КОМПОЗИЦИИ МОЧЕВИНЫ И СТАБИЛИЗАТОРА АЗОТА И СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ИХ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
UREA AND NITROGEN STABILIZER COMPOSITIONS AND METHODS AND SYSTEMS OF MAKING AND USING THEREOF

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет американской патентной заявки № 61/869594, поданной 23 августа 2013 г., которая тем самым включается в настоящий документ посредством ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Изобретение относится к улучшенной композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащей стабилизатор азота, который может поддерживать его эффективность, содержа при этом меньше N-метилпирролидона, UF 85, биурета, стабилизатора азота и/или примесей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
et al.
[0003] Гранулированная и приллированная мочевина являются наиболее широко используемыми и важными для сельского хозяйства азотными удобрениями. Мочевина как форма азота поглощается слабо, или вообще не поглощается, поскольку она быстро гидролизуется в почве ферментом уреазой. Уреаза является повсеместно распространенной в бактериях почвы и грибах, и она преобразует мочевину обратно в аммиак и двуокись углерода (Mobley  Microbiol. Rev. 1995, 59, 452-480). Во время этого процесса газообразный аммиак может быть преждевременно выпущен в атмосферу и при этом становится недоступным в почве для удобрения растений, уменьшая таким образом эффективность удобрения.
Ag Retailer
Soybean Digest
et al., Journal of Animal Science 1999,
et al., Soil Biology & Biochemistry
et al
Fertilizer Research
[0004] Один подход к улучшению доступности азота для корневой системы растений в течение длительного периода времени включает в себя использование стабилизатора азота, такого как ингибитор уреазы или ингибитор нитрификации. Ингибиторы уреазы являются соединениями, способными к временному ингибированию каталитической активности фермента уреазы на мочевине в сырой почве (Gardner, , Nov. 1995; Marking, , Nov. 1995, Varel 77(5); Trenkel «Slow and Controlled-Release and Stabilized Fertilizers, 2010). Замедление катализируемого уреазой превращения мочевины в аммоний минимизирует потери аммония и дает время для поглощения или рассеяния форм азота (N) в почве. Уменьшение улетучивания аммиака за счет уреазы может колебаться от 55% до более чем 99% (Watson 26 (9), 1165-1171, 1994), с типичным понижением улетучивания от 75 до 80 % в полевой среде. Одним коммерчески используемым ингибитором уреазы является соединение NBPT, N-(н-бутил)тиофосфорный триамид, который является предшественником его активного насыщенного кислородом производного N-(н-бутил)фосфорного триамида (Phongpan ., 41(1), 59-66, 1995). NBPT использовался в качестве покрытия для гранулированной мочевины (см., например, американский патент № 5698003) или добавки к водным растворам мочевины (см., например, американский патент №5364438).
[0005] Ингибиторы нитрификации являются соединениями, которые ингибируют преобразование аммония в нитрат и таким образом также уменьшают потери азота в почве. Примеры ингибиторов нитрификации включают в себя, не ограничиваясь этим, дициандиамид (DCD), 2-хлор-6-трихлорметилпиридин (нитрапирин), 3,4-диметилпиразолфосфат (DMPP), 3-метилпиразол (MP); 1-H-1,2,4-триазол (TZ); 3-метилпиразол-1-карбоксамид (CMP); 4-амино-1,2,4-триазол (AT, ATC); 3-амино-1,2,4-триазол; 2-цианимино-4-гидрокси-6-метилпиримидин (CP); 2-этилпиридин; тиосульфат аммония (ATS); тиосульфат натрия (ST); тиофосфорилтриамид; тиомочевину (TU); гуанилтиомочевину (GTU); поликарбоксилат аммония; этиленмочевину; гидрохинон; фенилацетилен; фенилфосфордиамидат; удобрение Neemcake (жмыж семян маргозы (Melia azadirachta)); карбид кальция; 5-этокси-3-трихлорметил-1,2,4-тиодиазол (этридиазол; терраол); 2-амино-4-хлор-6-метилпиримидин (AM); 1-меркапто-1,2,4-триазол (MT); 2-меркаптобензотиазол (MBT); 2-сульфаниламидотиазол (ST); 5-амино-1,2,4-тиодиазол; 2,4-диамино-6-трихлорметил-s-триазин (CL-1580); N-2,5-дихлорфенил сукцинанилиновой кислоты (DCS); нитроанилин и хлоранилин.
[0006] В то время как гранулированная мочевина покрывается NBPT и/или DCD для того, чтобы помочь предотвратить потерю азота, неудобства при покрытием гранулированной мочевины заключаются в том, что либо 1) для ингибиторов используется гигроскопичный жидкий носитель, либо 2) для ингибиторов используется твердый носитель, что может приводить к остаточной пыли, вызывающей проблемы при обработке. Эти задачи могут быть решены путем включения ингибитора уреазы и/или нитрификации непосредственно в расплавленную мочевину перед ее гранулированием.
[0007] Твердый дициандиамид непосредственно добавлялся к повторно расплавленной гранулированной мочевине, содержащей приблизительно от 4 до 6 мас.% воды, при температуре 275°F, после чего она пропускалась через 1) испаритель и 2) гранулятор для формирования однородного гранулированного удобрения, содержащего приблизительно 1 мас.% DCD (см. американский патент №5352265). Однако высокое содержание влаги в этой мочевине делает этот продукт менее желательным.
et al.
см.
[0008] Аналогичным образом гранулы мочевины, содержащей 0,2 мас.% NBPT, производились путем закачки 56 мас.% раствора NBPT 80% чистоты, содержащего другие примеси, в N-метилпирролидоне (NMP) со скоростью приблизительно 136 фунт/час в поток переплавленной мочевины при температуре 275°F в течение приблизительно 20 с. Расплавленная композиция мочевина-NBPT затем гранулировалась для того, чтобы сформировать однородное гранулированное удобрение (см. американский патент №5352265). Гранулированная мочевина, содержащая 0,01, 0,025, 0,0375, 0,05, 0,075 и 0,1 мас.% NBPT, также была произведена путем смешивания разбавленного 20 мас.% раствора NBPT в 10 мас.% NMP и 70 мас.% пропиленгликоля в течение 1-15 мин (см. также Watson  (Soil Use and Management, September 2008, 24:246-253) ( H. Cantarella, «Evaluation of the urease inhibitor NBPT N-(n-butyl)-thiophosphoric triamide on the efficiency of urea fertilizer under Brazilian Soil conditions», October 2003). Однако обе из этих композиций не содержали какого-либо ингибитора нитрификации.
