Brevet FR2461518A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un procédé et un app- reil de fabrication d'engrais granulés, et en particulier d'engrais du type binaire NP ou du type ternaire NPK, c'està-dire d'engrais contenant les éléments azote et phosphore ou azote, phosphore et potassium. Les engrais de ce type sont particulièrement prisés par les agriculteurs par suite de leur présentationsous forme de granulés, car ils évitent les inconvénients d'un engrais en poudre, qui s'envole facilement lorsqu'il est appliqué dans les champs par grand vent, ainsi que les inconvénients d'un engrais liquide, qui nécessite la manipulation d'un poids important d'un véhicule inerte. La fabrication des engrais granulés s'effectue depuis de nombreuses années par séchage d'unebouille liquide d'un mélange déterminé de sels minéraux, tels que phosphate diammonique, superphosphate, nitrate d'ammonium, sulfate neutre dQammoniumt chlorure de potassium, pour ne citer que les sels les plus couramment utilisés dans ce genre d'industrie. Le séchage de cette bouillie, qui se présente sous forme d'une solution aqueuse plus ou moins visqueuse selon sa teneur en matières solides en partie dissoutes, s'effectue généralement dans un cylindre rotatif ou granulateur dont le diamètre est de l'ordre de 2 mètres et la longueur de l'ordre de 5 à 10 ou 20 mètres, et dont l'axe est légèrement incliné par rapport à l'horizontale pour faciliter la circulation des matières qui y circulent. La bouillie est introduite à l'extrémité amont du cylindret où circule généralement à contre-courant, un courant d'air chaud qui sèche la bouillie et la transforme, au cours de son brassage et de son avance dans le cylindre rotatif, en granulés de toutes dimensions. Les granulés ainsi formés sont recueillis à l'extrémité aval du cylindre rotatif, criblés en fines, moyennes et grosses, les granulés de dimensions moyennes formant le produit marchand désiré, tandis que les granulés de grosses dimensions sont broyés et recyclés ainsi que les fines à l'extrémité amont du cylindre. Un tel procédé est gros consommateur d'énergie car il nécessite l'élimination par séchage de la plus grande partie de l'eau présente dans la bouillie d'alimentation du cylindre rotatif et nécessaire pour la formation de granulés ; d'autre part, la production d'une installation déterminée d'engrais granulés est limitée par le recyclage des particules ou trop fines ou trop grosses et qui peut atteindre un débit qui est un multiple des particules moyennes ayant la granulométrie désirée. On a cherché à réduire ces inconvénients en introduisant les bouillies dans le cylindre rotatif à des températures croissantes et en prévoyant, à l'intérieur de ce cylindre, des arrivées de vapeur d'eau sous pression, ce qui permet de réduire la quantité de chaleur amenée par le courant d'air chaud circulant dans le cylindre. La présente invention permet d'améliorer le bilan thermique d'une installation donnée tout en maintenant le recyclage de granulés de dimensions non satisfaisantes à un taux réduit. Elle permet ainsi d'augmenter la capacité des ateliers de fabrication d'engrais granulés sans accroissement de leur consommation énergétique. Le procédé selon l'invention consiste à injecter directement dans la masse des sels minéraux solides introduits dans le cylindre rotatif, une bouillie de sulfate d'ammonium légèrement acide et qui vient d'être préparée. Cette bouillie est préparée dans un réacteur à partir d'acide sulfurique concentré, de la quantité d'eau nécessaire à la granulation de l'engrais dans le cylindre rotatif et d'ammoniac. La quantité d'eau nécessaire à la granulation est introduite soit en totalité dans l'acide sulfurique concentré, soit en partie dans ce dernier et en partie dans l'ammoniac qu'elle dilue, donc avant la réaction de neutralisation entre l'acide et l'ammoniac. On utilise donc, dans le procédé selon l'invention, non seulement la chaleur de dilution de l'acide sulfurique dans l'eau mais également la chaleur de neutralisation de cet acide par d'ammoniac pour évaporer l'eau de dilution et pour réchauffer le sulfate d'ammonium qui est injecté aussitôt fabri qué, dans