JPH0420874B2 - - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は造粒に関し、硝酸アンモニウム及び
尿素の実質上均一な球状粒子からなる自由流動性
の粒子をそれらの融体から形成させることに特に
関するものである。これらの球状粒子は粒（プリ
ル：Prill）と呼ばれ、融体から粒の形成を噴射
造粒（プリリング：prilling）と呼ぶ。硝酸アン
モニウム及び尿素の粒は農業用肥料に使用され
る。硝酸アンモニウム及び尿素は大規模工業生産
に係る窒素肥料の主要タイプのものである。

この発明は主として硝酸アンモニウム及び尿素
を造粒して独特の利点を有するそれらの粒を形成
することに関する。この発明が他の物質及び他の
領域に適応できる限り、このような適応はこの発
明の均等物内のものであると理解されたい。

従来の技術 従来の肥料造粒操作では、硝酸アンモニウムま
たは尿素の融体を比較的高い空塔中で空気流と向
流させて噴霧し、空気により冷却、固化、乾燥さ
せて粒を製造していた。空気はフアンにより強制
粒入させるか、或は自然通風を使用して充分な空
気との向流が確保された。若干の造粒塔では融体
粒子流に向流的に局部的に補強空気を使用するこ
ともあつた。この場合には主空気流も粒子流に向
流する。

球状固体粒子を製造する他の方法は球状化装置
による方法、パン・グラニユレーター（皿造粒
機）を使用する方法及び流動床技法がある。これ
らの後者の方法では比較的高温度の肥料物質を一
定の運動下に保たれた小粒子塊上に被覆し、空気
流に曝露することによつて同時に冷却及び乾燥が
行われる。

肥料融体を最初に造り、これを分散して小粒と
なすために種々の型の噴霧ノズルを使用されてき
た。これらには多数の小孔を含む平らな板または
湾曲した板からなる単純な噴霧ノズル、機械的に
駆動される遠心力噴霧円板またはバスケツト及び
振動オリフイス板などがある。しかし、いずれの
場合にも融体は造粒塔の断面積上を大体均一に落
下するように配設された上述のような分散装置の
一つまたはそれ以上に供給される。

造粒及び他の方法を含むこれらの高温操作では
硝酸アンモニウムまたは尿素は目に見える煙霧
（フユーム：fume）を発生し、これは重大な大気
汚染問題を生ずる。噴霧の形成に含まれると考え
られる機構は冷却の最の昇華蒸気の凝縮及び解離
による化学生成物の蒸気相からの可能性ある再結
合の両者が含まれる。

「ザ・ジヤーナル・オブ・ケミカル・エンド・
エシンジニアリング・データ」第７巻、２号、
227−228頁（1982年、４月）に発表された「ベー
パー・ブレシヤー・オブ・アンモニウム・ナイト
レート」と題する論文においてJ.D.Brandner、
N.M.Junk、J.W.Lawrence及びJ.Robinsらは固
体の硝酸アンモニウム及び溶融アンモニウムの両
方が主としてアンモニウム及び硝酸に解離するこ
とによつて蒸気化することを提唱した。この反応
は可逆的であり、冷却器蒸気相からの硝酸アンモ
ニウムへの理論上の逆行反応により恐らく硝酸ア
ンモニウム固体のサブミクロンのエアロゾル煙霧
が形成される。尿素造粒の場合には類似した反応
が記載され、この場合には解離反応は再び熱い融
体又は溶液から生じ、それによつてアンモニアと
有機酸例えばイソシアヌル酸の解離蒸気生成物を
生ずる。これらは温度上昇と共に煙霧の生成がみ
かけ上指数的に増大することを説明するために提
示された、煙霧生成の推測による機構である。こ
こに述べた彼等の提案がこの発明または許与され
る特許及びその結果物に如何ようにも影響を与え
るものではないと考えるものである。

英国特許第1208850号においてトツド（H.E.
Todd）硝酸アンモニウムの熱溶液を冷却し、ま
たは乾燥しまたはそれら両者を行うために使用す
る空気にアンモニアを添加することにより熱硝酸
アンモニウム蒸気から発生する煙霧の制御を開示
している。トツドは不活性ガスが硝酸アンモニウ
ムと接触する前に該不活性ガスの流れに所望量の
アンモニアを噴入すると述べている。ブランドナ
ーらは硝酸アンモニウムのサンプル中に窒素と共
にアンモニアを通すことによつて……固体状及び
液体状の硝酸アンモニウムについてサンプル中を
通す窒素１当たりの重量損失をアンモニアの不
在時の量の何分の一かに減少できると述べてい
る。

