Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ

Изобретение относится к способу получения гранулированного удобрения, содержащего карбамид и серу, более конкретно к способу получения гранулированного карбамида с диспергированными частицами элементарной серы в объеме гранулы.

Известны способы получения удобрений, содержащих элементарную серу в виде покрытия на поверхности гранул карбамида. Такое покрытие обеспечивает замедленное растворение карбамида, пониженную слеживаемость гранул. Однако сера, составляющая данное покрытие, из-за большого размера частиц не может быть эффективно использована для обеспечения потребности растений в сере сразу после внесения удобрения в почву и на ранних стадиях первого года его применения.

Преимущество удобрений, содержащих карбамид и элементарную серу, в которых сера распределена в объеме гранулы удобрения в мелкодисперсном (менее 100 мкм) состоянии, состоит в том, что мелкодисперсная сера быстрее окисляется сульфобактериями в форму, доступную растениям, что повышает эффективность внесенного удобрения.

Известен способ получения гранулированного удобрения, содержащего карбамид и элементарную серу, в котором расплав карбамида смешивают с расплавом серы в присутствии специальных добавок (устойчивых к температуре С₆-С₃₀ жирных кислот и их эфиров) (RU 2296730, С05С 9/00,2007). Образовавшуюся гомогенную фазу затем отверждают с получением твердых гранул. Промежуток времени между введением добавки и получением твердых гранул должен составлять менее 180 с. В результате получают гранулы удобрения, в которых сера распределена в объеме гранулы в мелкодисперсном состоянии. Размер частиц серы составляет приблизительно 10-150 мкм и зависит от концентрации добавок.

Необходимость введения специальной добавки обусловлена тем, что стабильная эмульсия серы в карбамиде не может быть получена в результате обычного смешивания расплавов, так как эти два расплава значительно различаются по поверхностному натяжению и плотности и таким образом стремятся немедленно разделиться на две отдельные фазы. Добавки воздействуют на поверхностное натяжение между фазами карбамида и серы, что способствует образованию гомогенной смешанной фазы и препятствует расслоению получаемой эмульсии. Но даже введение специальных добавок не стабилизирует смешанную фазу на длительный промежуток времени, что и обусловливает необходимость весьма ограниченного промежутка времени (менее 180 с) между введением добавки и получением твердых гранул.

Таким образом, в данном известном способе расплав карбамида и расплав серы смешивают до гранулирования в присутствии специальных добавок. Это требует введения в способ получения удобрения дополнительной стадии смешения расплавов и, как следствие, введения дополнительного аппарата (смесителя) в установку для производства удобрения. Все это ведет к усложнению технологии, а также дополнительным расходам, связанным с необходимостью применения дополнительного вещества. Но, как указывалось выше, эти меры не приводят к образованию стабильной во времени системы.

Наиболее близким к предложенному способу является известный способ получения гранулированного удобрения, содержащего карбамид и элементарную серу, включающий получение гомогенизированного расплава карбамида и серы и его распыление на частицы ретура, состоящего из карбамида и серы, в объеме вращающегося наклонного барабана (US 4330319, С05С 9/00, 1982). В результате получают гранулы удобрения, в которых сера распределена в объеме гранулы в мелкодисперсном состоянии. Размер частиц серы составляет менее чем приблизительно 100 мкм.

Для получения гомогенизированного расплава карбамида и серы, в котором сера диспергирована в карбамиде, в данном способе, в отличие от предыдущего, расплав карбамида и расплав серы пропускают через одно или несколько устройств для высокоинтенсивного смешения при температуре выше температур плавления. Перепад давления через указанное смесительное устройство составляет, по меньшей мере, 200 кПа.

Как уже было указанно выше, гомогенизированный расплав карбамида и серы представляет собой очень нестабильную систему. Два жидких компонента расплава значительно различаются по поверхностному натяжению и плотности и таким образом стремятся немедленно расслоиться на две отдельные фазы. В описании данного известного способа указано, что желательно поддерживать время пребывания гомогенного расплава до отвердевания настолько коротким, насколько это возможно: время, которое проходит между выходом гомогенизированного расплава из смесительного устройства и отвердеванием, должно составлять порядка 10 секунд или меньше. Только при этом условии достигается распределение серы в объеме гранулы и получение частиц серы в конечном удобрении размером менее 100 мкм.

