Непрерывный способ производства нейтрального гранулированного фосфорно-калийного (р/к) удобрения

Изобретение относится к непрерывному способу производства зернистого, богатого фосфором/калием удобрения из базовых товарных химикатов, которое легко хранить и с которым легко обращаться. Удобрение состоит из фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂ и воды в количестве 10 мас.% или меньше. Способ его производства включает: i) этап получения концентрированного водного раствора фосфорной кислоты (ФК) и концентрированного водного раствора гидроксида калия (KОН), ii) этап объединения упомянутых концентрированных растворов, полученных на этапе i), в реакторе, обеспечивающем температуру реакции в интервале от 85 до 120°С, где ФК и KОН используют в массовом отношении от 1,14 до 1,22, с получением жидкой реакционной смеси, iii) этап сушки упомянутой реакционной смеси, полученной на этапе ii), в вакуумной сушильной установке, в результате чего получают твердый материал, при этом упомянутый этап сушки включает стекание упомянутой реакционной смеси, полученной на этапе ii), на упомянутый подсушенный твердый материал, и iv) охлаждение упомянутого твердого материала, полученного на этапе iii). Технический результат заключается в получении твердого сыпучего удобрения, имеющего нейтральный рН без тенденции к слеживанию. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу производства зернистого, богатого фосфором/калием удобрения из базовых товарных химикатов, которое легко хранить и с которым легко обращаться.

Описание уровня техники

Фосфаты калия, доставляющие растениям важные элементы Р/K в растворимой форме, относятся к наиболее популярным удобрениям, но некоторые из них представляют трудности в хранении и работе. Например, довольно распространенный дикалий фосфат (DKP) будет создавать вполне желательное сочетание с достаточно кислым монокалий фосфатом (MKP), но собственная нестабильность первого в отношении содержания воды из-за его гигроскопичности затрудняет работу с ним. В идеале, удобрения должны не представлять трудностей в производстве и иметь подходящую консистенцию для легкой работы с ними. В известном уровне техники все же не предложено достаточно удобрений с требуемыми характеристиками, подходящих для всех ситуаций. В документе WO 2009/072106 предложен способ производства твердого, сыпучего зернистого удобрения с формулой K₃H₃(PO₄)₂ из MKP и гидроксида калия (KOH).

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ производства легкого в обращении гранулированного фосфорно-калийного (РК) удобрения из товарных химикатов.

Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить твердое удобрение, поставляющее фосфор и калий, состоящее по существу из K₂O и Р₂О₅ в массовом отношении 1:1, которое является сыпучим и не имеет тенденции к слеживанию.

Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить способ производства зернистого, легкого в обращении Р/K удобрения из фосфорной кислоты и гидроксида калия.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут описаны ниже.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предлагает непрерывный способ производства твердого фосфорно-калийного (Р/K) удобрения из фосфорной кислоты (ФК) и гидроксида калия (KOH), причем удобрение имеет, по существу, нейтральный pH и является зернистым и сыпучим, и причем упомянутый способ включает: i) этап получения концентрированного водного раствора ФК и концентрированного водного раствора KOH; ii) этап объединения концентрированных растворов, полученных на этапе i), в реакторе, обеспечивающем температуру реакции от 85 до 120°С, в результате чего получают жидкую реакционную смесь; iii) этап сушки реакционной смеси этапа ii) в вакуумной сушильной установке, обеспечивающей температуру реакции от 85 до 120°С и давление не больше 400 мбар, в результате чего получают твердый материал; при этом в данном способе этап сушки отделен во времени и пространстве от этапа ii), и iv) этап охлаждения твердого материала этапа iii) до окружающей температуры, в результате чего получают твердое удобрение без тенденции к слеживанию, по существу, состоящее из K₃H₃(PO₄)₂ и воды в количестве 10 мас. % или меньше. Этап сушки включает объединение жидкого потока с подсушенным твердым материалом, причем как поток, так и твердый материал состоят из продукта реакции между ФК и KOH. Упомянутое объединение может включать нагнетание упомянутого потока или его отекание, или распыление на упомянутый подсушенный твердый материал. Непрерывный способ согласно изобретению предпочтительно, кроме того, включает этап приготовления концентрированных растворов ФК и КОН. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения указанные этапы ii) и iii), которые разделены во времени и пространстве, выполняют при температуре от 90 до 115°С. Указанный этап ii) предпочтительно выполняют при давлении не больше 300 мбар. Упомянутые ФК и KOH вводят в реакцию предпочтительно в массовом отношении от 1,14 до 1,22. Количество воды в конечном удобрении предпочтительно составляет 10 мас. % или меньше и более предпочтительно 5 мас. % или меньше. В одном предпочтительном варианте осуществления упомянутые ФК и KOH вводят в реакцию в массовом отношении от 1,16 до 1,20. В способе изобретения упомянутый реактор и упомянутая вакуумная сушильная установка являются частями устройства, которое может состоять из двух раздельных единиц оборудования или может быть объединенным, при этом продукт реакции между ФК и KOH непрерывно подают в устройство, и он перемещается через него, в результате чего реагирующие вещества непрерывно преобразуются в сыпучий нейтральный фосфат калия, причем реагирующие вещества являются твердыми или жидкими ФК и KOH, при этом получая водный K₃H₃PO₄, являющийся результатом реакции между ФК и КОН. Реагирующие вещества непрерывно подают в реактор, и жидкий продукт непрерывно подают в сушильную установку насосом или шнековым конвейером. Упомянутое устройство включает реактор, сушильную установку, охладитель, средство транспортировки для перемещения продуктов между установками и средство управления для проверки состава и влажности продукта и, в соответствии с результатами, для регулирования скорости движения материала через устройство.

