lannoitteena, ·"' 25 tai sitä voidaan käyttää esimerkiksi NPK-lannoitteen valmis- / ·' tukseen, edullisesti syöttämällä toiseen reaktoriin I : sopiva kalium-lähde, esim KCl, K2S04 tai K2C03. Kaliumkar bonaatilla on myös edullinen, neutralointia tehostava vaiku-’·*. tus.

• I

*;·. 30 Myös CaC03 tai CaO :11a on merkitystä sekä ravinteena että lisäneutralointiaineena. Lisäksi ne edistävät tuotteen kuivumista vettä sitomalla. Vastaavasti hemihydraattikipsi ···* CaS04 '0,5 H20 tai kiseriitti MgS04 ‘ H20 toimivat sekä vettä •V: sitovina että ravinteita antavina aineina.

35 Emäliuos sisältää jo useimmat tarvittavista muista ravinteis ta (Ca, Mg, S) ja hivenaineista ( B, Cu, Zn, Mn, Fe, Mo, Cl ) 9 116288 riittävässä määrin, mutta jos jonkin ravinteen pitoisuus on liian alhainen, on myös sen lisääminen toiseen reaktoriin helppoa.

5 Jos on tarvetta sitoa osa emäliuoksen metalleista, esimerkiksi rauta, liukoiseen muotoon, reaktiolämpötilaa voidaan nos-

O

taa, esimerkiksi noin 125 C:een, niin että haluttu osa fosforista on pyrofosfaattina, joka kompleksoi näitä metalleja.

10 Keksinnön mukaisten kiinteiden lopputuotteiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet vastaavat tyypilliselle peltolannoitteelle asetettuja laatuvaatimuksia.

Taulukko 1 esittää kahden eri ureafosfaattiprosessin emäliu-15 oksen kemiallisen analyysin. Prosesseissa on käytetty eri alkuperää olevia raaka-aineita. Tulokset antavat kuvan emä-liuoksien sisältämien epäpuhtauksien tyypillisestä määrästä .

Taulukko 1. Emäliuosten kemialliset analyysit.

2 0 __ , . Yhdiste__Emäliuosl_ Emäliuos2 * f Urea-N [w-%] 10,8__11,1_ ' NH4-N [w-%] 0,48 1,5 ; P205-tot [w-%] 27,8__27,8_ ’ ’ Cl [w-%] < 0,02 0,02 > ( f 1 1 — I I —I ..I - I Ml—.... . .... Il I . I. — : F [w-%] 0,87 0,81 » · " 1 i J : _Al_[w—%] 0,22__0,35_

Cr [ppm] 8,8 160 -- » · —— : _Fe_[w-%] 0,88__0,66_ .1’ 1 _Mg_[w-%] 1,8__1,1_ _S_[w-%] 1,2__ljJ_ "h H2Q-KF [w-%] 26,7__28,2_ a * 1 • i t · * a · a 10 116288

Piirrokset:

Prosessikaavio 1 kuvaa ureafosfaatin ja ammoniumfosfaatti-ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteen samanaikaista valmis-5 tusta.

Prosessikaavio 2 kuvaa yksityiskohtaisemmin ammoniumfosfaat-ti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteen valmistusta.

Seuraavat esimerkit kuvaavat tarkemmin keksinnön erilaisia 10 toteutusvaihtoehtoja sitä kuitenkaan rajaamatta.

Esimerkki la Lähtöaineena käytettiin ureafosfaattiemäliuosta 2, jonka kemiallinen analyysi on esitetty taulukossa 1.

15

Kokeessa käytettiin 5 litran ylivuotoreaktoria joka oli varustettu sekoituksella ja vaippalämmityksellä. Reaktoriin lisättiin 5,1 kg emäliuosta, jonka pH 10 % liuoksena oli 2,1 ja vesipitoisuus 27,4 %, ja vaahdonestoainetta Fennodefo 380. 20 Emäliuoksen lämpötila nostettiin aluksi 100 °C:een. Ensimmäisen tunnin aikana lämpötilaa edelleen nostettiin 111 °C:een.

