Способ получения серно-мочевинного удобрения
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ производства композиции серно-мочевинного удобрения включает в себя: подачу первого сырья, содержащего расплавленную элементарную серу, второго сырья, содержащего расплавленную мочевину, и третьего сырья, содержащего многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество; объединение первого и второго сырья с получением объединенного сырья; направления объединенного сырья на стадию смешивания для получения смешанного сырья; причем стадию смешивания осуществляют с использованием нескольких смесителей, включающих статический смеситель и дисперсионную мельницу с высокой скоростью сдвига, и направления смешанного сырья на стадию обработки для получения композиции серно-мочевинного удобрения. Изобретение позволяет снизить образование биурета в композициях удобрений. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает способ получения серно-мочевинных композиций, которые широко используются в качестве удобрений и/или почвоулучшителей.
Уровень техники изобретения
Мочевина широко используется в качестве удобрения, обеспечивающего азот для растений. Во многих почвах в качестве питательного вещества для растений также необходима сера, поэтому разработаны удобрения, содержащие как мочевину, так и элементарную серу. Предпочтительно элементарная сера должна присутствовать в виде мелких дисперсных частиц, способствующих ее окислению в почве в доступный для растений сульфат-ион.
В US 3100698 описано серно-мочевинное удобрение, которое получают объединением расплавленной мочевины и расплавленной серы и подверганием смешанного расплава процессу приллирования. Смешанный расплав также может быть получен с помощью добавления твердых прилл мочевины в расплавленную серу, или с помощью добавления твердой серы в расплавленную мочевину.
Плавление серы и плавление мочевины может быть энергозатратным и, следовательно, дорогостоящим процессом и может требовать оборудования значительных размеров. Кроме того, если плавление мочевины не осуществляется быстро и регулируемым образом (т.е. температуру регулируют таким образом, чтобы она не превышала существенно температуру плавления мочевины), существует риск разложения мочевины. В частности, существует риск образования биурета. Биурет представляет собой продукт конденсации двух молекул мочевины и является фитотоксином - веществом, которое токсично для растений. Он может образоваться, когда мочевина нагревается или поддерживается при повышенной температуре в течение длительных периодов времени. Биурет нарушает метаболизм азота и синтез белка в растениях. Поэтому желательно свести к минимуму или лучше всего полностью исключить присутствие биурета в композициях, предназначенных для использования в качестве удобрений или почвоулучшителей.
Кроме того, если расплавленную мочевину и расплавленную серу смешивают, - могут протекать реакции, которые приводят к образованию примесей, таких как тиомочевина. Тиомочевина является токсичной для водных систем и предположительно канцерогенной. Тиомочевина может образовываться в результате реакции растворенного сероводорода и полисульфидов в сере и мочевине. На степень образования этих примесей влияет время, затрачиваемое на совместную обработку расплавленной мочевины и расплавленной серы. Сведение к минимуму смешивания расплавленной мочевины и расплавленной серы является, таким образом, ключевым обстоятельством при обработке этих веществ. Авторы настоящего изобретения предприняли попытку предложить усовершенствованный способ получения серно-мочевинного удобрения, который предпочтительно является более простым и более энергоэффективным по сравнению с известными способами. Предпочтительно способ позволит свести к минимуму время, в течение которого мочевина поддерживается при повышенной температуре, и, таким образом, будет снижать образование биурета в композициях удобрений.
Сущность изобретения
В первом аспекте изобретения предлагается способ производства композиции серно-мочевинного удобрения, причем способ включает в себя:
(a) подачу первого сырья, содержащего элементарную серу, и подачу второго сырья, содержащего мочевину;
(b) объединение первого и второго сырья с получением объединенного сырья;
(c) прохождение объединенного сырья через стадию смешивания для получения смешанного сырья; и
(d) прохождение смешанного сырья через стадию обработки для получения композиции серно-мочевинного удобрения.
В варианте осуществления изобретения стадия (а) может включать третье сырье, которое содержит поверхностно-активное вещество, в подходящем случае многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество.
Соответственно, первое, второе и, если присутствует, третье сырье могут объединяться по существу одновременно с образованием объединенного сырья. В частном варианте осуществления изобретения стадия смешивания включает в себя по меньшей мере один смеситель, выбранный из статического смесителя или дисперсионной мельницы, причем опционально дисперсионная мельница представляет собой дисперсионную мельницу с высокой интенсивностью сдвига. В частном варианте осуществления изобретения стадия смешивания содержит несколько смесителей. В подходящем случае несколько смесителей расположены последовательно или параллельно.
