Способ производства органоминеральных, комплексных удобрений и технологическая линия для его осуществления
METHOD OF PRODUCING ORGANOMINERAL, COMPLEX FERTILIZERS AND A PROCESS LINE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для производства органоминеральных и на их основе комплексных удобрений из различных видов органического сырья (торф, сапропель, биогумус, бурый уголь.
Одним из приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, улучшения качества получаемой продукции, увеличения эффективности использования питательных веществ из удобрений и почвы, а также укрепления иммунитета растений к неблагоприятным факторам средыявляется использование в сельскохозяйственном производстве экологически чистых, недорогих и эффективных органоминеральных удобрений.
Органоминеральные (гуминовые) удобрения повышают устойчивость сельскохозяйственных культур к негативным погодно-климатическим условиям в частности, к засухе, ухудшению структуры почв. Они могут быть рекомендованы как эффективные агрохимикаты в зонах рискованного земледелия, а также применяться для поддержания плодородия почв при использовании интенсивных методов земледелия, а также для рекультивации сельскохозяйственных земель.
Эффективность использования органоминеральных удобрений во многом зависит от их качества, которое, в свою очередь, определяется технологией производства.
Известен способ получения жидкого торфогуминового удобрения (патент RU № 2566993, МПК C05F11/02,2014), согласно которому получение жидкого торфо-гуминового удобрения включает приготовление смеси раствора с высоким рН с гуматосодержащим веществом, последующее кавитационное диспергирование гуматосодержащих веществ из расчета удельной мощности 1-4 Вт/см3 зоны обработки смеси в течение 5-10 мин, причем в процессе приготовления смеси раствора с гуматосодержащимвеществом воду предварительно обрабатываютпосредствомэлектролиза, полученную таким образом воду с высоким рН смешивают с торфяной суспензией влажностью 75-85%, приготовленной на активированной воде, перемешивают и затем смесь активированной посредством электролиза воды и торфяной суспензии подвергают кавитационной обработке в ультразвуковом поле. Изобретение позволяет создать органоминеральное удобрение, обладающее повышенной агрохимической эффективностью.
Недостатками известного изобретения является то, что для получения гуминовых кислот применяется только торф, который не проходит предварительной очистки от песка и других не растворимых примесей, что снижает качество получаемых торфогуминовых удобрений и ведёт к дополнительному абразивному износу рабочих органов, также отсутствует многоступенчатая очистка готового продукта, что приводит к сохранению нерастворимого балласта и в свою очередь ведет к дальнейшему засору рабочих органов сельскохозяйственных машин при внесении данных удобрений.
Известен способ получения гуминовых кислот и устройство для его осуществления (патент RU №2042422, МПК B01J8/16, 1991), согласно которому уголь измельчают, обрабатывают его экстрагентом и акустическими колебаниями, представляющими собой чередование положительных и отрицательных полупериодов смещения пульпы, обработку угля осуществляют при движении пульпы сверху вниз в виде параллельных потоков с увеличивающейся интенсивностью воздействия низкочастотными акустическими колебаниями и в каждый полупериод колебанийосуществляют разгонпульпыв одной группе потоков, а в каждый отрицательный полупериод колебаний осуществляют разгон пульпы в другой группе потоков, причем в обоих случаях ускоренные потоки направляют на жесткие неподвижные перегородки и производят их торможение, при этом часть пульпы из нижней зоны с большой интенсивностью обработки направляют в верхнюю зону с низкой интенсивностью обработки.
Недостатками известного изобретения являются то, что способ направлен на получение гуминовых кислот только из угля;слабое воздействие на частицы угля в устройстве, имеющем только возбудители акустических колебаний, возникающие в затопленных струях суспензии, и очень малая вероятность возникновения кавитации, имеющей значительно более интенсивные факторы воздействия.
