专利名称：：硝酸铵颗粒的制作方法硝酸4妄颗粒
背景技术：
：本发明涉及爆炸级硝酸铵颗粒。本发明的目的是提供一种制备爆炸级硝酸盐颗粒和爆炸级硝酸铵颗粒的方法。
发明内容本发明的第一方面涉及硝酸铵含量为99-100%，通常最低99.8%(m/m)的爆炸级硝酸铵多孔颗粒，所述颗粒在流化床中制备并通过层叠和附聚的组合而形成。爆炸级硝酸铵颗粒优选为球形，具有基本光滑的外表面，并具有1.5mm~3.0mm的平均冲立径。爆炸级硝酸铵颗粒优选具有0.750.9g/cm3的体积密度。爆炸级硝酸铵颗粒通常包含微孔，微孔是颗粒内直径为10100微米的孔。这些爆炸级硝酸铵颗粒具有直径为48微米的表面孔隙，通过所述表面孔隙吸收燃油。爆炸级硝酸铵颗粒可包含添加剂，如造粒助剂和晶习改变剂。爆炸级硝酸铵颗粒通常包含(按有效成分计)300600ppm,优选350450ppm，最优选450ppm的晶习改变剂；和/或50300ppm,优选100200ppm，最优选150ppm的造粒助剂。晶习改变剂优选为烷基萘磺酸盐，优选钠盐。造粒助剂优选为直链磺酸盐，优选钠盐。本发明还涉及如上所述的爆炸级硝酸铵颗粒，其具有按燃油重量计6%15%的吸油率。本发明还涉及爆炸组合物，例如ANFO爆炸组合物，其包含如上所述的爆炸级硝酸铵颗粒和燃油。本发明的第二方面涉及如上所述的爆炸级硝酸铵颗粒的制备方法，该方法包括a)提供硝酸铵熔体；b)经由至少一个喷嘴将硝酸铵熔体供至第一流化床，该第一流化床供有优选于40。C时相对湿度已调至低于30%的空气，并加热至95。C105。C,优选100°C，从而形成硝酸铵颗粒；以及c)优选将在第一流化床中形成的颗粒直接送至第二流化床，并在第二流化床中将硝酸铵颗粒冷却至60。C80。C，优选70。C或更低。通常，通过将含92wt%~96wt%,优选93wt%95wt。/。浓缩硝酸铵的硝酸铵熔体经至少一个喷嘴喷入第一流化床，在该流化床中形成硝酸铵颗粒。通常将来自第二流化床的颗粒送至分粒器(sorter)，使来自分粒器的尺寸过小的颗粒循环至第一流化床作为晶种颗粒(seedingparticle)。将来自分粒器的尺寸过大的颗粒首先破碎，然后同样循环至第一流化床作为晶种颗粒。硝酸铵熔体通常包含(按有效成分计)300600ppm,优选350450ppm，最优选450ppm的晶习改变剂；和/或50300ppm，优选100200ppm,最优选150ppm的造粒助剂.晶习改变剂优选为烷基萘磺酸盐，优选钠盐。造粒助剂优选为直链磺酸盐，优选钠盐。本发明还涉及这样的爆炸级硝酸铵颗粒，其具有与图2所示基本相同的截面；与图4所示基本相同的表面；与图6所示基本相同的晶体结构。本发明的第三方面涉及用于控制流化床造粒机中流化床高度的方法和设备，该设备包括未供应流化空气并直接与流化床连通的死区，所述死区包括检测流化床高度的检测工具和从死区中移出颗粒的移出工具；其中检测工具与移出工具连通并控制移出工具，以使检测工具控制流化床的高度。图1为根据本发明制备爆炸级硝酸铵颗粒的设备和方法的示意图；图2为通过本发明方法制备的硝S吏铵颗粒的截面的电子显微镜照片；图3为现有技术的硝酸铵多孔丸粒(porousprill)的截面的电子显微镜照图5为现有技术的硝酸铵多孔丸粒的表面的电子显微镜照片；图6为通过本发明方法制备的硝酸铵颗粒的晶体结构的电子显微镜照片；及图7为现有技术的硝酸铵多孔丸粒的晶体结构的电子显微镜照片。具体实施例方式本发明的:*炸级硝酸铵颗粒是在相对于国际专利7>开WO2004/047976中所述的设备有所改进的设备中制备的，在此引入该国际专利公开的内容作为参考。参考图1,用于制备爆炸级硝酸铵颗粒的造粒设备总体上由标记10表示。设备10包括相互直接连通的第一流化床12和第二流化床14。"