空気にアンモニアを添加することにより硝酸ア
ンモニウム煙霧の抑制に関する英国特許第
1208850号においてToddにより示されたデータは
104℃〜136℃（220〓〜277〓）の範囲である。こ
れらのデータはグラフの形式で示され、118℃
（244〓）では煙霧抑制のためには空気中0.083体
積％のNH₃が必要であり、136℃（277〓）の硝
酸アンモニウムの温度では煙霧量を75％減少させ
るには空気中0.29体積％のHN₃濃度を必要とする
ことを示している。Toddのデータにより含まれ
る温度範囲〔136℃（277〓）まで〕は工業的に使
用される硝酸アンモニウム造粒温度の特徴でも或
は代表的なものでもない。硝酸アンモニウム及び
尿素の両者の粒造は工業的にはこれらの物質の融
点すなわち169℃（337〓）及び133℃（271〓）以
上の温度で通常行われる。硝酸アンモニウムの工
業的造粒温度は173℃〜193℃（345〓〜380〓）で
あり、これらの温度では有位な煙霧抑制に必要な
空気中のNH₃濃度は非経済的なほど大きなもの
となる。例えば、193℃（380〓）の硝酸アンモニ
ウム温度では80％の煙霧抑制には1.5％のNH₃濃
度が必要であり、90％煙霧抑制には６％のNH₃
濃度が必要であると推定される。100トン／日の
硝酸アンモニウム粒を製造する代表的硝酸アンモ
ニウム造粒塔の場合には5663m²（200000立方フイ
ート）／分の強制空気流を使用し、６体積％の
NH₃所要量はNH₃17トン／時間に等しい。廃空
気中にこの多量のNH₃が失われるのを避けるた
めに、NH₃を廃空気から洗浄捕集しなければな
らない。HNO₃溶液をNH₃の吸収に使用すると
NH₃を中和するために１時間当り最低63.2トンの
HNO₃が必要となる。この量は廃空気洗浄容器中
で１時間当たり80トン、すなわち１日当たり1925
トンの硝酸アンモニウムを製造するのに等しく、
これはほとんど最初の装置能力の２倍に等しい。
80％煙霧抑制に当たる1.5体積％のNH₃の場合に
は、中和には15.8トン／時間の硝酸が必要である
から3783Kg（8500ポンド）／時間のNH₃が必要
である。従つて、Toddの方法による造粒操作で
煙霧抑制に必要なNH₃供給速度と関連する洗浄
器の負担と制限とは造粒物質の融点以上の温度で
は非現実的で不経済である。しかもこれらの高温
度は造粒には常に使用され、且つ必要とするので
ある。

発明が解決しようとする課題 この発明の目的は上述の先行技術の欠点を解消
し、比較的少量のアンモニアの使用によつて煙霧
を経済的に抑制できる実用的造粒方法を提供する
にある。またこの発明の別の目的はこの実用的で
経済的な方法を実施する装置を提供するにある。

この発明は硝酸アンモニウム融体または尿素融
体の分散装置すなわち噴霧物を形成し、形成され
た噴霧物粒子を噴出する噴霧ノズルオリフイスの
すぐ下に且つ該融体と接触して純粋または高濃度
のNH₃静止区域を確立維持し、最初に該融体を
NH₃またはNH₃農厚区域に落下させる方法を提
供するものである。この比較的に静止したアンモ
ニア雰囲気はスカート部が下方に延びで肥料物質
融体噴霧ノズルすなわち分散装置の底部に接触す
る外覆またはベル形囲いによつて噴霧ヘツドの下
に形成維持される。アンモニアガスまたは50体積
％以上のアンモニアを含有する濃厚アンモニア含
有雰囲気はこの外覆またはベル型、囲いに供給さ
れる。50体積％以上のアンモニアを含有する任意
のアンモニア濃厚ガス、特にこの組成をもつ廃ガ
スを利用できるが、95％〜100％のアンモニア濃
度のアンモニアガスを使用するのが好ましい。後
者の組成のガス流は肥料造流装置で大気圧以上の
圧力のものが得られ、或は液体アンモニアから容
易に発生できる。アンモニアは空気より密度が小
さいから融体噴霧ノズルの覆いが、覆いの外側の
空気との相対的密度差があるために覆いの下にア
ンモニアを捕捉することにより比較的静止したア
ンモニアの所望の安定区域を確立するために設け
られる。更に、いこの覆いの下に捕捉それたアン
モニアは溶融粒により連続的に加熱され、これが
空気に比べた本来の分子量ガス密度差を増大させ
る。このアンモニアは最も熱い物質が放出される
噴霧ノズルのすぐ下の最高温区域に濃縮され、覆
いの下或は外側の空気より高程度に加熱される。

ある造粒等では20またはそれ以上のような多数
の噴霧ノズルあるいは分散装置が設けられる。こ
のような塔では噴霧ノズルまたは分散装置の組体
に対して一つの覆いを設けてもよく、或は噴霧ノ
ズルまたは分散装置の数個ごとに一つの覆いを設
けてもよい。１個の中央噴霧ノズルまたは分散装
置を備えた造粒塔には１個の覆いが設けられる。

噴霧の生成が解離／再結合、蒸気圧、昇華／凝
縮のいずれの機構により起こるにせよ、煙霧生成
の傾向は温度の増大と共に増大する。何れの抑制
機構によるにせよ、上述の最も熱い硝酸アンモニ
ウムまたは尿素の融体を純アンモニアまたは濃厚
アンモニア雰囲気に曝露すると、この区域で煙霧
の生成が完全に抑制される。アンモニアが捕捉さ
れた静止雰囲気の使用により完全な煙霧抑制に必
要なアンモニア量は造粒塔を冷却する向流空気流
を使用する場合に比して少なく、Toddの空気希
釈方法の場合に必要なNH₃量に比べても少ない。
この後者の方法は造流塔中の噴霧物全落下行路
〔この行路では噴霧物の温度は噴霧ヘツダの所で
193℃（380〓）、塔底部で930℃（200〓）にわた
つて変化する〕にわたつて噴霧物に希釈された低
濃度NH₃ガス流が使用される。この発明に到達
するに際して煙霧抑制のためにアンモニアー空気
濃度条件は噴霧物の温度によつて変化し、最高温
度の噴霧物に対して最高濃度のアンモニアが必要
であるからToddの空気希釈法は塔の頂部の最高
温度の区域で煙霧の抑制を達成するには不経済で
過量のアンモニアが必要のことを知見した。或は
Toddの方法は低い平均アンモニア濃度で不完全
な煙霧抑制を達成するものであり、この低い平均
アンモニア濃度では造粒塔の下部の冷温部分では
煙霧の生成を抑制するが、上部の高温部分では煙
霧の生成を抑制しない。