Во втором аспекте изобретения предлагается способ производства композиции серно-мочевинного удобрения, причем способ включает в себя:
(a) подачу первого сырья, содержащего элементарную серу, и второго сырья, содержащего мочевину;
(b) объединение первого и второго сырья с получением первого объединенного сырья;
(c) прохождение первого объединенного сырья через несколько стадий смешивания, находящихся в параллельной конфигурации, с получением нескольких потоков смешанного сырья; и
(d) прохождение каждого из нескольких потоков смешанного сырья через стадию обработки с получением композиции серно-мочевинного удобрения.
В частном варианте осуществления изобретения несколько стадий смешивания включает в себя по меньшей мере один смеситель, выбранный из: статического смесителя; дисперсионной мельницы, причем опционально дисперсионная мельница представляет собой дисперсионную мельницу с высокой интенсивностью сдвига.
Как правило, стадия обработки может включать в себя одну или большее число стадий, выбранных из группы, состоящей из: сушки, гранулирования, пастиллирования и сортировки.
В вариантах осуществления изобретения несколько стадий смешивания выбирают из по меньшей мере двух, в подходящем случае более чем трех, опционально по меньшей мере четырех.
Как правило, стадии обработки любого аспекта изобретения могут включать в себя одну или большее число стадий, выбранных из группы, состоящей из: сушки, гранулирования, пастиллирования и сортировки.
В варианте осуществления изобретения стадия (а) может включать подачу третьего сырья, содержащего поверхностно-активное вещество, в подходящем случае многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество.
При необходимости, способ может также включать добавление одного или большего числа питательных микроэлементов растений в объединенное или смешанное сырье, при этом питательные микроэлементы растений выбирают из одного или более из группы, состоящей из: бора, селена, натрия, цинка, марганца, железа, меди, молибдена, кобальта, кальция и магния.
В частном варианте осуществления изобретения одно или более из первого, второго и, если имеется, третьего сырья находится в жидкой форме. В подходящем случае одно или оба вещества из серы и мочевины могут быть в расплавленной форме.
В частном варианте осуществления изобретения четвертое сырье, содержащее мочевину, объединяют со смешанным сырьем с получением объединенного смешанного сырья. В подходящем случае четвертое сырье содержит расплавленную мочевину. При необходимости, объединенное смешанное сырье может проходить через дополнительную стадию смешивания перед стадией обработки, причем описанные выше смесители расположены в последовательной или параллельной конфигурациях.
В третьем аспекте изобретения предлагается композиция серно-мочевинного удобрения, полученная/получаемая с помощью описанных здесь способов.
Краткое описание чертежей
Изобретение далее проиллюстрировано со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана схема технологического процесса традиционного способа производства;
на фиг. 2 показана схема технологического процесса варианта осуществления изобретения;
на фиг. 3 показана схема технологического процесса варианта осуществления изобретения, в котором несколько статических смесителей расположено последовательно;
на фиг. 4 показаны схемы технологического процесса вариантов осуществления изобретения, в которых несколько статических смесителей расположено параллельно, причем в (А) выходящие потоки из смесителей объединяются перед переходом к стадии обработки, тогда как в (B) выходящие потоки из смесителей не объединяются и каждый из них обрабатывается отдельно;
на фиг. 5 показана схема технологического процесса варианта осуществления изобретения, в котором несколько дисперсионных мельничных смесителей расположено последовательно;
на фиг. 6 показаны схемы технологического процесса вариантов осуществления изобретения, в которых несколько дисперсионных мельничных смесителей расположено параллельно, причем в (А) выходящие потоки из смесителей объединяются перед переходом к стадии обработки, тогда как в (B) выходящие потоки из смесителей не объединяются и каждый из них обрабатывается отдельно;
на фиг. 7 показана схема технологического процесса дополнительного варианта осуществления изобретения, в котором второе сырье вводится после первоначальной стадии смешивания;
на фиг. 8 показан способ дополнительного варианта осуществления изобретения, в котором второе сырье вводится после первоначальной стадии смешивания с некоторым количеством смесителей, расположенных параллельно, и в котором выходящие потоки из смесителей не объединяются, и каждый из них обрабатывается отдельно;
на фиг. 9 показана схема технологического процесса дополнительного варианта осуществления изобретения, в котором смешанный поток, полученный с помощью любого из описанных выше вариантов осуществления, используется в качестве покровного и/или подкармливающего вещества.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает усовершенствованные способы и устройства для смешивания компонентов серосодержащего удобрения, которое также содержит мочевину, для получения конечного гранулированного продукта. В качестве альтернативы, смешанные компоненты могут наноситься в качестве покровного и/или подкармливающего вещества на твердую основу, например, частицу.
