Способ получения азотно-калийного удобрения, содержащего нитрат кальция, его продукты

 

Изобретение относится к способу получения NK-удобрений, по существу из кальций нитратного удобрения и нитрата калия, и к гомогенным продуктам NK-удобрений. Кальцийнитратные удобрения сплавляют вместе с нитратом калия с образованием их расплава или суспензии, которые превращаются в частицы с образованием гомогенного NK-удобрения. Кальцийнитратное удобрение и нитрат калия сплавляют при 90 - 120^oC, а затем нагревают до требуемой температуры образования частиц, составляющей 160-190^oC для зернения и 90-140^oC для грануляции. Компоненты смешивают в соотношениях, дающих расплав или суспензию, содержащих 40-14 вес.% нитрата кальция, 55-85 вес.% нитрата калия, 0,5-6 вес.% воды, 0-4 вес.% нитрата аммония и 0-5 вес.% нитрата магния. Технический результат состоит в том, что полученное гомогенное NK-удобрение имеет хорошие свойства как в отношении питательной ценности, так хранения и технологических свойств. Удобрение имеет размер частиц 1 - 5 мм, сопротивление раздавливанию составляет примерно 2 - 13 кг. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Настоящее изобретение относится к способу получения удобрений, содержащих нитрат и калий (NK-удобрения), в форме частиц. Изобретение дополнительно включает продукты таких NK-удобрений.

NK-удобрения могут быть изготовлены посредством смешивания N-удобрений с K-удобрениями, но существует необходимость по крайней мере в нескольких гомогенных составах NK-удобрений. N-источником может быть мочевина или нитратное удобрение, такое как нитрат аммония или нитрат кальция (CN), а источником калия может быть K-удобрение, подобное KNO₃, (KN), KCl или K₂SO₄. Однако, показано, что получение частиц как зернением, так и грануляцией, вызывает большие проблемы. Таким образом, было установлено опытным путем, что когда CN и KNO₃ плавятся вместе, значительное переохлаждение вызывает сложные проблемы на стадии образования частиц. NK-удобрение, основанное на CN и KNO₃, рассматривается как наиболее интересное, так как можно ожидать, что оно обладает всеми преимуществами CN-удобрения и кроме того содержит водорастворимый калий из источника нитрата.

Из японской заявки JP 95005421 B2 известно гранулированное NK-удобрение, полученное из эвтектического материала, состоящего из 90-50 весовых % мочевины и 10-50 весовых % поташа (карбонат калия). Гранулированный продукт изготавливают распылением через маленькое отверстие эвтектического раствора исходного материала, который загружают в месильную машину, затем смешивают и сплавляют. Для выравнивания скорости элюирования азота и поташа, гранулы покрывают покрывающим материалом, имеющим в качестве главного компонента полипропиленовый полимер. Этот процесс является наиболее сложным. Такое удобрение будет иметь большую часть своего азота в виде NH₄-N и соответствующие потери такого азота. Конечно, причина этого заключается в том, что единственный N-источник удобрения составляет мочевина. Кроме того, в нем нет водорастворимого кальция как в случае, когда N-источниками являются CN и KNO₃.

Дополнительный источник калия для азотно-калийного удобрения известен из патента США N 3,617,235, который включает распыление расплавов или суспензий с низким содержанием воды и содержит азотные и фосфорные питательные вещества для растений. Перед распылением или гранулированием указанного расплава или суспензии добавляют твердую калийную соль. Однако, этот способ требует, чтобы добавляемые твердые вещества были сортированы, с тем чтобы более чем 7 весовых% имело бы размер гранул, превышающий 0,1 мм. Хотя этот способ прекрасно работает в отношении NPK-удобрений, такой принцип не применим для гранулирования NK-удобрений, главным образом из-за проблем переохлаждения и из-за того, что весовые вещества с требуемым размером частиц коммерчески недоступны.

Главной целью настоящего изобретения является новый способ получения частиц NK-расплавов или растворов в гомогенные NK-удобрения.

Другой целью является способ получения NK-удобрений, основанных на кальцийнитратных удобрениях и нитрата калия.

Дополнительной целью является способ получения NK-удобрений, которые кроме того также содержат другие питательные вещества, подобные нитрату магния.