発明の構成及び効果 この発明の実施に際しては最高温度の噴霧物は
最高濃度のアンモニアに曝露される。この発明の
方法により案出された捕捉されたアンモニア区域
中及び該区域から噴霧物粒子が落下する際に該噴
霧物粒子に静止したアンモニアの薄片状境界層が
付着する。こうして、粒子はアンモニアのガス状
表面層で「被覆」すなわち包み込まれる。この現
象は水中へ高所から水中に飛込む時に遭遇する現
象に類似している。この飛込みの時には飛込者は
空気の同伴層を水中に入る際に体に付着する。冷
えつつある噴霧物粒表面に隣接した薄い下層中の
アンモニア濃度は周囲の空気中へアンモニアが分
子状で拡散するだけ減少する。この拡散は低速度
で起こる変化で対流による熱移動でだけ生ずる。
しかし、噴霧物が冷却されるとともに、煙霧抑制
のために必要なアンモニア濃度は低下するから、
噴霧物の落下距離に伴うアンモニア損失の効果と
温度低下効果との二つの効果が互いに他方の効果
を相殺し合うのに役立つ。噴霧物の冷却が促進さ
れるのもこの発明の付加的効果である。

この発明の構成及び操作方法を一層よく理解
し、合わせて付加的目的及び効果を理解するため
に以下に図を参照してこの発明を記載する。

第１図の装置１０は垂直造粒塔１１を備え、こ
の塔１１はアルミニウム（NH₄NO₃用）または
コンクリートまたは他の適当な材料からなる円形
または矩形の横断面をもつ細長い要素からなる。
塔中の造粒物質が腐食性物質の場合にはコンクリ
ート塔はアルミニウムで内張りされる。塔１１は
底部１３を備え、頂部は開放されているが上部構
造１５を備える。上部構造の上に多数の洗浄装置
１７が備えられる。塔からの排出物は液体雨シー
ルド１８（これは液体が塔へ逆流するのを防止す
る）を通つて洗浄装置中に流れる。洗浄されたガ
ス流はミスト除去器２０を通つて大気中に放出さ
れる。或は、塔１１は頂部を備え、大地またはそ
れ以下のところで排出物を洗浄するための洗浄装
置に排出物を導くための導管を備えていてもよ
い。

噴霧物を作るための造粒ノズル２１は塔１１の
頂部近くに懸架される。造粒ノズル２１は硝酸ア
ルミニウム融体または尿素融体が供給される導管
２３に接続する。融体は各造粒ノズル２１を通つ
て噴霧物となつて下方に噴射され、この噴霧物は
造粒ノズルの構造及び操作に応じて一般に円錐形
の断面をもつ。厳密に言えば、造粒ノズルの構造
の切頭円錐形（または切頭ピラミツド形）を形状
をなし、造粒ノズルの滴粒形成平面２７を備え、
これは分散平面と呼んでもよく、最小面積をもつ
基部を規定し、この基部から噴霧物が分散され
る。噴霧物は造粒等１１中へ分散される。円錐形
覆い２９は頂点から造粒ノズル２１に取付けて各
造粒ノズルから延びる。造粒ノズル２１と覆い２
９との接合部３１（第３図）はガス密に封止され
る。円錐形の代わりに覆い２９はベル３３の形状
（第５図）のものでもよく、第６図に輪郭を示す
覆い３５のように朝顔形に開いていてもよい。覆
い２９，３３，３５の内側表面は内側表面が噴霧
物２５と接触しないように造粒ノズルから離れて
いなければならない。例えば円錐形覆い２９の頂
部（切頭しない）の角度はこの覆いの内面が噴霧
物の流れの線に平行であるような少なくとも大き
さである。

覆い２９は入口３７をもち、この入口にガス導
管３９が接続している。比較的純粋な、或はガス
例えば空気中に効能度で混合した形態のアンモニ
アを導管３９及び入口３７を通つて覆い中に噴射
する。

装置１０は造粒塔１１の底部に空気流を噴射す
る装置をも備える。これは強制通風または誘発通
風またはそれらの併用により達成される。空気を
フアン４１によつてルーバー（図示せず）を通し
て強制流入させてもよい。洗浄装置１７は洗浄装
置系の圧力低下を相殺するためにフアン４２を備
えてもよく、場合によつて造粒塔１１に誘発通気
を与えてもよい。いずれの場合にも肥料物質の噴
霧物粒子は空気に向流して流れ空気により冷却さ
れる。

覆い２９に流れ込んだアンモニアは空気より軽
いために覆い中を上昇して覆い内にアンモニアの
静止雰囲気４３（第４図）を生成する。粒子４５
は造粒ノズル２１を離れる時には最高温度状態で
この雰囲気４３を通過する。このアンモニアは煙
霧の生成を抑制する効果があることが判明した。
加うるに、噴霧物の粒子はアンモニアと昇流する
空気との境界４７を去る際にアンモニアの層４９
で被覆される。この被覆は煙霧を抑制し続けるの
に役立ち、加うるにそれらの粒子が粒に転化され
るように粒子の冷却を促進するのに役立つ。得ら
れた粒はコンベア５１に沈積し、塔１１から除か
れる。