Сера, которую используют в способе, может быть получена из любого подходящего источника. Сера может быть высокочистой (>99,9% S) химической серой, например, получаемой из процесса Клауса. Однако в способе настоящего изобретения может использоваться сера значительно более низкой чистоты. Примерами таких источников серы являются серный фильтрационный кек, полученный в результате операций плавления серы и фильтрации, и сера, полученная в результате различных химических и биологических процессов удаления газообразного H2S. Как правило, содержание серы в таких источниках серы может находиться где-нибудь диапазоне 30-99,9% масс., предпочтительно 50-99,5% масс., более предпочтительно 60-99,0% масс.
Сера, используемая в способе настоящего изобретения, может подаваться в твердой или расплавленной форме. Твердая сера может быть добавлена в виде гранул, пеллет, пластин, порошка или в любой другой твердой форме. Твердая сера может также подаваться в виде жидкой суспензии, например, в виде шлама. Жидкий компонент суспензии может быть жидкостью на водной основе. Жидкость на водной основе может быть кислым водным раствором, таким как водный раствор фосфорной кислоты или серной кислоты, и, наиболее предпочтительно, может быть выбрана из водного раствора фосфорной кислоты, водного раствора фосфата аммония, водного раствора сульфата аммония и их комбинации. В случае, когда жидкость является водным раствором фосфорной кислоты, фосфорная кислота предпочтительно имеет концентрацию, соответствующую 1-60% Р2О5 в воде, более предпочтительно, 5-50%. Предпочтительно, водосодержащая жидкость содержит как можно меньшее количество воды, чтобы исключить введение избытка технической воды; любой избыток воды, который вводится в процесс производства удобрения, должен быть удален на более поздней стадии и, соответственно, приводит к более сложному и более энергозатратному процессу.
При необходимости часть серы может быть подана в расплавленной форме и часть - в твердой форме.
Мочевина, используемая в способе настоящего изобретения, может быть подана в твердой или расплавленной форме. Твердая мочевина в подходящем случае подается в виде прилл мочевины.
В частных вариантах осуществления изобретения сера присутствует в количестве по меньшей мере 1% масс., в подходящем случае по меньшей мере 7% масс., обычно по меньшей мере 15% масс., более характерно не более примерно 20% масс., или в подходящем случае до 40% масс. от общей массы удобрения, при этом остальное составляет мочевина и любые дополнительные добавки.
Известно, что уменьшение концентрации элементарной серы в пыли, образующейся во время производства и транспортировки серосодержащих удобрений, и связанных с этим опасностей (например, опасности вдыхания и риска взрыва) может быть достигнуто во время производства серосодержащих удобрений на основе фосфатов, если по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество добавлено и диспергировано в композиции удобрения в процессе производства. Поверхностно-активные вещества также могут служить в качестве эмульгаторов, тем самым облегчая стадии смешивания и объединения изобретения. Таким образом, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, используемое в способе настоящего изобретения, включает многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество.
В контексте настоящего изобретения многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество определяется как ионное поверхностно-активное вещество, которое имеет два или более функциональных свойства. В подходящем случае многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество для использования в соответствии с настоящим изобретением снижает вязкость получаемой дисперсии элементарной серы. Кроме того, оно стабилизирует образованную эмульсию за счет покрытия индивидуальных частиц элементарной серы, тем самым обеспечивая стабильную, не коалесцирующую и не агломерирующую дисперсию микроинкапсулированных частиц серы в дальнейших стадиях обработки.
В некоторых случаях многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество содержит анионогенное поверхностно-активное вещество. Примеры подходящих анионогенных поверхностно-активных веществ включают мыла, сульфаты, сульфонаты, фосфиты, фосфаты, фосфонаты, ионные полимерные поверхностно-активные вещества и лигносульфонаты. Предпочтительно многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество содержит вещество, полученное из химических реагентов группы лигнина, таких как лигносульфонат. Примеры подходящих лигносульфонатов включают лигносульфонат аммония, лигносульфонат натрия, лигносульфонат кальция, лигносульфонат калия. Предпочтительно лигносульфонат включает лигносульфонат кальция.
