Brevet FR2508894A1 — publié le 19830107

L'invention a pour objet un procédé de fabrication de granules dans lesquels l'urée est le'composant principal. Le Erevet hollandais N 7806213 décrit un procédé -e f->: 3 io aqueuse d'urée ayant une concentration en urée de 70 à 99,9 % en poids, de préférence de 85 à 96 % en poids, sous forme de très fines gouttelettes ayant un diamètre moyen de 20 à-20 microns, à l'intérieur d'un lit fluidisé de par- ticules d'urée à une temperature à laquelle 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 rim et plus Comme ce procédé est générateur d'une quantité plutôt importante de poussières on ajoute à la solution d'urée un retardateur de cristallisation de l'urée, en particulier un produit d'addition ou de condensation, soluble dans l'eau, de formald 6 hyde et d'urée afin que la formatiop dse poussières volantes soit pratiquemaent suppri- mée en totalité pendant l'operation de granulation La pré- sence du retardateur de cristallisation a pour résultat que les granules restent plastiques pendant qu'ils se forment bien que, par suite de leur roulement et/ou de leurs chocs pendant leur formation, on obtient des granules ronds, à surface lisse, à forte résistance mécanique Ces granules ont une résistance élevée à l'écrasement 2 une grande résis- tance aux chocs, une faible tendance à former de la poussière en frottant les uns contre les autres et, en plus, ils ne s' agglomèrent pas ensemble même quand ils sont conserves pendant de longues durées, bien que l'urée possède une forte tendance naturelle à l'agglomération. On connait des granules d'engrais qui contiennent en plus de l'urée un ou plusieurs autres fertilisants Ces granules peuvent être produits par granulation dans un lit fluidisé d'une solution aqueuse d'urée contenant un ou plu- sieurs autres engrais 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'ammonium, le phosphate d'ammonium, le phosphate diammonique Les granules contenant de l'urîe et du sulfate d'amnoniur servent à la fertllisaticn des terres pauvres en soufre et contiennent souvent jusqu'à % en poids et, de préférence, de 15 à 20 % en poids de sulfate d'ammonium Les granules contenant de i'urée et du phosphate d'ammonium ou du phosphate diammoniqyue sont souvent fabriqués selon les specifications des uti- lisateurs qui ont besoin d'un certain pourcentage de phos- phate dans les granules D'autres substances fertilisantes sont traitées aussi parfois avec de l'urée transformée en granules. I 1 a été constaté maintenant que certains composés de magnésium sont bons comme agents retardateurs de la cristallisation de L'urée et que les granules pro- duits par granulation d'une solution d'urée contenant un tel agent retardateur ont des propriétés particulières, même quand la solution d'urée contient un ou plusieurs autres fertilisants en suspension ou en solution. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication de granules contenant de l'urée comme composant principal, par pulvérisation d Une solution aqueuse d'urée ayant un concentration en urée de 85 à 98 % en poids, à laquelle on a ajouté un agent retardateur de cristallisa- tion et qui contient, éventuellement, d'autres fertilisants comne le sulfate d'ammonium, le phosphate d'ammonium, le phosphate diammonique, en solution ou en suspension, sous forme de très fines gouttelettes, ayant un diamètre moyen de 20 à 120 microns, dans un lit fluidisé de particules d'urée à une température à laquelle l'eau de la solution ou de la suspension pulvérisée sur les particules s'évapore tandis que l'urée ou la matière fertilisante contenant de l'urée comme composant principal se solidifie sur les par- ticules pour donner des granules ayant la taille désirée, ce procédé étant caractérise en ce qu'on utilise comme agent retardateur de cristallisation unhydroxyde de magnesium, un sel