既に述べたように、造粒ノズルを取囲む覆い２
９はいずれも空気より軽いアンモニアガスを保持
するために造粒ノズルにガス密に接合しなければ
ならない。各覆い滴粒形成表面２７の下方に最小
のアンモニアガス層接触厚を与えるように突出し
ていなければならない。覆いに必要な深さは関与
する造粒ノズルの型によつて変わるが、一般に滴
粒形成表面２７の下に覆いの最大直径の25％〜70
％の捕捉されたアンモニア区域厚が使用される。
従来の多数オリフイス噴霧板の場合には滴粒形成
表面の下に152mm〜457mm（６インチ〜18インチ）
のアンモニア区域深さが最大直径680mm（26イン
チ〜75インチ）の覆い２９に対して好適であつ
た。滴粒形成表面２７の下のアンモニア区域の得
られる深さの制限は主として切頭円錐の延長角度
お呼び覆い壁による噴霧の妨害と該壁上へ噴霧物
の蓄積とを避けるために噴霧物の上の方向へ覆い
の周縁壁をもち上げる（未広にする）必要とによ
り決定される。従つて、各覆い壁は朝顔状に末広
（第６図）であるか、或はベル型（第５図）であ
るのが、噴霧妨害を避け、しかも平表２７の下に
必要な静止アンモニア区域を与えるのに好まし
い。最も厚い静止アンモニア区域が好ましいが、
円錐形、朝顔型またはベル型造粒ノズルに対する
この厚さには実際上幾何学的制限がある。覆いの
底部直径はアンモニア層の垂直深さが増すと共に
増大するから、塔に自由空気流の流れる断面積の
閉塞される割合が該底部直径の増大と共に増大す
る。非常に深い覆いの場合には、覆いにより占有
されない限定された流通面積を通る空気は加速さ
れ、覆いのまわりにベンチユリ効果を生じ、この
効果は覆い内から外へアンモニアを吸引する傾向
がある。0.9ｍ〜３ｍ（３〜10フイート）／秒の
従来造粒塔空気線速度では顕著なベンチユリ効果
は空塔自由流通面積の減少が約50％〜75％以下で
は起こらない。しかし、空気流に垂直に突出した
覆いが大きくなると局部的空気流速を増大させ且
つ衝撃と外乱とを受けるアンモニア区域の面積を
増大させるから、粒噴霧角度及び静止アンモニア
区域の好適な範囲の厚さと釣合つた最小覆いの直
径をもつことが好ましい。

造粒ノズルのまわりの覆い２９の下に捕捉され
たアンモニウムは幾つかの機構によつて周りの空
気中に失われる。これらの機構には噴霧により体
積置換、静止アンモニア区域を離去する噴霧物粒
子の境界層被覆の形成、覆い開口部における空気
の衝撃などが含まれる。最初の２つの機構により
失われるアンモニアの量は直接推定できる。1.43
の比重をもつ硝酸アンモニウム45.4トン／時間
（100000ポンド／時間）の造粒速度の場合には噴
霧物粒子による体積置換は31.74m³（1121立方フ
イート／時間である。82℃（180〓）の覆い中の
アンモニアガス温度と仮定すると、この置換され
た体積は24.41標準m³／時間すなわち18.52Kg／時
間のアンモニア量となる。

噴霧物粒子の境界被覆の形成によるアンモニア
の消費量は同じ45.4トン／時間の生産速度につい
て推定すると、37.17m²（400平行フイート）断面
の造粒塔の空気流速が566.3m³／分（20000CFM）
の場合に空気線速度は152.5ｍ／分（500フイー
ト／分）である。粒子の落下速度を無視し且つ粒
子の平均粒径を1.98mm（５／６インチ）と仮定す
ると、この粒子寸法及び平均46.1℃（115〓）の
空気の性状に対応するレイノズル数は228である。
球体に対するこのレイノズル数は層流から乱流へ
の遷移区域にあるが、粒子の落下速度を付加すれ
ば乱流条件下にあることがわかる。乱流条件の場
合には約0.2mmの境界層厚が「ユニツト・オパレ
ーシヨン・オブ・ケミカル・エンジニアリング
（Unit Operation Of Chemical Engineering）」
第３版61頁〔ニユーヨーク市、マツク・グロウヒ
ル・ブツク・コンパー（1956）」においてW.L.
Mc Cabe及びJ.C.Smithにより推定されている。
45.4Kg（100000ポンド）／時間で1.98mm（５／64
インチ）の直径の粒子の場合には7.76×10⁹粒
子／時間となる。0.2mm境界層被覆の場合、各粒
は30.04×10^-7（1.061×10^-7立方フイート）の
境界層体積をもち、この境界層被覆中に含まれる
１時間当りの総体積量Vammは下記の通りであ
る： Vamm＝（30.04×10^-7）×（7.76×10⁹） ＝23.30時間 平均境界層被覆温度を65.6℃（150〓）と仮定
すると、このアンモニア消費速度は18.0立法m³
〔664標準立方フイート（664SCF）すなわち14.26
Kg／時間アンモニウム量に等しい。こうして45.4
トン（100000ポンド）／時間の硝酸アンモニア粒
生産の際のアンモニアの置換損失量＋境界層被覆
所要量は１時間当たり32.8Kg（72.2ポンド）にす
ぎない。

覆い２９の開放口部における空気の衝撃による
アンモニアの損失量を推定することはできない
が、２個だけの覆い付き造粒ノズルを使用する工
業的造粒塔での約24.5トン（約45000ポンド）／
時間の生産速度の試験速度では煙霧の抑制のため
の覆いへの供給量として約32.7Kg（72ポンド）／
時間のアンモニア量を必要とすることを示した。
このことは45.4トン（100000ポンド）／時間の生
産速度では覆い中に合計60.4Kg（133ポンド）／
時間のアンモニアが必要であることを示す。従つ
て、空気の衝撃及び外乱によつて失われたアンモ
ニアは体積置換損失と境界層被覆生成所要量との
合計量にほぼ等しいと考えられる。45.4トン
（100000ポンド）／時間の硝酸アンモニウム生産
速度における60.4Kg（133ポンド）／時間の上述
のアンモニア使用量は硝酸アンモニウム１トンの
生産量当たり1.2Kg（2.67ポンド）のアンモニア
量にすぎない。