[0009] В дополнение к этому, NBPT является дорогостоящим в производстве и склонным к разложению во время хранения или после нагревания, особенно в гигроскопичной окружающей среде, такой как расплавленная мочевина. Соответственно, существует потребность в минимизации разложения NBPT путем уменьшения содержания воды и примесей в композиции, а также количества используемого NBPT.
[0010] Кроме того, изначальной проблемой формирования твердой мочевины является то, что мочевина нагревается до или около ее точки плавления (температуры фазового перехода) с последующим увеличением содержания биурета. Известно, что биурет, образующийся при конденсации двух молекул мочевины с потерей одной молекулы аммиака, является вредным для жизнедеятельности растения, так как он проявляет очень активное фитотоксическое действие. В дополнение к этому существуют проблемы безопасности из-за возможного воздействия биурета на жвачных животных. Биурет быстро образует аммиак в концентрациях, в которых он присутствует в жидкой среде рубца, что может быть токсичным для жвачного животного. В то время как вообще желательно, чтобы максимальное содержание биурета в мочевине составляло 0,25 мас.%, более предпочтительно еще меньше, увеличение времени, связанное со смешиванием дополнительных материалов с расплавленной мочевиной, приводит к более высокому содержанию биурета.
[0011] Другая проблема с этими предшествующими способами заключается в том, что как DCD, так и NBPT могут быть труднообрабатываемыми и дорогостоящими. DCD имеет недостаточную растворимость в большинстве растворителей. Аналогичным образом NBPT технического сорта является воскообразным, липким, термочувствительным и чувствительным к воде материалом (см. также патентную заявку WO 2010/045895 и американский патент №8513460). Из-за проблем растворимости технического сорта NBPT и температуры, используемой при впрыскивании NBPT в расплавленную мочевину (то есть 275°F), NMP всегда использовался в качестве сорастворителя при прямом включении NBPT в расплавленную мочевину (см. выше, а также Kincheloe, The manufacture, agronomics and marketing of AGROTAIN, IFA Agro-Economics Committee Conference: «Plant Nutrition in 2000», Tours, International Fertilizer Industry Association, Paris, France 1997). Однако сельскохозяйственное использование NMP имеет экологические и законодательные ограничения. В то время как этот растворитель является идеальным для процесса включения в расплавленную мочевину из-за его высокой температуры кипения и полярности, его также трудно удалить из конечных продуктов, особенно при больших масштабах производства, требуемых для эффективного производства удобрений. Следовательно, желательной является возможность использовать меньшее количество NMP.
[0012] Поскольку большинство мочевины производится на существующих заводах по производству мочевины, и мочевина, производимая коммерчески, не содержит ингибитора уреазы или нитрификации, добавление NBPT или DCD выполняется путем повторного плавления гранулированной мочевины. Соответственно, системы и аппараты для выполнения этих типов операций не являются коммерчески доступными в местах производства мочевины, и должны быть адаптируемыми к существующим заводам по производству мочевины.
[0013] Соответственно, существует потребность в улучшенных композициях, в которых расплавленная мочевина комбинируется со стабилизатором азота, которые используют существенно меньшее количество NMP и/или стабилизатора азота, а также содержат меньше воды, биурета и других примесей, обеспечивая при этом эффективные гранулы удобрения. Кроме того, существует потребность в улучшенных композициях, которые используют меньшее количество стабилизатора азота за счет минимизации разложения и формирования других побочных продуктов во время процесса создания такой композиции. Также существует потребность в улучшенных способах, аппаратах и системах для создания и использования таких композиций. Вышеупомянутые недостатки могут быть устранены с помощью композиций, способов, аппаратов и систем в соответствии с настоящим изобретением.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] В одном аспекте настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, содержащую:
a) мочевину; и
b) композицию стабилизатора азота, содержащую ингибитор уреазы, ингибитор нитрификации или их комбинации. В других аспектах настоящее изобретение предлагает способ создания композиции мочевины и стабилизатора азота, приготавливаемой в соответствии с описанием в настоящем документе.
[0015] В других аспектах настоящее изобретение относится к композиции, в которой мочевина является расплавленной мочевиной, и композиция стабилизатора азота смешивается с расплавленной мочевиной. В других аспектах композиция стабилизатора азота содержит носитель. Альтернативно стабилизатор азота может быть добавлен без носителя. Например, стабилизатор азота может быть включен непосредственно в расплавленную мочевину путем смешивания твердого стабилизатора азота без носителя, стабилизатора азота, диспергированного на или с твердым носителем, или раствора стабилизатора азота, который содержит жидкий носитель. Если NMP используется в жидком носителе, он используется в уменьшенном количестве.
[0016] В других аспектах настоящее изобретение предлагает композиции с другими компонентами, включая, но не ограничиваясь этим, кондиционер, антислеживающее средство, ингибитор кристаллизации, антиоксидант, средство управления значением pH, средство защиты растений, регулятор роста растений, питательный микроэлемент, противокоррозийное средство, краситель или их комбинации.
[0017] В другом варианте осуществления этот способ включает в себя систему и/или устройство, раскрытые в настоящем документе. Эти и другие задачи, аспекты и варианты осуществления станут более очевидными при прочтении последующего подробного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Настоящее описание может быть лучше понято со ссылкой на следующие чертежи. Компоненты в чертежах не обязательно изображены в масштабе, акцент вместо этого делается на понятном иллюстрировании принципов настоящего изобретения.
[0019] Фиг.1 - иллюстрирует структурную схему всей системы смешивания, начинающейся с введения расплавленной мочевины и других компонентов в смесительный резервуар до того, как промежуточный продукт будет передан к охлаждающему устройству.