la masse des autres sels minéraux introduits à l'ex- trémité amont du cylindre rotatif sous forme de poudres ou de granulés. En d'autres termes, et sans que la Demanderesse soit liée par cette explication, on peut supposer que le sulfate d'ammonium chaud liquide qui vient d'être fabriqué et qui est introduit dans la masse solide à température voisine de la température ambiante des autres sels minéraux introduits dans le cylindre rotatif va servir de liant aux particules de ces autres sels minéraux pour former des granulés complexes, dont la composition moyenne répond à la formulation d'engrais granulés désirée. Pour effectuer cette injection de sulfate d'ammonium fraichement préparé dans le cylindre rotatif, la Demanderesse a mis au point un réacteur tubulaire à double enveloppe dans lequel s'effectue la réaction de neutralisation et qui se prolonge dans le cylindre rotatif par un injecteur de décharge coudé débouchant dans la masse de sels minéraux se déplaçant dans le cylindre. L'invention va être illustrée à l'aide d'une mise en oeuvre particu1ièrereprentéesur les dessins annexes dans lesquels : la figure 1 montre une vue d'ensemble d'une installation de fabrication d'engrais granulés selon l'invention ; et la figure 2 est une section verticale selon l'axe AA' de la figure 1 du réacteur de l'appareil selon l'invention. Le cylindre rotatif ou granulateur 1 est du type précédemment décrit et comporte à son extrémité amont 2, légèrement plus élevée que son extrémité aval 3, une trémie d'alimentation 4 en matière solide et un injecteur 5 prolongeant un réacteur 6, et, à son extrémité aval, un dispositif 7 d'extraction des granulés et de séparation des buées. Les granulés sortant dugranulateur Isont séchés puis passés aucribleoù seuls sont retenus en tant que produit marchand les granulés de dimensions moyennes répondant à une gamme déterminée, dont le maximum et le minimum varient en fonction de la formulation fabriquée. Les particules les plus grosses sont broyées et renvoyées ainsi que les plus fines, dans la trémie 4 et l'ensemble de ces particules trop grosses ou trop fines constitue le recyclage. On définit le taux de recyclage par le rapport du poids de particules grosses et fines sur le poids des particules moyennes. Dans le procédé selon l'invention, ce taux est toujours inférieur à 2 et généralement compris entre 1 et 1,3. Le dispositif de fabrication du sulfate d'ammonium comprend un mélangeur 8, un réacteur 9 et un injecteur 10. Le mélangeur 8 consiste en une conduite axiale 11 d'alimentation en acide sulfurique concentré, généralement à 98 %, qui est fermée à son extrémité et diffuse l'acide grâce à des perforations radiales 12. Cette conduite axiale débouche dans un cylindre 13 de plus gros diamètre, alimenté radialement en 14 par une arrivée d'eau. L'acide sulfurique dilué dans le mélangeur 8 sort par l'orifice 15 et va alimenter le réacteur 9. Le réacteur 9 se présente sous forme d'un tube à double enveloppe, l'enveloppe interne 16 et l'enveloppe externe 17 se présentant sous forme de deux tubes coaxiaux de même longueur ayant un rapport longueur sur diamètre compris entre 5 et 10. L'enveloppe interne 17 présente un orifice d'entrée 18 et de sortie 19 axiale et consiste en un tube présentant un diffuseur longitudinal 20 à proximité de son orifice d'entrée 18 et qui est muni sur toute sa largeur d'un certain nombre d'orifices radiaux 21, répartis uniformément le long de circonférences situées à égales distances les unes des autres et décalées de préférence de 45" par rapport à une des circonférences voisines. L'enveloppe externe 17 est cloisonnée par une paroi transversale 22 en deux compartiments cylindriques 23 et 24, munis respectivement d'une conduite 26 ou 27 d'alimentation en ammoniac liquide ou gazeux qui peut être dilué éventuellement par de l'eau. L'orifice de sortie 19 du réacteur 9 est reliée, par exemple à l'aide d'un élément conique 28, à l'injecteur 10, qui consiste en un tube pénétrant à l'intérieur du granulateur 1 et coudé pour déboucher à proximité de la paroi de ce dernier, en faisant un angle par rapport à la verticale de manière que l'extrémité de l'injecteur soit