直接连通"和"直接"是指在流化床之间没有阻挡物，在第一流化床12中形成的颗粒无需管道或输送装置可流至第二流化床14。第一流化床12位于由外壳限定的造粒机16中。第一流化床12位于水平取向的穿孔板20的上方。将一股空气18泵送至造粒机16的底部，通过穿孔板20进入流化床12，再从上部出口22排出，随后使空气经过洗气装置再排放至大气中。穿孔板20的表面面积为0.8m22m2，优选为lm21.6m2,通常为约1.4m2，并且其孔的直径为13mm，通常为1.6mm。第一流化床12分为两个区，示为区1和区2。区1的长度可为0.5m-lm，通常为约0.7m，区2的长度可为1.4m-2m，通常为约1.7m。区1为调湿区(conditioningzone)(该区不包括任何喷嘴)，包括多个(在本例中为6个，但可以有更多个)空气喷雾嘴26A-26F的区2为造粒区。布置空气喷雾嘴26A-26F，从而以与流经穿孔板20的空气流18垂直的水平喷射模式输送硝酸铵熔体。各喷嘴26A-26F设置有阀门(未示出)，从而当需要较低输出时可关闭喷嘴的喷射。任选地，区2可包括多个阻挡物，在本例中为6个竖直取向的平隔板24A-24F。各隔板24A-24F均位于喷嘴26A-26F的上方。选择各隔板24A-24F的大小以确保恒定的质量流量/横截面积。设置供料螺杆28以将晶种颗粒送入造粒机16。第二流化床14位于由外壳限定的初级冷却器/干燥器30中。第二流化床位于水平取向的穿孔板31的上方。穿孔板31的表面面积为0.4m21m2,优选为0.6m20.9m2，通常为约0.85m2。将一股空气32泵送至初级冷却器/干燥器30的底部，通过穿孔板31，再从上部出口34排出，随后使空气经过洗气装置再排放至大气中。流化床12和14中的流化颗粒的上表面由虚线15表示。与第二流化床14相邻并与该第二流化床14直接连通的是未直接供给流化空气的"死区"36。设置螺杆37以从死区36中移出硝酸铵颗粒。设置高度检测器(leveldetector)39以测量死区36内表面15的高度。高度检测器39(可以是雷达检测器)与螺杆37连通并控制螺杆37，从而使表面15保持恒定的高度。死区36内表面15的优选高度为0.30.5m。将通过螺杆37从设备10中移出的硝酸铵颗粒送至分粒器38。使来自分粒器38的尺寸过小的细颗粒40经斜槽42循环至供料螺杆28,作为第一流化床12的晶种颗粒。将尺寸过大的颗粒44送至破碎机46破碎，再同样经斜槽42循环至供料螺杆28，作为晶种颗粒。将尺寸合适的颗粒48送至第二冷却器50，在其中冷却至约35。C，再送去包装52。在本发明制备爆炸级硝酸铵颗粒的实施方案中，将环境空气抽入冷凝器并进行调湿以从空气中除去水分。经调湿的空气优选具有在40。C时小于30%的相对湿度。然后使经调湿的空气通过蒸汽加热器，该蒸汽加热器将空气加热至95。C105。C，通常加热至100°C。再将经调湿和加热的空气18泵送至造粒机16,从而形成第一流化床12。在优选实施方案中，经调湿和加热的空气18的温度为100。C，相对湿度小于10%。将浓度为92%96%(m/m)，通常为93%95%(m/m)的浓缩液体硝酸铵熔体，通过喷嘴26泵送至造粒机16。硝酸铵熔体优选包含造粒助剂和晶习改变剂。晶习改变剂通常为萘磺酸盐，优选钠盐。可添加300600ppm(按有效成分计)，优选350450ppm，通常400ppm的晶习改变剂。造粒助剂通常为直链磺酸盐，优选钠盐。可添加50300ppm,优选100200ppm，优选150ppm的造粒助剂。前述添加剂中的每一种均赋予颗粒多孔性，但为达到最佳效果同时使用两者。硝酸铵熔体还可包含防泡剂如沉淀二氧化硅。通常将液体硝酸铵溶液送至调节槽中，在调节槽中每15吨溶液添加1kg造粒助剂和30L晶习改变剂。这些添加剂赋予硝酸铵颗粒多孔性和强度特性。将硝酸铵浓缩至9296%(m/m)，并具有4~8%的自由水分含量。