[0020] Фиг.2 - иллюстрирует структурную схему всей системы смешивания, начинающейся с введения расплавленной мочевины, UF85, DCD, NBPT и красителя в смесительный резервуар до того, как промежуточный продукт будет передан к гранулирующему устройству.
[0021] Фиг.3A-B - иллюстрируют один пример системы передачи твердого стабилизатора нитрификации перед смешиванием.
[0022] Фиг.4 - иллюстрирует один пример системы передачи жидкого компонента к смесителю.
[0023] Фиг.5 - иллюстрирует один пример системы смесительного резервуара для расплавленной мочевины и других компонентов до того, как промежуточный продукт будет передан к охлаждающему устройству.
[0024] Фиг.6 - иллюстрирует один альтернативный пример встроенной системы смешивания для расплавленной мочевины и других компонентов до того, как промежуточный продукт будет передан к охлаждающему устройству.
2
[0025] Фиг. 7A-C - иллюстрируют кумулятивную потерю азота (в процентах от внесенного) в виде NH из гранулированной мочевины, обработанной ингибитором уреазы N-(н-бутил)тиофосфорным триамидом (NBPT) и опционально DCD в различных почвах: Фиг.7A: пылеватый суглинок Уилинга (производства компании Montgomery Co., VA pH 6,6); Фиг.7B: пылеватый суглинок Пелла (производства компании Fond du Lac Co., WI pH 7,7); Фиг.7C: пылеватый суглинок Рауба (производства компании McLean Co., IL pH 6,3). Кривые летучести указывают разность в потере азота между композициями, содержащими включенный ингибитор нитрификации, по сравнению с композициями без ингибитора нитрификации в различных почвах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0026] Прежде, чем настоящее изобретение будет описано более подробно, следует отметить, что оно не ограничивается конкретными описанными вариантами осуществления, и по сути может, конечно, изменяться. Также следует понимать, что терминология, использованная в настоящем документе, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления, и не является ограничивающей. Если не определено иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют то же самое значение, что и обычно понимаемое специалистами в области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение.
[0027] Как будет очевидно специалисту в данной области техники после прочтения настоящего описания, каждый из индивидуальных вариантов осуществления, описанных и проиллюстрированных в настоящем документе, имеет дискретные компоненты и особенности, которые могут быть легко отделены или, наоборот, скомбинированы с особенностями любого из других нескольких вариантов осуществления без отступлений от области охвата или духа настоящего изобретения. Любой описанный способ может быть выполнен в указанном порядке или в любом другом порядке, который является логически возможным.
[0028] В тех случаях, когда указан диапазон значений, подразумевается, что каждое промежуточное значение, до десятой доли единицы нижнего предела (если контекст явно не указывает иное), между верхним и нижним пределом этого диапазона, а также любое другое установленное или промежуточное значение в этом указанном диапазоне, охватывается настоящим изобретением. Верхние и нижние пределы этих более малых диапазонов могут быть независимо включены в более малые диапазоны, и также охватываются настоящим изобретением, с учетом любого конкретно исключенного предела в этом установленном диапазоне. Когда установленный диапазон включает в себя один или оба из пределов, диапазоны, исключающие любой или оба из этих включенных пределов, также включаются в раскрытие.
[0029] Прежде, чем варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно, следует отметить, что если не указано иное, настоящее изобретение не ограничивается конкретными материалами, реагентами, реакционными материалами, производственными процессами и т.п., и по сути они могут изменяться. Также следует понимать, что терминология, использованная в настоящем документе, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления, и не является ограничивающей. Также в настоящем изобретении возможно, что стадии могут выполняться в различной последовательности, если это логически возможно.
Определения
[0030] Использующиеся в настоящем документе грамматические формы единственного числа включают в себя не только аспекты с одним элементом, но также и аспекты с большим количеством элементов. Например, один вариант осуществления, включающий в себя «ингибитор уреазы и ингибитор нитрификации», должен пониматься, как представляющий аспекты по меньшей мере со вторым ингибитором уреазы, по меньшей мере вторым ингибитором нитрификации, или и с тем, и с другим. В данном описании и в последующей формуле изобретения используются ссылки на многие термины, которые должны быть определены как имеющие следующие значения, если явно не будет указано иное.
[0031] Использующийся в настоящем документе для модификации числового значения термин «приблизительно» указывает определенный диапазон вокруг этого значения. Если бы указанным значением было «X», то выражение «приблизительно X» обычно указывало бы на диапазон значений от 0,95X до 1,05X. Любая ссылка на «приблизительно X» конкретно обозначает по меньшей мере значения X, 0,95X, 0,96X, 0,97X, 0,98X, 0,99X, 1,01X, 1,02X, 1,03X, 1,04X и 1,05X. Таким образом, выражение «приблизительно X» предназначено для описания и обеспечения письменной поддержки описания для ограничения какого-либо пункта формулы изобретения, например, «0,98X». Когда количество «X» включает в себя только целочисленные значения (например, «X атомов углерода»), выражение «приблизительно X» указывает диапазон от (X-1) до (X+1). В этом случае использующееся в настоящем документе выражение «приблизительно X» конкретно указывает по меньшей мере значения X, X-1 и X+1. Когда термин «приблизительно» применяется к началу численного диапазона, он относится к обоим концам этого диапазона. Таким образом, выражение «от приблизительно 0,2 до 2,0%» эквивалентно выражению «от приблизительно 0,2% до приблизительно 2,0%». Когда термин «приблизительно» применяется к первому значению набора значений, он относится ко всем значениям в этом наборе. Таким образом, выражение «приблизительно 2, 4 или 7%» эквивалентно выражению «приблизительно 2%, приблизительно 4% или приблизительно 7%».
[0032] В формулировках, содержащих «дополнительный» или «второй» компонент, этот использующийся в настоящем документе второй компонент химически отличается от других компонентов или первого компонента. «Третий» компонент отличается от другого, первого и второго компонентов, и дополнительно перечисленные или «дополнительные» компоненты аналогично являются другими.