Также целью являются гомогенные NK-удобрения, которые могут применяться самостоятельно или как компоненты смеси либо для специальных NK-составов, либо в составах NPK-удобрений.

Из-за недостатков, относящихся к известным удобрениям, было решено дополнительно исследовать возможности применения CN и KNO₃ в качестве основных исходных материалов для нового удобрения. В настоящем описании аббревиатура CN относится как к чистому нитрату кальция, так и к продукту нитрата кальция, получаемому из нитрофосфатного процесса. Этот продукт, часто называемый Норск-Гидро-Нитрат Кальция (Norsk Hydro Calcium Nitrate) и обозначаемый сокращенно NH-CN, имеет следующий состав: 79 весовых % нитрата кальция, 6 весовых % нитрата аммония и 15 весовых % воды. Были оценены несколько способов изготовления требуемых составов NK-удобрений. Так испытывали прессование гранулированного CN и кристаллического KNO₃, и также смешение доступных гранулированного CN и гранулированного KNO₃. Было установлено, что прессование является дорогим и дает продукт с достаточно высоким содержанием пыли. Смешение, во-первых, зависит от наличия для двух рассматриваемых исходных материалов подобных частиц, в отношении размера частиц и распределения частиц по размерам. Во-вторых, гомогенный продукт не был получен.

Хотя переохлаждение рассматривалось как проблема, дополнительно было решено исследовать получение гомогенного NK-удобрения из расплавов по крайней мере одного из компонентов и возможного добавления другого компонента в качестве твердого вещества к расплаву. Твердый KNO₃ растворяли в расплавленном CN, но первоначальные испытания показали, что переохлаждение было таким сильным, что зернение/грануляция становились невозможными. Была проведена серия экспериментов с добавлением к расплавленному CN при примерно 100^oC твердого KNO₃, имеющего различный размер частиц. Размер частиц твердого вещества изменялся между 0,2-1,6 мм. Вопрос заключался в том, могла ли смесь отверждаться перед растворением частиц KNO₃ в расплаве CN и таким образом приводить к переохлаждению раствора. Во время этих экспериментов также изменялось соотношение между CN и KNO₃. Следующие два состава испытывались особо: 70 весовых % CN и 30 весовых % KNO₃, соответствующий NPK-составу (определяемому как N-P₂O₅-K₂O) 15-0-14, и 85 весовых % CN и 15 весовых % KNO₃, соответствующих составу 15-0-7. Однако, во время этих экспериментов наблюдалось некоторое переохлаждение. Если размер частиц твердых веществ был < 0,3 мм, переохлаждение было значительным. Чтобы избежать переохлаждения, размер частиц твердых веществ должен быть больше чем 1 мм. Но KNO₃, имеющий такой размер частиц, не доступен коммерчески, и, кроме того, такие большие частицы будут вызывать проблемы во время грануляции. Хотя может оказаться возможным получение в виде частиц гомогенного NK-удобрения таким способом, он не рассматривается как конечное решение проблемы, и дополнительные исследования данного способа были завершены.

Затем было решено выполнить тщательное исследование различных фаз для CN-вода-KNO₃. Во время этих исследований неожиданно было обнаружено, что действительно имеется область, где переохлаждение не вызывает существенных проблем. Следовательно, возможно выполнить получение частиц с использованием традиционных способов и оборудования. Эта область может быть определена, как следующая, вес.%: Ca(NO₃)₂ - 40 - 14 KNO₃ - 60 - 85 Вода - 0,5 - 6 Дополнительно было установлено, что к таким NK-расплавам/растворам может быть добавлен MgNO₃ в количестве 0-5 весовых %. Смесь удобрений для получения частиц может также содержать 0-4 весовых % нитрата аммония (AN).

В свете данных открытий было осуществлено получение частиц расплавов/растворов в указанных пределах. Успешное зернение может быть выполнено при температурах 160-190^oC, а гранулирование может проводиться при температурах 90-140^oC. Таким образом, были получены продукты гомогенных NK-удобрений, имеющие размер частиц 1-5 мм и в рамках требуемого гранулометрического состава. Продукты имели прекрасную сферическую форму и частицы имели твердость или сопротивление раздавливанию примерно 2-13 кг, в зависимости от содержания воды и размера.