В подходящем случае по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество присутствует в количестве по меньшей мере 0,0001% масс., необязательно по меньшей мере 0,001% масс., более предпочтительно по меньшей мере 0,005% масс., еще более предпочтительно по меньшей мере 0,008% масс., даже еще более предпочтительно по меньшей мере 0,01% масс. относительно массы всей композиции удобрения. Как правило, по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество присутствует в количестве не более 3% масс., необязательно не более 2% масс., более предпочтительно не более 0,1% масс., еще более предпочтительно не более 0,09% масс., еще более предпочтительно не более 0,08% масс., еще более предпочтительно не более 0,07% масс. и, как правило, не более 0,05% масс. относительно массы всей композиции удобрения.
Поверхностно-активное вещество может быть в твердом виде или подается в виде жидкого раствора. В подходящем случае жидкий раствор является водным раствором. В частном варианте осуществления изобретения содержится поверхностно-активное вещество. Другие ингредиенты могут быть включены в композиции удобрения настоящего изобретения, чтобы приспособить композицию удобрения к ее предполагаемому целевому назначению. Примеры включают питательные микроэлементы растений, такие как бор, селен, натрий, цинк, марганец, железо, медь, молибден, кобальт, кальций, магний и их сочетания. Эти питательные вещества могут быть поданы в элементарной форме или в форме солей, например, в виде сульфатов, нитратов, оксидов или галогенидов. В результате получают гранулы, обогащенные питательными веществами растений. Количество питательных микроэлементов зависит от необходимого типа удобрения и обычно находится в диапазоне 0,1-5% масс. в расчете на общую массу гранул.
В соответствии с вариантом осуществления изобретение включает способ производства композиции удобрения, которая содержит по меньшей мере серу, мочевину и необязательно небольшое количество поверхностно-активного вещества. Термин «содержит», употребляемый в настоящем документе, означает что включены, как минимум, указанные компоненты, но также могут быть включены и другие компоненты, которые не указаны. Все три компонента могут находиться в твердой форме, или, в качестве альтернативы, один или большее число компонентов могут находиться в жидкой форме. Использование термина «жидкий» подразумевает включение любого из перечисленного: расплавленной формы, суспензии твердого вещества в жидкости, включая эмульсию, или раствора (там, где это применимо при заданных условиях процесса). Когда компоненты находятся в растворе, растворитель необязательно может быть выбран из полярного растворителя, в числе прочего, такого как вода.
Как показано на фиг. 1, базовый процесс получения композиции удобрения может включать подачу трех типов основного сырья (1-3) непосредственно в устройство (10) смешивания, обработки и формования. Основное сырье может включать сырье (1) элементарной серы, сырье (2) мочевины и, необязательно, сырье (3) поверхностно-активного вещества. Смешивающее устройство, находящееся на стадии смешивания способа, может быть в форме статического смесителя, или, в качестве альтернативы, в форме дисперсионной мельницы. Сырье и продукт могут транспортироваться между стадиями смешивания и обработки при помощи насосов и/или гравитационной подачи в соответствующих случаях.
Статические смесители могут включать статические смесители трубного типа или дисковые смесители, каждый из которых содержит неподвижные смесительные элементы, как например, одна или несколько отражательных перегородок, расположенные внутри. В процессе работы смешиваемые сырьевые потоки вводятся в статический смеситель или проходят через него, и по мере прохождения через смеситель неподвижные смесительные элементы непрерывно смешивают вещества в сырьевом потоке. Полное смешивание может зависеть от таких переменных, как свойства вещества сырьевых потоков, внутренний диаметр трубы, число статических смесительных элементов и их конструкция. Как правило, конфигурация спиральных элементов в трубном статическом смесителе может приводить к одновременному разделению потока и радиальному перемешиванию.
