NO341768B1 - Passivert urea og gjødselblandinger - Google Patents

Abstract

Oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av passiverte urea eller ureabaserte forbindelser for gjødselblandinger hvori ureapartiklene blir behandlet med en sterk syre som reagerer med urea og danner et gripelag. Deretter blir en fast base i pulverform tilsatt i overskudd til partiklene for å belegge den surgjorte partikkeloverflaten. Oppfinnelse angår også en gjødselblanding omfattende de passiverte urea eller urea baserte forbindelsene med en eller flere av AN eller AN-baserte forbindelse, NS produkter, superfosfater, mer generelt med a priori de fleste forbindelser som urea er mottakelig for å reagere med når i direkte kontakt.. En sikker blanding omfatter enn 40 vekt % passiverte urea.

Description

Område for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen angår urea og ureabaserte forbindelser, og deres anvendelse i nitrogengjødsel.

Bakgrunn

Urea er i dag hoved nitrogengjødselen som brukes i hele verden. Urea som er kjemisk rent har et nitrogeninnhold på 46,6 % N (uttrykt som N). Urea som er vanlig tilgjengelig og brukt som gjødsel er vanligvis svært rent og hat typisk et nitrogeninnhold på 46 % N. Urea er derfor den gjødselen med den høyeste konsentrasjon av nitrogen, en av grunnene til dens popularitet.

Urea kan bli brukt som den er for alminnelig nitrogengjødsling, eller i kombinasjoner med andre elementer, slik som for eksempel NS klasser i hvilke nitrogen- og svovelkilder blir kombinert, NP (henholdsvis NK) klasser i hvilke nitrogenkilder og fosfatkilder (henholdsvis pottaske) blir kombinert, NPK som kombinerer de tre hoved næringsstoffene som kreves av avlingene, etc. Disse ulike elementene kan bli kombinert med urea som en fysiskblanding av ulike produkter, eller produkter som blir blandet/prosessert sammen til homogene granuler ved for eksempel granulering, komprimering, etc.

Noen eksempler på urea baserte produkter:

-NS produkter slik som UAS som er blandinger av urea og ammoniumsulfat, for eksempel med et N innhold på 40 % N.

-NPK trippel 19 uttrykt i N/P2O5/K2O, som er kombinasjoner av urea, DAP (diammoniumfosfat) og kaliumklorid [eng. muriate of potash] (MOP).

-etc.

Urea og ureabaserte forbindelser blir ofte blandet med andre gjødsel for å justere formuleringen og slik tilføre en balansert ernæring med de ulike elementene som kreves for planteveksten. De vesentligste fordelene med å blande er selvfølgelig at det fra en begrenset mengde av tilgjengelige produkter er mulig å fremstille praktisk talt en uendelig mengde av klasser justert etter behovet på en svært fleksibel måte. Blanding av urea og av ureabaserte forbindelser er imidlertid noen ganger vanskelig eller til og med umulig, på grunn av kjemisk inkompatible produkter. Det vises til det godt dokumenterte og tydelige “Guidance for the compatibility of fertilizer blending materials” publisert av EFMA i juni 2006.

Spesielt er urea og ureabaserte forbindelser brukt i gjødsel velkjent for ikke å være blandbare med ammoniumnitrat og ammoniumnitratbaserte produkt (CAN, NPK, etc.), så vel som med superfosfater (single superfosfat SSP, triple superfosfat TSP, etc.). Urea og ureabaserte forbindelser er også kjent for å være vanskelige å blande med kalsiumnitrat.

Disse blandings inkompatibilitetene eller begrensningene har ulike årsaker.

Ved blanding av ureabaserte produkter sammen med ammoniumnitratbaserte forbindelser, vil blandingen raskt bli våt og absorbere fuktighet fra omgivelsene, og omgjøre de fritt flytende granulene til en våt gjørme. Selv om fuktighets absorpsjon fra omgivelsesatmosfæren blir forhindret vil blandingen bli våt fra sitt eget vanninnhold tilstede fra begynnelsen. Årsaken er at urea og ammoniumnitrat danner et dobbeltsalt som er spesielt hygroskopisk. Så snart som urea og ammoniumnitrat kommer i kontakt dannes dette dobbeltsaltet og begynner å omdannes til væske. Som mer hygroskopiske enn de opprinnelige bestanddeler, vil det tiltrekke seg fuktighet fra resten av blandingen. Den dannede væskefasen vil oppløse produktene den er i kontakt med, på denne måten dannes mer UAN dobbeltsalter og forsterker fenomenet som vil utbre seg videre.

