Способ получения сложных водорастворимых удобрений
Изобретение относится к технологии производства сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве для различных видов почв. В качестве фосфорсодержащего компонента используют нитроаммофосфатный раствор, полученный нейтрализацией азотно-кислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой с отделением нитрата кальция, который после разбавления водой или конденсатом до концентрации солей 55-65% смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры концентрацией 55-92% до соотношения N:Р2O5водорастворимый, равного (2,3-11,3):1, при этом нитроаммофосфатный раствор или его смесь с конверсионной аммиачной селитрой очищают от водонерастворимых примесей. Полученные удобрения обладают хорошими физико-механическими характеристиками, содержат фосфаты только в водорастворимой форме, количество водонерастворимых соединений не превышает 0,2%. Сумма питательных веществ в полученных удобрениях не менее 36% при соотношении N:P2O5водорастворимый=(2,3-11,3):1. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области химической технологии, в частности технологии производства сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве для различных видов почв.
В качестве аналогов выбраны способы получения сложных азотно-фосфорных удобрений методом приллирования, так как предлагаемый способ включает стадию получения гранул из расплава азотофосфорсодержащих солей методом приллирования (диспергирования и охлаждения расплава в полой грануляционной башне) как наиболее целесообразного и дешевого для удобрений, отличающихся малой вязкостью плава и не содержащих твердой фазы, на существующем оборудовании производства аммиачной селитры.
Известен способ производства сложных минеральных удобрений на основе аммиачной селитры, полученной в результате нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, и фосфорной кислоты, включающий аммонизацию фосфорной кислоты различной концентрации (52-54% или 30-42 мас.% в пересчете на P2O5) газообразным аммиаком, смешение образовавшегося раствора аммонийфосфата с раствором аммиачной селитры концентрацией 89-92 мас.% с последующими донейтрализацией нитратно-фосфатного раствора, выпариванием, гранулированием полученного плава и обработкой гранул поверхностным антислеживающим веществом [патент 2171795, RU, 2001.08.10].
Недостатками данного способа являются:
— использование экстракционной фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения в количестве до 0,4 мас.% (в пересчете на F — ), а также примеси сульфатной серы, кальция, железа, нерастворимого остатка; фтор создает агрессивную среду и вызывает коррозию оборудования до 0,4 мм/год, частично переходит в состав удобрения, что является нежелательным фактором;
— увеличение расхода аммиака на связывание SO — 4; F — , SiF — 6; содержащихся в виде примесей в экстракционной Н3РO4;
— выделение и потери аммиака в результате экзотермических реакций при нейтрализации кислоты;
— необходимость в дополнительном оборудовании для процессов нейтрализации.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения азотно-фосфорного удобрения методом приллирования, включающий в себя смешение аммиачной селитры с фосфорсодержащим компонентом, выпаривание и последующее гранулирование полученной смеси. По этому способу в качестве фосфорсодержащего компонента используют аммофос, который растворяют в слабом отработанном растворе аммиачной селитры с получением концентрации 20-30%, а в качестве азотсодержащего компонента применяют раствор аммиачной селитры концентрации 85-90%. Растворы смешивают, смесь аммонизируют, выпаривают и гранулируют с последующей обработкой гранул [патент 2169720, RU, 2001.06.27].
Полученное по данному изобретению удобрение содержит P2O5 в готовом продукте 4-7 мас.%.
Недостатками данного изобретения являются:
— наличие в фосфорсодержащем компоненте (аммофосе) водонерастворимых примесей, фторсодержащих соединений [Кочетков В.Н. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник. — М.: Химия, 1972, стр.133-135, 143], что обуславливает их неизбежное присутствие в готовом продукте и снижает его агрохимическую ценность;
— частичное содержание в аммофосе и, как следствие, в получаемом удобрении фосфора в усвояемой (цитраторастворимой) форме [Кочетков В.Н. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник. — М.: Химия, 1972, стр.11];
— наличие иона фтора вызывает коррозию оборудования до 0,2 мм/год;
— примеси нерастворимых соединений кальция, железа, алюминия, сульфатов способствуют забивке технологического, в первую очередь выпарного, оборудования;
— потери газообразного аммиака на стадии получения концентрированных, а именно 85-90%-ных растворов аммиачной селитры;
— потери газообразного аммиака на стадии циркуляции нитратно-фосфатного раствора при температуре 140-150
С;
— необходимость наличия стадии получения концентрированных растворов аммиачной селитры.