Известен способ получения комплексного органоминерального удобрения и активатора (патент RU № 2189370, МПК С05F11/02, 2000), согласно которому торф обрабатывают раствором щелочи, полученную смесь вместе с водой пропускают через кавитационный насос, полученную торфоводяную пасту обогащают фосфорными соединениями и активируют раствором серной кислоты.
Недостатками известного способа являются: ограниченность состава сырья, необходимого для получения действительно комплексного органоминерального удобрения, и отсутствие возможности его приготовления для любых видов почв;сложность внесения пастообразующих удобрений в почву, отсутствие предварительной очистки сырья от песка и других нерастворимых включений, а также использование серной кислоты требующей дополнительных мер по технике безопасности и экологии, предъявляемых к производству.
Известен способ получения органоминеральных удобрений и технологическая линия для его осуществления (патент RU № 2296731, МПК С05F11/02, 2005) согласно которому он включает смешение каустобиолитов угольного ряда с минеральными удобрениями и щелочами, обезвоживание, гранулирование и тепловую сушку гранул. Предварительно получают гуминовые кислоты и гуматы путем кавитационного диспергирования каустобиолитов в водном растворе щелочей до полного выхода гуминовых кислот с последующим получением гуматов путем добавления гидроксидов, карбонатов и гидрокарбонатов калия, натрия, аммония и кавитационного диспергирования до достижения температуры смеси 80-90°С. Получают органоминеральную составляющую путем кавитационного диспергирования в водной среде лигноцеллюлозного сырья, минеральных удобрений и микроэлементов, а также органоуглеводную составляющую путем кавитационного диспергирования в водной среде городских твердых бытовых отходов до перевода крахмалов в легко усваиваемые вещества, гидролизации жиров до низкомолекулярных карбоновых кислот. После этого осуществляют смешивание всех полученных составляющих удобрения, кавитационную гомогенизацию смеси, обезвоживание, гранулирование и тепловую сушку гранул. Предложена также технологическая линия для получения органоминеральных удобрений. Изобретение позволяет получать комплексные гуминовые органоминеральные удобрения для повышения урожайности всех видов культур, улучшения структуры почв посевных площадей, рекультивации нарушенных земель, детоксикации и очистки почв, загрязненных пестицидами, нитратами, промышленными техническими жидкостями.
Недостатками данного способа являются: трудоёмкость и длительность процесса производства; высокая энергозатратность процесса, связанная с подсушкой каустобиолитов до влажности 25 – 30%, обезвоживанием, гранулированием и тепловой сушкой гранул; высокая стоимость оборудования для оснащения технологической линии; отсутствие предварительной подготовки сырья, его предварительная очистка.
Наиболее близким по технической сути является способ получения органоминеральных удобрений (патент RU № 2350587, МПК С05F11/02, 2007), согласно которому производство органоминеральных удобрений возможно из торфа, бурого угля и подобных растительных отложений. Способ основан на кавитационном диспергировании гуматосодержащих веществ с последующим дополнительным введением микроэлементов и заключается в том, что предварительно приготавливают смесь раствора щелочи с рН не менее 12 с гуматосодержащимвеществом после чего производят кавитационное диспергирование воздействием ультразвуковым излучением из расчета удельной мощности 1-4 Вт на 1 см3 зоны обработки смеси в течение 5-15 мин. Затем добавляют в эту смесь фосфорную кислоту в количестве, обеспечивающем снижение рН до 2-1, обрабатывают этот раствор ультразвуковым излучением тех же параметров в течение того же диапазона времени. После этого полученный раствор смешивают со щелочью в количестве, обеспечивающем нейтрализацию раствора до рН 7-7,5 и вводят в полученное жидкое гуминовое удобрение питательные микроэлементы.
Недостатками известного способа является то, что сырьё не проходит предварительную подготовку и очистку от посторонних примесей; в процессе производства готовый продукт не проходит многоступенчатую фильтрацию, тем самым в готовом продукте будут присутствовать балластные остатки, в процессе производства используется щёлочи и кислоты, что ведёт к дополнительным затратам на сырьё.
