Brevet FR2508895A1 — publié le 19830107

On connait différentes méthodes qui sont utilisées pour la fabrication de granules d'urée L'une d'elles consiste à provoquer la formation de gouttelettes à partir d'une masse en fusion d'urée substantiellementanhydre (ayant une teneur en eau qui n'est pas supérieure à 0,1 à 0,3 % en poids) que l'on pulvérise au sommet d'une colonne dans un courant ascendant d'air à la température ambiante dans lequel les gouttelettes se solidifient On obtient ainsi des gouttelettes ou des perles qui ont un diamètre maximum de 2 rmi environ et dont la résistance mécanique est plutôt faible. On peut produire des granules d'urée ayant des dimensions plus importantes et de meilleures propriétés mécaniques en procédant à la granulation d'une masse en fusion d'urée substantiellement anhydre dans un granula= teur à tambour, par exemple par la technique de splitoi- disation décrite dans le brevet britannique N 894 773, ou dans un granulateur: plateau comme décrit dans le bre- vet américain N 4 008 064, ou par la granulation d'une solution aqueuse d'urée dans un lit fluidisé, par exemple comme décrit dans la lemande de brevet hollandais N 7806213. Selon le procédé décrit dans ce dernier document, une solu- tion aqueuse d'urée ayant une concentration en urée de 70 à 99,9 % en poids, de préférence de 85 à 96 % en poids,est pulvérisée sous forme de très fines gouttelettes ayant un diamètre moyen de 20 à 120 microns, à l'ibtérieur d'un lit fluidisé de particules d'urée à une température à la- quelle l'eau s'évapore de la solution pulvérisée sur ces particules tandis que l'urée se solidifie sur ces dernières pour donner naissance à des granules ayant la dimension souhaitée qui peut être de 25 mm et plus Comme, avec ce procédé, des quantités plutbt importantes de poussières volantes se forment, spécialement lorsque la solution d'urée utilisée comme matière de départ contient plus de 5 % d'eau en poids, et en particulier plus de 10 % d'eau en poids, il est préférable d'ajouter à la solution d'urée un retardateur de cristallisationdelurée en particulier un produit d'addition ou de condensation, soluble dans l'eau, de formaldehyde et d'urée, de sorte que la formation de poussières volantes est supprimée pratiqueîoent en totalité. La présence du retardateur de cristallisation a pour résul- tat que les granules restent plastiques pendant qu'ils se forment si bien que, grâce à leur roulement et/ou à leurs choes pendant leur formation, on obtient des granules ronds, à surface lisse, à bonne résistance mécanique Ces granules ont une résistance élevée à l'écrasement, une grande résis- tance aux chocs, une faible tendance à donner naissance à de la poussière en frottant ensemble, et, en plusjne s'agglomèrent pasles uns aux autres, même à la suite d'un emmagasinage prolongé, alors que l'urée possède une forte tendance naturelle à s'agglomérer. On connait des granules d'engrais qui contiennent en plus de l'urée un ou plusieurs autres fertilisants Ces granules peuvent être produits par transformation en gout- telettes ou par granulation dans un granulateur à tambour, ou dans un granulateur à plateau à partir d'une masse- d'urée en fusion substantiellement anhydre contenant un ou plusieurs autres fertilisants à l'état solide finement divisé ou par granulation dans un lit fluidisé d'une solution aqueuse d'urée contenant un ou plusieurs autres fertilisants en solution et/ou en suspension. Comme exemple d'agents fertilisants ou d'engrais qui sont traités souvent avec des granules d'urée on peut citer: le sulfate d'ammoniaque, le phosphate d'ammonium, le phosphate diammonique. Les granules contenant de l'urée et du sulfate d'ammonium servent à la fertilisation des terres pauvres en soufre et contiennent souvent jusqu'à 40 % en poids et, de préférence, de 15 à 20 % en poids de sulfate d'ammonium Les granules contenant de l'urée et du phosphate d'ammonium ou du phosphate diammonique sont souvent