noyée dans la masse de la matière solide circulant dans le granulateur 1. L'extré mité de l'injecteur est de préférence munie d'un déflecteur 29. Un tel dispositif fonctionne de la manière suivante On règle le mélange d'acide sulfurique concentré et d'eau dans le mélangeur 8 en mesurant leurs débits et on introduit l'cide ainsi dilué dans l'orifice d'entrée 18 du réacteur 9 où il est diffusé par le diffuseur 20 sous forme de jets axiaux à l'intérieur de l'enveloppe interne 16. La dilution de l'acide sulfurique est de préférence, dans le cas d'un acide à 98 %, maintenue à un taux de H2S04/ H2S04 + H20 en poids compris entre 0,60 et 0,80 et notamment entre 0,65 et 0,72. On règle également l'arrivée d'ammoniac qui est de préférence liquide et dilué par une partie de l'eau nécessaire pour la granulation, en mesurant son débit et en le divisant, par exemple en parties égales, dans les compartiments 23 et 24 de l'enveloppe externe 17, d'où l'ammoniac pénètre dans l'enveloppe interne 16 par l'intermédiaire des orifices radiaux 21. I1 y a ainsi une rencontre à angle droit des courants d'acide sulfurique dilué et d'ammoniac dans le réacteur. Les débits respectifs de l'acide et de l'ammoniac sont réglés de manière que l'on obtienne une lègère acidité. On a en effet observé qu'il n'y avait pas de granulation en cas d'introduction dans le granulateur de sulfate d'ammonium neutre. On préfère obtenir des conditions de neutralisation telles que l'on obtienne un mélange de sulfate d'ammonium neutre et de sulfate d'ammonium acide contenant environ 50 à 80 % en poids du premier, Les pressions dans le réacteur sont de l'ordre de 2 à 5 bars; la bouillie de sulfate d'ammonium sortant par l'injecteur a une température de l'ordre' de 250 à 350 C, et un pH de ltordre de 1,5 et elle est pratiquement anhydre. Au cours des réactions de dilution de l'acide sulfurique dans le mélangeur et de sa neutralisation par l'ammoniac dans le réacteur, il y a vaporisation de l'eau de dilution dans une mesure suffisante pour réduire, voire supprimer, toute adjonction de vapeur supplémentaire dans le granulateur 1 Pour illustrer la gamme des différentes formulations d'engrais complexes granulés que l'on peut fabriquer selon la présente invention, on trouvera dans le tableau ci-dessous les conditions opératoires du réacteur, les proportions des matières premières utilisées, les conditions de granulation, les caractéristiques du produit fini et la granulométrie pour différentes formulations. TABLEAU Formule NPK 17.17.17 18.22.12 14.20.20 20.10.10 Alimentation matières premières (Kg/tonne) - Réacteur H2S 4 98 % 75 68 70 70 Eau de dilution 11 12 12 10 NH3 liquide 22 23 20 25 Eau de dilution 22 24 24 20 totale 33 36 36 30 % dilution H2S04 69,6 65,3 66 70 Rapport H2 504 3,4 2,95 3,5 2,8 NH3 - Granulateur Nitrate à NH4 245 24I 144 365 Sulfate neutre NH4 112 phosphate diam 373 419 440 189 Superphosphate simple 80 Chlorure de potassium 284 190 334 167 Humidité des matières premières solides (en %) 1,12 1 > 36 1,28 1,34 GRANULATION Taux de recyclage 0,9 1 1,1 1,1 TO du produit à la sortie du granulateur 80" 76" 840 82 Teneur en H20 du produit à la sortie du granulateur 1,55 1,45 1,55 1,70 PRODUIT FINI N total 17,01 17,89 14,53 20,07 N nitrique 4,52 4,20 2,86 6,13 N ammoniacal 12,49 13,69 11,67 13,94 P205 total 17,00 21a90 19,97 10,49 K20 17,46 12,41 18,97 10,56 % H20 (1 h 1000C) 0,51 0,60 0,68 0,50 TABLEAU (suite) Formule NPK 17.17.17 18.22.12 14.20.20. 20.10.10 pH superficiel 5,95 5,90 5,70 6,20 GRANULOMETRIE (mm) + 4 0,6 0,5 0,1 0,4 + 3,15 28 8,9 9,1 23,7 + 2,5 91 88,1 86,7 90,8 + 2 99 99,2 98 99,1 Il ressort des données du tableau précédent qu'avec un taux de recyclage proche de 1, on obtient selon l'invention différentes formulations d'engrais complexés granulés ternai rets, dont la teneur en humidité est remarquablement basse et dont 90 % en moyenne ne passent pas à travers un tamis de 2,5 mm, mais passent à travers celui de 4 mm et sont retenus par celui de 2 mm de diamètre d'ouverture de maille. Un tel résultat illustre la grande souplesse du procédé de l'invention. Il, est à noter en outre que le réacteur servant à la mise en oeuvre de ce procédé