Способ получения гранулированного азотного удобрения, являющегося композицией двух и более веществ в виде их смесей

 

Изобретение относится к технологии получения гранулированных азотных удобрений, которые являются композицией двух и более различных веществ, таких как нитрат аммония, карбамид или нитроаммофос, а также нитрат магния, нитрат кальция, сульфат аммония, хлорид калия, карбонаты кальция и магния, оксиды металлов, алюмосиликаты. Сущность изобретения: получают и выпаривают сначала раствор азотного удобрения в качестве одного из компонентов продукта, полученный раствор и тонкодисперсный порошок другого компонента смешивают в определенной пропорции, образовавшуюся смесь, находящуюся в текучем состоянии, гранулируют, раствор азотного удобрения, подаваемый на смешение с тонкодисперсным порошком, выпаривают до конечной концентрации не более 97-99 мас. %, температуру этого раствора поддерживают на 5-15^oC выше температуры его кристаллизации, а в качестве одного из компонентов удобрения используют тонкодисперсный порошок, являющийся по минералогическому составу цеолитом в количестве не менее 5 мас.%. При этом снижаются затраты на выпаривание раствора удобрения. Полученное удобрение пригодно для длительного хранения.

Изобретение относится к технологии получения гранулированных азотных удобрений, которые являются композицией двух и более различных веществ в виде из смеси, преимущественно инертных по отношению друг к другу, при этом основным компонентом удобрения является нитрат аммония, карбамид или нитроаммофос, а другими компонентами, составляющими продукт, - добавки водно-растворимых или нерастворимых неорганических соединений, например, таких как нитрат магния, нитрат кальция, сульфат аммония, хлорид калия, карбонаты кальция и магния, оксиды металлов, аллюмосиликаты.

Обычно вводимые в основное вещество - раствор азотного удобрения - добавки других компонентов обеспечивают улучшение показателей качества гранулированного продукта: повышают прочность гранул, снижают слеживаемость продукта, гигроскопичность, улучшают кристаллическую структуру гранул, изменяют кислотность раствора.

Другой целью гранулирования композиционных азотных удобрений является регулирование содержания в удобрении основного питательного вещества - азота, вместо которого удобрение наполняется другими веществами, полезными в агротехнике.

Известен способ получения гранулированого азотного удобрения в виде композиционного материала, состоящего из нитрата аммония и известняка [1]. Такое удобрение обычно называют известково-аммиачной селитрой. Согласно этому способу гранулирования первоначально получают один компонент - водный раствор нитрата аммония концентрацией 83% - и тонкодисперсный молотый доломитовый известняк в качестве другого компонента, которые в определенной пропорции смешивают и получают однородную смесь, при этом поддерживаются условия, понижающие реакционную активность смеси. Затем полученная смесь компонентов подается на выпаривание воды до конечной концентрации, приближающейся к практически безводному материалу, время и режим процесса выпаривания подбираются таким образом, чтобы реакция превращения нитрата аммония в нитрат кальция проходила в минимально допустимом объеме.

Выпаренная смесь компонентов удобрения, находящаяся в текучем состоянии, подается в устройство, дробящее смесь на отдельные капли, которые поступают в верхнюю часть грануляционной башни, в ней капли при свободном падении в среде движущегося охлаждающего воздуха кристаллизируются в виде гранул. Гранулы выходят из грануляционной башни в ее нижней части, охлаждаются, обрабатываются с поверхности и в качестве готового продукта поступают на хранение, упаковку и отгрузку потребителям.

Основными стадиями описанного способа гранулирования являются следующие: получают водный раствор нитрата аммония и отдельно тонкодисперсный порошок доломитового известняка, названные компоненты смешивают с образованием однородной суспензии, ее выпаривают до состояния, близкого к безводному, дробят на капли, которые кристаллизуют в виде гранул.

Необходимость выпаривания смеси нитрата аммония с известняком до практически безводного состояния обусловлена требованиями к качеству гигроскопичного гранулированного продукта, в котором остаточная влага должна превышать 0,5 мас.%.

Основной недостаток приведенного способа получения гранулированного композиционного удобрения состоит в том, что требуется исходную водную смесь компонентов подвергать глубокому выпариванию до практически безводного состояния.

При этом для удаления из смеси веществ влаги до практически безводного состояния, когда остаточное содержание воды не превышает 0,5 мас.%, требуется применять теплоноситель, в частности водяной пар, с температурой существенно выше точки плавления безводного азотного удобрения, как правило, на уровне 190-200^oC. В выпарной аппарат также, как правило, подают инертный газ в качестве среды для проведения массообменного процесса, извлечения из раствора воды, в результате существенно усложняются конструкция выпарного аппарата и условия процесса выпаривания. Кроме того, при высоких температурах смеси нитрата аммония и известняка возрастает ее реакционная активность.

При получении данного способа гранулированной известково-аммиачной селитры часть нитрата аммония на стадии выпаривания превращается в нитрат кальция, наличие которого в продукте оказывается нежелательным. В процессе химического превращения нитрата аммония в нитрат кальция теряется аммонийный азот.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гранулированного продукта [2]. Одним из компонентов удобрения является нитрат аммония, а другим - одно из перечисленных веществ: каолин, каустический магнезит, карбонат кальция, оксиды алюминия, кремния, железа, цинка, меди.