Объем настоящего изобретения и его отличительные особенности являются такими, как это определено приложенной формулой изобретения.

Далее изобретение будет дополнительно объяснено в связи с описанием фигур и примеров.

Чертеж показывает поглощение воды NK-удобрениями согласно изобретению по сравнению с соответствующими результатами для NH-CN.

Пример 1.

Этот пример показывает зернение NK 15-0-35.

75 весовых % твердого KN смешивают с 25 весовыми % NH-CN и нагревают до примерно 100^oC, до температуры, при которой начинается плавление смеси. Содержание воды и вязкость доводятся до требуемых значений, после чего гомогенный расплав переносят в грануляционное устройство и осуществляют зернение при примерно 165^oC в масляную баню. Были получены хорошие белые и твердые частицы. Прочность 3-4 мм частиц находилась в пределах 8-13 кг.

Пример 2.

Этот пример показывает зернение NK 15-0-33.

70 весовых % кристаллического KN смешивают с 30 весовыми % NH-CN и сплавляют при примерно 100^oC и впоследствии содержание воды и вязкость доводят до требуемых значений и гомогенный расплав зернят при примерно 165^oC. Качество зерненных частиц продукта было подобно, полученному в примере 1.

Пример 3.

Этот пример показывает зернение NK 15-0-29.

60 весовых % KN и 40 весовых % NH-CN смешивают и сплавляют при примерно 100^oC и этот расплав имеет следующий состав: 60 весовых % KN, 31,5 весовых % CN, 2,5 весовых % AN и 6 весовых % воды.

Содержание воды затем уменьшают до примерно 3 весовых % и температуру поднимают до примерно 165^oC, после чего гомогенный расплав подвергают зернению.

Измеренная прочность частиц свежего продукта (3-4 мм) составляла 5 кг, а для частиц, выдержанных в течение 30 минут, 9 кг.

Пример 4.

Этот пример показывает полномасштабное зернение NK 15-0-33.

Во время этих экспериментов используют расплавы, полученные из 30 весовых % гранулированного NH-CN и 70 весовых % кристаллического KN. Для того, чтобы увеличить прочность частиц конечного продукта содержание воды в расплаве уменьшают выпариванием от 4,5 весовых % до 2,5 весовых%. Зернение проводят в башне для зернения высотой 23 м при температуре окружающей среды 28^oC. Температура зернения во время этих экспериментов варьировалась между 160-190^oC.

Было установлено, что продукты с достаточными отвердевающими свойствами могут быть получены для таких NK-составов, даже если содержание воды до зернения достигает 4,5 весовых%.

Пример 5.

Этот пример показывает грануляцию NK 15-0-33.

Грануляцию осуществляют путем подачи тонкого порошка удобрения NK 15-0-33 на грануляцию, к которому добавляют расплав того же продукта. Температуру грануляции изменяют между 115-125^oC, и было установлено, что образуется гранулированный продукт, имеющий требуемый размер и прочность на раздавливание. Найдено, что наиболее предпочтительная температура грануляции находится в диапазоне 120-125^oC. Дополнительные испытания показали, что грануляция NK-удобрений может осуществляться при 90-140^oC, в зависимости от получаемых NK-составов и содержания воды в расплаве.

Пример 6.

Этот пример относится к получению NK 15-0-14 смешением гомогенных NK-удобрений согласно настоящему изобретению с другими удобрениями типа NH-CN.

42 весовых % гомогенного NK 15-0-33, полученного по примеру 4 выше и имеющего плотность 1,97-1,98 кг/литр и средний диаметр d50=1,78 мм перемешивают механически с 58 весовыми % NH-CN, имеющего плотность 1,96-1,98 кг/литр и d50= 1,78 мм. Эти два типа продуктов имели примерно одинаковую форму и гранулометрический состав частиц. Конечная смесь имела состав 15-0-14, имела однородный внешний вид, и частицы не разделялись.

Посредством использования вышеуказанного способа возможно получать все марки NK 15-0-33 до NK 15-0-0. Компонент удобрения, который добавляют к гомогенному NK-удобрению согласно настоящему изобретению, не обязательно должен быть CN или NH-CN, но может быть любым пригодным удобрением для достижения требуемого состава смеси NK-удобрения. Те же требования в отношении размера частиц, распределение, формы частиц и плотности будут применяться для таких смесей.