1-8
[0033] «Алкил», сам по себе или как часть другого заместителя, означает, если не указано иное, полностью насыщенный алифатический углеводородный радикал с линейной или разветвленной цепью, имеющий указанное количество атомов углерода. Например, «C алкил» относится к углеводородному радикалу с линейной или разветвленной цепью, содержащему от 1 до 8 атомов углерода, который получается путем удаления одного атома водорода от одного атома углерода исходного алкана. Фраза «незамещенный алкил» относится к алкильным группам, которые не содержат групп, отличающихся от полностью насыщенных радикалов алифатических углеводородов. Таким образом эта фраза включает в себя алкильные группы с линейной цепью, такие как метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, гептил, октил, нонил, децил, ундецил, додецил и т.п. Эта фраза также включает в себя изомеры с разветвленной цепью алкильных групп с линейной цепью, такие как изопропил, трет-бутил, изобутил, втор-бутил и т.п. Представительные алкильные группы включают в себя алкильные группы с линейной или разветвленной цепью, имеющие 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 или 12 атомов углерода. Дополнительно представительные алкильные группы включают в себя алкильные группы с линейной или разветвленной цепью, имеющие 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8 атомов углерода.
2
2
2
2
[0034] «Алкилен» сам по себе или как часть другого заместителя означает двухвалентный радикал, полученный из алкана, такой как, например, -CHCHCHCH-. Как правило, алкиленовая группа имеет 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8 атомов углерода и получается путем удаления одного водородного атома от одного атома углерода исходного алкила.
[0035] «Амидные растворители» включают в себя амиды, сформулированные как растворители для NMP в американском патенте №5352265. Как правило, амидные растворители имеют точку кипения выше приблизительно 150°C, и во многих случаях выше приблизительно 200°C, т.е. намного выше температуры плавления мочевины. Примеры амидных растворителей включают в себя формамид, N,N-диметилформамид, N,N-диметилацетамид и N-бутил-N-фенилацетамид. N-алкил-2-пирролидоны, используемые в качестве амидных растворителей, включают в себя пятиатомные гетероциклические органические соединения с одним атомом азота на кольцо, с атомом кислорода, связанным с кольцевым атомом углерода, смежным с атомом азота, и с алкильной группой, имеющей размер от одного до двенадцати атомов углерода, связанной непосредственно с атомом азота. Примеры N-алкил-2-пирролидоновых амидных растворителей включают в себя N-метил-2-пирролидон (то есть NMP), N-октил-2-пирролидон и N-додецил-2-пирролидон.
[0036] Использующийся в настоящем документе термин «или» должен пониматься как неисключающий. Например, один вариант осуществления «композиции, содержащей A или B» обычно представляет один аспект с композицией, содержащей и A, и B. Однако термин «или» должен пониматься как исключающий те представленные аспекты, которые не могут быть скомбинированы без противоречий (например, композиция, количество которой составляет приблизительно 5 мас.% или приблизительно 10 мас.%).
[0037] Как правило, когда описывается процентный диапазон, имеется в виду, что он описывает все полные или частичные проценты между границами (то есть внутри диапазона). Например, процентный диапазон от 15 до 25% также включает в себя конкретные значения 17,36% и 21%. Процентный диапазон от приблизительно 13 до 17% также включает в себя конкретные значения 12,97%, 16% и 17,1%.
[0038] Использующееся в настоящем документе выражение «по существу не содержащий X» означает, что либо X невозможно обнаружить в смеси; либо, если X может быть обнаружен, он (1) присутствует в количестве <1 мас.% (предпочтительно <0,1 мас.%); и (2) не производит эффектов, характерных для X в более высоких концентрациях. Например, композиция, по существу не содержащая NMP, не оказывает воздействия на окружающую среду в отличие от концентрированного или чистого NMP, даже если ничтожно малые количества NMP могут быть обнаружены в смеси.
[0039] Термин «массовый процент» или «мас.%» означает процент, вычисленный путем деления массы указанного компонента на общую массу композиции и умножения на 100.
[0040] Хотя любые способы и материалы, подобные или эквивалентные описанным в настоящем документе, могут также использоваться на практике или при тестировании настоящего изобретения, далее описываются конкретные композиции, способы, системы и аппараты.
Композиции мочевины и стабилизатора азота
[0041] В одной группе вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, содержащую:
a) мочевину; и
b) композицию стабилизатора азота, выбираемую из группы, состоящей из ингибитора уреазы, ингибитора нитрификации, а также их комбинаций.
Мочевина
[0042] Композиция удобрения на основе мочевины по настоящему изобретению может включать в себя любой подходящий источник мочевины. В одной группе вариантов осуществления источник мочевины является мочевиной, которая была синтезирована и все еще является расплавленной (не охлажденной и повторно расплавленной). В одной группе вариантов осуществления источник мочевины является твердой формой мочевины, включая, но не ограничиваясь этим, гранулированную или приллированную мочевину, которая повторно плавится и дегидратируется. В другой группе вариантов осуществления мочевина производится из аммиака и двуокиси углерода, например на заводе по производству мочевины. Специалисту в данной области техники будут очевидны другие источники мочевины для способов в соответствии с настоящим изобретением.
[0043] Количество мочевины в гранулированном удобрении на основе мочевины может составлять от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 99 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота. Количество мочевины в композиции мочевины и стабилизатора азота может составлять приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 или приблизительно 99 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота. В одной группе вариантов осуществления количество мочевины составляет по меньшей мере приблизительно 60 мас.%, приблизительно 70 мас.% приблизительно 80 мас.% приблизительно 90 мас.%, приблизительно 91 мас.%, приблизительно 92 мас.%, приблизительно 93 мас.%, приблизительно 94 мас.%, приблизительно 95 мас.%, приблизительно 96 мас.%, приблизительно 97 мас.%, приблизительно 98 мас.%, или приблизительно 99 мас.%.