Таким образом, в данном известном способе расплав карбамида и расплав серы также смешивают до гранулирования, причем процесс смешения происходит при значительном перепаде давления. Это требует введения в технологическую схему дополнительных смесительных устройств и насосов, что ведет к усложнению технологии, увеличению энергетических затрат. Но и применение этих мер (этот прием) также не приводит к образованию стабильной системы, в связи с чем требуется максимально сократить промежуток времени между образованием гомогенизированного расплава и его отвердеванием.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в упрощении технологии получения гранулированного карбамида с элементарной серой, распределенной в объеме гранулы.

Для решения этой задачи предложен способ получения гранулированного удобрения, содержащего карбамид и элементарную серу, путем распыления карбамида и серы в жидком состоянии на завесу сыпучего материала в объеме вращающегося барабана, отличающийся тем, что распыление осуществляют в барабане с лопастями, установленными на его внутренней поверхности, расплав серы и расплав или раствор карбамида распыляют одновременно двумя раздельными непересекающимися факелами кругового сечения с диаметрами, приближенно равными половине диаметра окружности, образуемой свободными концами лопастей барабана, причем разбрызгивание расплавов карбамида и серы осуществляют вдоль оси вращения барабана в одном направлении.

Технический результат, возникающий при использовании изобретения, состоит в обеспечении распределения серы в объеме гранулы удобрения в мелкодисперсном состоянии без предварительного смешения компонентов.

Этот результат достигается использованием заявленного способа нанесения расплава серы и расплава или раствора карбамида на гранулы. Завеса падающих гранул, представляющих собой вновь введенный приллированный карбамид и ретур (частицы с размером менее требуемого), орошается двумя непересекающимися факелами кругового сечения с диаметрами, приближенно равными половине диаметра окружности, образуемой свободными концами лопастей. В результате за каждый цикл подъема-падения каждая гранула поочередно подвергается орошению расплавом серы и расплавом или раствором карбамида. Таким образом достигается получение гранул, содержащих частицы серы с размером преимущественно 10-100 мкм. Расплав или раствор карбамида в этом случае является связующим компонентом частиц серы. Карбамид связывает частицы серы путем покрытия тонкими пленками в процессе скатывания.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 изображен в продольном разрезе барабанный гранулятор, который может быть использован для осуществления предложенного способа. На фиг.2 изображено поперечное сечение барабана А-А. На фиг.3 схематически проиллюстрирован характер движения гранул по предложенному способу в поперечном сечении барабана Б-Б.

Изображенный на фиг.1 барабанный гранулятор содержит барабан 1 с транспортирующей насадкой в виде распределительных лопастей 2, установленных на внутренней поверхности в несколько рядов, камеры загрузки 3 и выгрузки 4, неподвижные относительно вращающегося барабана. Камера загрузки 3 содержит загрузочную трубу 5, штуцер вывода воздуха 6, механическую форсунку 7 и механическую форсунку 8, расположенные параллельно оси барабана в направлении камеры выгрузки. Камера выгрузки 4 содержит штуцер ввода воздуха 9 и штуцер вывода готового продукта 10.

Аппарат содержит также дополнительный внешний барабан 11, обратный шнек 12, размещенный между барабанами и вращающийся с ними, классификатор 13, скрепленный с обоими барабанами, и приемные окна 14. Кожух 15 с перегородками 16 и штуцерами подачи охлаждающей воды 17 и слива охлаждающей воды 18 выполнен снаружи внешнего барабана 11 таким образом, чтобы обеспечивать охлаждение водой поверхности барабана и, следовательно, продукта, возвращаемого в качестве ретура в зону падающей завесы гранул.