Дисперсионная мельница обычно имеет щелевой ротор внутри щелевого статора. Когда щели ротора и статора совмещаются друг с другом, жидкость и элементарная сера выталкиваются из щелей ротора в щели статора. Подходящие дисперсионные мельницы описаны в US 5522553 и доступны от Kady International, США. Ротор вращается с очень высокой скоростью, предпочтительно такой, что окружная скорость составляет 1500-3500 м/мин, более предпочтительно 2000-3000 м/мин. Повышенные окружные скорости приводят к повышенному потреблению энергии в дисперсионной мельнице и к меньшему среднему размеру частиц. Повышенные окружные скорости также определяют более высокие усилия сдвига и, соответственно, эти устройства обычно называются дисперсионными мельницами с высокой скоростью сдвига. Скорость должна быть достаточно высокой для достижения требуемого размера частиц. Сырьевые материалы втягиваются вращением ротора в роторно-статорное устройство, ускоряются и выталкиваются в радиальном направлении через отверстия в щелевом статоре. При каждом проходе через роторно-статорное устройство сырьевые компоненты подвергаются комбинированному воздействию механического и гидравлического сдвига, так что частицы объединенного продукта уменьшаются в размере.
Недостаток, связанный с подачей трех отдельных потоков сырья непосредственно в смеситель заключается в том, что это часто может приводить к неидеальному смешиванию внутри устройства. В некоторых случаях часть сырья будет проходить мимо таких компонентов смесителя, как микронизирующая головка дисперсионной мельницы с высоким усилием сдвига, что приводит к недостаточной однородности композиции продукта. Это, очевидно, является нежелательным, поскольку производственная линия работает в непрерывном режиме, поэтому остановки для устранения неравномерного смешивания должны быть исключены или сведены к абсолютному минимуму.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что улучшения смешивания и однородности продукта можно достичь с помощью объединения одного или большего числа сырьевых потоков перед стадией смешивания. Как правило, улучшенные результаты получают, когда сырьевые потоки основных компонентов продукта, т.е. по меньшей мере серу и мочевину, объединяют перед стадией смешивания. Предпочтительно все компоненты сырьевого потока могут быть объединены перед смешиванием.
В частном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 2, сырьевые потоки, содержащие серу (1), мочевину (2) и необязательно поверхностно-активное вещество (3), подаются по линиям (4a-c) подачи в Т-образный смеситель (8), который объединяет линии (4a-c) подачи в одну объединенную линию (9) подачи. Объединенная линия (9) подачи затем ведет к одной или большему числу дополнительных стадий (10) смешивания, обработки и формования, где сырье превращается в продукт - удобрение или, в качестве альтернативы, применяется в качестве покровного вещества.
Фиг. 3 относится к варианту осуществления изобретения, в котором сырьевые потоки серы (1), мочевины (2) и необязательно поверхностно-активного вещества (3) поступают по линиям (4a-c) подачи, которые объединяются в объединенную линию (9) подачи. Объединенная линия (9) подачи проходит к узлу, содержащему несколько статических смесителей, установленных последовательно. Следует понимать, что термин «несколько», употребляемый в настоящем документе, относится к двум или большему числу компонентов. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, три статических смесителя (11a-c) установлены последовательно (т.е. расположены в конфигурации один за другим) вдоль объединенной линии (9) подачи. Регулировочные клапаны (14,15) могут быть помещены между статическими смесителями для регулирования скорости поступления сырья. Дополнительные клапаны (12, 13) могут быть предусмотрены, чтобы отводить сырье непосредственно в одну или большее число дополнительных стадий (10) смешивания, обработки и формования, где сырье превращается в продукт - удобрение. Включение отводящих клапанов (12, 13) в объединенную линию (9) подачи придает дополнительную гибкость технологической схеме процесса, позволяя обходить один или большее число статических смесителей. Это может быть преимуществом в тех случаях, когда способ должен осуществляться с неполной мощностью, позволяя сокращать стадию смешивания по мере необходимости. Такое точное регулирование стадии смешивания также обеспечивает дополнительное преимущество более тонкого регулирования размера частиц образующихся в результате смешанных сырьевых потоков.
