Жидкое азотное удобрение и способ его получения

05 13/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ЖИДКОЕ АЗОТНОЕ УДОБРЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ(73) Патентообладатель Гродненское производственное объединение Азот им. С.О. Притыцкого(71) Заявитель Гродненское производственное объединение АЗОТ им. С.О. Притыцкого(57) 1. Жидкое азотное удобрение, включающее сульфат аммония, карбамид, нитрат аммония в качестве добавки, понижающей температуру кристаллизации удобрения, и воду, отличающееся тем, что оно имеет следующее соотношение компонентов, мас.карбамид 35-40 сульфат аммония 23-26 нитрат аммония 1-1,5 вода остальное. 2. Способ получения жидкого азотного удобрения путем смешения водного раствора сульфата аммония,карбамида и добавки, понижающей температуру кристаллизации удобрения, отличающийся тем, что в качестве добавки, понижающей температуру кристаллизации удобрения, используют нитрат аммония, карбамид берут в виде расплава, а смешение производят в воздушной среде. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при смешении сначала в водный раствор сульфата аммония вводят нитрат аммония, полученную смесь нагревают теплом отходящего удобрения и затем смешивают с расплавом карбамида. 3173 1 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что смешение осуществляют эжекцией компонентов в воздушную среду с одновременной циркуляцией воздуха из смесителя в эжектор карбамида и продукционной смеси из смесителя в эжектор сульфата аммония. Изобретение относится к веществам и процессам химической технологии и может быть использовано в производстве минеральных удобрений, в частности жидких азотных удобрений на основе раствора сульфата аммония и карбамида (КСА). Известно жидкое азотное удобрение на основе водного раствора сульфата аммония, карбамида и нитрата аммония 1. Недостатком известного состава жидкого азотного удобрения является преобладание в нем нитратного азота (4,6-42,1 ), который легко вымывается из почвы, что приводит к значительным потерям азота и загрязнению окружающей среды. Задачей изобретения является улучшение экологии окружающей среды, создание удобрения пролонгированного действия, что улучшает его агрохимические свойства, благодаря предложенному количественному составу изобретения, а также способу его получения. Сущность изобретения заключается в том, что жидкое азотное удобрение включает сульфат аммония,карбамид, нитрат аммония в качестве добавки, понижающей температуру кристаллизации удобрения, и воду. Согласно изобретению, удобрение имеет следующее соотношение компонентов, мас.карбамид 35-40 сульфат аммония 23-26 нитрат аммония 1-1,5 вода остальное. Существенность отличий заявляемого вещества от прототипа заключается в том, что предложенное количественное содержание компонентов, а именно более высокое содержание в нем амидного азота (35-40 ) по сравнению с прототипом (3,4-30,2 ) и незначительное содержание нитратного азота (1-1,5 при 4,642,1 в прототипе), обеспечивает пролонгированное действие удобрения, т.к. нитратный азот легко вымывается из почвы, а амидный - в почве сохраняется более продолжительное время, что в конечном итоге улучшает агрохимические свойства удобрения, не принося потерь. Заявляемый диапазон содержания добавки нитрата аммония в удобрении обусловлен тем, что если ее содержание менее 1 , то необходимое понижение температуры кристаллизации не наблюдается если ее содержание более 1,5 , то в этом случае нитрат аммония перестает играть роль добавки, т.к. образуется тройная система азотсодержащих веществ с существенно измененными свойствами. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Смешивают 35 г плава карбамида с 65 г 39 водного раствора сульфата аммония. В раствор вводят 1 нитрата аммония. Получают жидкое азотное удобрение с массовым соотношением карбамидсульфат аммония 1,4 следующего состава карбамид - 35 , сульфат аммония - 25,4 , нитрата аммония 1 с температурой кристаллизации (-13) С и концентрацией азота - 21 . Пример 2. Смешивают 40 г плава карбамида с 60 г 39 водного раствора сульфата аммония. В раствор вводят 1,5 нитрата аммония. Получают жидкое азотное удобрение с массовым соотношением карбамидсульфат аммония 1,6 следующего состава карбамид 40 , сульфат аммония 230, нитрата аммония - 1,5 с температурой кристаллизации (-5) С и концентрацией азота - 23 . Аналогично примерам 1 и 2 проведен ряд экспериментов, данные которых сведены в таблицу. Содержание компонентов, мас.