fa- briqués selon les spécifications des utilisateurs qui ont besoin d'un certain pourcentage de phosphate dans les granules D'autres substances fertilisantes sont traitées aussi parfois avec de l'urée transformée en granules. Il a été constaté maintenant que des composés d'aluminium solubles dans l'eau sont bons comme agents retardateurs de la cristallisation de l'urée et que les granules produits par transformation en gouttelettes ou par granulation d'une masse en fusion ou d'une solution d'urée contenant un tel agent retardateur de cristalli- sation ont des propriétés particulières, même quand la masse en fusion ou la solution d'urée contient un ou plu- sieurs autres fertilisants en solution et/ou en suspension. L'invention a donc pour objet un procédé de fabri- cation de granules contenant de l'urée comme composant principal, par transformation en gouttelettes ou par granulation d'une masse en fusion d'urée ou d'une solution aqueuse d'urée, cette masse ou cette solution pouvant con- tenir un ou plusieurs autres fertilisants, comme le sul- fate d'ammonium, le phosphate d'ammonium et le Ehosphate diammonique, en solution et/ou en suspension, ce procédé consistant en ce qu'on ajoute un sel d'aluminium soluble dans l'eau à la masse en fusion, à la solution ou à la suspension destinée à être transformée en gouttelettes ou à subir une opération de granulation. Il a été constaté, avec surprise, que la présence d'un sel d'aluminium inorganique, soluble dans l'eaupen- dant l'opération de transformation en gouttelettes ou pendant la granulation a pour résultat que la formation des granules se fait bien et que la formation de poussières volantes est empêchée, cependant que les granules obtenus ont une résistance élevée à l'écrasement, un poids spécifi- que apparent élevé, une tendance à l'agglomération forte- ment réduite et, dans certains cas, une absence d'agglomé- ration ou d'agglutination même quand ils sont emmagasinés pendant des durées prolongées En plus il a été constaté que les granules conformes à l'invention sont compatibles avec les granules de superphosphate N de superphosphate triple (SSP et TSP respectirement), ce qui les rend aptes à être mélangés en vrac avec ces engrais contenant du phosphate. Les granules classiques d'urée sont connus pour ne pas pouvoir être utilisables dans les mélanges hétérogènes d'engrais binaires et ternaires, comme les mélanges N-P ou N-P-K,par malaxage en vrac avec du superphosphate ou du superphosphate triple, pour la raison que ces granules d'urée sont incompatibles avec ces phosphates. Les mélanges de granules d'urée avec des granules de simple superphosphate/ou de superphosphate triple devient déliquescent après un certain temps et donnent une boue difficile à traiter et à utiliser Selon un article écrit par G Hoffmeister et G H Megar, présenté pendant "The Fertilizer Industry Round Table" le 6 novembre 1975 à Washington D C, cette incompatibilité est due à une réaction se produisant selon l'équation suivante Ca(H 2 P 24)2,H 22 + 2 Ca(H 2 PO 4)2)4 CO (NH 2)2 +H 20 La réaction de 1 mole de phosphate monocalcique monohydraté, qui est le composé principal du superphos- phate et du superphosphate triple, avec 4 moles d'urée, conduit à la formation d'un adduct phosphate monocalcique- -urée, avec la libération d'une molécule d'eau Comme cet adduct a une solubilité élevée, il est facilement dissous dans l'eau libérée et donne naissance à un grand volume de solution qui humidifie les granules du mélange, à la suite de quoi la réaction s'accomplit à une vitesse encore plus grande Jusqu'à présent aucun moyen commercialement acceptable n'a été découvert pour rendre l'urée compatible avec le superphosphate ou le superphosphate triple En fait, pour les mélanges en vrac avec l'urée on utilise jusqu'à présent des sels de phosphate plus co Qteux comme le phosphate monoammonique et le phosphate diammonique. Toutefois, les granules produits selon l'invention