Inkompatibilitetseffekten med for eksempel superfosfater og kalsiumnitrat er annerledes. Mange salter inneholder noe krystallvann, slik som superfosfater og kalsiumnitrat. I nærvær av slike salter har urea generell tendens til å danne dobbeltsalter, dermed frigjøres krystallvannet. Derfor vil blandinger av urea og ureabaserte forbindelser med SSP/TSP og med kalsiumnitrat også ha tendensen til å bli gjørmet, uavhengig av fuktighets opptak fra omgivelsene.

Dersom disse produktene er svært tørre, så kan de ha en mulighet til å binde noe av vannet som ville bli frigjort fra dannelsen av dobbeltsalter med urea, noe som gjør at blandingen fremdeles er brukbar. Dette er årsaken til merknaden om kalsiumnitrat og urea er gjort at det i den forannevnte blandingsveiledningen til EFMA:

Kompatibiliteten er begrenset, fuktighets opptak må absolutt unngås, derfor sitat: “ta hensyn til den realtive fuktigheten ved blandingˮ [“consider the relative humidity during blending”].

Det er viktig å legge merke til at blending UAS med kalsiumnitrat er mye mer et problem, på grunn av dannelse av UAN (ureaammoniumnitrat) og etterfølgende væskefase dannelse. Riktignok kan ammoniumsulfat fra UAS reagere med kalsiumnitrat og danne ammoniumnitrat og kalsiumsulfat, og ammoniumnitrat danner det svært hygroskopisk UAN dobbeltsaltet med urea som beskrevet over.

(NH4)2SO4 Ca(NO3)2 => CaSO4 2 NH4NO3

Tidligere har det blitt utviklet en teknikk som tillater blanding av urea med for eksempel TSP. Dette var basert på en svovel belegning av en eller begge komponentene. Typisk blir urea belagt med omtrent 20 % smeltet svovel, for å skape en sterk barriere som isolerer urea fra superfosfatet. Den motsatte tilnærmingen var mulig dvs. å fremstille svovelbelagt TSP for å gjøre den blandbar med urea.

En slik tilnærming lider av betydelige ulemper som den foreliggende oppfinnelsen overkommer. For det første skaper et slikt lag av svovel, dersom det er tett, en depoteffekt siden svovel er uløselig i vann. Det betyr at en forbindelse, enten urea eller TSP avhengig av hvilken som har blitt svovelbelagt, vil ha noe depoteffekt noe som ikke nødvendigvis er hensikten. Dessuten vil svovelskallet forbli i åkeren svært lenge, og har så og si ingen positiv effekt for gjødslingen. For å få en egnet svovelbelegning, må typisk 20 % bli påført. Dersom det er mindre vil ikke belegningen være tykk nok og vil være utilstrekkelig, noe som over tid fører til forvitring av blandingen. Denne belegningen fungerer da som en fortynner av gjødselen uten å tilføre ekstra gjødslingsverdi. Dessuten er svovel inkompatibel med ammoniumnitrat, derfor er slik svovelbelegningsteknikk ikke alltid egnet for ammoniumnitrat inneholdende blandinger.

Basert på det same prinsippet av en uoppløselig belegning kan man nevne mulighetene for å blande noe polymerbelagt urea med for eksempel ammoniumnitrat. Slikt polymerbelagt ureaprodukt er tilgjengelig for eksempel i det nord amerikanske markedet, se for eksempel belegninger som beskrevet i internasjonal patentsøknad WO2012/064730. Det er fremstilt for å få en depoteffekt av nitrogenurea. Takket være denne depotbelegningen kan den bli blandet med de fleste andre produkter, men på grunn av karakteren til disse egenskapene vil dens nitrogen bli frigjort med forsinkelse sammenlignet med de andre næringsstoffene. Dessuten har en slik polymerbelegning i seg selv ingen gjødslingsverdi og fortynner nitrogen innholdet i urea med flere prosent.