inorganique de magnésium ou un mélange de ces deux substances. Il a été constaté, avec surprise, que la pré- sence de l'hydroxyde de magnésium et/ou d'un sel inorga- nique de magnésium pendant la granulation d'une solution d'urée dans un lit fluidisé a pour résultat que la for- mation des granules se fait bien et que la formation de poussières volantes est supprimée ou minimisée cependant que, en plus, les granules d'urée obtenus ont une résis- tance élevée à l'écrasement, un poids spécifique apparent élevé, et dans la plupart des cas une tendance réduite à l'agglomération avec dans certains cas une absence d'agglo- mération ou d'agglutination même quand ils sont emmagasinés pendant des durées prolongées Selon une caractéristique supplémentaire très importante il a été constaté que les granules obtenus conformément à l'invention sont compati- bles avec les granules de superphosphate simple et de superphosphate triple (appelés SSP et TSP respectivement) ce qui les rend aptes à être mélangés en vrac avec des engrais contenant du phosphate. Les granules classiques d'urée sont connus pour ne pas pouvoir être utilisables dans les mélanges hétéro- gènes binaires et ternaires d'engrais, comme les mélanges N-P ou N-P-K, par malaxage en vrac avec du superphosphate simple ou triple, pour la raison que ces granules d'urée sont incompatibles avec ces phosphates Le mélange de granules d'urée avec des granules de superphosphate simple ou triple devient déliquescent après un certain temps et donne une boue difficile à traiter et à utiliser Selon un article écrit par G Hoffmeister et G H Megar pendant "The Fertilizer Industry Round Table" à Washington D C, le 6 novembre 1975, cette incompatibilité est due à une réaction se produisant suivant l'équation suivante: Ca(H 2 PO 4)21 H 20 + 4 CO(NH 2)2;- Ca(H 2 PO 4)2, 4 CO(NH 2)2 +H 20 En raison de la réaction de 1 mole de phosphate monocalcique monohydraté, qui est le composé principal de SSP et de TSP, avec 4 moles d'urée, il se forme 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 5 accomplit à une vitesse encore plus grande Jusqu'à pré- sent aucun moyen commercialement acceptable n'a été décou- vert pour rendre l'urée compatible avec le superphosphate simple et le superphosphate triple En fait, pour les mé- langes en vrac avec l'urée on utilise jusqu'à présent des sels de phosphate peu coûteux comme le phosphate monoammo- nique et le phosphate diammonique. Toutefois, les granules d'urée produits confor- mément à l'invention, qui contiennent de l'urée comme composant principal, sont compatibles avec les granules SSP et TSP, en toutes proportions, ce qui les rend utilisa- bles pour le mélange en vrac avec ces engrais à base de phosphate. Comme exemple de sels de magnésium inorganiques que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on peut citer: le chlorure de magnésium, le sulfate de magnésium, le nitrate de magnésium, le carbonate de magnésium et le carbonate basique de magnésium. L'hydroxyde de magnésium ou le sel inorganique de magnésium est ajouté à la solution ou à la suspension d'urée à gra- nuler en quantité équivalente à au moins 0,1 % en poids de Mg O, de préférence à un pourcentage compris entre 0,4 à 1 % en poids de Mg O, le calcul étant fait sur la teneur en matière solide de la solution ou de la suspension Des proportions de plus de 1,5 % en poids, calculées sur la base de Mg O, ne sont pas nuisibles mais n'apportent aucun avantage particulier L'additif peut être ajouté à la so- lution ou à la suspension à granuler contenant de l'urée, sous forme de poudre ou sous forme d'une solution ou d'une suspension aqueuse. De préférence après leur formation, les granules sont refroidis à 300 C ou à une température inférieure, par exemple au moyen d'un courant d'air dont la teneur en humidité 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 