Температура эксперимента карбамид сульфат аммония нитрат аммония кристаллизации, С 1 35 25,4 1,0-5 Анализируя приведенные данные заключаем, что увеличение содержания сульфата аммония в жидком удобрении приводит к снижению содержания основного питательного элемента - азота и, соответственно,снижению агрохимической эффективности удобрения. При снижении содержания сульфата аммония и уве 2 3173 1 личения содержания карбамида повышается температура кристаллизации удобрения, что ограничивает условия его хранения и его применения. Таким образом, состав удобрения (мас. ) карбамид - (35-40), сульфат аммония - (23-26), нитрат аммония - (1-1,5) и остальное - вода решает поставленную задачу - максимальное использование раствора сульфата аммония при сохранении содержания азота на уровне, обеспечивающем агрохимическую эффективность удобрения и сохранение его свойств при транспортировке и хранении. Известен способ производства жидкого азотного удобрения путем смешения водного раствора сульфата аммония, водного раствора карбамида и органической добавки 2. Недостатком способа является невысокое потребление сульфата аммония для производства удобрения. Это происходит из-за того, что содержание азота в удобрении является регламентированным и зависит от содержания в нем воды, а карбамид подается на смешение в виде водного раствора (70 -го), т.е. вносит с собой воду, что и снижает потребление раствора сульфата аммония. Учитывая, что раствор сульфата аммония является отходом производства капролактама и для его переработки в кристаллический продукт требуются значительные энергозатраты,делающие убыточным его производство, то на практике приходится избыток раствора сульфата аммония химически обезвреживать на стадии переработки сточных вод, что экономически невыгодно и экологически небезопасно. Поэтому повышение степени использования раствора сульфата аммония обеспечивает решение одновременно экономической и экологической задач. Задача, решаемая изобретением, - утилизация отхода производства капролактама в виде сульфата аммония (СА) и повышение его потребления при производстве жидкого азотного удобрения (КСА). Сущность изобретения заключается в следующем. Способ получения жидкого азотного удобрения осуществляют путем смешения водного раствора сульфата аммония, карбамида и добавки, понижающей температуру кристаллизации удобрения. Согласно изобретению в качестве добавки, понижающей температуру кристаллизации удобрения, используют нитрат аммония, карбамид берут в виде расплава, а смешение производят а воздушной среде. Смешение осуществляют следующим образом. Сначала в водный раствор сульфата аммония вводят нитрат аммония, полученную смесь нагревают теплом отходящего удобрения и затем смешивают с расплавом карбамида. Смешение осуществляют эжекцией компонентов в воздушную среду с одновременной циркуляцией воздуха из смесителя в эжектор карбамида и продукционной смеси из смесителя в эжектор сульфата аммония. Существенность отличий заявляемого способа и их влияние на решение задачи состоит в следующем. 1. Карбамид берут в виде расплава. Это является физической основой процесса увеличения потребления СА, т.к. отсутствие поступления воды с карбамидом обусловливает повышенное потребление СА в виде водного раствора для поддержания содержания воды в удобрении на регламентированном уровне. Так в прототипе соотношение чистых компонентов - карбамидСА составляет (2,5-3)1, а в заявляемом варианте(1,4-1,6)1. Таким образом, на 1 т карбамида в прототипе используется (0,33-0,4) т СА, а в заявляемом решении - (0,623-0,714) т СА, т.е. в заявляемом решении утилизируется СА на (80-90)больше, чем в прототипе. 