Альтернативная конфигурация показана на фиг. 4(а), в которой сырьевые потоки серы (1), мочевины (2) и необязательно поверхностно-активного вещества (3) поступают по линиям (4a-c) подачи, которые объединяются в объединенную линию (9) подачи. Объединенная линия (9) подачи проходит к узлу, содержащему несколько статических смесителей, установленных параллельно. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4(а), три статических смесителя 16(a-c) расположены параллельно (т.е. по существу бок о бок) до стадий (10) обработки и формования, где сырье превращается в продукт - удобрение. Регулировочные клапаны (17-19) позволяют отклонять сырьевой поток из линии (9) подачи, по мере и в случае необходимости. Этот дополнительный уровень регулирования позволяет осуществлять точное управление параметрами смешивания и имеет преимущество, когда способ должен осуществляться с неполной мощностью. Еще один вариант осуществления изобретения показан на фиг. 4(b), который практически аналогичен варианту осуществления, представленному на фиг. 4(а), за исключением того, что выходящие потоки из параллельных статических смесителей (16a-c) не объединяются в одной линии подачи перед дополнительными стадиями (10) обработки и формования. В конфигурации, показанной на фиг. 4(b), выходящие потоки из статических смесителей (16a-c) обособлены и направляются в отдельные стадии (101a-c) формования/обработки. В данном случае не обязательно все статические смесители (16a-c) нужно выполнять с возможностью обеспечения одинакового выхода применительно к размеру частиц, качеству частиц, мощности или другим параметрам смешивания. Это придает дополнительную гибкость способу, в котором обеспечивается несколько отдельных и дискретных линий продукта, получаемого из одного общего сырьевого потока.
На фиг. 5 показан вариант осуществления изобретения, в котором сырьевые потоки серы (1), мочевины (2) и необязательно поверхностно-активного вещества (3) поступают по линиям (4a-c) подачи, которые объединяются в объединенную линию (9) подачи. Объединенная линия (9) подачи проходит к узлу, содержащему несколько роторных смесителей с высоким усилием сдвига, установленных последовательно. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, три роторных смесителя (20a-c) установлены последовательно (т.е. расположены в конфигурации один за другим) вдоль объединенной линии (9) подачи. Регулировочные клапаны (14,15) могут быть помещены между роторными смесителями для регулирования скорости поступления сырья. Дополнительные клапаны (12, 13) могут быть предусмотрены, чтобы отводить сырье непосредственно в одну или большее число дополнительных стадий (10) смешивания, обработки и формования, где сырье превращается в продукт - удобрение. Включение отводящих клапанов (12, 13) в объединенную линию (9) подачи придает дополнительную гибкость технологической схеме процесса, позволяя обходить один или большее число роторных смесителей. Преимущество такой конфигурации заключается в том, что она дает возможность дополнительного регулирования технологических параметров, смешивания и качества продукта. В дополнение к этому, использование роторных смесителей с высокой интенсивностью смешивания может приводить к увеличению тепловыделения смешанного сырья за счет силы трения. Известно, что неконтролируемое увеличение тепла способствуют образованию нежелательных примесей, таких как тиомочевина и биурет. В связи с этим, регулировочные клапаны (12-15) позволяют отклонять сырьевой поток от дополнительных стадий смешивания с высоким усилием сдвига в случае избыточного или нежелательного тепловыделения.
В конфигурации, показанной на фиг. 6(а), сырьевые потоки серы (1), мочевины (2) и необязательно поверхностно-активного вещества (3) поступают по линиям (4a-c) подачи и объединяются в объединенную линию (9) подачи. Объединенная линия (9) подачи проходит к узлу, содержащему несколько роторных смесителей с высоким усилием сдвига, установленных параллельно. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6(а), три роторных смесителя (21a-c) расположены параллельно (т.е. по существу бок о бок) до стадий (10) обработки и формования, где сырье превращается в продукт - удобрение. Регулировочные клапаны (17-19) позволяют отклонять сырьевой поток из линии (9) подачи, по мере и в случае необходимости. Этот дополнительный уровень регулирования позволяет осуществлять точное управление параметрами смешивания и имеет преимущество, когда способ должен осуществляться с неполной мощностью. Еще один вариант осуществления изобретения показан на фиг. 6(b), который по существу аналогичен варианту осуществления, представленному на фиг. 6(а), за исключением того, что выходящие потоки из параллельных роторных смесителей (21a-c) не объединяются в одну линию подачи перед дополнительными стадиями (10) обработки и формования. В конфигурации, показанной на фиг. 6(b), выходящие потоки из смесителей (21a-c) обособлены и направляются на отдельные стадии (101a-c) формования/обработки. В данном случае всем смесителям (21a-c) не обязательно нужно быть выполненными с возможностью обеспечения одинакового выхода применительно к размеру частиц, качеству частиц, мощности или другим параметрам смешивания. Это придает дополнительную гибкость способу, в котором обеспечивается несколько отдельных и дискретных линий продукта, получаемого из одного общего сырьевого потока.