est réalisé en ou revêtu d'un matériau approprié résistant à l'action de l'acide sulfurique. Il va de soi que la présente invention n'a été dé site qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y etre apportée sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Procédé ae préparatfon d'engrais granulés parintroduc- tiond'une bouilliede sulfated'ammonium dans les seîsminéraux à l'extrémité amont d'un cylindre rotatif dans lequel s s'effectue le sé- chagede la bouillie et sa transformation en gra?tulés, criblage des gra- nulés sortant de l'extrémité aval du cylindre rotatif en fines2 moyennes et grosses, recueil des particules moyennes qui constituent le produit fabriqué et recyclage des grosses, après broyage, et des fines à l'extrémité amont du cylindre, caractérisé en ce quton injecte directement une bouillie sulfate d'ammonium légèrement acide et qui -vient d'être-préparée, dans la masse des autres sels minéraux introduits dans le cylindre rotatif sous forme solide. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bouillie de sulfate d'ammonium est fabriquée dans un réacteur à partir d'acide sulfurique concentré, de la quantité d'eau nécessaire à la granulation de l'engrais dans le cylindre rotatif et d'ammoniac pour être injectée, directement à la sortie du réacteur, dans la masse des autres sels minéraux se présentant en particulier sous forme de poudres. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité d'eau nécessaire à la granulation de l'en- grais dans le cylindre rotatif est introduite en totalité dans l'acide sulfurique concentré ou en partie dans ce dernier et en partie dans l'ammoniac liquide avant mise en contact de l'acide et de l'ammoniac dans le réacteur, de préférence de manière que le taux de dilution H2S04/H2S04 +H20 en poids soit compris entre 0,60 et 0,80. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le contact entre acide sulfurique et ammoniac s'effectue à angle droit. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la réaction de neutralisation de l'ammoniac par l'acide sulfurique en présence d'eau est conduite de manière à obtenir un mélange de sulfate neutre et de sulfate acide d'ammonium de préférence dans une proportion de 50 % à 80 % en poids du premier. 6 - Appareil pour la préparation d'engrais granulés selon le procédé faisant l'objet de la revendication 1, comprenant un cylindre rotatif une trémie d'alimentation en matières solides et un injecteur d'alimentation en bouillie liquide, situés tous deux à l'extrémité amont du cylindre, une série de cribles recueillant les granulés sortant de l'ex- trémité aval du cylindre et permettant leur séparation en fines, moyennes et grosses et le recyclage des particules grosses après broyage et des fines à l'extrémité amont du cylindre, caractérisé en ce que l'injecteur introduit, à l'intérieur de la masse des sels minéraux solides provenant de la trémie d'alimentation, une bouillie liquide de sulfate d'ammonium préparée dans un réacteur tubulaire à double enveloppe où l'acide sulfurique arrive axialement dans l'enveloppe interne et l'ammoniac est duffusée de l'enveloppe externe vers l'enveloppe interne par une série d'orifices radiaux. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réacteur a un rapport longueur/diamètre extérieur compris entre 5 et 10. 8 - Appareil selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'enveloppe externe du réacteur où s'effectue l'arrivée d'ammoniac est divisée en deux compartiments séparés qui sont tous deux en contact par des orifices radiaux avec l'enveloppe interne, où s'effectue l'arrivée de l'acide sulfurique, de préférence ces deux compartiments comportant un,nom- bre d'orifices radiaux croissant avec la direction d'écoulement de la bouillie. 9 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les orifices radiaux du réacteur sont répartis uniformément le long de circonférences, situés à égal distance les uns des autres sur toute la longueur de l'enveloppe interne du réacteur. 10 - Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les orifices disposés le long d'une circonférence sont décalés de 45" par rapport à ceux des circonférences voisines.