2. Производят смешение расплава с остальными компонентами в среде инертного газа с получением готового удобрения. Такое решение предотвращает кристаллизацию карбамида на внутренних поверхностях оборудования при смешении его с холодным раствором СА, что исключает наступление аварийных условий работы и повышает эксплуатационную надежность способа. 3. Добавку вводят в водный раствор сульфата аммония. Такое решение обеспечивает предварительное эффективное смешение добавки с раствором СА, что далее при окончательном смешении с карбамидом повышает равномерность ее распределения в жидком удобрении. 4. Смесь СА с добавкой перед подачей на смешение с карбамидом нагревают теплом отходящего удобрения. Нагрев раствора СА приводит к снижению поверхностного натяжения и вязкости, что способствует его эффективному смешению с карбамидом в среде инертного газа за счет уменьшения теплового и гидродинамического ламинарных слоев на границе взаимодействия раствора СА с карбамидом (т.е., где сосредоточено основное сопротивление процесса смешения компонентов). 5. Осуществляют циркуляцию инертного газа карбамидом и циркуляцию удобрения раствором СА с добавкой. Такое решение обеспечивает высокую гомогенность удобрения (т.е. равномерность распределения компонентов в удобрении), что существенно повышает его качество. Это достигается за счет того, что содержащийся в карбамиде инертный газ начинает выходить из него при смешении с раствором СА, при этом имеет место существенная деформация поверхности раздела фаз, что способствует более полному перемешиванию компонентов. При осуществлении циркуляции продукционной смеси раствором СА увеличивается время пребывания смеси в зоне активного перемешивания, что также повышает гомогенность продукционной смеси. Реализация способа поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема производства удобрения КСА с подогревом раствора СА на фиг. 2 - схема производства КСА с циркуляцией инертного газа. 3173 1 Схема для производства удобрениясодержит основное оборудование - смеситель 1, насос 2, емкость 3 для хранения продукта. Смеситель 1 выполнен в виде аппарата емкостного типа, в верхней зоне которого установлены под углом друг к другу сопла 4 и 5, соответственно для распыления карбамида и СА. Смеситель 1 снабжен регулятором уровня 6 поверхности раздела фаз (инертный газ в верхней зоне и удобрение КСА - в нижней). На линии продукционной смеси после смесителя 1 целесообразна установка холодильника 7, работающего на оборотной воде, и подогревателя 8 для нагрева раствора СА. На линиях подачи карбамида и СА могут быть установлены струйные смесители, соответственно 9 и 10, выполненные в виде эжекторов. При этом смеситель 9 подключен к верхней зоне смесителя 1, а смеситель 10 - к нижней зоне смесителя 1, либо к линии выхода удобрения КСА из смесителя 1. Реализация способа с получением соотношения - карбамидСА как 1,61 показана на следующих примерах. Пример 1. Расплав карбамида в количестве 5 т/ч и с температурой около 140 С поступает в сопло 4 и распыляется внутри смесителя 1 в среде инертного газа-воздуха. В раствор СА (38-40)в количестве 7,81 т/ч дозируется добавка в виде нитрата аммония в количестве 129 т/ч. Раствор СА с добавкой с температурой около 40 С проходит через подогреватель 8, где нагревается с 40 С до 55 С теплом выходящего из смесителя 1 удобрения КСА и далее поступает в сопло 5 и распыляется внутри смесителя 1. При распылении происходит взаимное пересечение в воздухе струй карбамида и раствора СА с добавкой, приводящее к их интенсивному смешению за счет гидродинамического взаимопроникновения струй с образованием удобрения КСА. При этом струи ударяют в поверхность раздела фаз и непрерывно ее обновляют, что приводит к эффективному перемешиванию жидкости в нижней зоне смесителя 1 и повышению равномерности распределения компонентов в удобрении. Уровень жидкости в смесителе 1 поддерживается автоматически регулятором уровня 6. Удобрение КСА из нижней зоны смесителя 1 посредством насоса 2 подается в подогреватель 8, где охлаждается с 88 С до 78 С за счет нагрева раствора СА с добавкой и затем поступает в холодильник 7, где охлаждается до 40 С оборотной водой. После этого охлаждения продукционная смесь поступает в емкость 