Изобретение направлено на твердое, сыпучее Р/K удобрение, изготовленное из ФК и KOH, включающее Р₂О₅ и K₂O почти в равном массовом отношении, без тенденции к слеживанию. Это твердое удобрение согласно изобретению состоит из по меньшей мере 80 мас. % K₃H₃(PO₄)₂ и не больше 10 мас. % воды. Оно, предпочтительно, состоит из по меньшей мере 90 мас. % фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂ и воды в количестве не больше 10 мас. %, предпочтительно в количестве от 0,1 мас. % до 5 мас. %. В одном варианте осуществления твердое удобрение состоит из по меньшей мере 90 мас. % K₃H₃(PO₄)₂ и не больше 1 мас. % воды. Удобрение изобретения обычно дает сигналы рентгеновской дифракции, характеризующиеся номерами карточек дифракционных данных 00-019-0965 и 00-019-0964. Удобрение, приготовленное согласно изобретению, может в одном варианте осуществления состоять из фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂ в количестве приблизительно от 92 мас. % до 99 мас. %, воды в количестве до 8 мас. % и случайных примесей до 5 мас. %.

Подробное описание изобретения

Предложен непрерывный способ производства неслеживающегося зернистого Р/K удобрения из товарных химикатов, включающий простые этапы: i) получение концентрированных водных растворов фосфорной кислоты (ФК) и гидроксида калия (KOH), ii) реакция двух упомянутых водных растворов при массовом отношении ФК/KOH приблизительно 1,18, в результате чего получают жидкий или суспензионный продукт, iii) сушка жидкого или суспензионного продукта путем введения его в контакт в условиях вакуума с твердой фазой, состоящей из нейтрального фосфата калия, в результате чего получают гранулированный порошок, и iv) охлаждение порошка, в результате чего получают конечное сыпучее удобрение, причем указанные этапы происходят постепенно в соседних местах, разделенных во времени и пространстве, что позволяет непрерывно преобразовывать жидкие ФК и KOH в гранулированное фосфорно-калийное удобрение.