. . Urean hajoamisen myötä pH nousi arvosta 2,1 arvoon 2,7. Toi- ‘ ; sen tunnin aikana lämpötila pidettiin vakiona ja pH nousi arvoon 5,4. Vettä lisättiin hieman (0,35 kg) liiallisen haih-2 5 tumisen vuoksi.

• t .* ' Koetta jatkettiin jatkuvatoimisena syöttämällä emäliuosta ·'.·* · reaktoriin noin 2 kg/tunti. Aluksi lisättiin myös hieman vet tä (0,2 kg). Kolmen tunnin ajon jälkeen olosuhteet olivat 30 vakiintuneet (111 °C, pH 5,9, 1500 cP, 9,9 % H20) . Tunnin tasaisen ajon jälkeen syötöt lopetettiin ja muodostuneen lietteen annettiin edelleen sekoittua samassa lämpötilassa. Kahdenkymmenen minuutin kuluttua liete oli selvästi ohentunut ·;·* (111 °C, pH 6,2, 400 cP, 7,8 % kosteus). Kun haihdutusaikaa * > φ 1X 1 1 6288 tästä jatkettiin, viskositeetti alkoi taas nousta ja 40 minuutin kuluttua lietettä (111 °C, pH 6,4, 1000 cP, 7,6 % kosteus) alettiin jäähdyttää. Kun sekoitus pysäytettiin, kaasunmuodostus oli niin vähäistä, ettei lietteen turpoaminen 5 aiheuttanut enää ongelmaa.

Liete kaadettiin noin 1-2 cm kerrokseksi kahdelle pellille, joista toinen jäähdytettiin (23°C) alta vedellä ja toinen oli huoneenlämpötilassa ilman jäähdytystä. Jäähdytetyllä levyllä 10 liete alkoi kovettua 11 minuutin kuluttua (47 °C) ja oli kovettunut 27 minuutin kuluttua (35 °C). Toinen levy jäähtyi hitaammin ja oli kovettunut 64 minuutin kuluttua ( 46 °C). Kiinteät levyt säilytettiin yön yli (23 °C) ja murskattiin kolmesti leukamurskaimella ja analysoitiin (taulukko 2).

15

Esimerkki Ib Tämä koe tehtiin vastaavasti kuin koe la mutta korkeammassa lämpötilassa. Koe aloitettiin lisäämällä 5 kg emäliuosta re-20 aktoriin. Panosreaktion aikana (2 h 40 min) lämpötila nostettiin arvosta 100 °C arvoon 124 °C ja pH nousi arvosta 2,1 .. arvoon 5,8. Reaktorista poistuva höyry oli loppuvaiheessakin ’ neutraali.

• · k : 25 Koetta jatkettiin jatkuvatoimisena syöttämällä emäliuosta ’”· noin 2,8 kg/h. Puolen tunnin jälkeen lisättiin 1 kg vettä, V : mikä hetkeksi alensi lämpötilaa. Kahden tunnin jälkeen olo- ·' suhteet olivat vakiintuneet (121 °C, pH 6, 800 cP, 12,5 % kosteutta). Reaktiota jatkettiin edelleen 3 tuntia samassa 30 lämpötilassa (120 - 122 °C) , minkä aikana viskositeetti pysyi samana (800 cP) , pH nousi (pH 6,4) ja kosteus laski (9,7 %) . Kun syöttö lopetettiin lopullisen lietteen mittaukset muut-<t>” tuivat hieman (121 °C, pH 6,4, 1400 cP, 8,1 % kosteus).

: 35 Liete kaadettiin noin 1 cm kerrokseksi kahdelle pellille, joista toinen jäähdytettiin vedellä 12 1 1 6288 (23 °C) ja toinen oli ilman jäähdytystä huoneenlämpötilassa.

Tuote jäähdytetyllä pellillä oli kovettunut 24 minuutin kuluttua (37 °C) ja toinen pelti 36 minuutin kuluttua (49 °C). Tuotteet säilytettiin yön yli (23 °C) ja murskattiin kerran 5 leukamurskaimella ja analysoitiin (taulukko 2).

