Азотно-калийное удобрение и способ его получения

 

Изобретение относится к составам азотно-калийных удобрений, включающих нитрат аммония и калийсодержащий компонент, и способам их получения и может быть использовано в сельском хозяйстве и химической промышленности. Азотно-калийное удобрение включает нитрат аммония и калийсодержащий компонент, который представляет собой смесь сульфата и хлорида калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: NH₄NO₃ в пересчете на N (17÷33,5), смесь K₂SO₄ и KCl в пересчете на К₂О (1÷25). Способ получения азотно-калийного удобрения включает смешение нитрата аммония в виде плава со смесью сульфата и хлорида калия и гранулирование пульпы в присутствии сульфата магния в барабанном грануляторе при поддержании скорости падения температуры продукта по длине барабана в интервале (1,4-4,0)°С длины барабана. В результате повышаются физико-механические и агрохимические свойства азотно-калийного удобрения и расширяется диапазон сельскохозяйственных культур для его эффективного применения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к составам азотно-калийных удобрений, включающих нитрат аммония и калийсодержащий компонент, и способам их получения, и может быть использовано в сельском хозяйстве и химической промышленности.

Уровень техники

Известно азотно-калийное удобрение в виде смеси (15-18) мас.% карбамида с пылевидным хлоридом калия, производимое в соответствии со способом получения азотно-калийного удобрения (SU 966087, С 05 D 1/02, 1982). Основной недостаток этого удобрения заключается в его повышенной гигроскопичности.

Известно азотно-калийное удобрение в виде смеси (10÷ 50) мас.% карбамида и/или аммиачной селитры с хлоридом калия, осуществляемое в способе получения гранулированных азотно-калийных удобрений (FR 1476296, С 05 D 1/02, 1966). Содержание азота в случае использования аммиачной селитры (10÷ 50) мас.%. Основной недостаток этого удобрения заключается в том, что в нем содержится калийсодержащий компонент только в виде хлорида калия. Кроме того, гранулы имеют неоднородный состав по объему.

Известен способ получения азотно-калийного удобрения путем обработки кислого сульфата калия нитратом кальция с последующей нейтрализацией суспензии аммиаком, отделением осадка сульфата кальция и упариванием маточного раствора (Авторское свидетельство СССР по заявке №2143521/26, кл. С 05 С 5/02, 1975 г.).

Недостатком известного способа является высокое содержание сульфата кальция в маточном растворе, что приводит к кристаллизации гипса при выпарке, усложнению процесса и ухудшению качества продукта (1,49-1,60% CaSO₄· 2H₂O). Кроме того, такой способ обладает ограниченной сырьевой базой, так как нитрат кальция является дефицитным продуктом, а образующийся в качестве побочного продукта гипс имеет ограниченное применение.

Наиболее близким по составу и свойствам к настоящему изобретению является азотно-калийное удобрение, включающее аммиачную селитру и калийсодержащий компонент в виде хлорида калия. Компоненты взяты в этом удобрении в следующем соотношении, мас.%: в пересчете на N (12÷ 25) и КСl в пересчете на К₂O (16,6÷ 40) (RU 2154620 С1, С 05 D 1/02, 2000).

Способ получения данного удобрения включает гранулирование полученной смеси аммиачной селитры и хлорида калия в барабанном грануляторе, при этом получаются гранулы с недостаточной прочностью, порядка 1200 - 1500 г/гранулу, которые хорошо растворимы и быстро вымываются из почвы, что является недостатком известного удобрения.

Другим недостатком известного удобрения является то, что оно включает калийсодержащий компонент только в виде хлорида калия, не позволяющий эффективно применять его для удобрения, например, винограда, сахарной свеклы, табачных и цитрусовых культур.

Раскрытие изобретения

Основная техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке и создании азотно-калийного удобрения, обладающего повышенными характеристиками, а также в создании способа получения такого азотно-калийного удобрения.

В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в повышении физико-механических и агрохимических свойств азотно-калийного удобрения за счет повышения прочности гранул и снижения их растворимости, и в расширении диапазона сельскохозяйственных культур для эффективного применения удобрения по настоящему изобретению.

Данные технические результаты достигаются тем, что в азотно-калийном удобрении, включающем нитрат аммония и калийсодержащий компонент, калийсодержащий компонент представляет собой смесь сульфата и хлорида калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: (NH ₄NO₃) в пересчете на N (17÷ 33,5), K₂SО₄ и КСl в пересчете на К₂ О(1÷ 25).