В нитрат аммония вводят названное вещество с целью улучшения качества гранулированного продукта в количествах, достаточных для формирования мелкокристаллической однородной структуры гранул.

Согласно приведенного способа получения гранулированного азотного удобрения получают в виде расплава и практически безводный нитрат аммония и отдельно готовят тонкодисперсный порошок другого компонента: полученные исходные вещества смешивают в определенной пропорции, образовавшуюся смесь, находящуюся в текучем состоянии, подают на грануляцию, преимущественно башенным методом.

Процесс башенного гранулирования состоит в том, что смесь дробят в специальном устройстве на отдельные капли, которые поступают в верхнюю часть грануляционной башни, в полом пространстве башни капли при их свободном падении в среде воздуха кристаллизируются в виде гранул. Гранулы выходят из грануляционной башни в ее нижней части, охлаждаются и поступают на склад готовой продукции.

Описанный способ получения гранулированного удобрения включает обязательное выпаривание раствора нитрата аммония до практически безводного состояния, что обусловлено требованиями к качеству гигроскопичного продукта. Известно, что содержание воды в гранулированном удобрении не должно превышать 0,5 мас.%, так как большее содержание воды приводит к рекристаллизации и разрушению гранул при их хранении, продукт может слеживаться.

Необходимость проведения процесса выпаривания раствора нитрата аммония до практически безводного состояния является основным недостатком описанного способа получения гранулированного удобрения, поскольку для осуществления процесса выпаривания требуется применение специальных выпарных аппаратов с большой поверхностью теплообмена и продувкой выпарного аппарата воздухом, которые работают на паре высокого давления с температурой 190-200^oC, что на 20-30^o выше температуры плавления безводного аммония. При этом температура безводного нитрата аммония достигает 180-185^oC, что может привести к повышению реакционной активности нитрата аммония при его смешивании с некоторыми другими компонентами, например, с известняком, а также приближает температуру нитрата аммония к предельному значению по условиям ее температурного разложения, что ухудшает безопасность процесса производства. Кроме того, при башенном гранулировании из смеси расплава нитрата аммония с известняком выделяется значительное количество газов, содержащих аммиак и диоксид углерода, которые разрыхляют структуру формирующихся гранул, делают продукт пористым и с недостаточной прочностью гранул.

Цель изобретения - разработка более эффективного способа получения гранулированных композиционных азотных удобрений, которые состоят из двух и более компонентов в виде их смеси, преимущественно инертных по отношению друг к другу.

Одна из задач, которая решается в процессе реализации данного способа получения гранулированных азотных удобрений, состоит в том, что значительно снижаются затраты на гранулирование за счет упрощения наиболее энергоемкой и металлоемкой стадий производства гранулированного продукта, а именно стадии выпаривания водных растворов азотного удобрения. Уменьшаются размеры выпарного аппарата по крайней мере в 2-3 раза, упрощается конструкция аппарата, исключается необходимость подачи в выпарной аппарата воздуха в качестве среды для проведения тепло-массообменного процесса, понижается на 2-5 атм давление греющего пара в выпарном аппарате.

К числу других задач, решаемых в процессе разработки способа гранулирования, относится повышение безопасности производства, понижение реакционной активности смеси компонентов, входящих в удобрение, улучшение качества гранулированного продукта.

Сущность изобретения заключается в том, что получают и выпаривают раствор азотного удобрения в качестве одного из компонентов продукта, отдельно готовят тонкодисперсный порошок, состоящий из одного или нескольких других компонентов, полученный раствор и тонкодисперсный порошок смешивают в определенной пропорции, образовавшуюся смесь, находящуюся в текучем состоянии, гранулируют, преимущественно башенным методом, раствор азотного удобрения, подаваемый на смешение с тонкодисперсным порошком, выпаривают до конечной концентрации не более 97-99 мас.%, температуру этого раствора поддерживают на 5-15^oС выше температуры его кристаллизации, а в качестве одного из компонентов удобрения используют тонкодисперсный порошок, являющийся по минералогическому составу цеолитом в количестве не менее 5 мас.%, обладающим повышенной адсорбционной активностью, за счет которого вода, находящаяся в исходном растворе азотного удобрения, поглощается цеолитом с доведением свободного раствора, находящегося в смеси, до практически безводного состояния.

В качестве другой добавки, обладающей способностью поглощать из раствора и удерживать воду, используется измельченный силикагель, который смешивают с раствором азотного удобрения перед стадией гранулирования в количестве не менее 5 мас.%, при этом раствор азотного удобрения с начальной концентрацией 97-99% приобретает свойство практически безводного раствора с концентрацией не ниже 99,5%.

