Brevet FR2014966A1 — publié le 19700424

La présente invention est relative à un procédé de préparation d'un engrais composé hautement concentré contenant de l'azote, du phosphore et du potassium ou, au moins, de l'azote et du phosphore. Les besoins en engrais composés hautement concentrés ayant des compositions appropriées pour les utilisations visées, se sont accrus. Parmi ceux-ci, 11 engrais composé hautement concentré contenant de l'urée et du phosphate d'ammonium pris beaucoup d'importance. On prépare cette sorte d'engrais composé hautement concentré en préparant respectivement et séparément de l'urée et du phosphate d' ammonium qu'on mélange dans les proportions désirées, ou en faisant réagir de l'ammoniac sur de l'acide phosphorique afin d'obtenir une suspension de phosphate d'ammonium à laquelle on mélange de l'urée. Ces procédés nécessitent trois stades de préparation: un stade de préparation de l'urée, un stade de préparation du phosphate d' ammonium et un stade de préparation de 11 engrais composé hautement concentré ou bien deux stades, à savoir: un stade de préparation de l'urée et un stade de préparation de l'engrais composé hautement concentré, effectué à l'aide d'un appareil granulateur et d'ammoniation. On doit faire face à de nombreux problèmes posés par le fait même que trois ou deux stades sont nécessaires et qu'il est difficile d'agir, à chaque stade, sur l'efficacité, les appareillages et les conditions opératoires. Lors de la préparation de l'urée, pour décomposer le carbamate d'ammonium, obtenu comme intermédiaire, en ammoniac et en anhydride carbonique et pour les renvoyer vers le réacteur de synthèse de 1' urée, il est nécessaire d'utiliser une instaltion compliquéeXans ration de a pré/ phosphate d'ammonium, le phosphate diammonique qui est plus utile, comme engrais, que le phosphate monoammonique est si difficile à obtenir qu'il est nécessaire de rigoureusement régler les conditions opératoires. Pour obtenir un engrais composé hautement concentré, il est nécessaire de très bien régler les opérations permettant l'obtention d'un mélange homogène et les opérations de granulation.En outre, lors du stade de granulation, la présence d1 eau est indispensable, ce qui impose une charge importante au stade de séchage. La Demanderesse a découvert que le pentoxyde de phosphore est efficace comme agent déshydratant permettant d'éliminer rapidement et efficacement l'eau formée par la réaction de synthèse de l'urée mais qui ne réagit pas directement sur l'ammoniac et l'anhydride carbonique qui sont les matières premières utilisées pour préparer 1' urée et qui réagit d'abord sur l'eau produite par la réaction de synthèse de l'urée et ensuite seulement sur l'ammoniac, permettant l'obtention d'une substance utile, l'utilisation du pentoxyde de phosphore permettant d'obtenir, sans incidents, un engrais composé hautement concentré adapté à l'utilisation visée, sans rencontrer les diverses difficultés décrites ci-dessus présentées par la préparation d'engrais composés hautement concentrés. La présente invention a pour objet un procédé de synthèse directe d'engrais composés hautement concentrés consistant à charger de 1' ammoniac, de l'anhydride carbonique et du pentoxyde de phosphore dans un réacteur résistant à la pression, afin de les faire réagir à température et pression élevées, à séparer, de la masse fondu. ainsi ch- tenue, l'a moniåc et l'anhydride carbonique n'ayant pas rugi, à les renvoyer vers le réacteur résistant à la pression ou à lesutiliser dans un autre but et à prendre, comme produit visé, la masse fondue d'où les substances n ayant pas réagi ont été éliminées ou à éventuellement ajouter à ladite masse fondue un constituant d'engrais et/ou tout autre constituant, et à prendre la masse fondue ainsi obtenue comme produit désiré. Comme on le sait bien, lorsqu'on place de l'ammoniac et du gaz carbonique dans des conditions élevées de température et de pression, les réactions représentées par les équations suivantes ont lieu: 2 m + C02 = NH2C00NH4 (1) NH2COONH4 = NH2CONH2 2 1120 (2) La réaction (1) est rapidement menée à bonne fin, mais la réaction (2) est tellement lente qu'elle ne se poursuit pas au-delà d' une composition d'équilibre spécifiée par les conditions réactionnelles. En conséquence, le carbamate d'ammonium, figurant dans la partie gauche de l'équation (2), reste en quantité considérable dans le produit de la réaction. Un stade compliqué permettant de séparer 1' urée du carbamate d'ammonium et de l'eau est donc indispensable. Si l'eau produite par l'équation (2) peut être éliminée, la réaction de déshydr-atation du carbamate d'ammonium peut se poursuivre et la production d'urée augmente. Cependant, dans un procédé classique de préparation de l'urée, l'eau produite à l'équation (2) n'est pas éliminée au cours de la réaction. Selon la présente invention, on fait réagir l'eau produite à l' équation (2) sur du pentoxyde de phosphore de façon que la déshydratation de l'équation (2) puisse être accélérée et qu'on puisse ajouter au produit un acide phosphorique, qui est un constituant efficace. Les réactions ayant lieu au cours de la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention ntont pas encore été parfaitement élucidées.Cependant, on pense qutil s'ait des réactions représentées ci-dessous: 2NH3 + C02 = NH2COONE4 (1) NH2 ONH4 NH2 2 NH2CONH2 + 1120 (2) 2 5 + 31120 = 2H3Po4 (3) 2% P04 + 4N113 = 2 (NH4)2HPo4 C'est-à-dire que, lorsquton charge de l'ammoniac, de l'anhydride carbonique et du pentoxyde de phosphore dans le réacteur résistant à la pression, on obtient d'abord, comme le montre l'équation (1), du carbamate d'ammonium. Puis la réaction représentée par 1' équation (2) a lieu, en donnant de l'urée et de l'eau. On pense que l'eau produite par la réaction (2) réagit comme indiqué par l'équation (3), en donnant de l'acide phosphorique. On pense qu'ensuite l'ammoniac chargé en excès dans la réaction (1) et l'acide phosphorique produit par la réaction (3) réagissent comme indiqué en (4) en donnant du phosphate diammonique. Comme la réaction (3) consomme de l'eau, la réaction (2), qui est une réaction agissant sur la vitesse de la synthèse de l'urée, est accélérée. On pense que, comme la réaction (4) est effectuée sous pression élevée, il se produit du phosphate diammonique qui est plus désirable que le phosphate monoammonique. On pense qu'on obtient ainsi une masse fondue dans laquelle, théoriquement, 2/3 de mole de phosphate diammonique est mélangée à une mole d'urée. Dans le procédé selon la présente invention, les réactions respectives ci-dessus, dans le réacteur résistant à la pression, sont effectuées dans des conditions de température et de pression classiques pour la réaction de synthèse de l'urée, c'est-à-dire à une tem pérature de 160 à 1850C et sous unepression de 150 à 250.atmosphè- res. En outre, comme dans la réaction classique de synthèse de 1' urée, on opère en présence d'un excès d'ammoniac. Par "excès", on veut dire ici qu'on opère en présence d'une quantité supérieure à celle nécessaire pour les deux réactions (1) et (4). Cet ammoniac en excès est éventuellement renvoyé vers le reac- teur résistant à la pression. Cependant, comme la réaction (2) est accélérée par la réaction (3), la production- d'urée croft et est plus élevée que dans le procédé classique, ce qui fait que le taux de conversion de l'anhydride carbonique chargé en urée est élevé et que la quantité d'anhydride carbonique à renvoyer vers le réacteur résistant à la pression en même temps que l'excès d'ammoniac est si faible que le système de retour des substances n' ayant pas réagi s' en trouvera simplifié. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, la Fig. unique représente un mode de mise en oeuvre de la présente invention On charge, dans un réacteur 9 résistant à la- pression, de 1' anhydride carbonique par un conduit i et une pompe 2, de l'ammoniac par un conduit 3 et une pompe 4, un mélange d'ammoniac et d'anhydride carbonique ntayant pas réagi par un conduit 5 et une pompe 6 et du pentoxyde de phosphore par un conduit 7 et un dispositif de charge 8 On considère que, dans le réacteur 9 résistant à la pression, à température et pression élevées, ce sont essentiellement les réactions respectivement représentées par les équations (1) à (4) précitées qui ont lieu et qu'on obtient un mélange fondu constitué principalement par de l'urée, du phosphate diammonique et de l'ammoniac liquide Ce mélange fondu est envoyé vers un séparateur 12, par un conduit 10 et une vanne 11 de réduction de pression, et est ainsi décomprimé de sorte que l'ammoniac ainsi que les autres produits du mélange n'ayant pas réagi deviennent gazeux et peuvent hêtre séparés du mélange fondu. Puis le mélange fondu arrive-dans un séparateur 15, par un conduit 13 et une vanne 14 réductrice de pression , dans lequel la séparation des substances n'ayant pas réagi s'effectue - nouveau. Les substances n'ayant pas réagi,obtenues dans le séparateur 12, passent par un conduit 16 et une vanne 17 réductrice de pression, sont réunies aux substances n'ayant pas réagi provenant d'un conduit 18 et sont ensuite renvoyées vers le réacteur 9 résistant à la pression, par le conduit 5 et la pompe 6. Dans ce cas, on peut éventuellement utiliser les substances n'ayant par réagi dans d'autres applications, sans les renvoyer vers le réacteur 9 résistant à la pression. D'autre part, à la masse fondue s'écoulant hors du séparateur 15, on ajoute un composé contenant du potassium, etc.., par un conduit 19, et on envoie ensuite le tout vers un dispositif de fusion 21, par un conduit 20, on l'y chauffe à la température appropriée ce qui améliore son état de fusion, et on l'envoie vers un dispositif granulateur 23, par un conduit 22. Au dessin, on a représenté le cas où on ajoute au