Taulukko 2a.

Lopputuotteiden kemialliset analyysit kokeista la ja Ib 10 ___ __Koe la__Koe Ib_ N-kok %__17,0__16,5_ NH4-N %_ 10,3__10,6_

Urea- N %__6^4__5^5_ P2Q5-KM %__ 39,3__40,0_ P205-ASL__28,3__29,0_ P2Q5-VL__39,3__39,5_ H20-KF %__5^_8__l/S_ pH_ 6,2_ 6,2_ Röntgendiffraktioanalyysin perusteella lopputuote sisälsi , .·. monoammoniumfosfaattia, ammoniumsulfaattia ja ureaa.

15 - · · • * « < · · 13 116288

Taulukko 2b.

Granuloimattomien lopputuotteiden fysikaaliset ominaisuudet. (* näyte on murskattu ennen analyysia) 5 Ominaisuus Koe Koe Koe Koe

Raelujuus [N] la la* Ib Ib*

Keskiarvo 46 27 29 19

Max. 5 62 33 37 22 10 Min. 5 29 20 22 16

Hiertymä [%] 1,5 1,4 2,1 1,1

Kosteuden absorptio [%]

15 80 % RH

2 h 0,9 2,3 1,3 2,4 4 h 1,9 4,4 2,3 4,3 6 h 2,6 6,2 3,3 6,3 20 Kokeet osoittivat tuotteen olevan riittävän kova käsiteltä-väksi eikä se ollut liian pölyävää. Kosteuden absorption no-. .\ peudet olivat samalla tasolla tyypillisten nitraattipohjais- : . . ten NPK-lannoitteiden kanssa.

... 25 Esimerkki 2 ta» • · · I I * ’ Kokeeseen käytettiin ureafosfaattiemäliuosta, jonka koostu mus oli: > > · * > i 30 H20-KF 40 % • :*: Urea-N 10,7 % j » i · NH-N 0,34% * » 4 P205-tot 24,1 % • · ;*’ P205-ws 23,2 % ’· 1 35 pH (10 % vesiliuos) 1,7.

116288 14 1000 g:aan emäliuosta lisättiin 75 g CaC03 ja kuumennettiin 100-114 °C tunnin ajan. Loppukosteus oli 13 % ja pH 10 -% liuoksessa oli 5,0. Lietettä kuivattiin 3,5 tuntia lämpötilassa 60 °C.

5

Tuotteen kemiallinen analyysi: H20-KF 3,0 %

Urea-N 10,3 % 10 NH4-N 5,3 % P205-km 37,7 % P205-vl 25,4 % (67 %) P205-asl 37,7 % (100 %) pH (10 %) 4,9 15

Esimerkki 3

Tehtiin jatkuvatoiminen koe käyttäen yhtä 5 litran reaktoria syöttämällä kuumennettuun reaktoriin jatkuvasti samaa emäliu-20 osta kuin esimerkissä 2 ja syöttämällä samanaikaisesti kal- siumkarbonaattia. Viskositeettiä säädettiin lisäämällä vettä. Poistokaasuissa ei voitu todeta ammoniakkia. Olosuhteet ajon : ·' aikana olivat: .: : 25 Reaktioaika 3,5 h

Reaktorilämpötila 105-110 °C

: Reaktori-pH 4,5-5,0 : i": Lietteen kosteus 10-12 %

Karbonaattikulutus 135 g/1000 g ML

30 Vesilisäys 185 g/1000 g ML

Viskositeetti 300 cP

Liete kuivattiin 60 °C:ssa ja kuivatun tuotteen kemiallinen analyysi oli: 116288 15 H20-KF 0,2-1,0 % 5 Urea-N 9,2 % NH4-N 6,1 % P205-km 3 6,4 % P205-vl 28,7 % (78 %) P205-asl 36,4 % (100 %) 10 pH (10 %) 4,9 N/P205-suhde 0,420