Применение в качестве одного из компонентов смешанного удобрения порошка цеолита или силикагеля совместно с другим компонентом и раствором азотного удобрения концентрацией 97-99% дает возможность значительно снизить затраты на гранулирование за счет возможности проводить процесс выпаривания раствора в более мягких условиях. С этой целью достаточно использовать выпарные аппараты типовых конструкций, не требуется применения специальных тепло-массообменных аппаратов, которые обычно используются для получения практически безводных растворов. За счет понижения концентрации раствора на 0,5-2,5% по сравнению с прототипом затраты на выпаривание уменьшаются в 3-5 раз, за счет того, что сокращаются размеры выпарного аппарата, не требуется применять воздух в качестве среды для извлечения остаточной воды из раствора методом массообмена.

Температура греющего пара и соответственно раствора азотного удобрения понижается на 5-15^oC, что позволяет решить задачу повышения безопасности технологического процесса и понизить реакционную активность смеси раствора с порошком.

Пример 1. Осуществляют гранулирование азотного удобрения, состоящего из нитрата аммония в количестве 94 мас.%, воды 1 мас.% и цеолита 5 мас.%. С этой целью готовят раствор нитрата аммония концентрацией 99% и температурой 170^oC методом выпаривания в выпарном аппарате с трубами вскипания, работающем на паре давлением 1,2 МПа при температуре 187^oC. Одновременно готовят измельченные и высушенные цеолиты с содержанием воды не более 2%. Полученный раствор нитрата аммония смешивают с цеолитом в соотношении 5% цеолита и 95% раствора, затем смесь гранулируют.

Гранулированный продукт хранят на складе в обычных для аммиачной селитры условиях, в полиэтиленовых мешках, в течение не менее 6 мес. Аммиачная селитра с добавкой цеолита за время хранения сохраняет высокую прочность и 100%-ную рассыпчатость в то время, как контрольный образец аммиачной селитры без цеолитов, но содержащий 1% воды полностью рекристаллизовался, гранулы разрушены, продукт слежался.

Такое сравнение подтверждает, что добавка цеолита обеспечивает поглощение свободной воды из раствора аммиачной селитры в готовом продукте как практически безводной аммиачной селитры.

Совместная реализация двух мероприятий - понижение концентрации раствора аммиачной селитры перед гранулированием до 99% и применение добавки цеолита - дает безусловный эффект в процессе получения гранулированной аммиачной селитры, выражающийся в снижении затрат на выпаривание раствора аммиачной селитры. Одновременно добавка цеолита обогащает азотное удобрение комплексом питательных веществ, включающих микроэлементы. Уменьшение количества добавок цеолитов менее 5% нежелательно, так как не удается сохранить гарантированное качество аммиачной селитры при длительном хранении.

Пример 2. Осуществляют гранулирование азотного удобрения, состоящего из нитрата аммония в количестве 85 мас.%, воды 3 мас.%, и цеолита 12 мас.%. В этом случае получают, аналогично примера 1, раствор аммиачной селитры концентрацией 97% и температурой 150^oC с использованием в выпарном аппарате греющего пара давлением 0,8 МПа при его температуре 169,6^oC. Полученный раствор нитрата аммония смешивают с порошком цеолита в соотношении 12% высушенного цеолита и 88% раствора.

Полученное гранулированное азотное удобрение обладает всеми требуемыми показателями качества готового продукта, аналогично описанным в примере 1, и пригодно при длительном хранении. Контрольный образец аммиачной селитры без добавки цеолитов, но с 3% воды не выдержал даже кратковременного, в течение нескольких дней, хранения. Гранулы рекристаллизовались и разрушились, аммиачная селитра полностью слежалась.

При проведении процесса выпаривания раствора аммиачной селитры до 97% затраты уменьшаются еще более существенно. При этом процесс выпаривания становится практически безопасным.

Дальнейшее понижение концентрации раствора аммиачной селитры перед стадией его смешивания с цеолитами становится нецелесообразным, поскольку усложняется стадия гранулирования из этого раствора, связанная с понижением температуры кристаллизации ниже 130^oC. Кроме того, при понижении концентрации раствора азотного удобрения для осуществления процесса связывания свободной воды из раствора цеолитом требуется повышение количества добавки до 30% и более, что приводит к понижению содержания азота в азотном удобрении ниже 27%, а это оказывается неоправданным по агрохимическим показателям.

Формула изобретения

Способ получения гранулированного азотного удобрения, являющегося композицией двух и более веществ в виде их смеси, включающий приготовление одного компонента в виде раствора азотного удобрения, выпаривание этого раствора, отдельную подготовку тонкодисперсного порошка, состоящего из одного или нескольких других компонентов, смешивание полученного при выпаривании раствора и полученного тонкодисперсного порошка в определенной пропорции, гранулирование образовавшейся смеси, первоначально находившейся в текучем состоянии, отличающийся тем, что раствор азотного удобрения выпаривают до конечной концентрации не больше 97 - 99%, температуру этого раствора при этом поддерживают на 5 - 15^oC выше температуры его кристаллизации, а в качестве одного из компонентов удобрения используют тонкодисперсный порошок в количестве не менее 5% в составе смеси и являющийся по минералогическому составу цеолитом, обладающим повышенной по отношению к воде адсорбционной активностью.