qui contiennent de l'urée comme composant principal sont compatibles avec les granules SSP et TSP, en toutes pro- portions, ce qui les rend utilisables pour le mélange en vrac avec ces engrais à base de phosphate. Comme exemples de sels d'aluminium inorganiques solubles dans l'eau que l'on peut utiliser pour le procédé de l'invention, on peut citer le chlorure d'aluminium, le sulfate d'aluminium, le sulphate alcalin d'aluminium Na Al(SO 4)2 On ajoute le sel d'aluminium à la masse en fusion ou à la solution d'urée à transformer en goutte- lettes ou en granules dans une proportion qui équivaut à au ?a O nn 0,1 a en poids de A 123 ' de préférence qui corres- p Con x 03 I t 1 % en poids de A 1203, le calcul étant fait sur la quantité en matières solides de la masse en fusion ou de la solution Des proportions de plus de 1,5 % en poids, calculées sur la base de A 1203, ne sont pas nuisibles mais n'apportent aucun avantage particulier L'additif peut être ajouté sous forme de poudre ou, quand il s'agit d'une solu- tion aqueuse ou d'une suspension à granuler, de préférence sous forme d'une solution aqueuse ou d'une suspension. De préférence apres leur formation les granules sont refroidis à 30 C ou à une température inférieure, par exemple au moyen d'un courant d'air dont la teneur en hu- midité a, de préférence, été réduite pour que pendant le refroidissement les granules n'absorbent aucune humidité provenant de cet air froid. L'invention couvre aussi les mélanges d'engrais compatibles, hétérogènes, contenant des granules diurée produits par le procédé de l'invention avec des granules SSP et TSP et, si on le désire, une ou plusieurs autres substances sous forme de granules. En plus des granules contenant de l'urée et des granules SSP ou TSP, on ajoute généralement aux mélanges un engrais à base de potassium comme K Cl Afin d'empêcher la ségrégation de ce mélange, on doit adapter les unes aux autres les dimensions des particules des composants à mé- langer. Pour une information plus complète au sujet de la fabrication des granules d'engrais on pourra se référer au procédé de transformation en gouttelettes décrit dans le brevet américain 3 130 225, pour la granulation dans un granulateur à plateau au brevet américain 4 008 064, pour la granulation dans un granulateur à tambour au brevet britannique 894 773 et pour la granulation dans un lit fluidisé au brevet hollandais N 78 06213. Lorsque la granulation est effectuée dans un lit fluidisé, la matière de départ utiiisée est une solution aqueuse d'urée à une concantration en urée de 70 % au moins en poids et de préférence de 85 à 96 % en poids. Pour la granulation de l'urae a rvec N ou plusieurs autres engrais ou fertilisants, on util ise de préference -une solution d'urée à une concentration en urge de 90 à 95 % en poids à laquelle on ajoute l'autre engrais à l'état solide, de préférence à l'état finement divisé, ou sous forme d'une solution aqueuse La solubilité des engrais à ajouter à la solution aqueuse d'urée varie Ainsi la solu- bilité du sulfate d'ammonium dans une solution d'urée à % en poids est de 12 % et dans une solution d'urée à % en poids elle est de 20 % Le phosphate d'ammonium et le phosphate diammonique peuvent donner naissance avec des solutions d'urée à 90-95 % en poids à des solutions fortement visqueuses qui sont difficiles à pulvériser On peut surmonter cette difficulté en faisant passer la solu- tion d'uréeet la solution aqueuse du phosphate séparément jusqu'aux pulvérisateurs et en les réunissant seulement pendant une courte durée avant que le mélange soit pulvéri- sé. On donnera maintenant une description de plusieurs exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Exemple 1 L'efficacité du procédé de l'invention est démon- tréepar les résultats des essais décrits ci-dessous au cours desquels des solutions aqueuses d'urée sans et avec un retardateur connu de cristallisation et avec un sel d'aluminium inorganique