上述のように、空気境界層に比べて噴霧粒子に
アンモニア境界層を付与する他の利点は該噴霧粒
子の冷却が顕著に増大し、従つて造粒塔の生産能
力が増大することである。この意外にして予期し
なかつた利益はこの発明の実施に際して粒子のア
ンモニア被覆から生じ、先行技術により教示され
る空気へのアンモニア添加からは生じない。この
発明の実施の際には空気境界層はアンモニア境界
層によつて置換され、それぞれの熱移動係数の比
較からマンモニア被覆法の場合には冷却に際して
27％の潜在的利益が得られることが示された。

球体からガスへの対流熱移動係数に対する基本
的式は「Conduction Of Heat in Solid」と題す
るオツクスフオード・ユニバシテイ・プレス発行
（1959）の書物第234〜241頁においてA.C.
Carslow及びJ.C.Jaegerにより下記のように与え
られる： h_c＝0.6ｋ／Ｄ（2ρ²D³gΔρ／μ²（ρ₁ρ₂））^1/4（Pr
）^1/3 上式中 h_c＝対流熱移動係数 Ｋ＝ガスの熱容量 Ｄ＝球体粒子直径 Pr＝プラントル数 μ＝ガス速度 ρ＝ガス密度 ρΔ＝ガス密度差、境界層温度対全ガス温度 ｇ＝重力定数 最初の粒子表面速度温度を177℃（350〓）と仮
定し、アンモニア及び空気の物理的性質を代入す
ると（h_c）NH₃：（h_c）空気比は （h_c）NH₃／（h_c）空気＝（0.043／0.036）・（1.395
×10⁸／1.4033×10⁸）^1/4 ・（0.8635／0.7147）^1/3 （h_c）NH₃＝1.270（h_c）空気 こうして、空気境界層に比べてアンモニアガス
境界層をもつ粒子は熱移動速度が27％増大する。

造粒塔１１からの排ガスはアンモニアを含む。
煙霧制御に使用したアンモニアの大気中への損失
はこの発明の実施により要求される減少した率で
あるとしても経済的にまたは環境汚染防止上許さ
れないから、この添加したアンモニアを造粒塔排
ガスから除き回収するのが望ましい。これは洗浄
装置１７により達成される。ここに提示する操作
はアンモニアを単流式水洗浄によつて回収するに
ある。これは効果的な望ましい方法ではない。こ
の理由は洗浄装置流出流を廃棄前に処理するか或
は工場の作業に希薄なアンモニア流を使用するこ
とが必要だからである。この希薄なアンモニア排
洗浄液は洗浄装置１７に再循環することはできな
い。この理由はアンモニア濃度が増大するとアン
モニア溶液の背圧が増大するからであり、アンモ
ニアの吸収は溶液のアンモニア蒸気圧が塔を離去
する空気中のアンモニアの分圧に近付いた時に中
止する。

硝酸アンモニウムまたは尿素造粒塔の場合にア
ンモニアを洗浄除去する他の方法はアンモニア吸
収液のような非揮発性酸の気迫溶液を使用するに
ある。これはアンモニアの背圧をゼロにし、吸収
推進力を最大にして簡単な噴霧式洗浄器のような
非常に小型の洗浄装置中で迅速且つ完全なアンモ
ニアの除去を行う。

使用できる非揮発性酸には燐酸、硫酸、硝酸な
どがある。有機酸のようの被酸化性の酸は硝酸ア
ンモニウム装置中では危険であり、従つてそれら
の使用は実際的ではない。装置での生産手順中に
普通造られ、アンモニアとの反応によつて最終装
置製品と同じ化合物を生ずるHNO₃のような酸を
使用するのが有利である。

排ガスからアンモニアを除き、それを有用な化
合物に変える装置を第１図に示す。排ガスは上部
構造１５を通つて洗浄装置１７の下部区域に流れ
上方に移動する。排ガスを米国特許第3895926号
（ラーナー）に開示されているように噴霧ヘツド
５５へ導管５３を通つて供給される反応剤と直接
接触する。アンモニアと溶液は最初にアンモニア
を吸収する。溶液に吸収されたアンモニアは同時
に溶液中の遊離の反応剤の酸と反応する。こうし
て溶液からのアンモニアのゼロ背圧が達成する。
反応剤は吸収したアンモニアを安定な非揮発性化
合物に変える。粒が硝酸アンモニウムからなると
きには第１図に示すように硝酸である。この硝酸
溶液は排ガス上に向流的に噴霧され排ガス中のア
ンモニアを吸収し硝酸アンモニウムに転化する。
硝酸アンモニウムは溶解し、導管５７を通つて硝
酸アンモニウム溶液を含有する再循環タンク５９
へ供給される。タンク５９中の水を補給するため
の補充水は導管６１を通つて供給される。導管６
１を通る流れは流れスイツチ６３によつて制御さ
れる。再循環タンク５９中の液体はポンプ６５に
より導管６７を通つて再循環される。再循環タン
ク５９中の硝酸アンモニウムの濃度は監視され
る。この濃度が所定の大きさに達すると弁６９が
開かれ、硝酸アンモニウムが放出導管７１を通つ
て生成物回収装置へ送られる。