Техническими задачами заявляемого изобретения являются:
1. Получение на одной технологической линии органоминеральных удобрений из различных видов органического сырья (торф, сапропель, биогумус и бурый уголь).
2. Получение на одной технологической линии комплексных органоминеральных удобрений за счёт дозированного внесения различных микроэлиментов.
3. Уменьшение износа рабочих органов используемого оборудования за счет очистки сырья от песка и других посторонних примесей.
4. Повышение эффективности процесса образования солей гуминовых и фульвокислот.
5. Получение безбалластных органоминеральных и на их основе комплексных удобрений за счёт использования многоступенчатой системы очистки суспензии готового продукта.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности технологического процесса получения органоминеральных и комплексных удобрений из различных видов органического сырья (торф, сапропель, биогумус и бурый уголь) улучшение качественных показателей получаемых удобрений.
Технический результат достигается тем, что в способе получения органоминеральных удобрений, основанном на кавитационном диспергировании гуматосодержащих веществ с последующим дополнительным введением микроэлементов, согласно изобретения ,сырье проходит предварительную подготовку, после чего подвергается щелочной экстракции и кавитационному диспергированию до момента прекращения активного образования солей гуминовых и фульвокислот, далее суспензия готовых органоминеральных удобрений проходит систему многоступенчатой очистки, затем, для получения комплексных удобрений, в поток органоминеральных удобрений вводят питательные микроэлементы.
Торф, сапропель, биогумус  перед прохождением щелочной экстракции и кавитационного диспергирования, подвергается предварительной очистке от песка и других нерастворимых включений.
Бурый уголь, перед прохождением щелочной экстракции и кавитационного диспергирования, подвергается предварительному измельчению до фракции 0,5 – 1 мм.
Щелочной 50% раствор КОН вводится дифференцированно до момента прекращения активного образования солей гуминовых и фульвокислот.
Суспензия органоминеральных удобрений подвергается многосупенчатой очистке  до получения безбалластного удобрения.
В качестве сырья для получения органоминеральных и на их основе комплексных удобрений может быть использовано различное органическое сырье (торф, сапропель, биогумус и бурый уголь). При этом процесс получения органоминеральных и на их основе комплексных удобрений осуществляется на одной технологической линии, представляющей собой комплекс оборудования не требующего дополнительной модернизации при переходе с одного вида сырья на другое.
Получение комплексных органоминеральных удобрений производится на одной технологической линии за счет дозированного внесения микроэлементов в готовое органоминеральное удобрение, на основе требований предъявляемых к конечному продукту.
Технологическая линия для получения органоминеральных и на их основе комплексных удобрений, содержащая измельчитель молоткового типа, шнековый транспортер, накопительный бункер для органического сырья, с установленными на нем вибросепаратором и шнековым транспортером, гидромеханический узел предварительной подготовки сырья, оборудованный проточным водонагревателем, лопастным смесителем и циркуляционным насосом, реактор, емкость для раствора щелочи, насос дозатор, датчик уровня рН, дисмембратор, батарею гидроциклонов, центрифугу, емкости для микроэлементов, насосы дозаторы и накопительную емкость, при этом, для проведения процесса предварительного измельчения бурого угля до фракции 0,5 – 1 мм оборудована измельчителем мотолкового типа.
Технологическая линия для проведения процесса предварительной очистки торфа, сапропеля или биогумуса от песка и других нерастворимых примесей оборудована гидромеханическим узлом предварительной подготовки сырья.
Совместная работа лопастного смесителя, создающего турбулентные потоки в гидромеханическом узле предварительной подготовки сырья, и циркуляционного насоса, создающего ламинарные потоки в гидромеханическом узле предварительной подготовки сырья, обеспечивают интенсивное отделение песка и других нерастворимых включений от рабочей суспензии.
Для дифференцированного введения 50% раствора КОН оборудована датчиком уровня рН и насосом дозатором, для очистки суспензии органоминеральных удобрений оборудована системой многосутупенчатой очистки.
