Способ получения органо-минерального удобрения
Изобретение относится к технологии получения органических удобрений на основе органических отходов. Сущность изобретения: в способе, предусматривающем смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфори калййсодержащими компонентами и целевой добавкой, последующее рыхление и сушку смеси, предлагается с целью интенсификации процесса перед рыхлением через полученную смесь пропускать электрический ток в течение времени, не превышающего 480 с, до достижения температуры реакционной массы 90- 105°С.
ССЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s С 05 F 3/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
1" (21) 4795932/15 (22) 26.02.90 (46) 30,01,93. Бюл, йг 4 (75) О.B,Òàðõàíîâ и Л,С.Тарханова (73) О.В.Тарханов (56) Авторское свидетельство СССР
N 1412238, кл, С 05 F 3/00, 1988. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ (57) Изобретение относится к технологии получения органических удобрений на осноИзобретение относится к технологии получения удобрений на основе органических отходов (навоз, помет, осадки сточных
ro родс ких. вод).
Изв6"тен ряд способов получения органо-минеральных удобрений на основе органических отходов путем их обработки мочевино-формальдегидн ыми растворами в присутствии различных катализаторов, Так, например, известен способ получения органо-минеральных удобрений на основе городского шлама с мочевиной и формалином в присутствии серной кислоты, взятой в количестве 0,1 — 0,3:1 по отношению к шламу (в расчете í- абсолютно сухие продукты), Недостатком данного способа является сравнительно дл .тельное время, требуемое для получения ОМУ (15 — 17 мин), что требует сравнительно больших габаритов оборудо-. вания для осуществления процесса, Известен способ получения органо-минерального удобрения путем смещения городского шлама или навоза с минеральной кислотой до рН 2,3 — 3 с формалином в тече Ы 1792409 А3 ве органических отходов. Сущность изобретения; в способе, предусматривающем GMeшение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфор- и калийсодержащими компонентами и целевой добавкой, последующее рыхление и сушку смеси, предлагается с целью интенсификации процесса перед рыхлением через полученную смесь пропускать электрический ток в течение времени, не превышающего 480 с, до достижения температуры реакционной массы 90—
1050С, ние 3 — 5 мин, с фосфорсодержащим компонентом, веществом с низким насыпным весом и калийсодержащим компонентом в течение 0,5 — 3 мин, выдерживанием смеси в течение 10 — 180 мин.
Недостатком данного способа также является длительность процесса приготовления ОМУ, приводящая к необходимости использования сравнительно громоздкого оборудования при переработке больших обьемов органических отходов.
Известен способ получения органа-минерального удобрения, включающий смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфорсодержащим, калийсодержащим компонентами и целевой добавкой при определенном соотношении компонентов, выдерживание смеси в течение часа и последующее раэрыхление и сушку, При этом в качестве целевой добавки, используют готовый после сушки продукт, который вводят в реакционную массу при соотношении (0,4 — 2,4):1 иэ расчета, чтобы влажность смеси не превышала 40 — 43%.
1792409
20
30
40
Недостатком данного способа также является длительность процесса приготовления органо-минерального удобрения из-за медленного протекания реакций взаимодействия мочевины с формальдегидом, Целью предлагаемого способа является интенсификация способа получения органоминеральных удобрений, Достигается поставленная цель тем, что в способе получения органо-минерального удобрения, включающем смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфорсодержащим,.и калийсодержащим компонентами и целевой добавкой, например, готовым после сушки продуктом, при опоеделенном соотношении компонентов, с последующими рь,хлением и сушкой, в отличие от прототипа, через полученную смесь перед рыхлением пропускают электрический ток до достижения температуры в реакционной массе 90 — 105 С, а в качестве целевой добавки используют наряду с готовым после сушки продуктом лигниноцеллюлозные материалы, например древесные опилки, Для осуществления реакции поликонденсации мочевины с формальдегидом реакционной массе необходимо сообщить энергию активации или резко снизить потребность s ней. Это достигается обычно введением всевозможных катализаторов (кислот, кислых солей или инициатора s виде готового продукта, как это имеет место в прототипе, который содержит молекулы веществ, явля4щихся нуклеофилами), Как ползали наши исследования, для осуществления реакций взаимодействия мочевины с формальдегидом при получении органо-минеральных удобрений необходима энергия активации 12 ккал/кг продукта.
Экспериментальные исследования показали, что, если через влажную органо-минеральную смесь, приготовленную по известному способу, или с добавкой лигниноцеллюлозныx материалов, пропускать электрический ток (переменный или постоянный) до достижения в реакционной массе температуры 90-105"С, то в этой массе начинают бурно протекать химические реакции и через некоторое время свободный формальдегид полностью исчезает, Продукт начинает интенсивно выделять влагу (явления электроосмоса и кипения), вспенивается, становится пригодным для рыхления и сушки в кипящем слое, Время реакции сокращается до 0,5—
8 мин, т,е. процесс получения органо-минерального удобрения интенсифицируется (e прототипе на протекание реакции требуется не менее часа, в предлагаемом же способе этот процесс осуществляется в 7.5-120 раз быстрее).