[0044] В некоторых аспектах настоящего изобретения расплавленная мочевина может первоначально содержать вплоть до приблизительно 70 мас.%, приблизительно 75 мас.%, приблизительно 80 мас.%, приблизительно 85 мас.%, приблизительно 80 мас.% мочевины в воде, либо из используемого источника мочевины, либо за счет добавления UF85 и т.п. Такой раствор расплавленной мочевины может быть дополнительно сконцентрирован путем вакуумной концентрации или испарения при атмосферном давлении. Предпочтительно, однако, концентрация воды уменьшается до 9%, 8%, 7%, 6%, 5,5%, 5%, 4,5%, 4%, 3,5%, 3%, 2,5%, 2%, 1,5%, 1% или менее чем 1% (например, до приблизительно 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 или 0,1%).
[0045] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой концентрация воды составляет самое большее приблизительно 1 мас.% по общей массе композиции ингибитора уреазы и мочевины.
[0046] В одной группе вариантов осуществления композиция мочевины и стабилизатора азота содержит менее чем приблизительно 1,8 мас.% биурета по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота. В других вариантах осуществления количество биурета составляет менее чем приблизительно 1,8 мас.%, приблизительно 1,7 мас.%, приблизительно 1,6 мас.%, приблизительно 1,5 мас.%, приблизительно 1,4 мас.%, приблизительно 1,3 мас.%, приблизительно 1,2 мас.%, приблизительно 1,1 мас.%, приблизительно 1,0 мас.%, приблизительно 0,9 мас.%, приблизительно 0,8 мас.%, приблизительно 0,7 мас.%, приблизительно 0,6 мас.%, приблизительно 0,5 мас.%, приблизительно 0,4 мас.%, приблизительно 0,3 мас.%, приблизительно 0,2 мас.% или приблизительно 0,1 мас.% по полной массе композиции.
Композиции стабилизатора азота
[0047] Как было отмечено выше, настоящее изобретение относится к композициям стабилизатора азота, которые могут включать в себя ингибиторы уреазы, ингибиторы нитрификации или их комбинации. Эти композиции могут дополнительно содержать твердый или жидкий носитель, или ингибитор уреазы и/или ингибитор нитрификации могут использоваться без носителя. Следует иметь в виду, что на практике ингибиторы уреазы и нитрификации не полностью ингибируют, но вместо этого подавляют на длительный период времени восприимчивость композиций мочевины к каталитическому гидролизу ферментами и склонность образующегося аммиака к поддержке чрезмерного бактериального роста.
Ингибиторы уреазы
4
4
+
+
[0048] Использующийся в настоящем документе термин «ингибитор уреазы» относится к соединению, которое уменьшает, ингибирует или иным образом замедляет преобразование мочевины в аммоний (NH) в почве, когда это соединение присутствует, в отличие от преобразования мочевины в аммоний (NH) в почве, когда это соединение не присутствует, но в остальном условия являются аналогичными. Неограничивающие примеры ингибиторов уреазы включают в себя тиофосфорные триамидные соединения, раскрытые в американском патенте №4530714. В других вариантах осуществления ингибитор уреазы является фосфорным триамидом, имеющим формулу:
2
2
1
2
X=P(NH)NRR,
1
2
1
12
3
12
6
14
2
12
2
12
5
14
1
14
2
14
2
14
3
12
где X представляет собой кислород или серу; а R и R каждый независимо выбираются из группы, состоящей из водорода, алкила C-C, циклоалкила C-C, арила C-C, алкенила C-C, алкинила C-C, гетероарила C-C, гетероалкила C-C, гетероалкенила C-C, гетероалкинила C-C или циклогетероалкила C-C. Иллюстративные ингибиторы уреазы могут включать в себя, не ограничиваясь этим, N-(н-бутил)тиофосфорный триамид (NBPT), N-(н-бутил)фосфорный триамид, тиофосфорилтриамид, фенилфосфордиамидат, циклогексилфосфорный триамид, циклогексилтиофосфорный триамид, фосфорный триамид, гидрохинон, п-бензохинон, гексамидоциклотрифосфазен, тиопиридины, тиопиримидины, тиопиридин-N-оксиды, N,N-дигало-2-имидазолидинон, N-гало-2-оксазолидинон, их производные или любую их комбинацию. Другие примеры ингибиторов уреазы включают в себя фенилфосфордиамидат (PPD/PPDA), гидрохинон, триамид N-(2-нитрофенил)фосфорной кислоты (2-NPT), тиосульфат аммония (ATS) и фосфорорганические аналоги мочевины, которые являются эффективными ингибиторами активности уреазы (см., например, Kiss and Simihaian, Improving Efficiency of Urea Fertilizers by Inhibition of Soil Urease Activity, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 2002; Watson, Urease inhibitors, IFA International Workshop on Enhanced-Efficiency Fertilizers, Frankfurt, International Fertilizer Industry Association, Paris, France 2005). По меньшей мере в одном варианте осуществления композиция ингибитора уреазы является или включает в себя N-(н-бутил)тиофосфорный триамид (NBPT).