然后使用压力为3.54.5巴的泵，于130160。C经喷嘴26将浓缩硝酸铵注入造粒机16的第一流化床12。除了通过泵加压外，压力为56.5巴的压缩空气辅助硝酸铵熔体经喷嘴26进行雾化。将压缩空气加热至温度90110°C。热压缩空气抑制熔体的结晶，从而促使颗粒层叠并形成本发明优选光滑的球形颗粒。通过供料螺杆28将粒径为约0.5mm1.0mm的硝酸铵晶种颗粒送入造粒机16。晶种颗粒通过第一流化床12的区1，在区1中对晶种颗粒进行预处理，即利用空气18加热并进行干燥。该预处理步骤保证了在晶种上的优化层叠，从而确保颗粒进入第一流化床12的区2时的硬度、光滑度和球形度。从喷嘴26喷出的液体硝酸铵沉积在硝酸铵晶种颗粒上，从而形成硝酸铵颗粒。硝酸铵颗粒具有吸湿性。空气18的调湿是重要的，优选在100°C时相对湿度小于10%。如果没有对空气18进行调湿，则颗粒可从空气中吸收水分，变粘并附聚。在区2中，熔体喷雾的雾化液滴与流化床中的颗粒碰撞并在颗粒上形成层，从而使得尺寸均匀增长。隔板24A-24F的配置可优化液滴与颗粒之间的接触并防止回流，从而减少过度粒化和过大的颗粒。在第一流化床12中形成的硝酸铵颗粒直接流入初级冷却器/干燥器30的第二相邻流化床14。初级冷却器/干燥器30利用经调湿的空气32将颗粒冷却至70。C以下，通常介于60。C和80。C之间。虽然通常将颗粒冷却至50~70°C,但是可将颗粒冷却至40°C以上，这是因为在设备10当前的构造中冷的晶种颗粒返回进料器28并可在预处理区1中加热至所需温度。初级冷却器/干燥器30还可提高造粒机16的生产能力，这是因为可提高130160°C的热熔体进入造粒机16的流速。在造粒机16中形成主要由颗粒干燥而产生的硝酸铵颗粒多孔性。由于在层叠过程中将水挤出而形成孔。硝酸铵颗粒的含水量在初级冷却器/干燥器30中可进一步降至0.3%以下。螺杆36将硝酸铵颗粒从初级冷却器/干燥器30中移出。通过螺杆36移出的颗粒在分粒器38中筛分，使细颗粒循环至供料螺杆28作为晶种颗粒。将尺寸过大的颗粒在破碎机46中破碎，再同样循环至供料螺杆28。将尺寸合适的颗粒(4080%,1.5mm3.0mm)从分粒器38送至第二冷却器50，以进行冷却并随后进行包装。通过本发明的设备和方法制备的硝酸铵颗粒是爆炸级的、球形的、光滑、硬且干燥，并且在处理过程中不易破碎。通常，颗粒的平均颗粒硬度为1kg3kg,该均值是通过如下方法评测10个颗粒而测定的在粒径为1.53.0mm的单个颗粒上施加以kg计的力来测定硬度，该硬度结果是导致颗粒破裂的以千克为单位的力，即屈服点。所述颗粒具有低的含水量，通常小于0.3%，但优选小于0.2%。该颗粒还具有光滑的表面，从而赋予有利的流动特性。本发明的爆炸级硝酸铵颗粒的具体优势在于由于颗粒通过层叠和附聚的组合而形成，因而可根据需要或应用改变颗粒的尺寸。每个颗粒均包含直径为10100微米的微孔。在颗粒的不同层中的微孔不必直接相连。因而，颗粒表面上的微孔不必直接与颗粒核心的微孔相连。这影响了这些颗粒用于ANFO爆炸组合物与油状燃料组合时的性能。当暴露于油时，所述颗粒吸收6wt°/。l5wt。/。的燃油，燃油可;参透直至核心。本发明的另一优势在于可制备具有特定粒度范围和密度的爆炸级硝酸铵颗粒，并可根据颗粒的应用来改变颗粒的粒度范围和密度。本发明的爆炸级硝酸铵颗粒可具体应用于ANFO爆炸组合物。典型的ANFO组合物包含94%的硝酸铵(丸粒或颗粒)和6%的燃油。ANFO在混合工艺中制备，其中将燃油以预定的供料速度喷至丸粒或颗粒上，所述供料速度提供所需的氧化剂与燃料之比。将这两相混合在一起，足够的保持时间使燃料得以吸收。硝酸铵丸粒或颗粒的多孔性使燃油得以吸收，从而提供氧化剂与燃料的均匀混合。