Следует понимать, что настоящее изобретение также предусматривает комбинированные схемы, в которых статические и роторные смесители с высоким усилием сдвига расположены последовательно, параллельно, или и последовательно и параллельно. Таким образом, точное регулирование качества продукта, рабочей мощности и аккумуляции тепла в сырьевом потоке могут быть оптимизированы для обеспечения высокой однородности продукта и уменьшения загрязнения тиомочевиной и биуретом.
В еще одном варианте осуществления изобретения объединение линий (4а-с) подачи не должно происходить одновременно. В подходящем случае основные компоненты серы и мочевины могут быть смешаны поэтапно, первоначально путем образования концентрированной эмульсии твердой элементарной серы и раствора мочевины. Образование эмульсии может в подходящем случае осуществляться в одном или большем числе статических смесителей, установленных последовательно или параллельно. За данным этапом следует объединение концентрированной эмульсии серы с расплавленной мочевиной. Поверхностно-активное вещество может добавляться на первом или втором этапе. Преимущество поэтапного объединения серы и мочевины заключается в том, что оно сводит к минимуму период времени, в течение которого мочевина находится при повышенной температуре, тем самым снижая образование биурета. Данная стадия смешивания может осуществляться выше по потоку от любых описанных выше смесительных устройств и должна рассматриваться как альтернатива вариантам осуществления, приведенным на фиг. 2-6. Вариант осуществления данной конфигурации изобретения показан на фиг. 7.
На фиг. 7 сырьевые потоки серы (1), мочевины (2) и необязательно поверхностно-активного вещества (3) поступают по линиям (4a-c) подачи и объединяются в объединенную линию (9) подачи. Объединенная линия (9) подачи проходит в роторный смеситель (22), чтобы обеспечить первоначальную предварительно смешанную эмульсию серы и мочевины. Выходящий из роторного смесителя (22) поток затем объединяется со вторым сырьевым потоком (4d) мочевины, предпочтительно содержащим расплавленную мочевину, перед непосредственной подачей на стадию (102) смешивания. Стадия (102) смешивания может содержать одно или большее число устройств статического или роторного смешивания с высоким усилием сдвига, установленных последовательно или параллельно, по существу аналогичных описанным в вариантах осуществления выше. Продукт со стадии (102) смешивания далее направляется на дополнительные стадии (103) обработки и формования по мере необходимости. В данном варианте осуществления сводится к минимуму контакт между расплавленной мочевиной, содержащейся в линии (4d) подачи, и серой, содержащейся в предварительно смешанном продукте роторного смесителя (22), перед введением на стадию (102) смешивания.
На фиг. 8 показан еще один вариант осуществления изобретения, который аналогичен варианту, показанному на фиг. 7, однако сырьевой поток (4d) расплавленной мочевины разделяется таким образом, что может быть осуществлено несколько стадий (102a-b, 103a-b) смешивания и формования. Регулировочные клапаны (23-24) позволяют регулировать или останавливать поступление сырьевого потока из линий (4d и 9) подачи на стадию (102а) смешивания по мере и в случае необходимости. Этот дополнительный уровень регулирования позволяет осуществлять точное управление параметрами смешивания и имеет преимущество, когда способ должен осуществляться с неполной мощностью.
Продукт элементарной серы - мочевины, полученный в соответствии с описанными выше вариантами осуществления изобретения, может быть направлен на дополнительные стадии (10, 101a-c, 103, 103a-b) обработки и формования. Дополнительная обработка может включать сушку в устройстве сушки. В частном варианте осуществления удобрение высушивают на воздухе в устройстве сушки, тем самым исключая необходимость дополнительного оборудования для сушки. Как правило, устройство сушки представляет собой роторную сушилку.
