Brevet FR2574390A1 — publié le 19860613

La végétation prélève dans le sol un certain nombre d'éléments minéraux necessaires à sa croissance et à la formation des fruits et des tubercules. C'est pour cette raison qu'un sol cultivé sans interruption plusieurs années durant, voit ses récoltes s'amenuiser si aucun apport d'élément fertilisant n'a été fait pour compenser les pertes dues aux éléments enlevés par les récolte s. L'utilisation de fumiers, de composts n'est qu'un pis aller car ceux-ci ne peuvent rendre au sol la totalité des éléments enlevés. La stabilisation de la production agricole à un niveau constant et suffisamment élevé ne peut être obtenue que par un apport calculé et systématique des éléments enlevés ou présents en trop faible quantité dans le sol à cultiver. On distingue trois éléments fertilisants de base, dont la présence reste le facteur déterminant de toute récolte: 1'AZOTE, Le PHOSPHORE, La POTASSE; bien surt d'autres éléments naturels sont indispensables à la végétation, mais ceux-ci sont généralement suffisamment abondants dans le sol pour qu'il n'en résulte pas de problèmes immédiats. Ces éléments sont: le CALCIUM, le MAGNESIUM, le ZINC et un certain nombre dlautres Fer, Cuivre, soufre, . . . Devant l'accroissement démographique,la culture doit pouvoir augmenter sa production alors qu'une exploitation séculaire des terres les ont appauvries en éléments fertilisants. I1 est également nécessaire de tenir compte des processus biologiques qli se déroulent dans le sol en permettant aux plantes d'absorber les éléments minéraux, gracie à l'intervention des micro-organismes qui transforment les sels en combinaisons assimilables. Ces microorganismes se développent normalement sur les déchets organique s humides, mais malheureusement dans de nombreuses contrées ce support organique fait cruellement défaut, soit que le sol surchauffé et sec favorise sa destruction par oxydation, soit que les agriculteurs utilisent les déchets organique s: excréments, pailles, comme combustible et ainsi privent leurs.champs des éléments indispensables à la vie bactérienne. La végétation éxige la présence, pour se développer de trois éléments principaux qui sont: 1'AZOTE; le PHOSPHORE, et La POTASSE, mais ces trois éléments ne se présentent pas toujours dans la nature sous une forme acceptable pour la végétation. L'azote, par exemple, est un des gaz constituant de l'air qui n'intervient pratiquement pas dans le métabolisme vkgétatif: quelques microorganismes, vivant en symbiose avec les racines de certaines plantes légumineusessarrivent à fixer de petites quantités d'azote atmosphèrique, On sait également que les effluves électriques des nuages d'orage favorisent la formation d'oxydes d'azote assimilables par les racines des végétaux. Mais les quantités ainsi mises en jeu sont minimes eu égard aux besoins croissants de l'humanité. L'homme a donc élaboré à partir de l'azote atmosphèrique toute une série d'engrais contenant des sels assimilables par la végétation: ce sont les nitrates, les sels d'ammonium, et l'urée. En ce qui concerne le Phosphore, le problème est légèrement différent, car il existe dans le monde des gisements de phosphate de calcium plus ou moins pur et trèsgzuvent fossile: malheureusement ces phosphates sont très peu solubles et leur apport dans les terrains de culture, même broyés très finement, ne permettent pas une bonne fertilisation. Les plantes et,en particulier, les céréales ont une période de végétation trop courte pour qu'il leur soit possible en aussi peu de temps de solubiliser suffisamment de phosphore nécessaire à la production d'épis abondants. L'Industrie des engrais aura donc pour but de présenter sous une forme plus soluble ces phosphates naturels. En ce qui concerne le troisième élément fertiliqant de base: La Potasse, il existe- dans le monde divers gisements de sels de potassium qu'il suffit d'extraire et de purifier. La solubilisation des phosphates naturels est effectuée, le plus souvent;jFar une mise en solution de ceux-ci dans un acide fort. On obtient, à coté des sels de calcium de cet acide de l'acide phosphorique et des phosphates solubles. Les acides utilisés pour cette mise en solution sont les suivants: Acide sulfurique qui-permet la fabrication de "Super-phosphate" qui est un mélange de phosphates mono et dicalcique avec le. gypse résultant de la combinaison du calcium du phosphate avec l'acide sulfurique. Ce même acide sulfurique permet la fabrication d'acide phosphorique par séparation du gypse solide. L'acide chlorhydrique est peu utilisé pour la solubilisation des phosphates, sauf toutefois dans des pays où cette matière première abonde. L'acide nitrique est utilisé dans de nombreux pays,car il permet la solubilisation du phosphate à l'aide d'un autre élément fertilisant: 1'AZOTE. Malheureusement 1es produits qui résultent de la réaction entre l'acide nitrique et le phosphate naturel sont très hygroscopiques en raison de la présence de nitrate de