Изобретение относится к непрерывному способу производства твердого, сыпучего, предпочтительно белого удобрения, состоящего из фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂. Этот непрерывный способ включает этапы реакции гидроксида калия (KOH) с фосфорной кислотой (ФК), сушки реакционной смеси под вакуумом при контакте с твердой фазой и охлаждения высушенной смеси. Исходные материалы используют, предпочтительно, в форме растворов, включая раствор KOH и раствор фосфорной кислоты. Реагирующие вещества - ФК и KOH - смешивают предпочтительно в массовом отношении от 1,14 до 1,22, более предпочтительно в массовом отношении от 1,16 до 1,20. Реагирующие вещества, таким образом, включают обычные товарные химикаты, которые могут иметь любые уровни чистоты, поскольку неприемлемые для сельского хозяйства материалы исключены. Концентрированные водные исходные материалы предпочтительно являются растворами. В одном предпочтительном варианте осуществления способа два водных исходных материала формируют два потока реагирующих веществ, поступающих в реактор, снабженный средствами управления температурой и давлением. Реактор способен поддерживать температуру смеси реакции в интервале предпочтительно от 85°С до 120°С, более предпочтительно в интервале от 90°С до 115°С. Жидкий продукт реакции поступает в вакуумную сушильную установку, способную поддерживать температуру материалов в интервале, предпочтительно, от 85°С до 120°С и давление 400 мбар или меньше, более предпочтительно температуру от 90°С до 115°С и давление 300 мбар или меньше. Жидкость из реактора медленно стекает на подсушенный материал в вакуумной сушильной установке. Скоростью подачи управляют в зависимости от способности вакуумной сушилки непрерывно удалять пары. Реагирующие вещества в способе включают воду в количествах, не мешающих требуемой скорости реакции. Порошок или гранулы, включающие подсушенную смесь ФК и KOH в массовом отношении от 1,14 до 1,22, первоначально находятся в вакуумной сушилке. В одном предпочтительном варианте осуществления слой сухого K₃H₃PO₄ покрывает стенки сушильной установки, например, шнекового конвейера. Материал обычно соскребают со стенок сушильной установки, оставляя часть твердого вещества для контакта со свежим раствором. Твердый подсушенный материал, таким образом, медленно движется по вакуумной сушильной установке и поступает в охладитель. Охладитель охлаждает зернистый материал до окружающей температуры, в результате чего получают конечное удобрение.

Способ изобретения предпочтительно включает реакцию концентрированных растворов ФК и KOH, причем первый имеет, например, концентрацию в интервале между 50 и 85 мас. %, например, выше 80 мас. %, и последний, например, между 30 и 52 мас. %, например, по меньшей мере 50 мас. %. По выбору, непрерывный способ включает этап получения концентрированных растворов ФК и КОН путем растворения твердых веществ или разбавления более концентрированных растворов или суспензий. В одном варианте осуществления исходные реагирующие вещества непрерывно подают в объединенное устройство, включающее реактор, сушильную установку и охладитель. Скорости подачи позволяют смешивать КОН и ФК в молярном отношении от 1,45 до 1,55. Изобретение предлагает устройство для непрерывного производства гранулированного фосфорно-калийного удобрения из исходных ФК и KOH, причем устройство включает реактор со средством управления температурой, вакуумную сушильную установку со средствами управления температурой и давлением, охладитель и транспортирующее средство, позволяющее непрерывно перемещать материал от ступени реагирующих веществ до ступени конечного удобрения через устройство от емкостей исходных реагирующих веществ до емкости конечного продукта; причем упомянутое средство управления температурой поддерживает температуру в интервале от 85 до 120°С, и причем средства управления температурой и давлением поддерживают температуру в интервале между 85°С и 120°С и давление, предпочтительно, ниже 300 мбар; и причем упомянутое средство транспортировки перемещает эти материалы через устройство со скоростью, обеспечивающей влажность конечного удобрения 8 мас. % или меньше, например, между 0,1 и 7 мас. %, предпочтительно 5 мас. % или меньше, например, между 0,2 и 2 мас. %. В одном аспекте устройство изобретения может использоваться для получения неслеживающегося гранулированного Р/K удобрения из ФК и KOH или из MKP и KOH.

Изобретение предлагает непрерывный способ преобразования товарных химикатов - ФК и KOH - в концентрат гранулированного сыпучего Р/K удобрения, имеющий, по существу, нейтральный pH. Значение pH водного раствора удобрения изобретения составляет, предпочтительно, от 6,3 до 7,3. Сыпучесть полученного удобрения определяют путем измерения времени, необходимого для того, чтобы 300 г удобрения прошли через усеченный конус из нержавеющей стали, вершина которого срезана для получения отверстия диаметром 1 см. Время, t, требующееся 300 г продукта после открывания отверстия, сравнивают с временем, которое требуется для 300 г сыпучего стандартного МКР (или другого сыпучего удобрения), t_s, и вычисляют относительную сыпучесть в процентах, f, по следующей формуле:

Относительная сыпучесть удобрения согласно изобретению составляет, предпочтительно, по меньшей мере 50%, например, по меньшей мере 60% или по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 85%.