Новые продукты на основе гомогенного NK-удобрения были дополнительно испытаны в отношении свойств слеживания и поглощения воды. Эти свойства сравнивались с аналогичными для зерненного NH-CN. Покрытие, использованное в процессе испытания, было покрытием на основе масла, парафина и полимера, описанным в международной патентной заявке PCT/N O95/00109. Результаты показаны в табл. 1 Из табл. 1 видно, что кондиционированное NK-удобрение имеет несколько лучшую слеживаемость, чем зерненный NH-CN.

Поглощение воды для гомогенного NK 15-0-33 согласно настоящему изобретению было исследовано как для покрытых, так и для непокрытых частиц. Результаты сравнивались с аналогичными для зерненного NH-CN. Испытания проводились при 25^oC и 40, 50, 60 и 70% относительной влажности (ОВ), соответственно. Результаты этих испытаний представлены в виде графиков на чертеже. Из них можно видеть, что непокрытые NK 15-0-33 не следует подвергать высокой влажности в течение длительного времени. Однако, если это удобрение покрыто примерно 0,2 весовыми % подходящего покрывающего материала, то поглощение воды существенно снижается.

Новый способ получения гомогенных NK-удобрений достигается посредством настоящего изобретения. Новые NK-продукты могут применяться или как таковые или смешанными с другими подходящими удобрениями для получения смесей удобрений с требуемым составом. Новые гомогенные NK-продукты имеют превосходные свойства как в отношении питательной ценности, так и хранения и технологических свойств.

Формула изобретения

1. Способ получения NК-удобрений по существу из кальцийнитратных удобрений и нитрата калия, в котором кальцийнитратное удобрение сплавляют с нитратом калия, отличающийся тем, что кальцийнитратное удобрение и нитрат калия сплавляют при 90 - 120^oC с образованием их расплава или суспензии и затем нагревают до требуемой температуры получения частиц и получают частицы с образованием гомогенного NК-удобрения, причем компоненты смешивают в соотношениях, дающих расплав или суспензию, содержащих 14 - 40 вес.% нитрата кальция, 55 - 86 вес.% нитрата калия, 0,5 - 6 вес.% воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в расплав или суспензию дополнительно вводят 0 - 4 вес.% нитрата аммония и 0 - 5 вес.% нитрата магния.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение частиц осуществляют зернением при температурах 160 - 190^oC.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение частиц осуществляют гранулированием расплава или суспензии, содержащей 1,0 - 2,5 вес.% воды при температуре гранулирования 90 - 140^oC.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что примерно 60 вес.% нитрата калия и примерно 40 вес.% кальцийнитратного удобрения сплавляют при примерно 100^oC с образованием расплава, содержащего примерно 60 вес.% КNО₃, примерно 31,5 вес. % Са(NО₃)₂, примерно 2,5 вес.% NН₄NО₃ и примерно 6 вес.% воды, и этот расплав выпаривают до тех пор, пока содержание воды не уменьшится до примерно 3 вес.%, и затем подвергают зернению при 160 - 170^oC.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что примерно 30 вес.% гранулированного кальцийнитратного удобрения и примерно 70 вес.% кристаллического нитрата калия сплавляют при примерно 100^oC и образованный таким образом расплав затем выпаривают до тех пор, пока содержание воды не уменьшится от 4,5 до 2,5 вес.%, и впоследствии подвергают зернению при 165 - 175^oC.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что мелкозернистые частицы из удобрения NК 15 - 0 - 33 подают в гранулятор вместе с тем же удобрением в жидком виде и гранулируют при 120 - 125^oC.

8. Гомогенное NК-удобрение, содержащее 40 - 14 вес.% Са(NО₃)₂ 55 - 85 вес.% КNО₃, 0,5 - 6 вес.% воды, 0 - 4 вес.% NН₄NО₃ и 0 - 5 вес.% Mg(NО₃)₂.

9. Гомогенное NК-удобрение по п. 8, отличающееся тем, что удобрение представляет собой зерненный продукт с NК-составами 15-0-35 - 15-0-29, имеющими прочность на раздавливание 2 - 9 кг.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2