calcium. I1 faut donc, soit séparer celui-ci, soit ajouter au mélange réactionnel un acide qui donnera avec l'excès de calcium un sel moins hygroscopique. On utilisera de l'acide phosphorique ou de l'acide sulfurique. Cette fabrication représente des investissements très élevés, car en plus de l'atelier d'acide nitrique très couteux il faut soit un atelier d'acide phosphorique, soit un atelier d'acide sulfurique. Si liron veut éviter ces ateliers, on peut séparer le nitrate de calcium par cristallisation à basse température; mais alors on se heurte à une consommation d'énergie électrique très élevée. D'autre part, de nombreux pays agricoles sont situés loin des côtes et même s'ils disposent souvent de gisement de phosphates, ils ne possèdent aucune des ressources minérales qui pourraient leur permettre de valoriser ceux-ci. ( pyrite, soufre, ou énergie électrique abondante et à bas prix) C'est pour toutes ces raison que SOFRECHIM a élaboré un procédé de solubilisation des phosphates particulièrement simple, ne nécessitant que de faibles investissements et applicable dans de petites unités particulièreme bien adaptées à des pays ne possèdant qu'une infrastructure industrielle et de transport modeste. La présente invention a pour but la fabrication d'un engrais binaire dans de petites unités de fabrication adaptées aux besoins et aux ressources de pays en voie de développement. La présente invention est basée sur l'utilisation de phosphates naturels locaux, à teneur relativement basse en P205 et sur l'importation d'une seule matière première: l'ammoniac liquide. ( Ce produit restant, pour un pays non producteur, la source d'azote la plus économique.) La présente invention simplifie de façon très importante le procédé de solubilisation des phosphates par attaque nitrique. Le procédé SOFRECHIM utilise la propriété des oxydes d'azote de former de l'acide nitrique à une concentration relativement élevélorsqu'ils sont en contact avec des matières poreuses humides. Cette propriété des matières poreuses s'accompagne d'un fort pouvoir absorbant pour ces oxydes.Et l'expérience a montré que si l'on ajoutait à ces matières poreuses et à grande surface des phosphates naturels moulus, ceux-ci réagissaient avec l'acide nitrique formé en donnant naissance à des phosphates solubles: mono et dicalciques. L'invention de SOFRECHIM supprime dans l'attaque nitrique des phosphates la moitié au moins des investissements qui sont généralement considérés comme nécessaires, en évitant la construction de la très couteuse unité de fabrication d'acide nitrique. Les phosphates naturels broyés, mélangés à la matière support, sont humidifiés et traités directement par les oxydes d'azote provenant d'une simple installation d'oxydation de l'ammoniac. La présente invention évite le couteux système d'absorbtion constitué par la colonne à plateaux des ateliers de fabrication d'acide nitrique. La matière support sera constituée en fonction des ressources locales par de la tourbe, des déchets organique s broyés: cimes d'arbres, bagasses, pailles et panouilles de mais, et même éventuellement déchets urbains. Le procédé inventé par SOFRECHIM peut fonctionner par chargés discontinues ou en continu-dans un tambour tournant. Ce procédé est particulièrement bien adapté à la réalisation de petites unités 10 à 50 tonnes/jour susceptibles d'alimenter en engrais un district villageois. Les petites unités fonctionnant en discontinu pourront travailler avec une mécanisation réduite pour le malaxage, le chargement du réacteur et son déct.argement Ce qui réduira fortement la consommation d'énergie necessaire. Le produit fini se présente sous l'aspect d'un compost humide et manipulable contenant environ 5-% d'azote nitrique et nitreux, et 7% de P205 soluble eau et citrate. Ces titres varieront avec la composition initiale des phosphates Un phosphate très pauvre(19% P205 par exemple) contenant proportionnellement plus de calcium qu'un phosphate plus riche donnera un rapport N/P205 inverse du précédent. Mais cela ne diminuera pas le pouvoir fertilisant de cet engrais . La présence de la matière organique support, outre qu'elle favorise l'absorbtirn des oxydes d'azote et la formation in situ de l'acide nitrique d'attaque du phosphate, a l'énorme avantage de retenir absorbés les sels hygroscopiques formés et ainsi d'éviter les couteux procédés de séparation utilisés dans les installations classiques.Le produit reste humide et c'est une qualité; car fabriqué à partir de certaines matières organique s très riches en carbone (tourbe par exemple, ) il pourrait bruler facilement. Le procédé SOFRECHIM livre un produit pulvérulent ayant l'aspect d'un compost et économise la très couteuse installation de granulation et de calibrage. Le produit fabriqué selon le procédé SOFRECHIM n a pas la prétention de rivaliser avec les engrais classiques disponibles sur le marché, mais d'être un excellera engrais binaire dtont la fabrication fncile et économique est à la portée de pays disposant d'une faible infrastructure industrielle. Description du procédé: Le phosphate naturel moulu est mélangé à un support d'origine organique broyé grossièrement; comme nous l'avons expliqué plus haut,ce support sera d'origine locale et sera constitué par des déchets, paille, sciure, ou éventuellement de la tourbe. Le mélange de phosphate et de support organique sera chargé dans un réacteur vertical en acier inoxydable.