3. Ввод добавки в водный раствор СА обеспечивает предварительное эффективное смешение добавки с раствором СА, что далее при окончательном смешении с карбамидом повышает равномерность ее распределения в жидком удобрении КСА. Так как раствор СА с добавкой перед подачей на смешение с карбамидом нагревают теплом отходящей продукционной смеси, то происходит снижение поверхностного натяжения и вязкости раствора СА, что способствует его эффективному смешению с карбамидом в среде инертного газа за счет уменьшения теплового и гидродинамического ламинарных слоев на границе взаимодействия раствора СА с карбамидом (т.е., где сосредоточено основное сопротивление процесса смешения компонентов), это обусловливает более высокое качество производимого удобрения. Так как карбамид берут в виде расплава, то это исключает поступление воды с карбамидом и обусловливает повышенное потребление водного раствора СА (повышение составляет в данном случае 80 по сравнению с прототипом) для обеспечения содержания воды в удобрении на регламентированном уровне. Так как раствор СА является отходом в производстве капролактама, то это повышает его утилизацию и снижает энергозатраты на переработку и биохимическое обезвреживание растворов СА, поступающих из производства капролактама. Так как смешение расплава с остальными компонентами производят в среде инертного газа, то это предотвращает кристаллизацию карбамида на внутренних поверхностях оборудования, что исключает наступление аварийных условий работы и повышает эксплуатационную надежность способа. Охлаждение удобрения КСА позволяет существенно понизить его коррозионную активность удобрения КСА и применять более дешевые конструкционные материалы для его производства и хранения. Пример 2. Расплав карбамида в количестве 5 т/ч, с температурой около 140 С и давлением около 1,1 МПа поступает в эжектор 8 в качестве рабочего агента и засасывает воздух из смесителя 1 в количестве 46 м/ч. При этом образуется двухфазная карбамидо-воздушная смесь, которая затем поступает в сопло 4 и распыляется внутри смесителя 1 в среде инертного газа - воздуха с давлением до 0,05 МПа. При этом пузырьки воздуха в струе карбамида непрерывно осциллируют и часть из них выходит наружу струи (сепарируются),турбулизируя и развивая ее межфазную поверхность, что создает условия для последующего высокоэффективного смешения с раствором СА. В раствор СА в количестве 7,81 т/ч дозируется добавка в виде нитрата аммония в количестве 129 кг/ч. Раствор СА с добавкой с давлением не менее 0,4 МПа и температурой около 40 С проходит через подогреватель 7 и нагревается с 40 С до 55 С теплом выходящего из смесителя 1 удобрения КСА. Нагретый раствор СА с добавкой поступает в эжектор 9 в качестве рабочего агента, засасывает удобрение КСА из нижней зоны смесителя 1 в количестве около 0,8 т/ч и после этого поток поступает в сопло 5, распыляется внутри смесителя 1 и смешивается с турбулизированным плавом карбамида, образуя удобрение КСА, часть которого непрерывно засасывается из смесителя 1 эжектором 9, образуя контур циркуляции. Воздух, содержащийся в струе карбамида, частично выделяется из нее при ее распылении в верх 4 3173 1 ней зоне смесителя 1 и окончательно - при всплытии пузырьков в нижней зоне смесителя 1. После этого часть воздуха засасывается струей карбамида в эжектор 8, образуя контур циркуляции газовой фазы. Полученное в смесителе 1 удобрение КСА посредством насоса 2 подается последовательно через подогреватель 8 и холодильник 7, в результате чего охлаждается с 88 С до 40 С, а затем поступает в емкость 3 для хранения и отгрузки потребителю. Так как в данном случае осуществляют циркуляцию инертного газа карбамидом, то это обеспечивает высокоэффективный процесс смешения за счет высокотурбулизированной поверхности струи карбамида, что обеспечивает высокую гомогенность удобрения и существенно повышает его качество. При осуществлении циркуляции удобрения КСА раствором СА увеличивается время пребывания смеси в зоне активного перемешивания, что также повышает гомогенность и качество удобрения. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.