Esimerkki 4a 15 Ureafosfaattiemäliuosta (1,865 kg), jonka laatu oli sama kuin esimerkissä 2, syötettiin 2,5 litran, sekoituksella ja lämmityksellä varustettuun reaktoriin. Kaliumkarbonaattia (417 g) syötettiin jatkuvasti reaktoriin ja lietettä sekoitettiin 1,5 tunnin ajan lämpötilassa 60 °C, jolloin lietteen pH (10 % 20 vesiliuos) nousi arvosta 2 arvoon 4,1. Liete kuivattiin pellillä (93 °C) yli yön. Taulukossa 3 esitetään lopputuotteen kemiallinen analyysi.

'··'·* Esimerkki 4b : 25

Ureafosfaattiemäliuosta (1,43 kg), jonka laatu oli sama kuin .·* : esimerkissä 2, syötettiin 2,5 litran, sekoituksella ja lämmi- : tyksellä varustettuun reaktoriin. Kaliumkarbonaattia (237 g) syötettiin reaktoriin ja lietettä sekoitettiin 40 minuutin 30 ajan lämpötilassa 60 °C, jolloin pH (10 % vesiliuos) nousi ;'· arvosta 2 arvoon 2,7. Slurry kuivattiin pellillä (93 °C) yli yön. Taulukossa 3 on lopputuotteen analyysit.

16 116288

Taulukko 3.

Lopputuotteen kemiallinen analyysi kokeessa 4a ja 4b __Koe 4a__Koe 4b_ N-kok %__12,4__14,6__ NH4-N %__4,2 5,8_

Urea- N %__^2__8_L8_ P205-KM %__33,4__36,1__ P205-ASL__33,4__36,1__ P205-VL__26,2 __ 28,2_ K20-KM__18,6__14,2___ H20-KF %__3^3__0,48__ pH_ 6,6 [6,5__ 5 Esimerkki 5

Tuotelietteen (111 °C, pH 5,6, 1400 cP, 11,9 % kosteus), joka oli tehty jatkuvatoimisesti kuten esimerkissä la käyttäen samanlaatuista emäliuosta kuin kokeessa 2, mutta laimeampaa 10 (46 % H20, 8,9 % N, 20,4 % P2Os, pH 1,7) annettiin jäähtyä ja kiinteytyä 1,5 cm kerroksena pellillä 35 minuutin ajan lämpö-·.·. tilaan 35 °C.

Osaan lisättiin 2 % CaO ja hierrettiin ja syötettiin reikäle-15 vyn läpi. Toiselle osalle tehtiin vastaava käsittely ilman CaO-lisäystä. Lähtötilanteessa jäähtynyt tuote sisälsi 10 % kosteutta. Kolmen tunnin kuivauksen (60 °C) jälkeen näyte, * jossa oli kalsiumoksidia sisälsi 4,7 % kosteutta ja vertailu ilman CaO-lisäystä sisälsi 5,2 % kosteutta.

v : 20 : Kun kuivausta jatkettiin yhteensä 19 tuntia käsittelemätön näyte luovutti kaiken veden (0,3 % loppukosteus). Kalsiumok-··, sidilla käsitelty näyte sitoi osan vedestä haihtumattomaan muotoon (3,5 % loppukosteus).

.V 25

Claims

116288

1. Menetelmä kiinteän ammoniumfosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteen valmistamiseksi ureaa ja fosfori- 5 happoa sisältävästä liuoksesta, tunnettu siitä, että a) ureaa ja fosforihappoa sisältävää liuosta lämmitetään sekoittaen veden haihduttamiseksi ja urean hajottamiseksi hiilidioksidiksi ja ammoniakiksi; b) muodostuva hiilidioksidi poistetaan; 10 c) muodostuvalla ammoniakilla neutraloidaan liuoksessa oleva fosforihappo, ja d) muodostunut ammoniumfosfaatti ja/tai urea-ammonium-fosfaattiliete jatkokäsitellään kiinteäksi ammoniufosfaatti-ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteeksi. 15

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ureaa ja fosforihappoa sisältävässä liuoksessa urean typen ja fosforihapon fosforin (N/P) moolisuhde on > 0,85.