Кроме того, содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте выбрано в интервале, мас.%: (0,1÷ 99,9).

Для получения данного удобрения в способе получения азотно-калийного удобрения, включающем смешение нитрата аммония в виде плава, калийсодержащего компонента и сульфата магния и гранулирование полученной пульпы в барабанном грануляторе, калийсодержащий компонент представляет собой смесь сульфата и хлорида калия, сульфат магния берут в количестве 0,4-3,5 мас.%, а калийсодержащий компонент берут в количестве (2÷ 50) мас.%, а скорость падения температуры гранулируемого продукта по длине барабана поддерживают в диапазоне (1,4÷ 4,0)° С/м длины барабана.

Кроме того, гранулирование проводят при температуре (90-140)° С.

Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности “новизна”, поскольку в уровне техники не выявлено решения, существенные признаки которого полностью совпадают со всеми признаками, имеющимися в независимых пунктах формулы изобретения.

Основные отличительные признаки азотно-калийного удобрения по настоящему изобретению заключаются в том, что калийсодержащий компонент представлен в виде смеси сульфата и хлорида калия при следующем соотношении компонентов, мас. %: (NH₄NO₃) в пересчете на N (17÷ 33,5), а К₂SО₄ и КСl в пересчете на К₂О (1÷ 25).

Дополнительный отличительный признак в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что содержание сульфата калия в смеси калийсодержащих компонентов выбирают в интервале, маc. % (0,1÷ 99,9).

Использование сульфата калия в качестве составляющей калийсодержащего компонента позволяет расширить диапазон сельскохозяйственных культур, для которых может быть использовано удобрение по настоящему удобрению. Наряду с вышеуказанным эффектом в результате введения смеси хлорида и сульфата калия в удобрение на основе нитрата аммония получается удобрение, которое в ~ 3 раза менее растворимо, чем известные аналогичные удобрения. В результате удобрение по настоящему изобретению более эффективно для сельскохозяйственных культур, поскольку оно медленнее вымывается из почвы.

Поэтому предложенное удобрение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”, так как только вся совокупность признаков, характеризующих удобрение, позволяет получить технический результат, заключающийся в снижении растворимости удобрения по настоящему изобретению.

Основные отличительные признаки описываемого способа получения азотно-калийного удобрения заключаются в том, сульфат магния берут в количестве 0,4-3,5 маc. %, а калийсодержащий компонент в виде смеси сульфата и хлорида калия берут в количестве (2÷ 50) маc. %, при этом скорость падения температуры гранулируемого продукта по длине барабана поддерживают в интервале (1,4÷ 4,0)° С/м длины барабана.

Другой дополнительный отличительный признак в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что гранулирование проводят при температуре 90-140° С.

При осуществлении способа получения азотно-калийного удобрения по настоящему изобретению за счет введения сульфата калия, хлорида калия и сульфата магния в плав нитрата аммония в соответствии с заданным количественным содержанием вышеуказанных компонентов и температурным режимом получается удобрение, гранулы которого имеют повышенную прочность - до 2400 г/гранулу и улучшенные физико-химические свойства.

Поэтому настоящее изобретение в части способа также соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень, так как только вся совокупность признаков, характеризующих способ получения удобрения, позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении прочности и снижении растворимости удобрения по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Сущность изобретения поясняется нижеприведенными примерами.

Пример 1.

В соответствии с настоящим изобретением в смеситель подают плав нитрата аммония концентрацией 90 маc. % в количестве 13,78 т/час и калийсодержащий компонент, представляющий собой смесь сульфата и хлорида калия в количестве 12,5 т/час, что составляет 50 мас.% от общего объема компонентов в смесителе в пересчете на конечный продукт. Температура калийсодержащего компонента составляет 65-75° С. Содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте составляет 99,9%. Далее пульпу направляют на гранулирование в барабанный гранулятор, который имеет диаметр 4,5 м и длину 16 м. Частота вращения барабанного гранулятора 4,2 об/мин. Температура в зоне грануляции составляет 140° С. Гранулированный продукт на выходе из барабана имеет температуру (70-75)° С и содержит N - 17,06 маc. %, К ₂О - 25 маc. %, H₂O - 0,3 маc. % Концентрация сульфата магния в готовом продукте в пересчете на MgO 0,13-1,17 маc. %. Готовый продукт на выходе из барабанного гранулятора имеет следующий гранулометрический состав: фракция 1-4 мм не менее 90%, фракция менее 1 мм до 3%, фракция более 6 мм отсутствует. Прочность гранул диаметром 3 мм составляет 2400 г/гранулу. При этом растворимость полученного удобрения меньше в 3,1 раза, чем растворимость гранул удобрения такого же диаметра, получаемого по способу-прототипу при идентичных агрохимических испытаниях. Средняя производительность по готовому продукту составляет 25 т/час. Скорость падения температуры гранулируемого продукта по длине барабана составляет 4,0° С на 1 м длины барабана.