2
3
[0049] Приготовление фосфорамидных ингибиторов уреазы, таких как NBPT, может быть достигнуто с помощью известных способов, начиная с тиофосфорилхлорида, первичных или вторичных аминов и аммиака, как описано, например, в американском патенте №5770771. На первой стадии тиофосфорилхлорид реагирует с одним эквивалентом первичного или вторичного амина в присутствии основания, и получаемый продукт затем реагирует с избытком аммиака с образованием конечного продукта. Другие способы включают в себя способ, описанный в американском патенте №8075659, где тиофосфорилхлорид реагирует с первичным и/или вторичным амином, а затем с аммиаком. Однако этот способ может приводить к смесям. Соответственно, когда используется N-(н-бутил)тиофосфорный триамид (NBPT) или другие ингибиторы уреазы, следует понимать, что это относится не только к ингибитору уреазы в его чистой форме, но также и к техническим сортам этого материала, которые могут содержать вплоть до приблизительно 50 мас.%, приблизительно 40 мас.%, приблизительно 30 мас.%, приблизительно 20 мас.%, приблизительно 19 мас.%, приблизительно 18 мас.%, приблизительно 17 мас.%, приблизительно 16 мас.%, приблизительно 15 мас.%, приблизительно 14 мас.%, приблизительно 13 мас.%, приблизительно 12 мас.%, приблизительно 11 мас.%, приблизительно 10 мас.%, приблизительно 9 мас.%, приблизительно 8 мас.%, приблизительно 7 мас.%, приблизительно 6 мас.% приблизительно 5 мас.%, приблизительно 4 мас.%, приблизительно 3 мас.%, приблизительно 2 мас.%, приблизительно 1 мас.% примесей, в зависимости от способа синтеза и схемы (схем) очистки, если они имеются, используемых при производстве ингибитора уреазы. Типичной примесью является PO(NH), который может катализировать разложение NBPT в водной среде. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления используемый ингибитор уреазы имеет чистоту приблизительно 80%, приблизительно 81%, приблизительно 82%, приблизительно 83%, приблизительно 84%, приблизительно 85%, приблизительно 86%, приблизительно 87%, приблизительно 88%, приблизительно 89%, приблизительно 90%, приблизительно 91%, приблизительно 92%, приблизительно 93%, приблизительно 94%, приблизительно 95%, приблизительно 96%, приблизительно 97%, приблизительно 98%, приблизительно 99%, приблизительно 99,1%, приблизительно 99,2%, приблизительно 99,3%, приблизительно 99,4%, приблизительно 99,5%, приблизительно 99,6%, приблизительно 99,7%, приблизительно 99,8%, приблизительно 99,9%.
[0050] В одной группе вариантов осуществления количество ингибитора уреазы в композиции мочевины и стабилизатора азота составляет приблизительно 0,001 мас.%, приблизительно 0,002 мас.%, приблизительно 0,003 мас.%, приблизительно 0,004 мас.%, приблизительно 0,005 мас.%, приблизительно 0,006 мас.%, приблизительно 0,007 мас.%, приблизительно 0,008 мас.%, приблизительно 0,009 мас.%, приблизительно 0,01 мас.%, приблизительно 0,02 мас.%, приблизительно 0,0205 мас.%, приблизительно 0,021 мас.%, приблизительно 0,0215 мас.%, приблизительно 0,022 мас.%, приблизительно 0,0225 мас.%, приблизительно 0,023 мас.%, приблизительно 0,0235 мас.%, приблизительно 0,024 мас.%, приблизительно 0,0245 мас.%, приблизительно 0,025 мас.%, приблизительно 0,0255 мас.%, приблизительно 0,026 мас.%, приблизительно 0,0265 мас.%, приблизительно 0,027 мас.%, приблизительно 0,0275 мас.%, приблизительно 0,028 мас.%, приблизительно 0,0285 мас.%, приблизительно 0,029 мас.%, приблизительно 0,0295 мас.%, приблизительно 0,03 мас.%, приблизительно 0,04 мас.%, приблизительно 0,05 мас.%, приблизительно 0,06 мас.%, приблизительно 0,07 мас.%, приблизительно 0,075 мас.%, приблизительно 0,08 мас.%, приблизительно 0,085 мас.%, приблизительно 0,09 мас.%, приблизительно 0,095 мас.%, приблизительно 0,10 мас.%, приблизительно 0,11 мас.%, приблизительно 0,12 мас.%, приблизительно 0,13 мас.%, приблизительно 0,14 мас.%, приблизительно 0,15 мас.%, приблизительно 0,16 мас.%, приблизительно 0,17 мас.%, приблизительно 0,18 мас.%, приблизительно 0,19 мас.% или приблизительно 0,2 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота.
Ингибиторы нитрификации
4
4
+
+
[0051] В некоторых аспектах расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота и мочевины дополнительно содержит ингибитор нитрификации или стабилизатор аммония. Использующийся в настоящем документе термин «ингибитор нитрификации» относится к соединению, которое уменьшает, ингибирует или иным образом замедляет преобразование аммония (NH) в нитрат в почве, когда это соединение присутствует, в отличие от преобразования аммония (NH) в нитрат в почве, когда это соединение не присутствует, но в остальном условия являются аналогичными. Иллюстративные ингибиторы нитрификации могут включать в себя, не ограничиваясь этим, дициандиамид (DCD), 2-хлор-6-трихлорметилпиридин (нитрапирин), 3,4-диметилпиразолфосфат (DMPP), 3-метилпиразол (MP); 1-H-1,2,4-триазол (TZ); 3-метилпиразол-1-карбоксамид (CMP); 4-амино-1,2,4-триазол (AT, ATC); 3-амино-1,2,4-триазол; 2-цианимино-4-гидрокси-6-метилпиримидин (CP); 2-этилпиридин; тиосульфат аммония (ATS); тиосульфат натрия (СВ.); тиофосфорилтриамид; тиомочевину (TU); гуанилтиомочевину (GTU); поликарбоксилат аммония; этиленмочевину; гидрохинон; фенилацетилен; фенилфосфордиамидат; Аzadirachta indica Juss (ним, удобрение Neemcake); карбид кальция; 5-этокси-3-трихлорметил-1,2,4-тиодиазол (этридиазол; терраол); 2-амино-4-хлор-6-метилпиримидин (AM); 1-меркапто-1,2,4-триазол (MT); 2-меркаптобензотиазол (MBT); 2-сульфаниламидотиазол (ST); 5-амино-1,2,4-тиодиазол; 2,4-диамино-6-трихлорметил-s-триазин (CL-1580); N-2,5-дихлорфенилсукцинанилиновую кислоту (DCS); нитроанилин, хлоранилин, 2-амино-4-хлор-6-метил-пиримидин, 1,3-бензотиазол-2-тиол, 4-амино-N-1,3-тиазол-2-илбензолсульфонамид, гуанидин, полиэфирионофоры, 3-меркапто-1,2,4-триазол, азид калия, сероуглерод, тритиокарбонат натрия, дитиокарбамат аммония, 2,3-дигидро-2,2-диметил-7-бензофуранолметилкарбамат, N-(2,6-диметилфенил)-N-(метоксиацетил)-аланинметиловый эфир, тиосульфат аммония, 1-гидроксипиразол, 2-метилпиразол-1-карбоксамид, 2-амино-4-хлор-6-метил-пирамидин, 2,4-диамино-6-трихлор-метилтриазин; а также их производные и любую их комбинацию.