d'urée produits par le procédé de l'in Svention avec des granules e sih-rphosphate siriple ou triple et si on le désire, une -' lulu'eus autres substances fertilisantes en granules. En plus des granules contenant de l'urée et des granul, de superphosphate simple ou triple, on ajoute gé- néralement au mélange un engrais à base de potassium cormme KC 1 Afin d'empêcher la ségrégation de ce mélange on doit adapter les unes aux autres les dimensions des particules des cormposants à mélanger. La matière de départ pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est une solution aqueuse d'urée à une concentration en urée de 85 à 98 % en poids Pour la granulation de l'urée avec un ou plusieurs autres engrais, on u-itise de préférence une solution d'urée à une concen: tration en urée de 90 à 95 % en poids, solution à laquelle l'autre engrais est ajouté à l'état solide, de préférence sous forme finement divisée, ou sous forme d'une solution aqueuseoudoe suspension aqueuse Ta solubilité des engrais à ajouter à la solution aqueuse d'urée est variable Ainsi, la solubili té du sulfate d' anmoniuxa dans une solution d'urée à 95 % 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 forte- ment visqueuses qui sont difficiles à pulvériser On peut surmonter cette difficulté en faisant passer la solution d'urée et la solution aqueuse du phosphate séparément jus- qu'aux pulvérisateurs et en les réunissant seulement pendant une courte période avant que le mélange soit pulvérisé. On donnera maintenant une description de plusieuú exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Exemple 1 L'efficacité du procédé de l'invention est démontrée par 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 de l'hydroxyde de magnésium ou un r l inor Sanique de magnésium comme retardateur de cristallisation ont eé puivérisées dans un lit fluidisé de particules d'urée Les conditions de granulation et les propriétés phsiqacs des granules obtenus sont portées sur le tableau donnë plus loir L'essai appelé "TVA Bottie Test" auquel on se réfère sur le tableau 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 à tester avec des granules de SSP et de TSP est conservé dans une bouteille fermée de 120 cm 3 à 27 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, 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- serves sous un poids de 1 tonne à 27 C Apres 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 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 approxi- mativement 57 parties de formaldéhyde, environ 55 % de la quantité de formaldehyde étant combiné sous forme de triméthylurée et le solde étant présent à l'état non com- biné. Tableau A Retardateur de cristallisation Conditions de granulation Solution d'urée concentration, en poids % température, C débit, kg/h air de pulvéri- sation débit, Nm /h terpérature, C néant 94,6 F 80 1 % 94,5 130 140 Mg (OH)2 1,2 % 94,5 Mg C 12, 6 H 20 2,5 % ,5 air de fluidi- sation débit, Nm 3/h; température, C température du lit, C Propriétés du produit poids spécifique apparent, g/cm 3 résistance 1 " écrasement, dia 2,5 nmn, kg poussière volante, g/kg Essais en sac morceaux, % dureté, kg "TVA Bottle Test" avec SSP 50/50 utilisable, jours avec TSP 50/50 utilisable, jours 108 105 1,23 1,26 2,1 2,8 ,4 40,1 10 22 41 43 3 Z 3 Essais N 1,28 4,4 1,29 4,2 0, 1 2,3 > 60 Tableau A (suite) Essais N O 5 6 7 8 Retardateur de Mg SO 4,7 H 20 Yq(NC%)3,620 Mgoe 3 4 Mg Co 31 Mg (OH) 2 critalisaion 2,5 % 2,5 % 1,5 % 1,5 % Conditions de grnlato Solution d'urée concientrationi, en poids % 95,5 95,5 95,5 95,5 tenv,érature,0 C130 130 130 130 i O débit, kg/h 220 220 220 280 air de pulvéri- sation débiit, N 3 h 130 130 130 130 toepérature,C 1 c 44 144 144 148 air de f luidi- sation débit, Nm 3/h 850 850 850 850 température,Oc 70 67 67 63 texrpérature du lit, Oc 102 99 105 105 Propriétésdu poids spécifiqoe apparent, g/an 31,27 1,29 1,29 1,29 résistance à 1 ' écrasemrnt, dia2,5 mn, kg 2,9 2,8 3,2 3,5 poussière volante, g/kg to,1 0,1 zo 0,îo' Essais en sac arceaux, % 100 39 O O dureté, kg 22 3,9 O O "IV,,A Bottle Test" avec SSP 50/50 utilisable, jours > 60 > 60 ?