硝酸アンモニウム造粒塔排空気からこの発明の
実施に際してアンモニアを吸収するために希薄硝
酸溶液を使用する利点は硝酸アンモニウムが洗浄
溶液中で連続的に生成し、所望の濃度が達成され
るまで洗浄溶液が洗浄装置１７を通して再循環さ
れることである。この濃度に達した溶液は放出導
管７１を通つて回収される。希薄な硝酸アンモニ
ウム溶液洗浄液放出液に対する下流側のエネルギ
ー所望量を最小となすために再循環タンク中に代
表的には最低20％の濃度の硝酸アンモニウムを維
持することが望ましい。60重量％以上の硝酸アン
モニウムの再循環濃度が工業的造粒塔洗浄器での
試験で達成されたが、60重量％より高濃度の操作
は望ましくない。この理由は環境湿球温度が前記
高濃度溶液の凝固点以下に低下すると配管中の溶
液が氷結する危険があるからである。

硝酸は導管５３を通つて再循環溶液に連続的に
添加されてアンモニアが排空気からアンモニアが
吸収された時に洗浄装置再循環溶液の酸性度を維
持する。水は連続的に温乾燥空気中に蒸発して造
粒塔を去り洗浄装置へ入るから、再循環溶液の酸
性度を維持するために約35重量％の濃厚硝酸を使
用するのが有利である。過度に希薄な酸を使用す
ると酸と共に添加される水が蒸発速度より多くな
り、20％またはそれ以上の所望の濃度に再循環溶
液の硝酸アンモニウム濃度を維持できない。更
に、50％〜60％の濃度が硝酸アンモニウム製造装
置の操作で一般に得られる大体の硝酸濃度であ
る。洗浄装置再循環溶液に比較的濃厚な硝酸を添
加する時の主な欠点は洗浄装置中で硝酸アンモニ
ウム煙霧が二次発生する可能性があることであ
る。約２〜５重量％以上の硝酸濃度が粒造塔排気
中のガス状アンモニアとの蒸気相反応によつて煙
霧を発生するのに充分な硝酸または窒素酸化物蒸
気圧をもつ。洗浄装置中の二次煙霧生成は空気
28.315使用m³〔1000使用立方フイート（actual
cubic feet）／分当たり18.93〜94.63（２〜
25ガロン）再循環液、好ましくは28.315m³（1000
立方フイート）当たり37.85〜56.78（10〜15
ガロン）の範囲の再循環溶液を使用することによ
つて避けることができる。このようにして、洗浄
装置１７へ入りアンモニア／空気混合物と接触し
て酸の蒸気圧が無視できるほど小さい濃度に酸の
濃度が低下させる希釈「低下（シンク）」効果が
酸に対して与えられる。洗浄装置に入る硝酸の濃
度を２重量％以下に制限するのが望ましく、0.4
重量％以下であるのが好ましい。1000トン／日
（5663m³／分（200000ACFM）の造粒塔中で136.2
Kg／時間（300ポンド／時間）の最高アンモニア
使用量に対して酸の所要量は53％HNO₃952.04
Kg／時間（2097ポンド／時間）である。この酸を
0.4％に希釈するには952.04Kg（2097ポンド）／
時間の希釈溶液すなわち大体2100／分〔555ガ
ロン／分（GPM）〕の付加的非酸液を混合しなけ
ればならない。洗浄装置操作で最低18.93（５
ガロン）再循環液／28.315m³（1000CF）の再循
環液で3785（1000ガロン）／分の希釈液が与え
られる。この希釈液量はこの最低値の希釈液の２
倍である。従つて二次煙霧の生成は避けられる。

この発明の方法を尿素造粒塔などに適用する場
合にはアンモニア洗浄装置中で使用する非希釈性
希酸溶液は燐酸、硫酸、硝酸のような無機酸およ
びクエン酸、シユウ酸などの非揮発性有機酸であ
る。

尿素生成操作へ洗浄装置溶液放出液を再循環す
るためにはアンモニア吸収洗浄装置中で炭素水素
アンモニウムを発生させることが望ましい。これ
は吸収溶液として炭酸を使用することを必要とす
る。他のすべての酸は尿素製造工程へ余計の化合
物を導入するから好ましくない。炭酸以外の酸、
例えば硫酸、硝酸、または硫酸の使用により生ず
る洗浄装置再循環溶液放出液は肥料成分を含むか
ら別途に濃縮するか、或は液状形態で販売しても
よい。

蒸気圧問題の点から、尿素造粒塔排気からアン
モニアを大気圧で炭酸水素アンモニウム／炭酸再
循環溶液で洗浄することは通常実際的ではない。
アンモニアの蒸気圧、すなわち溶液の背圧は高
CO₂／NH₃比、従つて過度に高いCO₂蒸気圧をも
つ溶液を使用することによつてのみこの発明の実
施に際して通常の大気圧のNH₃の蒸気圧範囲
（0.1〜1.0mmHg）以下に低下できる。このような
洗浄溶液を造ることは可能であるが、CO₂損失が
非経済的なほど大きい。燐酸でアンモニアを除
き、アンモニアを燐酸アンモニウムとして回収す
ることが現実的である。燐酸を洗浄装置１７中に
噴霧し、燐酸アンモニウムを第１図に示す装置で
の硝酸アンモニウム及び硝酸と同様に際循環タン
クに通す。

実施例 この発明の予備実験を農業用肥料の硝酸アンモ
ニウム粒の工業的製造用装置８１（第７図）で行
つた。装置８１は３個の主区画（ベイ）８３，８
５及び８７を備え、各ベイに２個の造粒ノズルを
備える。予備実験は中央ベイ８５のノズル８９及
び９０を用いて行つた。