Данная технология не обеспечивает отсутствия фторсодержащих соединений, нерастворимого осадка в готовом продукте, часть фосфора теряется, так как находится в виде неусвояемых солей (фосфаты Fe, Al, Са, Mg). Наличие нерастворимого осадка является бракующим фактором для удобрения, например, используемого в виде водного раствора и подаваемого через системы дождевания.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения водорастворимых азотно-фосфорных удобрений (далее NP-удобрения) улучшенного качества с высокими физико-механическими характеристиками, содержащих фосфаты только в водорастворимой форме при соотношении N:Р2O5=(2,3-11,3):1 и сумме питательных веществ не менее 36%, водонерастворимые соединения в количестве не более 0,2%, а фторсодержащие соединения — не более 0,02%.
При этом не расходуются свободная азотная кислота и аммиак; упрощается процесс в результате исключения стадии получения 85-90%-ного раствора аммиачной селитры; в 3-7 раз снижается или исключается коррозия и забивка оборудования при указанных содержаниях F — и нерастворимого остатка.
Указанный выше технический результат достигается в способе получения сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений на основе аммиачной селитры и фосфорсодержащего компонента, включающем смешение фосфорсодержащего компонента и аммиачной селитры, двухстадийное выпаривание, гранулирование смеси методом приллирования с последующей обработкой получаемых гранул кондиционирующими добавками, причем в качестве фосфорсодержащего компонента используют нитроаммофосфатный раствор, полученный нейтрализацией азотно-кислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой с отделением нитрата кальция при соотношении в растворе N:P2O5водорастворимый, равном (1,1-3,1):1, который после разбавления водой или конденсатом до концентрации солей 55-65% смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры концентрацией 55-92% до соотношения N:P2O5водорастворимый, равного (2,3-11,3):1, при этом нитроаммофосфатный раствор или его смесь с конверсионной аммиачной селитрой очищают от водонерастворимых примесей, а выделенный при очистке осадок возвращают на стадию разложения апатита. При этом конверсионная аммиачная селитра содержит фтор-иона не более 0,01%, нерастворимого остатка — не более 0,1%.
Особенности предлагаемого способа и его отличия от способа, выбранного в качестве прототипа, состоят в следующем:
— использование в качестве фосфатного сырья очищенного от водонерастворимых примесей NP-раствора, содержащего моно-, диаммонийфосфат и нитрат аммония;
— использование конверсионной аммиачной селитры как основного источника азота, тем самым исключается расход азотной кислоты и аммиака на собственно получение аммиачной селитры из чистых сред, а также потери аммиака в результате экзотермических реакций при нейтрализации азотной кислоты;
— наличие F — в сырье не более 0,02% в 3-7 раз снижает или исключает коррозию оборудования при дальнейшей переработке нитроаммофосфатной смеси на стадиях донейтрализации, выпарки и грануляции;
— при наличии водонерастворимых соединений не более 0,2% исключается забивка оборудования, что обеспечивает стабильность процесса, требуемую производительность (проверено в промышленных условиях при выпуске нового удобрения);
— полученное по данному способу удобрение содержит фосфаты только в водорастворимой форме;
— количество нерастворимых примесей не превышает 0,2%, а F — — 0,02%.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом (см. принципиальные схемы на фиг. 1 и 2).
Из нитроаммофосфатного раствора, полученного в производстве сложных удобрений NPK нейтрализацией азотно-кислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой и последующего отделения тетрагидрата нитрата кальция, по первому способу (см. фиг.1) после разбавления его водой или конденсатом до концентрации солей 55-65 мас.% отделяют водонерастворимые соединения кальция, магния, железа, алюминия, редкоземельных элементов, SiO2, фторсодержащие примеси. Затем очищенный NP-раствор смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры в соотношении азота общего и водорастворимых фосфатов N:P2O5=(2,3-11,3):1. При этом исходный нитроаммофосфатный раствор содержит азот и P2O5 общий в соотношении 1:2,8 в виде моно-, диаммонийфосфата и нитрата аммония.