Пример 2.

Процесс ведут так же, как описано в примере 1, но со следующими отличиями.

В смеситель подают плав 90%-ного нитрата аммония в количестве 26,3 т/час и калийсодержащий компонент, представляющий собой смесь сульфата и хлорида калия в количестве 0,5 т/час, что составляет 2% от общего объема компонентов в смесителе. Кроме того, добавляют сульфат магния в количестве 3,4%. Содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте составляет 0,1 мас.%. Температура в зоне грануляции составила 91° С. Гранулированный продукт на выходе из барабана содержит N - 32,5 маc. %, К₂O - 1,2 маc. %., Н₂О - 0,3 маc. % Прочность гранул диаметром 3 мм составляет 2200 г/гранулу. При этом растворимость полученного удобрения меньше в 2,7 раза, чем растворимость гранул удобрения такого же диаметра, получаемого по способу-прототипу при идентичных агрохимических испытаниях. Средняя производительность по готовому продукту составляет 25 т/час. Скорость падения температуры гранулируемого продукта по длине барабана при получении удобрения данного состава принимают 1,4° С на 1 м длины барабана.

Пример 3.

Процесс ведут так же, как описано в примере 1, но со следующими отличиями.

В смеситель подают плав 90%-ного нитрата аммония в количестве 20,0 т/час и калийсодержащий компонент, представляющий собой смесь сульфата и хлорида калия, в количестве 6,5 т/час, что составляет 26% от общего количества компонентов в смесителе. Содержание вводимого сульфата магния составляет 1,9 маc. %. Содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте составляет 50,0 маc. %. Температура в зоне грануляции составила 115° С. Гранулированный продукт на выходе из барабана содержит N - 24,7 маc. %, К₂ О - 14,3 маc. %. Н₂О - 0,2 мас.%. Прочность гранул диаметром 3 мм составляет 2300 г/гранулу. При этом растворимость полученного удобрения меньше в 2,85 раза, чем растворимость гранул удобрения такого же диаметра, получаемого по способу-прототипу при идентичных агрохимических испытаниях. Скорость падения температуры при получении удобрения данного состава принимают 2,6° С на 1 м длины барабана.

Пример 4.

Процесс ведут так же, как описано в примере 1, но со следующими отличиями.

В смеситель подают плав 90%-ного нитрата аммония в количестве 12,8 т/час и калийсодержащий компонент, представляющий собой сульфат и хлорид калия, в количестве 13,0 т/час, что составило 52% от общего объема компонентов. Содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте составляет 95,0 маc. %. Температура в зоне грануляции составила 140° С. Гранулированный продукт на выходе содержит N - 15,8 маc. %, К₂О - 26,3 маc. %. Прочность гранул диаметром 3 мм составляет 2300 г/гранулу. При этом растворимость полученного удобрения меньше в 2,9 раза, чем растворимость гранул удобрения такого же диаметра, получаемого по способу-прототипу при идентичных агрохимических испытаниях. Скорость падения температуры при получении удобрения данного состава берут 4,0° С на 1 м длины барабана.

Пример 5.

Процесс ведут так же, как описано в примере 1, но со следующими отличиями.

В смеситель подают плав 90%-ного нитрата аммония в количестве 27,0 т/час и калийсодержащий компонент, представляющий собой смесь сульфата и хлорида калия, в количестве 0,25 /час, что составило 1,0% от общего количества компонентов в смесителе в пересчете на конечный продукт Содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте составляет 95 маc. %. Температура в зоне грануляции составила 88 С. Гранулированный продукт на выходе содержит N - 33,7 маc. %, К₂О - 0,5 маc. %, Н₂О - 0,64 маc.%. Прочность гранул диаметром 3 мм составляет 1800 г/гранулу. При этом растворимость полученного удобрения меньше в 1,5 раза, чем растворимость гранул удобрения такого же диаметра, получаемого по способу-прототипу при идентичных агрохимических испытаниях. Скорость падения температуры гранулируемого продукта при получении удобрения данного состава берут 1,3° С на 1 м длины барабана.