> 60 > 60 avec TSP 50/50 utilisable,144 jours > 60 14144 ixemple IT Dans un certain nombre d'essais de granulation on a pulvérisé dans un lit fluidisé de particules d'urée une suspension de sulfate d'aimnonium finement broyé dans une solution aqueuse d'urée à 95 % en poids avec un re- tardateur de cristallisation connu (F 80) et avec un com- pose de magnésium utilisé comme retardateur de cristalli- sation La teneur en sulfate d'ammonium de la suspension était de 20 % en poids. La suspension a été pulvérisée à une température de 120 à 130 C et à un débit de 300 kg/h approximativement. La pulvérisation a été faite au moyen d'un air de pulvérisa- tion ayant 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 à 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. Pendant tous les essais, la formation des granules dans le lit fluidisé s'est effectuée de manière excellente. Le produit obtenu contenait très peu de matières fines, ce qui signifie que la suspension pulvérisée était utilisée totalement en pratique pour la formation des gra- nules Les propriétés physiques et chimiques des granules obtenus sont portées sur le tableau B qui suit Tableau B- Retardateur de cristallisation 1 % F 80 Mg(OH) 2 M 4 g(NO 3)212,6 H 20 1,2 % 2,5 % Propxi&és dmniques: hinidité, poids % sulfate d'anrtconiumi poids % p H d'une solution à 10 % en poids 0, 18 13, 7 0, 13 0,21 , 0 18,5 , 2 5,O 5, 1 0,1 8 0, 14 19, 5 18,6 8, 2 ,0 Propriétés physiques: résistance à 1 'écra- sement, dia 2,5 mm, kg essais en sac mrorceaux, % '1 dureté, kg "TVA Bottle Test" avec SSP 50/50 aptitude à l'utili- sation, jours 4 3,3 3, 4 3, 5 LB 2,2 2,5 4,0 avec TSP 50/50 aptitude à l'utili- sation, jours > 60 > 60 3, 9 o o ? 60 4,0 o -eo REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication de granules contenant de l'urée comme composant principal, par pulvérisation d'une solution aqueuse d'urée ayant une concentration en urée de 85 à 98 % en poids, à laquelle on a ajouté un retardateur de cristallisation et qui peut contenir éventuellement-cer- tains autres engrais tels que du sulfate d'ammonium, du phosphate d'ammonium, du phosphate diammonique, en solution ou en suspension, cette pulvérisation se faisant sous forme de très fines gouttelettes ayant undiamètre moyen compris entre 20 et 120 microns, dans un lit fluidisé de particules d'urée à une température à laquelle l'eau de la solution ou de la suspension pulvérisée sur les particules s'évapore tandis que l'urée ou la matière fertilisante contenant de l'urée comme composant principal se solidifie sur les par- ticules pour donner naissance à des granules ayant la taille désirée, caractérisé en ce qu'on utilise comme re- tardateur de cristallisation de l'oxyde de magnésium ou un sel inorganique de magnésium ou un mélange de ces deux substances. 2 Procédé selon la ravendication 1 caractérisé en ce que la quantité d'hydroxyde de magnésium et/ou de sel inorganique de magnésium ajoutée à la suspension ou à la solution à granuler est équivalente à au moins 0,1 % en poids de Mg O, calculé sur la quantité d'urée dans la solution. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de l'hydroxyde de magnésium ou de sel est comprise entre 0,4 et 1 % en poids, le calcul étant basé sur Mg 0. 4 Mélanges d'engrais hétérogènes compatibles de granules contenant de l'urée et produits par le procédé se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 3, avec des gra- nules de superphosphate simple ou triple et éventuellement un ou plusieurs autres fertilisants sous forme de granules comme KC 1.