( ). L'installation pourra disposer de plusieurs réacteurs, installés en série sur les gaz. Les oxydes d'azote sont préparés à partir d'ammoniac liquide vaporisé par la température ambiante ou à l'aide d'une quelconque source de calories à bas niveau; l'ammoniac gazeux est mélangé ! 2 ) dans un rapport controlé à de l'air soufflé par un ventilateur ( 3 ) et le mélange est préchauffé par les gaz sortant du réacteur d'oxydation, avant d'être admis sur une ( 4 toile de catalyseur à base de platine. La chaleur de réaction qui a lieu à 850"C est éliminée par recyclage de condensats froids t5.) dans les plus petites unités; dans les unités plus importantes, traitant au moins deux tonnes d'ammoniac par jour > on pourra envisager une récupération d'énergie selon un processus classique: vapeur et turbine.Les gaz refroidis et oxydés sont alors introduits dans le réacteur vertical(l)où ils traversent en courant ascendant la masse de mélange réactionnel. La température est mesurée en divers points du réacteur et des injections de condensats ( 6 ) permettent d'éviter toute surchauffe locale pendant la durée de la réaction Les oxydes d'azote sont absorbés à 95% par le mélange; lorsque l'installation dispose de plusieurs réacteurs d'attaque,ce rendement d'absobtion peut entre porté à 98%; les gaz résiduaires sont rejetés à l'atmosphère. L'installation la plus simple ne comporte qu'un seul réacteur d'attaque et travaille en discontinu; une installation plus importante comportera trois réacteurs d'attaque, l'un de ceux-ci étant en cours de vidange ou de remplis sage. On peut, si l'on dispose d'une source de matière organique abondante, par exemple une tourbière, utiliser un procédé continu. Dans ce procédé, la réaction a lieu: dans un tambour tournant lentement, muni de sas d'entrée et de sortie pour le solide. Ce type d'usine peut entre de grande capacité: 500 à 1000 tonnes/jour. Seuil, un calcul économique tenant compte des problèmes locaux de transport, approvisionement et distribution,pourra permettre de choisir la meilleure option. I1 faut noter que la durée de la réaction d'attaque des phosphates dépend de plusieurs facteurs, certains sont inhérents à la qualité mérne du phosphate: granulomètrie, structure cristalline, impuretés; la forme physique de la matière support compte également beaucoup1 ne serait-ce que, pour la perte de charge des gaz n cours d'absorbtion. Chaque installation devra donc être calculée en fonction de ces paramètres, mais cela n'influera que sur le volume du réacteur d'attaque et non sur le procédé lui-meme. Exemple : Une miniusine' d'engrais utilise un phosphate local d'un gisement situé à une centaine de km de distance.-Le titz;e énP205 s'éreve à 25% et le minerais, sablonneuk,ne necessite pas de broyage. L'usine utilise-comme matière support des pailles hachées et la sciure de bois d'une scierie. La capacité de production de l'unité est limité par l'approvisionnement local en matière support à une vingtaine de tonnes de produit fini par jour. L'ammoniac livré en bouteilles de trois m3 ou en camions citerne est stocké dans ces bouteilles. La consommation d'ammoniac s'élève à 1,25 t/j, la consommation de phosphate à 5, 6 t/j de minerais à 25% de P205. La consommation d'énergie est limitée à celle du ventilateur et de la pompe à condensats. On peut envisager de mécaniser les manutentions ce qui augmentera la consommation d'éneraie. Compte tenu des très faibles investissements et de l'utilisation de matières premières locales, ainsi que de l'utilisation d'une main d'oeuvre locale sans qualification poussée, le prix de revient du produit fabriqué reste nettement inférieur à celui d'un engrais importé. De plus la sortie de devise ne concerne que la seule importation d'ammoniac liquide. Ce procédé devrait donc permettre è un certain nombre de pays agricoles faiblement industrialisés de revitaliser leurs terres et d'augmenter leur récoltes au meilleur cout. Revendications I) Procêdê d'attaque nitrique des phosphates caractérise' en ce que les phosphates sont mêlangês en présence d'eau a' une matière support d'origine organique présentant une grande surface d'absorption puis soumis dans un réacteur ô l'action des oxydes d'azote, la réaction s'effectuant en continu ou en discontinu. 0 Procédé selon la revendication i) caractérisé par le fait que le produit obtenu se présente sous 1a forme d'un compost enrichi en éléments fertilisants et titrant environ 5% d'azote et 7% de P205 soluble eau et citrate. 3) Compost obtenu par le procédé selon les revendications 1) et 2)