По второму способу (см. фиг.2) нитроаммофосфатный раствор разбавляют водой или конденсатом, смешивают с конверсионным раствором аммиачной селитры в соотношении N:P2O5водорастворимый=(2,3-11,3):1, а затем очищают. Содержание Н2O в смеси составляет 35-45%.
Состав и температура перед стадией очистки обусловлены условиями кристаллизации раствора моноаммонийфосфата. С целью предотвращения кристаллизации моноаммонийфосфата и потерь его с твердой фазой температура поддерживается не менее 70С. Очищенный и разбавленный NP-раствор содержит моно- и диаммонийфосфата в сумме 10-24%, нитрата аммония 36-55%, Н2О 35-45%, нерастворимого осадка не более 0,2%, F — не более 0,01%.
Концентрация нитрата аммония в растворе селитры составляет 55-92%, F — — не более 0,01%.
Образующийся осадок возвращают на стадию разложения апатита, что исключает потерю фосфора и других полезных компонентов.
Очищенную смесь нитроаммофосфатного раствора и раствора конверсионной аммиачной селитры упаривают в две стадии: на первой стадии до концентрации 87-92%, осуществляемой в производстве NPK, под вакуумом не более 200 мм рт.ст. и при температуре 125-140С с целью предотвращения разложения солей, сокращения потерь аммиака; на второй стадии под атмосферным давлением при 170-185С до концентрации плава 99,7%. Вторая стадия выпарки раствора, грануляция плава, осуществляется на действующем оборудовании производства аммиачной селитры.
Безопасность выпарки обеспечивается значениями рН поступающего на упаривание раствора 5,0-5,5.
Упаренный плав гранулируют с помощью акустических грануляторов. Гранулы обрабатываются кондиционирующими добавками.
Технология по данному способу проста, легко вводится в эксплуатацию.
Использование действующего оборудования производства NPK и аммиачной селитры значительно упрощает технологический процесс. Не требуются значительные капиталовложения, в процессе отсутствуют отходы.
Полученное удобрение имеет хорошие физико-механические свойства, гранулы сферической формы с диаметром 1-4 мм устойчивы при хранении.
Условия и результаты опытов по предлагаемому способу сведены в таблицу.
1. Способ получения сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений на основе аммиачной селитры и фосфорсодержащего компонента, включающий смешение фосфорсодержащего компонента и аммиачной селитры, двухстадийное выпаривание, гранулирование смеси методом приллирования с последующей обработкой получаемых гранул кондиционирующими добавками, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего компонента используют нитроаммофосфатный раствор с соотношением в растворе N:P2O5водорастворимые, равном (1,1-3,1):1, который после разбавления водой или конденсатом до концентрации солей 55-65% смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры концентрацией 55-92%, до соотношения N:P2O5водорастворимый, равного (2,3-11,3):1, при этом нитроаммофосфатный раствор или его смесь с конверсионной аммиачной селитрой очищают от водонерастворимых примесей, а выделенный при очистке осадок возвращают на стадию разложения апатита.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитроаммофосфатный раствор получают нейтрализацией азотнокислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой с отделением нитрата кальция.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитроаммофосфатный раствор или его смесь с раствором конверсионной аммиачной селитры очищают от водонерастворимых примесей методом центрифугирования, или фильтрации, или отстоя.
4. Сложные водорастворимые азотно-фосфорные минеральные удобрения, приготовленные согласно способу по пп.1-3.
Источник
Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru
Агрономия, земледелие, сельское хозяйство
Популярные статьи
Комплексные удобрения
Комплексные удобрения — удобрения, содержащие два и более элементов питания, включая микроэлементы.
Классификация комплексных удобрений
По количеству компонентов комплексные удобрения классифицируются:
- двойные, например, содержащие фосфорно-калийные, азотно-фосфорные, азотно-калийные;
- тройные, содержащие азот, калий и фосфор.
По способу производства:
- сложные;
- сложносмешанные (комбинированные);
- смешанные.
По агрегатному состоянию;
Классификация комплексных удобрений
Сложные удобрения
Сложные удобрения — минеральные соли, содержащие несколько элементов питания растений, например, нитрат калия (KNО3), гидрофосфат аммония ((NН4)2НРO4). Как правило, не содержат примесей (балласта), поэтому отличаются высоким содержанием элементов питания.