На фиг. 9 показан дополнительный вариант осуществления изобретения, в котором сырьевые потоки серы (1), мочевины (2) и необязательно поверхностно-активного вещества (3) поступают по линиям (4a-c) подачи и объединяются в объединенную линию (9) подачи. Смешанное сырье в соответствии с любым из описанных выше вариантов осуществления получают (105) и далее наносят в качестве покровного и/или подкармливающего вещества на основу (25) в устройстве (106) для нанесения покрытия или глазирования. В данном варианте осуществления смешанное сырье, содержащее расплавленную мочевину и расплавленную серу, и, необязательно, поверхностно-активное вещество, подается в процесс, где оно приводится в контакт с твердым материалом основы для создания поверхностного покрытия твердой основы смешанным сырьем. В одном конкретном варианте осуществления изобретения покрытие наносится в качестве подкармливающего вещества на приллы мочевины, чтобы получить продукт удобрения, имеющий сердцевину, состоящую в основном из мочевины, и внешнее покрытие, состоящее из смеси сера-мочевина. Данный вариант осуществления является предпочтительным, поскольку только часть конечного продукта - смешанное покрытие мочевины и серы, подвергается обработке в расплавленной фазе. В результате, образование дополнительных примесей биурета и/или тиомочевины сводится к минимуму, поскольку сердцевина гранулы удобрения не подвергается высокотемпературной обработке.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения можно формовать гранулы, приллы или пастилки из композиции для использования в качестве удобрения с помощью применения оборудования или устройства, которое предназначено для улучшения или дополнительной обработки продукта процесса смешивания. В конкретном варианте осуществления пастилки формуют с помощью ротоформера-пастиллятора (Sandvik AB, Сандвикен, Швеция). Система пастиллирования Ротоформ состоит из обогреваемого цилиндрического статора, в который подается расплавленный или жидкий продукт, и перфорированного вращающегося кожуха, который концентрически вращается вокруг статора, распределяя капли продукта по всей рабочей ширине стальной конвейерной ленты. Система отражательных перегородок и внутренних форсунок, находящихся внутри цилиндрического статора, создает одинаковое давление по всей его ширине, обеспечивая равномерную подачу через все отверстия внешнего перфорированного кожуха. Это гарантирует, что все образованные пастилки имеют одинаковый размер по всей ширине ленты. Лена транспортирует осажденные на нее пастилки из статора и дает возможность им остыть и затвердеть.
Гранулированные или пастиллированные гранулы серно-мочевинного удобрения могут быть отсортированы в соответствии с их размером в сортировочном устройстве для достижения более однородного распределения по размерам. Как правило, слишком большие гранулы измельчаются и возвращаются в сортировочное устройство, тогда как гранулы недостаточного размера возвращаются в гранулятор в качестве так называемой некондиционной пыли. Подходящие размеры гранул удобрения находятся в диапазоне 1,5-5,0 мм, более типично 2-4 мм, выраженные в виде среднего диаметра гранул. Использование гранул, находящихся в пределах данного диапазона, позволяет обеспечить более равномерное распределение ингредиентов удобрения в почве после внесения гранул в почву.
В альтернативном варианте осуществления изобретения продукт стадии смешивания может дополнительно обрабатываться для включения других компонентов удобрения. В качестве неограничивающего примера можно объединять серно-мочевинное удобрение с другими активными веществами, включая фосфат, азот и калий. В частном варианте осуществления изобретения выходящий поток со стадии смешивания подается в сырьевой поток, направляемый непосредственно в установку синтеза NPK для дальнейшей переработки в композицию удобрения повышенного качества.
Специалистам будет понятно, что различные модификации, комбинации, замены и изменения могут быть внесены в описанные выше способы без отклонения от сути описанного здесь изобретения или объема, определяемого нижеследующей формулой изобретения.
1. Способ производства композиции серно-мочевинного удобрения, включающий в себя:
(a) подачу первого сырья, содержащего расплавленную элементарную серу, второго сырья, содержащего расплавленную мочевину, и третьего сырья, содержащего многофункциональное ионное поверхностно-активное вещество;
(b) объединение первого и второго сырья с получением объединенного сырья;
(c) направление объединенного сырья на стадию смешивания для получения смешанного сырья; причем стадию смешивания осуществляют с использованием нескольких смесителей, включающих статический смеситель и дисперсионную мельницу с высокой скоростью сдвига, и
(d) направление смешанного сырья на стадию обработки для получения композиции серно-мочевинного удобрения.
2. Способ по п. 1, в котором несколько смесителей расположено последовательно или параллельно.
3. Способ по п. 2, в котором стадию (b) объединения осуществляют, по существу, одновременно.
4. Способ по п. 3, в котором стадия обработки включает в себя одну или большее число стадий, выбранных из группы, состоящей из: сушки, гранулирования, пастиллирования и сортировки.
5. Способ по п. 4, в котором способ дополнительно включает добавление одного или большего числа питательных микроэлементов растений в объединенное или смешанное сырье, при этом питательные микроэлементы растений выбирают из одного или более из группы, состоящей из: бора, селена, натрия, цинка, марганца, железа, меди, молибдена, кобальта, кальция и магния.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором четвертое сырье, содержащее мочевину, объединяют со смешанным сырьем с получением объединенного смешанного сырья.