Изобретение относится к непрерывному способу получения твердого, богатого Р/K, растворимого, нейтрального, сыпучего, гранулированного, неслеживающегося удобрения, с которым легко работать и которое готово для смешивания с дополнительными питательными веществами. Удобрение изобретения состоит, по существу, из фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂; это означает, что удобрение содержит в основном нейтральный фосфат, например, от 80 мас. % до 98 мас. % фосфата калия с упомянутой формулой, предпочтительно от 90 мас. % до 99 мас. %, и остальное является главным образом водой. Могут присутствовать другие приемлемые для сельского хозяйства компоненты. Вышеуказанная формула соответствует эквимолярной смеси MKP и DKP. Как было сказано, DKP, хотя и является желательным удобрением, представляет трудности в работе с ним. Удобрение изобретения имеет такой же состав, что и смесь MKP и DKP, но при отсутствии необходимости в покупке или получении, хранении и работе с упомянутым DKP или даже MKP. Сыпучее удобрение изобретения, не имеющее тенденции к слеживанию, имеет улучшенную, по сравнению с простой смесью МКР и DKP, консистенцию. Удобрение согласно изобретению получают из обычных товарных химикатов простым способом, и оно в высокой степени подходит для применения в сельском хозяйстве в качестве превосходного источника калия и фосфора. Удобрение можно легко хранить, транспортировать и применять в областях желательного применения.

Таким образом, изобретение предлагает желательный концентрированный источник фосфора и калия для удобрения, полученный непрерывным способом и являющийся твердым, сыпучим и неслеживающимся удобрением, состоящим, по существу, из K₃H₃(PO₄)₂, причем способ включает контакт жидкого нейтрального фосфата с его твердой формой при температуре, предпочтительно, выше 90°С, например, 95°С, возможно путем стекания жидкости на поверхность подсушенного твердого материала, и причем раствор приготовлен из КОН и фосфорной кислоты. При упоминании нейтрального удобрения подразумевается, что оно является жидким или твердым с pH между 6 и 8 после разбавления водой, предпочтительно pH между 6,5 и 7,1 после разбавления до водного раствора, содержащего 1-5 мас. % твердых веществ.

Далее изобретение будет описано и проиллюстрировано на следующих примерах.

Примеры

Способы

Использовали белую фосфорную кислоту от компании Rotemamfert, Израиль. KOH был получен от компании Albemarle, Европа.

Содержание воды определяли термогравиметрическим анализом, содержание Р₂О₅ спектрофотометрически, содержание K₂O путем потенциометрического титрования с тетрафенилборатом.

Гигроскопичность характеризовали как критическую относительную влажность (C.R.H.) путем определения относительной влажности окружающей среды, при которой впитывание воды пробой вызывает увеличение массы больше чем на 3%; обычно гигроскопичность продукта составляла 50% C.R.H. (критической относительной влажности).

Пример 1

Устройство для непрерывного производства удобрения имеет три секции: реактор, вакуумная сушильная установка и охладитель. Реагирующие вещества помещали в реакторную часть - раствор ФК 83 мас. % с расходом 4,55 г/мин и раствор KOH 50 мас. % с расходом 6,48 г/мин. Температуру реакционной смеси поддерживали в интервале между 90°С и 115°С за счет экзотермической реакции, а также с помощью нагревательной рубашки, содержащей масло с температурой 120°С. Жидкую смесь подавали в вакуумную сушильную установку с помощью перистальтического насоса с расходом 6-7 г/мин. В вакуумную сушильную установку объемом 3 л загрузили 1515 г порошкового или гранулированного K₃H₃(PO₄)₂, полученного одноразовой операцией, перед тем, как начинать подачу жидкой смеси. Сушильную установку эксплуатировали с перемешиванием при вакууме 300-400 мбар и температуре 90°С-115°С в области подачи. Продукт поступал в охладитель, работающий в тех же условиях вакуума, но при температуре 45°С, поддерживаемой рубашкой с регулировкой температуры. Порошковый продукт упаковали. Продукт содержал приблизительно 0,2 мас. % воды (уходит при 80°С), 45,7 мас. % Р₂О₅ и 45,5 мас. % K₂O. Относительная сыпучесть составляла больше 85% (100% MKP). Продукт был гранулированным при крупности больше 300 мкм у 60% объема.