Предложенный способ реализуется в грануляторе, изображенном на фиг.1, следующим образом. Приллированный карбамид, подаваемый через трубу 5, укрепленную в неподвижной камере загрузки 3, поступает в барабан 1, оснащенный транспортирующей насадкой 2. При вращении барабана лопасти насадки 2 поднимают и выбрасывают частицы продукта по параболической траектории в поперечном сечении барабана с образованием плотной и равномерной завесы из падающих частиц продукта. Одновременно в переднюю часть барабана 1 на образовавшуюся завесу из падающих частиц посредством форсунок 7 и 8 вдоль оси барабана в направлении камеры выгрузки распыляют расплав серы и расплав или раствор карбамида двумя непересекающимися факелами кругового сечения с диаметрами, приближено равными половине диаметра окружности, образуемой свободными концами лопастей. В процессе движения частиц в поперечном сечении барабана и вдоль его оси происходит попадание и застывание капель расплава серы и расплава или раствора карбамида на гранулах. Гранулы постепенно перемещаются в противоположный конец барабана 1, откуда попадают в камеру выгрузки 4 и в виде готового продукта через штуцер 10 выводятся из аппарата. Через штуцер 9 подают охлаждающий воздух, который проходит через барабан 1 противотоком к направлению движения горячих гранул и далее через камеру загрузки 3 и штуцер 6 поступает на очистку. Гранулы после перемещения в противоположный конец барабана 1 попадают на классификатор 13. Гранулы необходимого размера, дойдя до конца классификатора, попадают в камеру выгрузки 4 и в виде готового продукта через штуцер 10 выводятся из аппарата. Мелкая фракция продукта проходит в классификаторе 13 в пространство между внутренним 1 и внешним 11 барабанами и с помощью шнека 12 транспортируется в переднюю часть внешнего барабана 11 к приемным окнам 14, через которые продукт поступает во внутренний барабан 1 для дальнейшего наращивания в падающей завесе. За счет окатывания в нижней части барабана 1 гранулы приобретают ровную гладкую (без пупырышков) поверхность. Для снятия тепла в штуцер 17 кожуха 15 предусмотрена (в случае необходимости) подача охлаждающей воды с температурой 22÷28°С.

Сущность изобретения иллюстрируется также примерами осуществления предложенного способа.

Пример 1. Приллированный карбамид из грануляционной башни с температурой 60°С в количестве 1,2 т/ч подают в барабанный гранулятор через загрузочную трубу 5. Скорость вращения барабана составляет 27 об/мин. Одновременно с подачей приллированного карбамида в форсунку 7 с помощью насоса подают расплав серы с температурой 127°С в количестве 2,5 т/ч, а в форсунку 8 с помощью насоса подают расплав карбамида с температурой 135°С и в количестве 6,4 т/ч. Расплав серы через форсунку 7, а расплав карбамида через форсунку 8 распыляются на образовавшуюся завесу из гранул карбамида и ретура. В процессе движения частиц в поперечном сечении гранулятора и вдоль его оси происходит попадание и застывание капель расплава серы и расплава карбамида на гранулах. Для отвода тепла кристаллизации карбамида и серы предусмотрена подача воздуха в барабанный гранулятор в количестве 20000 м³/ч. Полученное удобрение перемещается в другой конец барабана. Мелкая фракция проходит через классификатор и с помощью шнека транспортируется через приемные окна во внутренний барабан для дальнейшего наращивания в падающей завесе. Готовый продукт выгружают из аппарата в количестве 10,1 т/ч с температурой 80°С. Содержание серы в готовом продукте составляет 24,8%.

Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что приллированный карбамид подают со склада с температурой 20°С в количестве 1,3 т/ч, скорость вращения барабана составляет 30,5 об/мин, расплав серы с температурой 123°С подают в количестве 1,3 т/ч через форсунку 7, а в форсунку 8 подают 98% раствор карбамида с температурой 134°С и в количестве 7,4 т/ч. Испарившаяся из раствора карбамида влага удаляется воздухом, подаваемым в гранулятор. Полученное удобрение выгружают из аппарата в количестве 9,9 т/ч с температурой 70°С. Содержание серы в готовом продукте - 13,0%.

Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что приллированный карбамид подают из грануляционной башни с температурой 37°С в количестве 1,2 т/ч, скорость вращения барабана составляет 30 об/мин, расплав серы с температурой 125°С подают в количестве 0,7 т/ч, расплав карбамида с температурой 136°С подают в количестве 7,6 т/ч. Полученное удобрение выгружают из аппарата в количестве 9,5 т/ч с температурой 85°С. Содержание серы в готовом продукте - 7,4%.

Пример 4. Процесс проводят аналогично примеру 1 с тем отличием, что приллированный карбамид подают со склада с температурой 20°С в количестве 1,2 т/ч, скорость вращения барабана составляет 29,5 об/мин, расплав серы с температурой 124°С подают в количестве 2,1 т/ч через форсунку 7, а в форсунку 8 подают 96% раствор карбамида с температурой 137°С и в количестве 7,1 т/ч. Испарившаяся из раствора карбамида влага удаляется воздухом, подаваемым в гранулятор. Полученный карбамид с добавкой серы выгружают из аппарата в количестве 10,1 т/ч с температурой 68°С. Содержание серы в готовом продукте - 20,8%.

Микрофотографический анализ полученных по примерам 1-4 гранул удобрения, содержащих карбамид и серу, показал, что частицы серы имеют размер менее 100 мкм и распределены в объеме гранулы удобрения.