FR 2 686 861 beskriver en belegningsprosedyre som erstatter den tradisjonelle belegningen med forsegling av de partikulerte gjødsler med en kapsel. Det forsyner gjødslene med en bedre beskyttelse og forhindrer det mer effektivt fra å kake seg enn en tradisjonell belegning gjør. Belegningsprosedyren blir utført ved å spraye de partikulerte gjødslene med en første reagens i form av en mineralbase, slik som magnesium-, kalsium- eller bariumoksid, fulgt av en vandigløsning av et andre reagens, slik som fosfor-, svovel-, salpeter- eller sitronsyre som reagerer med det første reagenset for å danne en fast kapsel av et metallsalt. Påføringen av basen og syren må gjentas to ganger for å danne den faste kapselen. Ifølge dette patentet blir kontakten mellom syren og granulatet unngått for å hindre syren fra å danne en slurry med granulatet. En slik belegning ville ikke klebe seg tilstrekkelig til gjødselkjernen og ville ikke være egnet i blandinger.

Goodale et al. (U.S. Pat. No.3,419,379) viser en belegning for ammoniumnitrat (NH4NO3) granulater i hvilken granulatene først ble belagt med en sur superfosforsyre (H3PO4) eller oleum. De våte granulatene ble så kontaktet med basiske materialer slik som NH3, MgO, eller CaO. Reaksjonsproduktet av syren med det basiske materialet produserte en belegning rundt granulatene som forhindret den fra kakedannelse og bremset deres oppløsning ved kontakt med fuktig jord.

WO99/15480 angår en fremgangsmåte for belegning av partikulære gjødsel som kompleks nitrogen-, fosfor- og kaliumgjødsel (NPK), nitrogen- og kaliumtype gjødsel (NK), ammoniumnitratgjødsel (AN), kalsiumnitratgjødsel (CN) eller urea for å redusere støv dannelse og kakedannelse under håndtering og lagring. The Fremgangsmåten omfatter å påføre en vandigløsning av en mineralsyre, slik som fosforsyre, svovelsyre, salpetersyre eller sitronsyre og en mineralbase, slik som magnesiumoksid, kalsiumoksid, bariumoksid, dolomitt eller en blanding av to eller flere. Nevnte kombinerte behandling blir utført bare en gang for å dannne et næringsstoff inneholdende skall av et metallsalt eller blanding av metallsalter på den partikulære gjødselen. Forholdet mellom nevnte syre og nevnte base påført på de partikulære gjødslene er mellom 1,0 til 1,5 vekt /vekt. En slik prosess ville ikke resultere i en belegning som er egnet for å lage gjødselblandinger.

Den foreliggende oppfinnelsen overkommer disse ulike ulempene slik som depot frigivelse eller fortynning av næringsinnholdet uten å tilføre gjødslingsegenskaper. Dessuten er den billigere å implementere og spesielt tilpasset blandere.

Formålet med oppfinnelsen

Formålet med denne oppfinnelse er å overkomme den kjemiske blandingsinkompatibiliteten til urea og ureabaserte forbindelser. Et annet formål med oppfinnelsen er å finne en fremgangsmåte for fremstilling av passiverte urea og ureabaserte forbindelser. Et tredje formål er å oppnå en blanding av passivert urea og ammoniumnitrat. Et videre formål er å oppnå sikker ammoniumnitrat gjødselblanding.

Oppsummering av oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen er oppnådd ved produktet og fremgangsmåten beskrevet i det følgende og som definert i de vedlagte kravene.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av passiverte urea eller ureabaserte forbindelser for gjødselblandinger hvori ureapartiklene blir behandlet med en sterk syre som reagerer med urea og danner et gripelag. En fast base i pulverform blir deretter tilsatt i overskudd til partiklene for å belegge den surgjorte partikkeloverflaten. Partiklene blir fortrinnsvis behandlet med 0,1 til 1,0 vekt% syre og 4 til 6 vekt% base. En videre syrebehandling er foretrukket. Den sterke syren kan velges fra svovelsyre, fosforsyre eller salpetersyre, og den faste basen er valgt fra MgO, dolomitt, magnesitt, kalkstein, kalsitt, kritt, kalsiumoksid eller kalsiumhydroksid. Andre foretrukne behandlinger inkluderer 0,2 vekt% syre og 4-5,5 vekt% base og 0,9 til 1,0 vekt% syre og 4,0 vekt% fast base, basert på vekten av ureapartiklene. De ureabaserte forbindelsene er valgt fra urea, UAS, NPK, NK, NP og urea med mikronæringsstoffer. Urea kan være forbehandlet med tørking eller forvarming. Etterbehandling med belegning er også mulig.