Введение в качестве целевой добавки готового после сушки продукта или лигниноцеллюлозных материалов необходимо с одной стороны для получения рассыпчатой массы, пригодной для рыхления и интенсивной сушки, а с другой стороны, для увеличения пролонгированного действия минеральных удобрений и повышения коэффициента их использования.
Выбор электрического тока в качестве инициатора реакций в органо-минеральной среде объясняется возможностью очень быстро и во всем объеме реагирующих веществ осуществить подвод энергии к реагирующим молекулам, заставить их интенсивнее двигаться или колебаться относительно их первоначального положения и тем самым способствовать увеличению возможности их контактировать друг с другом, сообщать энергию образовавшимся веществам и способствовать образованию свободных радикалов, которые затем снова вступают в новые взаимодействия с образованием более сложных веществ, Кроме того, при воздействии электрического тока клетки микроорганизмов интенсивно выделяют влагу (обезвоживаются), что способствует ускорению процесса растворения минеральных веществ в органо-минеральной среде и ускорению реакций с одновременным обеспечением более равномерного распределения минеральных веществ B смеси.
Выбор температуры нагрева реакционной массы 90 — 105" С объясняется тем, что лишь при достижении этой температуры взаимодействия участвующих в реакции веществ завершаются быстро (за 0,5 — 8 мин) с полным исчезновением свободного формальдегида в реакционной среде, что весьма важно для исключения его попадания в газовоздушную среду при последующих рыхлении и сушке продукта, Снижение температуры реакционной массы хотя бы на 10 приводит к значительному увеличению длительности процессов взаимодействия реагирующих веществ (примерно в 2 — 3 раза, что замедляет весь технологический цикл получения органо-минеральных удобрений), Использование при получении органоминеральных удобрений в качестве целевого продукта наряду с готовым после сушки продуктом лигнинцеллюлозных материалов объясняется не только необходимостью получения органо-минеральной массы с определенной влажностью, пригодной для рыхления и интенсивной сушки в кипящем
1792409
50
55 слое, но и тем, что введение в органо-минеральные удобрения значительных количеств клетчатки и других углеводов создает предпосылки для закрепления азота аммиака, который будет образовываться при разложении органики и азотных соединений органо-минеральных удобрений в почве, т,е, будет происходить вторичный синтез белков, Это позволит повысить коэффициент использования азота в почве, увеличить срок его действия.
При пропускании электрического тока через органа-минеральную массу, содержащую целевой поодукт, происходит проникновение оеагирующих веществ в частицы целевого продукта и аккумулирование их там B порах, трещинах, что впоследствии при попадании удобрения в почву предохранит их о.< вымывания и тем самым также позволит продлить пребывание удобрения в почве и повысить коэффициент использования питательных веществ.
Кроме того, лигниноцеллюлозные материалы под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов почвы будут постепенно минерализоваться, выделяя необходимые для растений СОг, НгО и тепговую энергию, что в совокупности с азотом, фосфором, калием и другими элемемтами питания будет способствовать активизации процессов фотосинтеза в растениях и соответстве но повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Доказательство существенности отличий заявляемого способа.
В научно-технической и патентнойлитературе нами не обнаружено сведений о заявляемой совокупности признаков, что говорит о ее новизне.
Ввиду того, что заявляемая совокупность признаков не известна, т,е, нова, и в связи с тем, что она позволяет обеспечить достижение поставленной цели — интенсификации способа получения органа-минеральных удобрений, То она соответствует критерию "существенные отличия".
Пример 1. 50 r навоза крупного рогатого скота с влажностью 90% смешали с 4,2 мл 37%-ного формалина, 5 г мочевины, 5 г двойного суперфосфата, 3 7 г хлористого калия и в качестве целевого продукта — 5 r древесных опилок и поместили в ячейку между плоскими металлическими электродами площадью 60 х 40 мм каждый и размещенными параллельно друг другу на расстоянии 3,5 см. Пропустили через органо-минеральную смесь постоянный электрический ток I = 1 А при напряжении 0 =8-3 В в течение 8 мин до достижения в реакционной среде температуры 90 С, Анализ полученного продукта на свободный формальдегид показал его отсутствие, т.е. реакции взаимодействия мочевины с формальдегидом полностью завершились.
Полученный продукт разрыхлили и высушили в кипящем слоя до влажности 30%.
Состав полученного удобрения: Н вщ—
7,22%; Pa05 — 7,08%; КгΠ— 6,26%, содержание органики — 43%.
Пример 2. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что через реакционную среду пропустили переменный ток с частотой
50 Гц (I = 12 А, 0 = 50 В).
3а 30 с температура продукта поднялась до 105 С. Анализ на свободный формэльдегид показал его отсутствие.
Пример 3. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что в качестве целевого продукта использовали 3 r полученного по примеру 1 удобрения после сушки (6% от веса органических отходов) и 4 г опилок и тем, что через ргэкционную массу пропустили переменный ток I = 1,8 А при напряжении
U = 18 — 20 В.
В течение 4,5 мин температура продукта поднялась до 90 С. Свободный формальдегид в реакционной среде по истечении этого времени отсутствовал.