[0052] Например, 1-гидроксипиразол может рассматриваться как производное 2-метилпиразол-1-карбоксамида, а дитиокарбамат аммония может рассматриваться как производное метилкарбамата. По меньшей мере в одном примере ингибитор нитрификации может представлять собой или включать в себя дициандиамид (DCD). По меньшей мере в одном примере ингибитор нитрификации может представлять собой или включать в себя 3,4-диметилпиразолфосфат (DMPP). По меньшей мере в одном примере ингибитор нитрификации может представлять собой или включать в себя нитропирин.
[0053] В одной группе вариантов осуществления ингибитор нитрификации может содержать приблизительно 50 мас.%, приблизительно 40 мас.%, приблизительно 30 мас.%, приблизительно 20 мас.%, приблизительно 19 мас.%, приблизительно 18 мас.%, приблизительно 17 мас.%, приблизительно 16 мас.%, приблизительно 15 мас.%, приблизительно 14 мас.%, приблизительно 13 мас.%, приблизительно 12 мас.%, приблизительно 11 мас.%, приблизительно 10 мас.%, приблизительно 9 мас.%, приблизительно 8 мас.%, приблизительно 7 мас.%, приблизительно 6 мас.%, приблизительно 5 мас.%, приблизительно 4 мас.%, приблизительно 3 мас.%, приблизительно 2 мас.%, приблизительно 1 мас.% примесей, в зависимости от способа синтеза и схемы (схем) очистки, если они имеются, используемых при производстве ингибитора нитрификации.
[0054] В одной группе вариантов осуществления количество ингибитора нитрификации в композиции мочевины и стабилизатора азота составляет приблизительно 0,01 мас.%, приблизительно 0,02 мас.%, приблизительно 0,03 мас.%, приблизительно 0,04 мас.%, приблизительно 0,05 мас.%, приблизительно 0,06 мас.%, приблизительно 0,07 мас.%, приблизительно 0,08 мас.%, приблизительно 0,09 мас.%, приблизительно 0,1 мас.%, приблизительно 0,2 мас.%, приблизительно 0,3 мас.%, приблизительно 0,4 мас.%, приблизительно 0,5 мас.%, приблизительно 0,6 мас.%, приблизительно 0,7 мас.%, приблизительно 0,75 мас.%, приблизительно 0,8 мас.%, приблизительно 0,85 мас.%, приблизительно 0,9 мас.%, приблизительно 0,95 мас.%, приблизительно 1 мас.%, приблизительно 1,1 мас.%, приблизительно 1,2 мас.%, приблизительно 1,3 мас.%, приблизительно 1,4 мас.%, приблизительно 1,5 мас.%, приблизительно 1,6 мас.%, приблизительно 1,7 мас.%, приблизительно 1,8 мас.%, приблизительно 1,9 мас.% или приблизительно 2 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота. В некоторых аспектах расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота содержит ингибитор нитрификации в количестве от приблизительно 0,1 мас.% до приблизительно 2,2 мас.%. В некоторых аспектах расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота содержит ингибитор нитрификации в количестве от приблизительно 0,2 мас.% до приблизительно 1,2 мас.%. В некоторых аспектах расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота содержит ингибитор нитрификации в количестве от приблизительно 0,75 мас.% до приблизительно 0,95 мас.%. В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой мочевина присутствует в количестве от приблизительно 90 мас.% до приблизительно 99 мас.%.
[0055] В некоторых вариантах осуществления использование двух конкретных добавок, одной для ингибирования катализируемого уреазой гидролиза мочевины, а другой для ингибирования нитрификации аммиака, в композиции удобрения по настоящему изобретению дает возможность приспособить состав композиции так, чтобы он соответствовал потребностям в азоте для данного сценария урожая/почвы/погоды. Например, если условия таковы, что возможность потерь аммиака за счет испарения в атмосферу уменьшается, уровень стабилизатора азота NBPT, включаемого в состав, может быть уменьшен внутри указанного диапазона без изменения уровня ингибитора нитрификации. Относительной устойчивостью композиции гранулированного удобрения по настоящему изобретению к гидролизу мочевины и окислению аммиака управляют, должным образом выбирая для композиции массовое отношение ингибитора уреазы к ингибитору нитрификации. Это отношение может составлять от приблизительно 0,02 до приблизительно 10,0, или от приблизительно 0,04 до приблизительно 4,0. Композиции, у которых массовое отношение ингибитора уреазы к ингибитору нитрификации находится около верхнего конца этих диапазонов, будут показывать относительно более высокую устойчивость к гидролизу мочевины, чем к окислению аммония, и наоборот.
[0056] В некоторых вариантах осуществления композиция мочевины и стабилизатора азота содержит (i) мочевину в количестве от приблизительно 90 мас.% до приблизительно 99 мас.%; (ii) ингибитор уреазы в количестве от приблизительно 0,02 мас.% до приблизительно 0,4 мас.%; и (iii) ингибитор нитрификации в количестве от приблизительно 0,05 мас.% до приблизительно 3,0 мас.%.
[0057] Если используются и ингибитор уреазы, и ингибитор нитрификации, ингибитор уреазы может быть добавлен до, во время, или после добавления ингибитора нитрификации. В некоторых вариантах осуществления ингибитор уреазы и ингибитор нитрификации смешиваются вместе перед добавлением к расплавленной мочевине.
Носители
[0058] В одной группе вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию стабилизатора азота без носителя. В другой группе вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию стабилизатора азота с жидким носителем. В другой группе вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию стабилизатора азота с твердым носителем. Таким образом, в одной группе вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, содержащую: a) мочевину; и b) композицию стабилизатора азота; причем композиция стабилизатора азота по существу не содержит твердого или жидкого носителя. В других вариантах осуществления стабилизатор азота включается в расплавленную мочевину с твердым носителем или с жидким носителем.