Oppfinnelse angår også en gjødselblanding omfattende den passiverte urea eller ureabaserte forbindelsene med en eller flere av AN eller AN-baserte forbindelser, NS produkter, superfosfater, og mer generelt med a priori de fleste forbindelser som urea er mottakelig for å reagere med når i direkte kontakt. Fortrinnsvis omfatter blandingen urea eller ureabaserte forbindelser og ammoniumnitrat baserte forbindelser. Ammoniumnitrat forbindelsene ville inneholde salter som er i stand til å binde krystallvann, når det er nødvending. Saltet er valgt fra magnesiumnitrat eller magnesiumsulfat eller blandinger derav. Fortrinnsvis er saltmengden 0,5 to 3 vekt%. En foretrukket blanding omfatter passivert urea og ammoniumnitrat med magnesiumnitrat. En sikker blanding omfatter mer enn 40 vekt % av den passiverte urea.

Takket være en passiveringsprosess av ureapartiklene er de forvandlet til et nytt produkt av passivert urea. Overflaten av ureapartiklene blir behandlet med en liten mengde av sterk syre, slik som svovelsyre eller fosforsyre, som har evnen til å reagere med urea. Så blir en fast base i pulverform, slik som magnesiumoksid eller dolomitt, tilsatt i overskudd for å belegge den surgjorte overflaten, og reagerer med syren.

Variasjoner av dette prinsippet er mulig, men et nøkkelaspekt er tydelig å tilsette en tilstrekkelig mengde av syre først for å danne et gripelag. Dersom syre blir tilsatt etter pulveret, så blir passivasjonslaget svakt, fordi det ikke kleber seg til tilstrekkelig, og en stor del av pulveret blir faktisk ikke fiksert men går tapt.

Siden urea og ammoniumnitrat er de vanskeligste produktene å sette sammen i en blanding, ble det primære fokus satt på å oppnå egnede blandinger av disse to forbindelsene, så å utvide arbeidet til andre anvendelser slik som kalsiumnitrat og superfosfater. Beskrivelsen er basert på å lage mulige slike “umulige” blandinger, men ikke å begrense til dette. Teknikken og nye producer som er utviklet ifølge denne oppfinnelse er anvendbare for andre områder/andre blandinger etc.

Fremgangsmåte

Kjernen i fremgangsmåten er å bruke er system der syntesen av passivasjonslaget kan bli utført med tilstrekkelig homogenitet. Typisk en belegningstrommel, eller en roterendeblander, eller en panne, dvs. standard teknikker brukt i gjødselindustrien. En sementbil, med dens roterendedel, kan være perfekt til formålet, anvendt som mobil blandingsenhet. I resten av teksten er betegnelsen “trommel” likeledes brukt for denne delen av fremgangsmåten, men ikke begrenset dertil. For eksempel ble alle tester utført for å utvikle oppfinnelsen utført i liten skala, ved hjelp av en sementblander på omtrent 50L.

Forbehandling og etterbehandling før og etter trommelen kan brukes, avhengig av de aktuelle betingelsene, kvalitet på tilgjengelige materialer, kvalitetsmål for sluttproduktet, etc.

For eksempel dersom den passiverte urea skal transporteres/lagres etter passivasjonen, kan tillegg av vannavstøtende belegg være av interesse for å opprettholde kvaliteten på produktet inntil dets endelige anvendelse. Tillegg av et slikt belegg er en et standard fremgangsmåtetrinn i gjødselindustrien. Det er som sådan ikke kjerne i denne oppfinnelsen, men bringer videre kvalitet til produktet. Produksjonsfremgangsmåten kan bli utført som en satsvis fremgangsmåte, ellerkontinuerlig.