soluble dans l'eau comme retardateur de cristallisation ont été pulvérisées dans un lit fluidisé de particules d'urée Les conditions de granulation et les propriétés physiques des granules obtenus sont portées sur le tableau donné plus loin. L'essai appelé "TVA Bottle Test" auquel on se réfère sur le tableau A sert à déterminer la compatibilité des granules d'urée avec les granules de SSP et de TSP. Au cours de cet essai, un mélange des granules d'urée a tester avec des granules de SSP ou de TSP est conservé dans une bouteille fermée de 120 cm 3 à 270 C et son état est périodiquement examiné Aussi longtemps que le mélange ne montre pas plus de quelques points d'humidité, il est considéré comme susceptible d'être utilisé. Dans l'essai dit-"essai en sac" auquel on se réfère aussi sur le tableau A, la tendance à l'agglomération des granules est déterminée de la façon suivante Des granules d'urée sont enfermés dans des sacs de 35 kg qui sont con- servés sous un poids de une tonne à 270 C Après un mois on détermine le pourcentage en poids des morceaux existant dans chaque sac et on mesure la dureté moyenne des morceaux Par dureté on entend ici la force en kg, exercée à l'aide d'un dynamomètre, pour désintégrer un morceau de 7 x 7 x 5 cm. Le retardateur de cristallisation F 80 mentionné sur le tableau A est un liquide visqueux clair disponible dans le commerce sous le nom de "Formurea 80 ", qui est stable entre 20 et + 400 C et dont l'analyse montre qu'il contient pour 100 parties en poids approximativement 20 par- ties d'eau, approximativement 23 parties d'urée et approxima- tivement 57 parties de formaldéhyde, environ 55 % de la quantité de formaldéhyde étant combinée sous forme de triméthylurée et le solde étant pésent à l'état non combiné. Tableau A Essai No i 2 3 4 5 Retardateur de én O Ac cristallisation nat F 8 Ai 3, 6 H 20 Ai 2 (S> 4) 3 '17 H 20 sulfate 1 % 2 % 2,5 % 2 %ain A 0 oxditioes de granulaticrn solutioe d'urée concentration, en poids % 94,6 94,6 95,5 95, 5 95,5 tecpérature, OC 130 130 130 130 130 débit, kg/h 280 280 280 220 220 air de pulvéri- sation débit,Nmh 130 130 130 130 130 tefférature,0 C 140 140 148 149 148 air de fluidi- sation débit, NRI 3/h 850 850 850 850 850 terrpérature,01 c45 64 60 65 63 température du lit, OC 108 105 107 99 105 Pro Priétés du poidis spécifique 12 apparent, g/anï 3 1,231,26 1,29 1,30 12 résistanoe à 1 ' écrase L Tent, dia 2,5 mm, kg 2,1 2,8 3,1 3,0 2,9 poussière volante, g/kg 5,4 606 0 O > 60 avec TSP 50/50 utilisable, 6 > 6 Ex le II On a exécuté une série supplémentaire d'essais, en pulvérisant au sommet d'une tour dans un courant ascendant d' ir à la teipératu-re ambiantes une masse en Fusion d'urée subs u J: -lemón-: anhydre avec et sans sulfate d' aluminium ajouté. Les propriétés physiques des gouttelettes obtenues sont portées sur le tableau B qui suit. Tableau B sulfate d'aluminium Additif nent 0,63 % 1,1 % 1,5 % U és du oduit poids sp 6 cifique apparent, g/cmi 3 1,30 1,31 1,30 1,30 résistance à l'écraseren', dia 2,5 imm, kg 0,54 0,70 0,98 1,08 Essais en sac moroear-, % 100 10 25 O dureté, kg 9 1,5 2,5 O "TVA Bottle r Test" avec SSP 50/50 aptitudle à l'utilisation, jours 60 avec TSP 50/'50 aptitude à l'utilisation, jcurs 4 60 o 60 Ex le III On a granulé dans un tambour horizontal rotatif de granulation ayant un diamètre de 90 cm et une largeur de cm une masse en fusion d'urée aqueuse ( 99,8 % d'urée en poids) à laquelle on avait ajouté 2 % en poids de A 12 (SO 4)3,17 H 20 Le tambour était pourvu sur sa face intë- rieure de huit bandes longitudinales uniformément espacées de 3,5 x 60 cm Le tambour tournait à une vitesse de 15 tours/mn Il était rempli de 60 kg de granules d'urée ayant un diamètre moyen de 1,9 mm et une température de 80 C A l'aide de deux pulvérisateurs hydraxiques cn a pulvdrisé sur les granules, à l'intérieur d A tambour ern rotation 6 U kg d'une masse en fusion d'urée à une température de 140 à 145 C à un débit