Пример 4. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что в качестве целевого продукта использовали готовый после сушки продукт в количестве 27 г (54% от веса органических отходов} и полову в количестве 5 г, Через реакционную массу в течение 3 мин пропускали переменный электрический ток
I = 2,4, при U = 20 В, Температура при этом поднялась до 90 С. По окончании пропускания тока в продукте не обнаружено c""îáîäкого формальдегида. Продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое при 60 С до остаточной влажности 30%. Состав продукта . йоьщ- 9,17%; Рг05оощ. = 9,05%; КгО = 8.16%, органики 35,3%.
Пример 5. 50 г птичьего помета с влажностью 90% смешали с 2 мл 37 -ного формалина, 2,5 г мочевины, 2,5 г двойного суперфосфата, 1,85 г КС1, а в качестве целевого продукта добавили 20 г древесных опилок и 10 г лигнина, Через полученную смесь пропустили переменный ток1=2,4-4,8 А при напряжении U = 17 — 18 В. В течение 6 мин температура в продукте поднялась до 90 С, Свободный формальдегид в продукте после пропускания тока не обнаружен.
Продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое до влажности 30, Состав полученного продукта: N,вщ—
3,31%; Рг05общ — 2,50%; КгΠ— 2,17%; органики — 52%.
1792409
Пример 6. В птичий помет с влажностью 60 /, взятый в количестве 100 r, ввели
6,5 мл 37 /-ного формалина (весовое соотношение формальдегидэ к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно
0,06:1), 6,0 r мочевины (весовое соотношение мочевины к органическим отходам в пересчете на сухой и роду кт ра вно 0,15:1), перемешали, затем добавили 14,3 г простого суперфосфата и в качестве целевого продукта добавили предварительно приготовленный и высушенный продукт в количестве 92 г (92 от веса органических отходов) .
Через полученную смесь в течение 150 с пропускали переменный ток 1 = 3,2 А при напряжении 50 В. Температура продукта достигала 90 С. Полученный продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое до влажности 30 /о
Состав полученного продукта:
Мобщ = 8,2 0, Na.р. = 62,7 (об общего);
Р205общ = 7 /о, К20 = 1, 14 /о.
Пример 7, Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что ток пропускали в течение 7 мин, В реакционной массе в течение
15 мин оставался свободный формальдегид, т.е, реакции шли примерно в 2 раза медленнее.
Пример 8, Аналогичен примеру 2 и отличается тем, что ток пропустили через реакционную среду в течение 5 мин. Температура продукта не поднималась выше
105 С,шло интенсивное вскипание влаги в продукте.
Реакция в продукте закончилась через
30 с, а далее затраты энергии непроизводительны.
Пример 9, В осадки городских коммуHBJlbHblx стОчных вОД с Влажностью 90 /о взятые в количестве 100 r, ввели 9,5 мл 37 ного формалина (весовое соотношение формальдегида к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно 0,35;1), 8 г мочевины (весовое соотношение мочевины к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно 0,8:1), 18,4 г простого суперфосфата и в качестве целевого продукта добавили предварительно приготовленный и высушенный продукт в количестве 300 г (300% от веса органических отходов).
Через полученную смесь в течение
180 с пропускали переменный ток 1 = 3,3 А
50 при напряжении 60 F. Темп:.ратура продукта достигла 90"С, Полученный продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое до влажности 30 / .
Состав полученного продукта;
Мобщ =- 7,42 „ йо p = 63,11 (/ от общего);
Р205общ = 7,2 : К20 =- 0,7 /о.
Пример 10, Аналогичен примеру 9 и отличается тем, что в качестве целевого продукта использовали 270 г готового после сушки продукта (270 от веса орг.отходов) и 10 r опилок (10 / от веса органических отходов). Весовое соотношение готового после сушки продукта и лигнинсодержащего материала составляет 1:0,037).
Предлагаемый способ позволяет не только интенсифицировать способ получения удобрения, но и улучшить товарные свойства удобрения, т.к. продукт после сушки меньше пылит (содержание пылевидной фракции не превышает 2 — 3 вес. /). Кроме того, происходит дезинфекция органических отходов не только под действием формалина, но и электрического тока. Наконец, предварительное (перед сушкой) доведение температуры оргэнс-минеральной массы до 90 — 105 С позволяет сократить время сушки продукта в кипящем слое (не надо нагревать продукт при сушке и тратить на это время и сокра,ить тем самым потери тепла с ухОдящим воздухом (удельный расход воздуха на удаление 1 кг влаги сокращается за счет исключения необходимости нагрева продукта с помощью этого воздуха).
Кроме того, когда продукт имеет высокую температуру во всей своей массе, то выделению влаги из продукта не мешает направление нагрева в частичках, которое наблюдается при внесении тепла в холодный продукт с помощью тепло.- осителя, Формула изобретения
Способ получения органа-минерального удобрения, включающий смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфор- и калийсодержащими компонентами и целевой добавкой, последующее рыхление и сушку смеси, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, перед рыхлением через полученную смесь пропускают электрический ток в течение времени, не превышающего 480 с, до достижения температуры реакционной массы 90 — 105 С,