Satsvis fremgangsmåte:

For en satsvis fremgangsmåte ville de ulike forbindelsene typisk bli introdusert en etter en, i en sekvens slik som:

-urea

-så syre

-så alkalisk pulver

-så ekstra syre om nødvendig

-så belegg om nødvendig

-så andre forbindelse slik som ammoniumnitrat, TSP, etc.

Kontinuerlig fremgangsmåte:

Det henvises til figur 1, som viser en kontinuerlig fremgangsmåte. Urea (eller ureabasert forbindelse) blir introdusert i en belegningstrommel 1 fortrinnsvis etter forbehandling. Syren blir tilsatt, deretter det alkaliske pulveret 2 og så ekstra syre, hvis nødvendig.

Forbehandling er som sådan ikke nødvendig, men kan hjelpe. Forbehandling er typisk tørking og forvarming. Den kan bli utført med for eksempel en tverrstrøms veksler slik som et fluidsjikts [eng. fluidized bed] utstyr, en medstrøms- eller motstrøms-varmer/tørker, eller for eksempel en bulk flyt varmer, etc. Forbehandling kan være av spesiell interesse for å flate ut kvalitetssvingninger i produktene som blir brukt, for eksempel i tilfeller der de kan ha blitt utsatt for fuktopptak i mellomtiden fra de ble fremstilt og til de blir brukt for å fremstille blandingen.

Dessuten, dersom produktene er varmere enn omgivelsestemperaturen begrenser den opptak av fuktighet under håndteringen.

Etterbehandling kan også bli utført. Et avstøvningstrinn 3 er selvfølgelig et viktig pluss for å forbedre produktkvaliteten, men er som sådan ikke avgjørende. Dersom produktet ikke blir avstøvet vil løst støv simpelt hen ha en tendens til å akkumuleres på bunnen av sekken i hvilken produktet blir lagret. Tørking er også et pluss, og kan bli kombinert med et avstøvningstrinn. Under de fleste forsøkene ble ikke tørking utført noe som viser at det som sådan ikke er påkrevd, men selvfølgelig er fjerning av vann alltid en fordel for å sikre produktet høyere lagringsegenskaper.

Tørking er av spesiell interesse særlig ikke bare for å fjerne vann fra råmaterialene eller absorbere under fremstillingen, men også fordi reaksjonen av syren med det alkaliske pulveret produserer vann. Bare for å illustrere med ett eksempel:

H2SO4+ MgO = MgSO4+ H2O

Dersom et avstøvningstrinn blir utført, typisk ved hjelp av luft, så blir denne luften renset 4 med standard teknikker, fortrinnsvis ved hjelp av tørre teknikker slik som sykloner, elektrofiltre eller posefiltre for eksempel, som tillater en direkte resirkulering av støvet tilbake til trommelen 1 for re-fremstilling. I tilfelle av våtvasking for eksempel, så kan fremgangsmåteintegrering med for eksempel NPK-anlegg bli optimalisert eller produksjon av en flytende gjødsel ved bruk av vaskevæsken.

Partiklene kan eventuelt bli belagt 5 med en standard belegning, før de blir blandet 6 med andre forbindelser i et sluttrinn.

Screening for å kalibrere produktet og fjerne småpartikler/for store partikler/klumper på grunn av for eksempel progressive rensking av utstyret, kan også naturligvis bli utført enten som for- eller etterbehandling eller både og.

Testing

Det ble først studert/observert at blandingen av standard kvalitet ureagranulater sammen med standard kvalitet ammoniumnitrat eller CAN noen ganger var mulig, forutsatt at produktet var tørt fra begynnelsen, pakket for å unngå ethvert fuktopptak, og lagret ved omgivelsestemperatur. For å simulere tøffere betingelser ble en spesiell laboratorietest utviklet. Særlig høyere temperaturer som typisk påtreffes lokalt på grunn av solstråling når sekkene lagres utenfor eller til og med i noen lagerhus, der temperaturen kan stige betraktelig. En vanlig akseptert temperatur for å simulere slike lagringsbetingelser er 50 grader C, som typisk er brukt når man utfører for eksempel termosyklus [eng. thermocycling] sikkerhetstestene av AN-produkter.