试验已表明包含本发明的硝酸铵颗粒的ANFO组合物可根据制造硝酸铵颗粒的具体工作条件产生高于或(如有必要)低于使用多孔丸粒硝酸铵的ANFO组合物的爆炸速度(VOD)(根据需要)。在钢管中测试使用本发明的硝酸铵颗粒制备的ANFO的VOD。使用所述硝酸铵颗粒制备的ANFO显示出6D雷管感度(detonatorsensitivity)。使用本发明的硝酸铵颗粒制备的产品引爆可靠，完全比得上使用多孔丸粒硝酸铵的常规ANFO。在一个实施例中，硬度为0.96kg的粒状硝酸铵(其装料密度比使用多孔丸粒硝酸铵的常规ANFO高8%)的VOD平均高20.0%。试验结果示于下表l:表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在另一个实施例中，硬度为1.84kg的粒状硝酸铵的VOD平均比使用多孔丸粒硝酸铵的常规ANFO低13.6%。试验结果示于下表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>参考图2-7，通过本发明方法制备的硝酸铵颗粒的物理性能可比得上现有技术中的多孔丸粒。由图2和3可知，图3的丸粒具有特征性的中心孔，而图2的颗粒没有这样的孔。该丸粒还具有很多边缘尖锐的缺口和裂缝，这在图7中也得到了证实，然而由图6可知颗粒中的孔具有较光滑的边缘。外表面参考图4和5，所述颗粒具有比丸粒光滑得多的外表面。其益处在于所述颗粒比丸粒流动更自由且结块的可能性更小。最后，对通过本发明方法制备的硝酸铵颗粒进行试验，从而确定颗粒的硬度和内密度对VOD的影响。这些结果在下面的曲线图1和2中给出。有趣的是，从曲线图1可明显看出VOD随硬度的减小而增大。对此可作如下解释由于较软的颗粒是吹气装料的(blowloaded),颗粒破碎增加了装料密度。由此导致VOD增大。从曲线图2可明显看出对于VOD最佳的内密度为1.30132。<image>imageseeoriginaldocumentpage11</image>曲线图1-通过本发明的方法制备的硝酸铵颗粒的VOD与硬度的关系曲线<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>|.'34曲线图2-通过本发明方法制备的硝酸铵颗粒的VOD与内密度的关系曲线现4、实施例采用分批处理来制备含99.8%(m/m)硝酸铵的纯的多孔粒状硝酸铵。从硝酸铵厂获得浓度为88%90%的硝酸铵溶液。每批由15t硝酸铵溶液、lkg晶习改变剂(在该实施例中为获自LakeInternationalTechnologies(ArrmazCustomChemicals的代理商)的商品名为Galoryl的烷基萘磺酸钠盐)和30L造粒助剂(在该实施例中为获自Cheminmark(Pty)Ltd(KaoCorporationS.A.的代理商)的商品名为SKFert的直链磺酸钠盐)组成。然后将该溶液在大气压下通过蒸发水分来进行浓缩。这通过使蒸汽(8-10巴)通过浓缩槽中的盘管来完成。参考附图，经由4个喷嘴26，以2吨/小时的速度，将温度为150160°C、浓度高于95%的第二溶液泵送至设备10的造粒机16中。造粒机16容纳第一流化床12，第一流化床12具有1m2的总流化表面积20并具有8%直径为1.5mm的孔。供至该流化床的空气18的温度为98°C且相对湿度小于15%。来自造粒机16的硝酸铵颗粒直接流至初级冷却器/干燥器30，初级冷却器/干燥器30容纳第二流化床14，第二流化床14具有0.65m2的总流化表面积。该第二流化床还具有与第一流化床相同的孔。供给第二流化床的经调湿的空气32为30。C且在30。C时相对湿度为25%。然后将来自初级冷却器/干燥器30的粒径为<0.5mm至10mm的颗粒送至分粒器。利用孔径为1.5mm~3mm的双层筛(doubledeckscreen)对颗粒进行筛分。