mélange fondu un composé contenant du potassium etc.. Cependant, on peut ajouter non seulement un tel composé, mais également n'importe quel constituant d'engrais, constituant chimique agricole, constituant herbicide ou çonstituant modificateur de la qualité du produit. En outre, on peut obtenir la mélange fondu à titre de produit, tel quel, sans y faire aucune addition. A partir du-dispositif granulateur 23 on obtient, par un conduit 24, un engrais composé granulaire hautement concentré. En outre, un échangeur thermique est prévu dans le réacteur 9 résistant à la pression, de façon que la chaleur de réaction libérée par les réactions (1), (3) et (4) puisse être recueillie sous forme de vapeur d'eau. L'exemple suivant est donné à titre d'illustration de l'invention. Exemple La charge placée dans le réacteur résistant à la pression a lacomposition suivante: Les matières premières fraîches, l'ammoniac et l'anhydride carbonique, ont respectivement une pureté de 99 et de 98 à 99, et le pentoxyde de phosphore a une pureté de 97 à 99,8, s. Le courant retournant vers le réacteur 9 résistant à la pression est constitué par de l'ammoniac et de l'anhydride carbonique et ne contient ni eau ni urée. Dans le réacteur 9 résistant à la pression on charge, à titre de matières premières fraîches; 294 tonnes/jour d'ammoniac, 215 ton nes/jour de gaz carbonique et 230 tonnes/jour de pentoxyde de phosphore. En outre, à titre de courant de recyclage, on charge 250+9 tonnes/jour d'ammoniac et 67,5 tonnesjour d'anhydride carbonique. Dans ce cas, l'excès d'ammoniac, par rapport à l'anhydride carbonique, est de 90/in. Les conditions réactionnelles maintenues dans le réacteur 9 résistant à la pression sont une température de 160 à 18500 et une pression de 150 à 250 atmosphères. Les 715 tonnes/jour d'engrais hautement concentré obtenues ont la composition suivante; 31% d'azote total constituéspar 12,6% d' azote ammogiacol et 18,4% d'azote sous forme d'urée. La teneur en acide phosphorique est de 32,' (P205). Dans cet exemple, le taux de conversion de 11 anhydride carbonique en urée est de 78% et est bien plus élevé que le taux de conversion d'environ 57% obtenu-dans le procédé classique de synthèse de l'urée. On résumera comme suit les effets de la présente invention: 10- Comme on obtient un engrais composé hautement concentré en utilisant une seule-charge, les stades de production sont relarqua- bzement simplifiés; 20- la réaction de préparation de l'urée est effectuée dans des conditions très efficaces; 30- comme la réaction de préparation de l'urée elle-même est très efficace et qu'on ne renvoie pas d'eau vers le système de synthèse de l'urée, la capacité du réacteur croit; ; 40- le système de récupération des substances n'ayant pas réagi, faisant suite au réacteur résistant à la pression, est simplifie 50- toutes les réactions dans le réacteur résistant à la pression, sauf la réaction de déshydratation du carbamate d'ammonium, sont des réactions exothermiques, la réaction de déshydratation du carbamate d'ammonium, qui est une réaction endothermique, est accélérée et le reste de la chaleur de réaction est recueilli et utilisé pour d'autres utilisations; 60- La réaction est facile à régler. , On considère que les réactions ont lieu théoriquement dans l'ordre (1), (2), (3) et (4) précité. Enconséquence, il n'est pas nécessaire de maintenir cet ordre artificiellement. REVENDICATIONS 1. Un procédé permettant la synthèse directe d'engrais composés hautement concentrés caractérisé en ce qu'on charge de l'ammoniac, de l'anhydride carbonique et du pentoxyde de phosphore dans un réacteur résistant à la pression, de manière à les faire réagir dans des conditions élevées de température et de pression. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu' on sépare de lteffluent du réacteur résistant à la pression l'ammoniac et l'anhydride carbonique n'ayant pas réagi qu'on renvoie vers le réacteur résistant à la pression et on obtient, comme produit désiré, l'effluent dont l'ammoniac et l'anhydride carbonique n'ayant pas réagi ont été séparés. 3. Un procédé suivant la revendication 2, caractérisé enice qu' a on ajoute des constituants d'engrais de type N, P ou get/ou/autres à l'effluent dont l'ammoniac et l'anhydride carbonique n'ayant pas réagi ont été séparés. 4. Un procédé suivant les revendications 1, 2, et 3 , caractérisé en ce que, dans le réacteur résistant à la pression, la température est comprise entre 160 et 1850C et la pression est comprise entre 150 et 250 atmosphères. 5. Un procédé suivant les revendications 11 2, 3 et 4 caractérisé en ce qu'on charge du pentoxyde de phosphore dans le réacteur résistant à la pression, en même temps que de 1' ammoniac liquéfié. 6. Un procédé suivant les revendications 1, a. 3, 4 et 5 r caractérisé en ce qu'on utilise un excès d'ammoniac, par rapport à l'anhydride carbonique, dans le réacteur résistant à la pression.