Derfor ble en såkalt krukketest [eng. jar test] implementert for å vurdere ytelsen til produktene som ble testet under utviklingen av denne oppfinnelsen. Slagrørstesten er som følger: I en glassbeholder på 1000 mL, blir 150g ureabasert forbindelse i en granulatform blandet med en ekvivalent mengde av den andre forbindelsen, for eksempel ammoniumnitrat granulater, hermetisk forseglet og lagret i 24 timer ved 50 grader C. Siden resipienten er i glass er det enkelt å observere oppførselen og utviklingen av produktet på innsiden. Denne testen er bindende, siden produktet må motstå i 24 timer en temperatur som sjelden blir nådd under de fleste klima, og særlig i en så lang tidsperiode.

Resultater fra krukketesten er enkel:

-Når produktene er godt blandbare beholder de sitt aspekt, og forblir pent fritt flytende.

-I motsatt fall, når produkter ikke er blandbare, slik som urea med ammoniumnitrat, så blir en stor mengde væskefase generert, og gjenværende uoppløste granulater blir synlige innenfor denne væskefasen. Når temperaturen blir kjølt ned krystalliseres det hele sammen.

-I mellom finnes ulike situasjoner: for eksempel noen få granulater blir halvt agglomerert halvt smeltet sammen (typisk hvis f.eks. et ureagranulat var tilstede uten å være passivert ifølge oppfinnelsen), dvs. et lokalt fenomen som ikke influerer på resten. Eller et globalt fenomen når f.eks. granulatene blir klebrige og mudret. Andre fase i utviklingen ble utført i en pilotskala ved satsvis fremgangsmåte, ved hjelp av en sementblander på ~50L volum for både passivasjon og belegning ved behov, og en liten pulversengskjøler på 1m<2>for avstøvning.

Oppfinnelsen vil bli videre illustrert ved de følgende eksemplene:

Alle faste blandinger av to forbindelser beskrevet i eksemplene under ble utført på en 50/50 basis, uttrykt i masse. AN (ammoniumnitrat) var AN33,5 stabilisert med magnesiumnitrat, unntatt når annet spesifikt er angitt.

Eksempel 1

Standard produkter ble blandet sammen i ett glass og utsatt for en trinnvis temperaturøkning.

To blandinger ble fremstilt i krukketesten, den første var urea granulater blandet med CAN stabilisert med aluminiumsulfat og den andre CAN stabilisert med magnesiumnitrat.

Etter å ha blitt utsatt for 30 grader C i 24 timer, forble begge blandingene riktige. Ved 40 grader C, begynte blandingen med CAN stabilisert med aluminiumsulfat å bli våt og smelte, mens den andre forble i perfekt tilstand. Ved 50 grader C var begge blandingene totalt omdannet til oppslemminger.

Eksempel 2

I laboratoriet ble urea granulater senket ned i et beger fult av konsentrert svovelsyre (96 vekt %) ved romtemperatur og omrørt i 10 til 20 sekunder for å sikre en god kontakt med ureaoverflaten og siren uten å oppløse granulatene i væsken.

Granulatene ble så ekstrahert og plassert på et Büchner-filter for førts å fjerne overskudd av syre, hvoretter papir ble brukt for ytterligere å tørke prøvene inntil en konstant vekt ble nådd. De surgjorte granulatene hadde en pH på 2,6. Mengden av ammoniumioner, NH4+, ble sjekket og funnet å være bare 40 ppm, noe som indikerer at ingen urea ble nedbrutt under behandlingen noe som ville ha vist tilstedeværelse av ammoniumioner (i form av ammoniumsulfat).

Overflate av disse granulatene ble så behandlet med magnesiumoksidpulver, overflødig magnesiumoksidpulver ble fjernet ved sikting. På den måten ble pH til de surgjorte granulatene hevet fra 2,6 til mer enn 10. Den kjemiske analysen av produktet indikerer at det inneholdt 0,85% svovelsyreekvivalent og 2,8% magnesiumoksidekvivalent.

Det resulterende produktet ble blandet med AN, og passerte krukketesten med suksess.

Variasjoner av de foregående testene ble utført ved hjelp av henholdsvis fosforsyre (gjødselklasse, 54% P2O5) og magnesiumoksid, men også svovelsyre med dolomitt, og førte til samme suksessfulle resultater. Videre tester ble så utført i større skala ved bruk av svovelsyre og magnesiumoksid som referanse.