使尺寸过小的颗粒循环至第一流化床，将尺寸过大的颗粒破碎至尺寸达到3.0mm以下，再同样送回至第一流化床作为晶种物质。将最终产物送入第二冷却器，该第二冷却器具有0.61112的总流化表面和与其它流化床相同的孔径。离开第二冷却器的最终产物的温度为46。C。将最终产物直接袋装成1吨(IOOO千克)/袋。将这些袋运至涂覆车间，在此将袋打开并送入涂覆转筒。使用0.15%的抗结块剂对颗粒进行涂覆。釆用上述具体条件的最终产品组合物如下氮气34.5%(m/m)水分0.24%(m/m)pH4.6硬度1.3lkg典型的最终产品组合物如下:氮气34.535%水分<0.3%(m/m)pH46硬度卜3kg。权利要求1.一种爆炸级多孔硝酸铵颗粒。2.根据权利要求1的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒为球形且具有1.5mm3.0mm的平均粒径。3.根据权利要求1或2的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒的体积密度为0.750.9g/cm3。4.根据前述权利要求中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含微孔。5.根据权利要求4的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述微孔的直径为10100孩i米。6.根据前述权利要求中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒具有表面孔隙。7.根据权利要求6的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述表面孔隙的直径大小为48樣i米。8.根据前述权利要求中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含晶习改变剂。9.根据权利要求8的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含(按有效成分计)300600ppm的晶习改变剂。10.根据权利要求9的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含350450ppm的晶习改变剂。11.根据权利要求10的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含400ppm的晶习改变剂。12.根据权利要求811中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述晶习改变剂为烷基萘磺酸盐。13.根据权利要求12的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述晶习改变剂为烷基萘磺酸钠盐。14.根据前述权利要求中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含造粒助剂。15.根据权利要求14的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含(按有效成分计)50300ppm的造粒助剂。16.根据权利要求15的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含100200ppm的造粒助剂。17.根据权利要求16的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒包含150ppm的造粒助剂。18.