de 120 kg/h, pendant que ces granules étaient soulevés et retombaient sous l'effet des bandes longitudina- les La granulation s'est effectuée à 108 C A la fin de l'essai les granules ont été refroidis à 30 C environ et tamisés Les granules obtenus avaient une bonne rondeur et une surface lisse Leur poids spécifique apparent était de 1,279 g/cm 3 et leur résistance à l'écrasement au dianlètre de 2,5 mm était de 3,3 kg La formation de poussières a été de 0,5 g/kg Les granules n'ont montré virtuellement aucune tendance à l'agglomération Des mélanges avec SSP ( 50/50) et avec TSP ( 50/50) sont restés susceptibles d'être utilisés pendant plus de 60 jours L'analyse de la granulometrie après tamisage a montré la répartition suivante: > 4,00 mm 18 % 4,00 2,5 mm 47 % 2,5 2,0 mm 31 % Exemple IV Au cours de plusieurs essais de granulation on a pulvérisé dans un lit fluidisé de particules d'urée une suspension de sulfate d'ammoni'um finement divisée dans une solution aqueuse d'urée de 95 % en poids avec un retardateur de cristallisation connu (F 80) et avec du sulfate d'alumi- nium utilisé comme retardateur La teneur en sulfate d'ammonium de la suspension était de 20 % en poids. La pulvérisation a Oté effectuée a une température de 120-130 C et à un débit de 300 kg/h approximativement La pulvérisation s'est faite à l'aide d'air de pulvérisation et à une température de 140 C à une pression nette de 0,35 kg/cm 2 et à un débit approximatif de 140 Nm 3/h Le lit était fluidisé avec de l'air à un débit de 650-850 Nm 3/h La température de l'air de fluidisation était contrôlée pour que la température du lit se maintienne entre 105 et 108 C. Au cours de tous les essais la formation des gra- nules dans le lit fluidisé s'est effectuée de manière excellente Le produit obtenu contenait très peu de matière fine, ce qui signifie que la suspension pulvérisée a été utilisée totalement en pratique pour la formation des gra- nules Les propriétés physiques et chimiques des granules obtenus sont portées sur le tableau C qui suit: Tableau C Retardateur de cristallisation x) 1 % sulfate d'aluminium 1 % F 80 Propri&és chimiques: humidité, poids % sulfate d'amonium poids % p H d'une solution à 10 % en poids 0,18 0,13 0,21 13,7 15,0 18,5 ,2 5,0 5,1 0,12 0,12 0,12 16,0 19,5 18,8 ,2 5,0 5,0 Propriétés physiques: résistance à 'écra- sement, dia 2,5 mm, kg essais en sac morceaux, % dureté, kg "TVA Bottle Test" avec SSP 50/50 aptitude à l'utili- sation, jours 3,3 3,4 3,5 2,2 2,5 4,0 3 3,8 3,9 4,0 O O O 0 O O > 60)60 '760 avec TSP 50/50 aptitude à l'utili- sation, jours 3 43 43 > 60 60 760 x) calcul fait sur la base du sel anhydre. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication de granules contenant de l'urée comme composant principal, par transformation en gouttelettes ou par granulation d'une masse en fusion d'urée ou d'une solution aqueuse d'urée, cette masse ou cette solu- tion pouvant contenir un ou plusieurs autres fertilisants comme le sulfate d'ammonium, le phosphate d'ammonium, le phosphate diammonique, en solution et/ou en suspension, carac- térisé en ce qu'on ajoute un sel d'aluminium soluble dans l'eau à la masse en fusion, à la solution, ou à la suspension avant de la transformer en gouttelettes ou en granules. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on ajoute le sel d'aluminium en quantité qui correspond au moins à 0,1 % en poids de A 1203, le calcul étant fait sur la-teneur en matière solide de la masse en fusion, de la solu- tion ou de la suspension. 3 Procédé selon la revendication-2, caractérisé en ce qu'on utilise une quantité de sel d'aluminium comprise entre 0,4 et 1 % en poids, le calcul étant basé sur A 1203. 4 Mélanges d'engrais hétérogènes compatibles de granules contenant de l'urée obtenus selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3 avec des gra- nules de SSP ou de TSP et, éventuellement, avec un ou plusieurs autres fertilisants sous forme de granules comme KC 1.