Eksempel 3

I en sementblander på med volum på omtrent 50 l, ble 20 kg ureagranulater plassert. En målmengde av svovelsyre ble dryppet på de rullende granulatene noe som krever omtrent 5 minutter. Produkter ble så rotert videre i 5 minutter for å fremme en god enhetlig syre distribusjon. En målmengde magnesiumoksidpulver ble tilsatt ved bruk av en liten vibrerende mater, og produktet ble rotert i enda 5 minutter for å få en enhetlig spredning av pulveret godt synlig på den hvite overflaten til ureagranulatene. Deler av produktet kunne bli prøvd som sådan, og deler ble videre avstøvet i en pulversengskjøler i 4 minutter. Luft i pulversengskjøleren er tørr (duggpunkt på 5 garder C) og varm (35 grader C) for å avstøve produktet. Ingen eller svært liten tørkeeffent ble observer i pulversengen slike betingelser.

Mengden av henholdsvis ekvivalent syre og ekvivalent magnesiumoksid i sluttproduktet ble sjekket. Mengden av syre var alltid svært nær den doserte mengden, men mengden av pulver strakk seg fra 60 til 90% av den doserte mengden. Alle tall nevnt i eksemplene korresponderer med den doserte mengden unntatt der annet er spesifikt angitt.

Eksempel 4

Ved å følge denne prosedyren for sementblandetesting ble ulike blandinger testet: 1% svovelsyre med 2% magnesiumoksid. Produktet mislykket i krukketesten.

1% svovelsyre med 4% magnesiumoksid. Produktet besto krukketesten med suksess.

0,5% svovelsyre med 4% magnesiumoksid. Produktet mislykket i krukketesten. 0,5% svovelsyre med 6% magnesiumoksid. Produktet besto krukketesten med suksess.

0,2% svovelsyre med 4% magnesiumoksid. Produktet besto nesten krukketesten. 0,2% svovelsyre med 6% magnesiumoksid. Produktet besto krukketesten.

Eksempel 5

Alternative tester ble utført for å fin innstille teknikken.

6% pulver ble tilsatt først, og deretter 0,2% syre. Produktet ble analysert og inneholdt bare 2,3% pulver og 0,15% syre. Produktet mislykket i krukketesten. Det er imidlertid bemerkelsesverdig at det meste av syren kunne bli analysert på granulatene. Utbytte av pulverfikseringen var imidlertid svært lav.

4% pulver ble tilsatt først, og deretter 1 % syre. Produktet var imidlertid mislykket i krukketesten.

Syre ble testet i en delt anvendelse: 0,5% svovelsyre først, så 4% magnesiumoksid, så 0,5%. Produktet passerte krukketesten.

Disse eksemplene viser klart at en første tilsetting av syre er nødvendig for å virke som et gripelag for pulveret, men også for å utføre en ensartet passivasjon av overflaten, obligatorisk for egent blanding med ammoniumnitrat.

Etter-påføring av for eksempel syre, et selvsagt mulig og kan være del avproduksjonsjusteringene i en industriellenhet.

Eksempel 6

Tester ble utført for å vurdere produktenes støving. Støving er definert i ppm som mengden av vekttap etter fluidisering av produktet i en standardisert prosedyre i 2 minutter. Tall under 300 ppm fører til et så og si ikke-støvende produkt under håndtering, mens produkter med mer enn 1000 ppm vil være støvende under håndtering. Standard ureagranulater er typisk i området mellom 100 og 1000 ppm i støvningsnivå med denne teknikken.

Før avstøvningstrinn i pilotanlegget, dvs. produktprøveuttak rett etter sementblanderen, var tallene høye og i størrelsesorden fra 2500 til 10000 ppm dersom bare 0,2% syre ble brukt. De høyeste tallene er på grunn av små klumper av støv som forvitret fullstendig i støv testen. Når 1% syre ble brukt var tallene godt innenfor området 2000-3000 ppm. Lavest tall før noen avstøvning ble oppnådd med for- og etter-tilsetting av syre. Tester med 0,5% syre, så 4% pulver, så 0,5% syre, ga tall på 1000 ppm.