根据权利要求14-17中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述造粒助剂为直链磺酸盐。19.根据前述权利要求中任一项的爆炸级硝酸铵颗粒，其中所述颗粒具有按燃油重量计6%15%的吸油率。20.—种ANFO爆炸组合物，其包含权利要求119中任一项的爆炸级硝'酸4妄颗粒和燃油。21.—种制备爆炸级硝酸铵颗粒的方法，该方法包括a)提供硝酸铵熔体；b)通过至少一个喷嘴将所述硝酸铵熔体喷至第一流化床中，该第一流化床供有于40°C时相对湿度已调至低于30%的空气，并加热至95。C105。C以形成硝酸铵颗粒；以及c)将在所述第一流化床中形成的颗粒送至第二流化床，并在所述第二流化床中将硝酸铵颗粒冷却至60。C80。C。22.根据权利要求21的方法，其中所述硝酸铵熔体包含92wt%96wt%的浓缩硝酸铵。23.根据权利要求22的方法，其中所述硝酸铵熔体包含93wt%~95wt%的浓缩硝酸铵。24.根据权利要求21-23中任一项的方法，其中将来自所述第二流化床的颗粒送至分粒器，使来自所述分粒器的尺寸过小的颗粒循环至第一流化床作为晶种颗粒。25.根据权利要求24的方法，其中将来自所述分粒器的尺寸过大的颗粒首先破碎，然后同样循环至第一流化床作为晶种颗粒。26.根据权利要求21-25中任一项的方法，其中所述硝酸铵熔体包含晶习改变剂。27.根据权利要求26的方法，其中所述硝酸铵熔体包含(按有效成分计)300600ppm的晶习改变剂。28.根据权利要求27的方法，其中所述硝酸铵熔体包含350450ppm的晶习改变剂。29.根据权利要求28的方法，其中所述硝酸铵熔体包含400ppm的晶习改变剂。30.根据权利要求26-29中任一项的方法，其中所述晶习改变剂为烷基萘磺酸盐。31.根据权利要求30的方法，其中所述晶习改变剂为烷基萘磺酸钠盐。32.根据权利要求21-31中任一项的方法，其中所述硝酸铵熔体包含造粒助剂。33.根据权利要求32的方法，所述硝酸铵熔体包含(按有效成分计)50300ppm的造粒助剂。34.根据权利要求33的方法，其中所述硝酸铵熔体包含100200ppm的造粒助剂。35.根据权利要求34的方法，其中所述硝酸铵熔体包含150ppm的造粒助剂。36.根据权利要求32-35中任一项的方法，其中所述造粒助剂为直链磺酸盐。37.根据权利要求36的方法，其中所述造粒助剂为直链磺酸钠盐。38.—种爆炸级硝酸铵颗粒，其具有与图2所示基本相同的截面。39.—种爆炸级硝酸铵颗粒，其具有与图4所示基本相同的表面。40.—种爆炸级硝S吏铵颗粒，其具有与图6所示基本相同的晶体结构。41.一种控制流化床造粒机中流化床高度的方法，其中所述造粒机设置有未供应流化空气并与流化床直接连通的死区，所述死区包括检测流化床高度的检测工具和从死区中移出颗粒的移出工具；其中所述检测工具与移出工具连通并控制移出工具，并且布置所述检测工具来控制流化床的高度。42.—种经布置供有流化空气的流化床造粒机，该造粒机包括未供应流化空气并与流化床直接连通的死区，所述死区包括检测流化床高度的检测工具和从死区中移出颗粒的移出工具；其中所述^r测工具与移出工具连通并控制移出工具，以使所述检测工具控制流化床的高度。全文摘要本发明涉及爆炸级硝酸铵多孔颗粒。该颗粒在流化床中制备并通过层叠和附聚的组合而形成，所制备的硝酸铵颗粒为球形、光滑、硬且干燥，并且在处理过程中不易破碎。可制备具有特定粒度范围和密度的硝酸铵颗粒，颗粒的粒度范围和密度可根据颗粒的应用而改变，这特别有利于制备用于ANFO爆炸组合物的颗粒。文档编号B01J2/16GK101522295SQ200780036802公开日2009年9月2日申请日期2007年8月2日优先权日2006年8月2日发明者弗兰科伊斯·C·维萨吉,雷纳·R·皮尔申请人:奥姆尼亚肥料有限公司