3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ureaa ja fosforihappoa sisältävä liuos on ureafosfaattiprosessin emäliuosta.

:·· 4. Vaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu sii- * : 25 tä, että ureaa ja fosforihappoa sisältävää liuosta lämmite- .... O 0 • · tään 50 - 125 C:ssa, edullisesti 100 - 115 C:ssa, kunnes : muodostuneen lietteen kosteus on 15 - 20 %, edullisesti <10 ' : %, ja lietteen pH on 2,5 - 7, edullisesti 4-6,5, ja liet teessä ammoniakin typen ja fosfaatin fosforin (N/P) moolisuh-30 de on noin 0,85 - 1,5 :1, edullisesti noin 1,3 - 1,4 : 1. » * 116288

5. Vaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktioseokseen lisätään kiintoainetta, esim. alkali- tai maa-alkalimetallikarbonaattia, -sulfaattia, -oksidia ja/tai kloridia liuoksen osittaiseksi neutralointi - 5 seksi, veden sitomiseksi ja/tai ravinteiden lisäämiseksi lopputuotteeseen.

6. Vaatimusten 1- 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se edullisesti on jatkuvatoiminen ja kaksivaihei- 10 nen: ensimmäisessä vaiheessa vettä haihdutetaan yhdessä tai useammassa reaktorissa noin 100 °C:ssa, kunnes muodostuneen lietteen kosteus on < 20 % ja pH on 3-5, ja toisessa vaiheessa haihduttamista jatketaan yhdessä tai useammassa reaktorissa noin 110 - 115 °C:ssa, kunnes lietteen 15 kosteus on < 10 % sekä sen pH on noin 6-6,5.

7. Vaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuoteliete, joka sisältää ammoniumfosfaattia ja/tai urea-ammoniumfosfaattia, kiinteytetään levitettynä 1-30 mm, 20 edullisesti 10 mm paksuiseksi kerrokseksi lämmitettävälle ja/tai jäähdytettävälle peltiselle hihnakuljettimelle, jota . . kuumennetaan ja/tai jäähdytetään 0,01 - 2h, edullisesti 0,05 ; - 0,5 h viipymällä loppulämpötilaan < 50 °C. « · • · ·'· : 25

8. Vaatimusten 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu sii- tä, että kiinteytetty lopputuote kuivataan, murskataan, I · I .· · jauhetaan ja /tai granuloidaan.

9. Kiinteä ammoniumfosfaatti ja/tai urea-ammoniumfosfaatti-30 tuote, joka on valmistettu jonkin edellisen vaatimuksen rau- kaisella menetelmällä.

10. Vaatimuksen 9 mukaisen ureafosfaattituotteen käyttö lan- *;·1 noitteena joko sellaisenaan tai yhtenä seoslannoitteen kompo- ; : 35 nenttina. is 1 1 6288

11. Menetelmä ureafosfaatin ja kiinteän ammoniumfosfaatti-ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteen samanaikaiseksi valmistamiseksi, jossa ureafosfaattia valmistetaan jollain tunnetulla menetelmällä, tunnettu siitä, että kiinteää 5 ammoniumfosfaatti- ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotetta valmistetaan ureaa ja fosforihappoa sisältävästä liuoksesta siten, että: a) ureaa ja fosforihappoa sisältävää liuosta lämmitetään sekoittaen veden haihduttamiseksi ja urean hajottamiseksi hii- 10 lidioksidiksi ja ammoniakiksi, ja b) muodostuva hiilidioksidi poistetaan, ja c) muodostuvalla ammoniakilla neutraloidaan liuoksessa oleva fosforihappo, ja d) muodostunut ammoniumfosfaatti ja/tai urea-ammonium- 15 fosfaattiliete jatkokäsitellään kiinteäksi ammoniufosfaatti-ja/tai urea-ammoniumfosfaattituotteeksi. • · • · * · MU » · * f • · * « 1 ί » » » 116288