Сложно-смешанные (комбинированные) удобрения
Сложно-смешанные (комбинированные) удобрения — комплексные удобрения, содержащие два и более элементов питания, получаемые в одном технологическом процессе взаимодействием азотной, фосфорной и серной кислот с аммиаком, природными фосфатами, солями калия или аммония. По химическому составу представляют собой смесь нескольких минеральных солей.
Основные технологические операции при производстве сложно-смешанных удобрений: смешение исходных компонентов, аммонизация смеси, грануляция, сушка и кондиционирование продукта. В результате можно получить марки удобрений с разными соотношениями питательных веществ. Например, на основе простого и двойного суперфосфатов, аммиачной селитры, сульфата аммония, аммонизирующего раствора, состоящего из 21,7% аммиака и 65% аммонийной селитры, серной кислоты можно получить удобрения состава: 5:10:20; 5:20:20; 8:16:16; 8:24:0; 8:24:8; 8:24:16; 10:20:0; 10:20:12; 12:12:12; 5:10:10. При использовании раствора, содержащего 26-30% мочевины, 14-24% аммиачной селитры и 25-35% NH3, изготовляют удобрения 20:10:10; 15:15:15. На основе полифосфорной кислоты с использованием аммиака, серной кислоты, простого и двойного суперфосфатов и хлористого калия получают удобрения марок 6:24:24; 10:45:5; 8:32:16 и другие с содержанием водорастворимого фосфата 65%.
К сложно-смешанным удобрениям относится растворин и кристаллин, содержащий азот, фосфор, калий, магний, микроэлементы (Mn, Zn, Сu, Со, I и др.). Удобрение растворимо в воде, применяется в теплицах и в открытом грунте. Марки растворина 10:5:20:6; 18:6:18:0; 19:6:6:0; 13:40:13:0; 17:17:6:0; 16:16:16:0; 20:16:20.
Смешанные удобрения
Смешанные удобрения — комплексные удобрения, получаемые механическим смешиванием двух или более простых удобрений в гранулированном или порошкообразном виде.
Жидкие комплексные удобрения
Жидкие (ЖКУ) и суспензированные (СЖКУ) комплексные удобрения — комплексные удобрения, получаемые смешиванием раствором удобрений. Иногда вводятся газообразные и твердые вещества и суспензирующие добавки.
Применение комплексных удобрений
Преимуществами комплексных удобрений являются высокое содержание питательных веществ при одновременном содержание нескольких элементов. Себестоимость производства комплексных удобрений (в пересчете на единицу питательного вещества) больше, чем простых удобрений, однако затраты на доставку, хранение и внесение по сравнению с простыми значительно ниже. Общая себестоимость применения комплексных удобрений с учетом затрат на производство, примерно на 10% ниже, чем простых.
Содержание в одной грануле нескольких питательных веществ способствует более равномерному распределению по поверхности почвы.
Комплексные удобрения обеспечивают более хорошую позиционную доступность питательных веществ корневой системе. Согласно опытам, при раздельном питании азотом, фосфором и калием (при размещении их в разных частях сосуда) кукуруза развивалась хуже, поглощала меньше фосфора, чем при совместном внесении с азотом и калием.
Эффективность равных доз комплексных и смеси односторонних удобрений по действию на урожай одинакова.
В зависимости от культур, почв, климатических условий требуются комплексные удобрения с разным соотношением и содержанием азота, фосфора и калия. Их характеризуют массовым отношением N:Р2O5:К2O, например, 1:1,5:0,5 (азот принимается за единицу), или процентным соотношением N:Р2O5:К2O по содержанию действующих элементов, например, 12:18:6 или 12-18-6, сумма процентов дает общее содержание действующих веществ в удобрении.
Наиболее распространенными являются трехкомпонентные удобрения марок 1:1:1; 1:1,5:1; 1:1:1,5; 1:1,5:1,5; 1:1:0,5 и двухкомпонентные — 1:2,5:0; 1:4:0; 1:1:0; 0:1:1; 0:1:1,5.
Соотношение между компонентами в составе удобрений не всегда соответствует потребностям культур при выращивании на почвах с различной обеспеченностью, поэтому в таких случаях дополнительно вносят односторонние удобрения или соответствующие тукосмеси.
Источник