各ノズル８９及び９０の造粒ノズル接合部９１
（第８図）は覆い９３を備える。造粒ノズル接合
部の１の融体滴粒形成平面９２と覆いのリムによ
つて規定される平表との間の垂直距離は約305mm
（12インチ）である。覆いは平面９２から末広が
りに広く水平面に対して約60°の角度で延びる。
液体アンモニア（給源は図示せず）は蒸発器９５
により蒸発してヘツダー９９、ニードル弁１０
１、ロータメータ１０３、及び可撓性ホース１０
５（第８図）を通つてノズル８９及び９０の覆い
９３の導入口取付具９７に供給される。導入口取
付具９７の中心は融体滴粒形成平面９２より約
102mm（４インチ）下にある。造粒ノズル接合部
（造粒ヘツド）９１に結合した覆い９３にはＴ−
接続１０９を経てヘツダー９９に接続した分岐通
路１０７を通つてアンモニアが同様に供給され
る。

硝酸アンモニウムの粒を造り同時に試験を行つ
た。造粒温度は174℃（345〓）であつた。約303
／分すなわち689トン／日の硝酸アンモニウム
の粒を造つた。アンモニウムは最初9.08Kg（20ポ
ンド）／時間の速度で供給した。この速度でフユ
ームの明白な抑制が観察されたが、不透明度を測
定すると70％であつた。181.6Kg（400ポンド）／
時間のアンモニアを造粒塔の底部に導入した。約
50％の不透明度が観察された。181.6Kg（400ポン
ド）／時間のアンモニアを造粒塔の底部に供給し
ながら覆い９３へのアンモニアを33.6Kg（74ポン
ド）／時間に上げた。不透明度が10％へ低下した
ことが認められた。覆い９３への33.6Kg／時間の
アンモニアの供給速度を保ちながら181.6Kg／時
間のアンモニアの造粒塔底部への供給を中止し
た。40％の不透明度が観察された。粒の予定した
生産は一時的に中断するのを余儀なくされた。

このことはこの発明の目ざましい有効性を証明
するものである。Toddにより教示された181.6
Kg／時間のアンモニアの添加では覆いへ9.08Kg／
時間のアンモニアを供給しても不透明度は70％か
ら50％へ低下したのにすぎない。覆いへのアンモ
ニアの供給を24.52Kg／時間増加しただけで不透
明度は40％だけ低下した。181.6Kg／時間のアン
モニアの供給を中断し、覆い９３への31.2Kg（70
ポンド）／時間のアンモニアの供給だけにすると
不透明度は40％となり、Toddにより教示された
181.6Kg／時間のアンモニアの供給により得られ
た不透明度より10％低くなつた。