Etter avstøvningtrinn i pilotanlegget var tallene typisk 800 til 1200 ppm støv hvis bare 0,2 % syre ble brukt versus mindre enn 500 ppm når 1% syre ble brukt.

Dessuten kunne støvingen bli ytterligere redusert etter tilsetning av en belegningsolje som er standard i gjødselindustri. I alle tilfelle er belegning av produktet med et vannavstøtende belegg tilrådelig for å begrense ethvert fuktopptak og fuktoverføring under håndtering før og etter blanding.

Fra de testene er det vist at å tilsette syre i to trinn kan være en god mate å begrense produktstøvingen på, noe som er spesielt interessant for en satsvis fremgangsmåte. Hvis et avstøvningstrinn er forutsett i fremgangsmåten er det imidlertid ingen forskjell mellom produkter hvor 1% syre ble direkte tilsatt eller når den ble tilsatt to ganger 0,5%.

Eksempel 7

Fuktoverføring:

All urea passivert i sementblanderen fikk en signifikant økning i fuktighet under testen, særlig på grunn av hygroskopisiteten til den konsentrerte svovelsyren.

Fuktighetstoget ble analysert med Karl Fisher fremgangsmåten:

Urea før noe som helst behandling 0,36% vann.

Urea uttatt i sementblanderen etter tilsetning av svovelsyre 96%: 0,58% vann, på grunn av fuktopptak fra omgivende miljø.

Urea uttatt etter tilsetning av 4 % MgO: 0,72 % vann (siden reaksjonen mellom svovelsyre og magnesiumoksid frigjorde 1 mol vann).

Urea uttatt etter pulverseng støvfjerning (4 minutter ved 35 grader C): 0,7% vann. Sluttprøve, holdt ved 50 grader C over helgen: 0,6% vann.

Urea uttatt etter pulverseng støvfjerning (4 minutter ved 65 grader C): 0,54% vann. Sluttprøve, infrarødt tørket ved 100 grader C: 0,16% vann.

Dette fuktighetstoget viser at de meste av vannet lett kan bli fjernet ved en industriellfremgangsmåte. Først av alt ved å forhindre fuktopptak under påføringen av syren, for det andre ved å inkludere et tørketrinn ved en mild temperatur i fremgangsmåten, typisk mellom 50 og 100 grader C.

I ethvert tilfelle, på tross av det relativt høye vanninnholdet i de fremstilte prøvene i vår testing var, som beskrevet over, testene med AN. Å være tørrere betyr bare å bygge ekstra hardførhet i produktet.

Eksempel 8

For å vurdere fuktoverføringspotensialet fra slik passivert urea inni AN under blandingen ble en prøve på 20 g av passivert urea plassert i en kopp i en dessikator fylt med 200 gram AN, og holdt over natten.

Den ble holdt ved romtemperatur, vanninnholdet i den passiverte urea minket fra 0,68% ned til 0,52%. Hvis den ble holdt ved 50 grader C, minket vanninnholdet til det passiverte urea fra 0,68% ned til 0,46%.

Det er derfor avgjørende ar enten AN-forbindelsen har noe vannbindingskapasitet, eller at den passiverte urea er tilstrekkelig tørr. Dette kan bli gjort enten ved å forhindre fuktopptak under dens fremstilling og enda bedre, å inkludere et tørketrinn. I våre tester ble AN33,5 stabilisert med 2,3% magnesiumnitrat og inneholdt typisk ~0,5-0,8% før blanding. Testen var mislykket hvis AN inneholdt 1,3% vann fra begynnelsen, noe som korresponderer med en grense på intet fritt vann ved 50 grader C.

Eksempel 9

Noen ekstra tester ble utført for å sjekke oppfinnelsens potensiale for andre blandinger.

Urea ble blandet med TSP granulater inneholdende 1 % vann analysert med Karl Fisher (KF). Blandingen kunne ikke passere krukketesten.

Urea passivert med 1% syre og 4% magnesiumoksid ble blandet med den samme TSP. Den besto krukketesten med suksess.

UAS ble passivert med 1 % svovelsyre og 4% magnesiumoksid, og blandet med kalsiumnitrat granulater. Blandingen besto krukketesten.