Пример 6.

Процесс ведут так же, как описано в примере 1, но со следующими отличиями.

В смеситель подают плав 90%-ного нитрата аммония в количестве 13,2 т/час и калийсодержащий компонент, представляющий собой смесь сульфата и хлорида калия, в количестве 12,5 т/час, что составляет 50 мас.% от общего объема компонентов в смесителе. Содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте составляет 95,0 маc. %. Температура в зоне грануляции составила 142° С. Гранулированный продукт, который получали в результате несмотря на высокую прочность (прочность гранул составляла 2400 г/гранулу) имел растворимость в 2,9 раза меньше, чем растворимость удобрения, получаемого по способу-прототипу, при этом был некондиционный по составу N - 16,3 маc. %, К₂О - 25,3 маc. %, а скорость падения температуры гранулируемого продукта при получении удобрения данного состава берут 4,1° С.

Следует отметить, что при выходе за верхний предел концентрации смеси калийсодержащих компонентов и сульфата магния MgSO₄, указанных в первом пункте формулы изобретения способа получения азотно-калийного удобрения эксплуатационные показатели способа существенно ухудшаются, так плохо идет процесс гранулирования: получается так называемое “мажущееся” удобрение, происходит налипание его на стенки барабана, часто забиваются форсунки, подающие пульпу в барабан. Вследствие этого установку приходится часто останавливать на очистку. При уменьшении концентрации MgSO₄ ниже нижнего предела процесс гранулирования также ухудшается, так как происходит недостаточное связывание воды, имеющейся в только что полученных гранулах, поэтому может быть налипание продукта на выходе барабана.

При выходе за верхний предел смеси калийсодержащих компонентов, который в пересчете на К₂О составил 26,3 маc. % (пример 4), и повышенной температуре в зоне грануляции 140° С, получается некондиционное удобрение, которое имеет повышенное содержание К₂О и заниженную величину по азоту. При выходе за нижний предел концентрации смеси калийсодержащих компонентов, который в пересчете на К₂О составил 0,5 маc. % (пример 5), более низкой температуры в зоне грануляции 88° С и пониженной скорости падения температуры гранулируемого продукта 1,3° С на 1 м длины, также получается некондиционное удобрение по составу с пониженной прочностью гранул и повышенным содержанием воды в готовом продукте 0,64 маc. %. При выходе за верхний предел температур в зоне грануляции 142° С (пример 6) и повышенной скоростью падения температуры гранулируемого продукта 4,1° С на 1 м длины барабана, также получается некондиционное удобрение по составу.

Настоящее изобретение может быть наилучшим образом применено в сельском хозяйстве и химической промышленности при производстве азотно-калийных удобрений с улучшенными физико-механическими и агрохимическими свойствами.

Формула изобретения

1. Азотно-калийное удобрение, включающее нитрат аммония и калийсодержащий компонент, отличающееся тем, что калийсодержащий компонент представляет собой смесь сульфата и хлорида калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: NH₄NО ₃ в пересчете на N 17-33,5, смесь K₂SO₄ и КСl в пересчете на К₂О 1-25.

2. Азотно-калийное удобрение по п.1, отличающееся тем, что содержание сульфата калия в калийсодержащем компоненте выбирают в интервале 0,1-99,9 мас.%.

3. Способ получения азотно-калийного удобрения, включающий смешение нитрата аммония в виде плава, калийсодержащего компонента и сульфата магния и гранулирование полученной пульпы в барабанном грануляторе, отличающийся тем, что калийсодержащий компонент представляет собой смесь сульфата и хлорида калия, сульфат магния берут в количестве 0,4-3,5 мас.%, а калийсодержащий компонент берут в количестве 2-50 мас.%, при этом скорость падения температуры гранулируемого продукта по длине барабана поддерживают в интервале 1,4-4,0°С/м длины барабана.

4. Способ получения азотно-калийного удобрения по п.3, отличающийся тем, что гранулирование проводят при температуре 90-140°С.