この発明の好ましい実施態様をここに開示した
が、これらの実施態様の多くの改変が可能であ
り、この発明は先行技術の技術思想を必要とする
ものを除く限り上記態様に限定されるべきではな
いことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実施する装置概略縦
断面図、第２図はこの発明を実施するに際して使
用する融体用造粒ノズルすなわち噴霧ノズルの操
作の説明図、第３図は第１図に示す造粒塔の主と
して噴霧ノズル一覆いの縦断面図、第４図は第３
図のに示す矩形区域の破断図でアンモニアと肥
料物質噴霧物融体と空気との関係を説明する図、
第５図及び第６図はこの発明で使用する覆いの概
略正面図、第７図はこの発明の研究を実施する使
用した３組のベイの造粒塔組体の概略平面図、第
８図は第７図の造粒塔の覆いにアンモニアを供給
する仕方を説明する概略説明図である。図中： １０……造粒装置（装置）、１１……造粒塔
（塔）、１３……底部、１５……上部構造、１７…
…洗浄装置、１８……液体雨、２０……ミスト除
去器、２１……造粒ノズル、２７……（造粒ノズ
ル）平面（基部）、２９……覆い、３１……（造
粒ノズル／覆い）接合部、３３，３５……覆い、
３７……入口、３９……ガス導管、４１……フア
ン、４３……（アンモニアの）静止雰囲気、４７
……（アンモニアと空気との）境界、４９……ア
ンモニアの層、５１……コンベア、５９……再循
環タンク、６１……（補充水）導管、６３……流
れスイツチ、６９……弁、７１……（生成物回収
装置への）放出導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硝酸アンモニウム及び尿素からなる群の１種
   の物質の融体の噴霧物を造粒塔の第１位置で噴射
   し、前記第１位置から離れた前記塔の第２位置で
   空気流を導入し、前記噴霧物と前記空気流とを向
   流させて前記噴霧物を冷却し粒となし、粒を塔か
   ら取出すことからなる、硝酸アンモニウム及び尿
   素からなる群の１種の物質の粒を製造するための
   造粒塔の運転方法において、噴霧物が塔に入る時
   に該噴霧物をガス状アンモニア雰囲気中に維持
   し、塔から硝酸アンモニウムまたは尿素の煙霧の
   放出を抑制することを特徴とする方法。 ２ 噴霧物が塔に入る区域でアンモニアの静止雰
   囲気を通る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 噴霧物と接触する空気が塔を離去する際にア
   ンモニアを同伴し、このアンモニア同伴空気を燐
   酸、硫酸、硝酸及び炭酸からなる群の１種の酸で
   処理してアンモニウム塩を形成させることによつ
   て空気からアンモニアを除く特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ４ 噴霧物が尿素からなり、噴霧物と接触する空
   気が塔を離去する際にアンモニアを同伴し、この
   アンモニア同伴空気を燐酸、硫酸、硝酸及びクエ
   ン酸及びシユウ酸のような非揮発性有機酸からな
   る群の１種の酸で処理してアンモニアを該酸の塩
   に変えることによりアンモニアを空気から除去す
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 噴霧物の粒子をそれらが空気流に入る前にア
   ンモニアで被覆して前記空気による噴霧物粒子の
   冷却を促進する特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６ 硝酸アンモニウムまたは尿素の融体を造粒ノ
   ズルを通して造粒塔の頂部近くに噴射することに
   よつて硝酸アンモニウムまたは尿素を小粒子に分
   散し、生成した粒子を空気と向流して塔中を流す
   ことからなり、更に、アンモニアガスを造粒ノズ
   ルに直接またはその周りの区域に噴射して造粒ノ
   ズルの周りにアンモニアの雰囲気をつくり、前記
   粒子が塔の残りの区域を通る前に前記粒子を前記
   アンモニア雰囲気中に通すことによつて、硝酸ア
   ンモニウム又は尿素の煙霧の生成反応を抑制する
   ことからなる、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ７ 造粒ノズルに覆いを設け、アンモニアを連続
   的に覆いの中に噴射することによつて連続的に補
   充される静止雰囲気を造粒ノズルに生成させる特
   許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 造粒塔、造粒塔の第１位置で硝酸アンモニウ
   ム及び尿素からなる群の物質の１つまたはそれ以
   上の物質の融体の噴霧物を生成するための該塔に
   接続した位置、前記噴霧物生成装置により噴霧物
   が生成した時に該噴霧物を該噴霧物生成装置のま
   わりにあるアンモニア含有雰囲気中に通すために
   噴霧物生成装置のまわりにアンモニア含有雰囲気
   を生成するめ装置、造粒塔に接続して該塔の第２
   位置から該塔中に空気の流れを生成させるための
   装置制御及び該造粒塔に接続して硝酸アンモニウ
   ム及び尿素からなる群のから選ばれた１種または
   それ以上の物質の粒を取出すための装置を備えて
   なり、噴霧物は第１位置から第２位置に向かつて
   空気の流れを通つて流がされるために噴霧物は冷
   却されて前記物質の粒が作られ、前記噴霧物は噴
   霧物生成位置を離去する時にまわりの雰囲気中の
   アンモニアと反応して造粒塔から硫酸アンモニウ
   ム又は尿素の煙霧の発生を抑制してなる、硝酸ア
   ンモニウム及び尿素からなる群の物質の１種また
   はそれ以上の物質の造粒装置。 ９ アンモニア雰囲気生成装置が噴霧物生成装置
   に結合した覆い及び該覆いに結合し該覆いにアン
   モニアを供給する装置を備えてなる特許請求の範
   囲第８項記載の装置。 １０ 覆いが噴霧物と衝突しないように造形され
   てなる特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１ 覆いが噴霧生成装置から空気の流れの方向
   へ拡がる円錐形をなす特許請求の範囲第１０項記
   載の装置。 １２ 覆いが噴霧生成装置から空気の流れの方向
   へ延びるベル型のものである特許請求の範囲第１
   ０項記載の装置。 １３ 覆いが空気の流れの方向へ向かつて末広が
   りに広がる形をなす特許請求の範囲第１０項記載
   の装置。 １４ 造粒塔から放出されるアンモニアを除くた
   めに該塔に接続した洗浄装置を備える特許請求の
   範囲第８項記載の装置。 １５ 洗浄装置が、洗浄装置に接続して、造形塔
   から放出されたガス中に含まれるアンモニアの大
   部分を再利用するために、洗浄装置からのアンモ
   ニウム化合物を取出すための装置を備える特許請
   求の範囲第１４項記載の装置。 １６ 洗浄装置からアンモニウム化合物を取出す
   ための装置により、硝酸アンモニウムを洗浄装置
   から取出すことからなる、硝酸アンモニウムから
   なる粒を製造するための特許請求の範囲第１５項
   記載の装置。 １７ 洗浄装置からアンモニウム化合物を取出す
   ための装置により、燐酸アンモニウムを洗浄装置
   から取出すことからなる、尿素からなる粒を製造
   するための特許請求の範囲第１５項記載の装置。 １８ 頂部近くに造粒ノズルを備えた垂直造粒
   塔、造粒ノズルに接続して造粒ノズル中に粒を構
   成する物質の融体を噴射して該融体を噴霧物とし
   て分散させて重力により塔中を落下させるための
   融体噴射装置、覆い、該覆いを造粒ノズルのまわ
   りに取付けるための装置、覆いに結合して覆い中
   に塔からの煙霧の放出を抑制するためのガスを噴
   射するための装置、塔中に空気の流れを噴射物と
   向流的に噴射して噴霧物を冷却し噴霧物粒子を粒
   に変えるための空気流噴射装置および粒を捕集す
   るための装置を備えてなる、硝酸アンモニウム及
   び尿素からなる群の１種の物質の、煙霧が抑制さ
   れる造粒装置。 １９ 洗浄装置、覆いから放出されたガスを洗浄
   装置に通すように洗浄装置を塔に接続するための
   装置、洗浄装置に接続して前記ガスと向流関係に
   流れる前記洗浄装置に前記ガス吸収用液体反応剤
   を供給するための装置を備えてなる特許請求の範
   囲第１８項記載の装置。 ２０ 物質が硝酸アンモニウムで、ガスがアンモ
   ニアであり、液体反応剤が硝酸であり、回収硝酸
   アンモニウムが前記アンモニアから得られたもの
   である特許請求の範囲第１９項記載の装置。