Для очистки суспензии органоминеральных удобрений от нерастворимых балластных остатков фракцией более 100 мкм оборудована батареей гидроциклонов (система грубой очистки) и центрифугой (система тонкой очистки).
Разработана схема технологической линии по получению органоминеральных и на их основе комплексных удобрений включающая в себя:
Измельчитель 1 молоткового типа, шнековый транспортер 2,  накопительный бункер 3 для органического сырья, с установленными на нем вибросепаратором 4 и шнековым транспортером 5, гидромеханический узел предварительной подготовки сырья 6, оборудованный проточным водонагревателем 7, лопостным смесителем 8 и циркуляционный насос 9, реактор 10, емкость для раствора щелочи 11, насос дозатор 12, датчик уровня pH 13, дисмембратор 14,  батарею гидроциклонов 15, центрифугу 16, емкости для микроэлиментов 17, насосы дозаторы 18, накопительную ёмкость 19.
Заявленный способ производства органоминеральных, комплексных удобрений осуществляется следующим образом.
1. Из бурого угля:
0
Бурый уголь фракцией не более 5 - 10 мм  подаётся в измельчитель 1 молоткового типа, после чего измельченныйдо фракции 0,5 – 1 мм уголь подается шнековым транспортером 2 в накопительный бункер 3, при этом  установленный на нем вибросепаратор 4 находится в нерабочем (поднятом) положении, после заполнения накопительного бункера 3 подача измельченного бурого угля прекращается и измельчитель 1 отключается. Затем через проточный водонагреватель 7 осуществляется подача нагретой до температуры 70 – 80С воды в реактор 10,данная температура способствует повышению интенсивности образования солей гуминовых и фульвокислот в процессе диспергирования.При заполнении реактора 10 на 2/3 от необходимого объёма водой начинается подача измельченного бурого угля из накопительного бункера 3 при помощи шнекового транспортера 5, также одновременно с началом подачи измельченного бурого угля включается дисмембратор 14,который начинает работать по замкнутому циклу реактор-дисмембратор-реактор. В процессе работы дисмембратора происходит активное образование солей гуминовых и фульвокисот за счёт кавитационных процессов происходящих с суспензией внутри него. После достижения в реакторе необходимого соотношения вода/бурый уголь (1:10; 1:9; 1:8; 1:7) подача измельченного бурого угля и нагретой воды прекращается путём отключения шнекового транспортера 5 и проточного водонагревателя 7 соответственно. Затем на основании показаний датчика уровня pH 13, осуществляется дифференцированное введение жидкого 50 % раствора КОН из емкости для раствора щелочи 11 при помощи насоса дозатора 12. Дозирование щёлочи происходит до момента прекращения активного образования солей гуминовых и фульвокислот. После прекращения активного образования солей гуминовых и фульвокислот и стабилизации среды, дисмембратор 14 прекращает работу по замкнутому циклу реактор-дисмембратор-реактор и начинает подачу суспензии на батарею гидроциклонов 15, где происходит отделение нерастворимых балластных остатков размерностью от 100 мкм и более (стадия грубой очистки), после чего суспензия поступает в центрифугу 16 где происходит отделение нерастворимых балластных остатков размерностью менее 100 мкм (стадия тонкой очистки). В итоге на выходе из центрифуги получаются безбалластные органоминеральные удобрения, которые подаются в накопительную ёмкость 19. При необходимости получения комплексных органоминеральных удобрений в процессе подачи безбалластных органоминеральных удобрений в накопительную емкость 19, осуществляется дозирование необходимых микроэлементов из емкостей для микроэлементов 17 при помощи насосов дозаторов 18 непосредственно в поток безбалластных органоминеральных удобрений поступающий из центрифуги 16 в накопительную емкость 19, что способствуют лучшему смешиванию микроэлементов и органоминеральных удобрений.При этом подача микроэлементов осуществляется на основании требований предъявляемых к конечному продукту, в связи с чем состав и доза микроэлементов может варьироваться для каждой партии комплексных органоминеральных удобрений.