Пример 2

Выполнили способ один раз: 411 кг KH₂PO₄ растворили в 1420 кг воды и добавили 170 кг 50 мас. % KOH; произошла реакция, и раствор нагрели до 90°С-115°С и подали в вакуумную сушильную установку, в которую предварительно загрузили 1984 кг порошкового или гранулированного K₃H₃(PO₄)₂. Сушильная установка работала под вакуумом 70 мбар, с перемешиванием 12 об/мин и при температуре 90°С-115°С. После окончания подачи вакуумную сушильную установку охладили до 45°С. Продукт был подобен продукту, описанному в Примере 1.

Хотя настоящее изобретение было описано на некоторых конкретных примерах, возможны многие модификации и изменения. Поэтому понимается, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть осуществлено иначе чем конкретно описанное.

1. Непрерывный способ производства твердого фосфорно-калийного (Р/K) удобрения, по существу, состоящего из K₃H₃(PO₄)₂ и воды в количестве 10 мас.% или меньше, из фосфорной кислоты (ФК) и гидроксида калия (KОН), причем удобрение является зернистым и сыпучим, относительная сыпучесть удобрения составляет по меньшей мере 60%, при этом упомянутый способ включает:

i) этап получения концентрированного водного раствора ФК с концентрацией от 50 до 85 мас.% и концентрированного водного раствора KОН с концентрацией от 30 до 52 мас.%;

ii) этап объединения упомянутых концентрированных растворов, полученных на этапе i), в реакторе, обеспечивающем температуру реакции в интервале от 85 до 120°С, где ФК и KОН используют в массовом отношении от 1,14 до 1,22, с получением жидкой реакционной смеси;

iii) этап сушки упомянутой реакционной смеси, полученной на этапе ii), в вакуумной сушильной установке с температурой реакции между 85 и 120°С и давлением не больше 400 мбар, в результате чего получают твердый материал, причем упомянутый этап сушки включает стекание упомянутой реакционной смеси, полученной на этапе ii), на упомянутый подсушенный твердый материал; и

iv) охлаждение упомянутого твердого материала, полученного на этапе iii), до температуры окружающей среды;

посредством чего получают твердое удобрение, имеющее, по существу, нейтральный рН, без тенденции к слеживанию, соответствующее в композиции эквимолярной смеси монокалий фосфата (MKP) и дикалий фосфата (DKP).

2. Непрерывный способ по п.1, кроме того, включающий этап приготовления концентрированных растворов ФК и KОН.

3. Непрерывный способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые этапы ii) и iii) проходят при температуре от 90 до 115°С.

4. Непрерывный способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый этап iii) выполняют при давлении не больше 300 мбар.

5. Непрерывный способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое количество воды составляет 5 мас.% или меньше.

6. Непрерывный способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые ФК и КОН используют в массовом отношении от 1,16 до 1,20.

7. Непрерывный способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый реактор и упомянутая вакуумная сушильная установка объединены в устройство, через которое непрерывно перемещаются продукты реакции между ФК и КОН, в результате чего реагирующие вещества ФК и КОН непрерывно преобразуются в сыпучий твердый нейтральный фосфат калия.

8. Непрерывный способ по п.7, отличающийся тем, что упомянутое устройство включает реакторную установку, сушильную установку, охладитель, транспортирующее средство для перемещения упомянутых продуктов между этими установками и средство управления для проверки влажности продукта и регулировки скорости движения продукта.

9. Твердое сыпучее фосфорно-калийное (P/K) удобрение, приготовленное способом по п.8, содержащее Р₂О₅ и K₂O в отношении 0,45/0,45, без тенденции к слеживанию.

10. Твердое удобрение по п.9, состоящее из по меньшей мере 80 мас.% фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂ и не больше 10 мас.% воды.

11. Твердое удобрение по п.9, состоящее из по меньшей мере 90 мас.% фосфата калия с формулой K₃H₃(PO₄)₂ и не больше 10 мас.% воды.

12. Твердое удобрение по п.9, состоящее из по меньшей мере 90 мас.% фосфата калия с формулой K₃Н₃(PO₄)₂ и воды в количестве от 0,1 до 5 мас.%.

13. Твердое удобрение по п.9, состоящее из фосфата калия с формулой K₃Н₃(PO₄)₂ в количестве от 92 до 99 мас.%, воды в количестве до 8 мас.% и случайных примесей до 5 мас.%.