2. Из торфа, сапропеля или биогумуса:
0
Торф, сапропель или биогумус (сырье) влажностью не более 30 % подаются с места хранения на вибросепаратор 4, где происходит отсев балластных частей размером более 4 мм, просеянное сырье поступает в накопительный бункер 3, при заполнении бункера 3 процесс просеивания останавливается и вибросепаратор 4 отключается. Для очистки сырья от песка и других не растворимых примесей сырье перед подачей в реактор проходит дополнительную обработку в гидромеханическом узле предварительной подготовки сырья 6. Для этого в гидромеханический узел предварительной подготовки сырья 6 подаётся через проточный водонагреватель 7 нагретая до температуры 70 – 80 С вода, данная температура способствует повышению интенсивности образования солей гуминовых и фульвокислот в процессе диспергирования, при заполнении ёмкости предварительной  подготовки 6 на 2/3 водой начинается подача шнековым транспортером 5 просеянного сырья из накопительного бункера 3, одновременно с этим включается лопастнойсмеситель 8 и циркуляционный насос 9 работающий по циклугидромеханический узел предварительной подготовки сырья -циркуляционный насос -гидромеханический узел предварительной подготовки сырья, совместная работа лопастного смесителя 8, создающего турбулентные потоки в гидромеханическом узле предварительной подготовки сырья,  и циркуляционного насоса 9, создающего ламинарные потоки в гидромеханическом узле предварительной подготовки сырья, обеспечивают интенсивное отделение песка и других нерастворимых включений от рабочей суспензии.После достижения в реакторе необходимого соотношения вода/сырье (1:5, 1:4, 1:3) подача сырья и нагретой воды прекращается путём отключения шнекового транспортера 5 и проточного водонагревателя 7 соответственно. При этом процесс работы лопастного смесителя 8 и циркуляционного насоса  9 продолжается ещё в течении 15 – 25 минут, после чего происходит их отключение. Затем суспензия отстаивается в течении 5 минут, после чего включается циркуляционный насос 9 и осуществляет перекачку суспензии в реактор 10 (цикл работы: гидромеханический узел предварительной подготовки сырья-циркуляционный насос-реактор), после завершения перекачки циркуляционный насос 9 отключатся и включается дисмембратор 14 работающий по циклу реактор-дисмембратор-реактор, одновременно с этим на основании показаний датчика pH 13 осуществляется дифференцированное введение жидкого 50 % раствора КОН из емкости для раствора щелочи 11 при помощи насоса дозатора 12.Дозирование щёлочи происходит до момента прекращения активного образования солей гуминовых и фульвокислот. После прекращения активного образования солей гуминовых и фульвокислот и стабилизации среды, дисмембратор 14 прекращает работу по замкнутому циклу реактор-дисмембратор-реактор и начинает подачу суспензии на батарею гидроциклонов 15, где происходит отделение нерастворимых балластных остатков размерностью от 100 мкм и более (стадия грубой очистки), после чего суспензия поступает в центрифугу 16 где происходит отделение нерастворимых балластных остатков размерностью менее 100 мкм (стадия тонкой очистки). В итоге на выходе из центрифуги получаются безбалластные органоминеральные удобрения которые подаются в накопительную ёмкость 19. При необходимости получения комплексных органоминеральных удобрений в процессе подачи безбалластных органоминеральных удобрений в накопительную емкость 19 осуществляется дозирование необходимых микроэлементов из емкостей для микроэлементов 17 при помощи насосов дозаторов 18 непосредственно в поток безбалластных органоминеральных удобрений поступающий из центрифуги 16 в накопительную емкость 19, что способствуют лучшему смешиванию микроэлементов и органоминеральных удобрений. При этом подача микроэлементов осуществляется на основании требований предъявляемых к конечному продукту, в связи с чем состав и доза микроэлементов может варьироваться для каждой партии комплексных органоминеральных удобрений.