Жидкие носители
[0059] Может использоваться любой подходящий жидкий носитель, способный к по меньшей мере частично растворять стабилизатор азота. В одной группе вариантов осуществления жидкий носитель имеет точку кипения выше, чем температура плавления (кристаллического фазового перехода) мочевины, например приблизительно 275°F при атмосферном давлении. В одной группе вариантов осуществления жидкие носители имеют точку кипения, составляющую по меньшей мере 125°C при атмосферном давлении. В другой группе вариантов осуществления жидкий носитель имеет температуру воспламенения выше, чем температура плавления мочевины. Неограничивающие примеры жидких носителей включают в себя, не ограничиваясь этим, спирт, диэфир дикарбоновой кислоты, алкилкарбонат, сложный эфир циклического карбоната; а также их смеси. Неограничивающие примеры спирта включают в себя алканол, алкенол, гидроксиалкиларильное соединение, гликоль, гликолевый эфир, сложный эфир гликоля, поли(алкиленгликоль), поли(алкиленгликолевый) эфир, поли(алкиленгликолевый) сложный эфир, сложный эфир гидроксикислоты, а также гидроксиалкильный гетероцикл.
[0060] В некоторых аспектах носитель является жидким носителем. В некоторых аспектах жидкий носитель имеет точку кипения, равную по меньшей мере 125°C при атмосферном давлении. В некоторых аспектах жидкий носитель содержит по меньшей мере один элемент, выбираемый из группы, состоящей из спирта (включая гетероциклические спирты), алифатического аминоспирта, оксикислоты, диэфира дикарбоновой кислоты, эфирамида дикарбоновой кислоты, алкилкарбоната, сложного эфира циклического карбоната и гликолевого эфира.
[0061] В некоторых аспектах жидкий носитель является спиртом. В некоторых аспектах спирт выбирается из группы, включающей в себя алканол, алкенол, гидроксиалкиларильное соединение, гликоль, гликолевый эфир, сложный эфир гликоля, поли(алкиленгликоль), поли(алкиленгликолевый) эфир, поли(алкиленгликолевый) сложный эфир, сложный эфир гидроксикислоты, а также гидроксиалкильный гетероцикл. В некоторых аспектах носитель содержит гидроксиалкиларильное соединение, как указано, например, в американской патентной заявке №13/968318.
1
6
[0062] В некоторых аспектах жидкий носитель является гликолем. В некоторых аспектах гликоль представляет собой алифатический гликоль C-C. Примеры включают в себя этиленгликоль; пропиленгликоль; 1,4-бутандиол; 1,2-пентандиол; 1,3-гександиол; и т.п. В одном конкретном аспекте носитель содержит этиленгликоль или пропиленгликоль. Дополнительные гликоли указаны, например, в американских патентах №5698003 и №8075659.
[0063] В некоторых аспектах жидкий носитель является алифатическим аминоспиртом. Примеры включают, не ограничиваясь этим, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, моноизопропаноламин, диизопропаноламин, 2-аминоэтанол; 2- или 3-аминопропанол; 1-амино-2-пропанол; 2- или 3-аминобутанол; 2-, 3-, или 4-аминопентанол; 2-, 3-, или 4-амино-2-метилбутанол; 3-аминопропиленгликоль; и т.п. Дополнительные аминоспирты указаны, например, в американских патентных заявках №№2010/0206031, 2011/0113842, 2011/0259068, а также в американском патенте №8048189.
1
6
1
6
[0064] В некоторых аспектах жидкий носитель является гликолевым эфиром. В некоторых аспектах алкильная группа эфира представляет собой алифатическую алкильную группу C-C, такую как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. В некоторых аспектах гликолевый эфир содержит алифатический гликоль C-C, обсуждаемый в настоящем документе, такой как гликолевый эфир этиленгликоля; пропиленгликоль; 1,4-бутандиол; 1,2-пентандиол; 1,3-гександиол; и т.п. В одном конкретном аспекте гликолевый эфир является эфиром этиленгликоля или пропиленгликоля. Дополнительные гликолевые эфиры указаны, например, в международной патентной заявке WO 2008/000196, а также в американской патентной заявке № 13/968324.
[0065] В некоторых вариантах осуществления жидкий носитель представляет собой 1,2-изопропилиденглицерин или ацетонидглицерин:
,
описанный в американской патентной заявке № 2013/0145806.
[0066] В некоторых аспектах жидкий носитель является поли(алкиленгликолем). Поли(алкиленгликоль) может включать в себя мономеры гликоля только одного типа, например поли(этиленгликоль) или поли(пропиленгликоль), или может включать в себя более одного типа гликоля, как, например, сополимер этиленгликоля и пропиленгликоля. Мономер алкиленгликоля может быть любым из тех типов, которые раскрыты в настоящем документе или в публикациях, включенных в настоящий документ посредством ссылки. В некоторых аспектах полимер представляет собой олигомер, содержащий от 2 до 16, от 2 до 10, от 2 до 6, от 2 до 5 или от 2 до 4 мономеров, например, метиловый или бутиловый эфиры ди(этиленгликоля) или три(этиленгликоля); а также метиловый эфир ди(пропиленгликоля). В некоторых аспектах поли(алкиленгликоль) может быть твердым, либо при комнатной температуре, либо в условиях добавления. Дополнительные поли(алкиленгликоли) указаны, например, в международной патентной заявке WO 2008/000196, а также в американской патентной заявке № 13/968324.
1
6
[0067] В некоторых аспектах жидкий носитель является поли(алкиленгликолевым) эфиром. В некоторых аспектах алкильная группа эфира представляет собой алифатическую алкильную группу C-C, такую как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. В некоторых аспектах гликолевый эфир представляет собой дипропиленгликольмонометилэфир, диэтиленгликольмонометилэфир, триэтиленгликольмонометилэфир или диэтиленгликольмонобутилэфир. В некоторых аспектах поли(алкиленгликолевый) эфир может быть твердым, либо при комнатной температуре, либо в условиях добавления. Дополнительные гликолевые эфиры указаны, например, в международной патентной заявке WO 2008/000196, а также в американской патентной заявке № 13/968324.
1
6
[0068] В некоторых аспектах жидкий носитель содержит поли(алкиленгликолевый) сложный эфир. В некоторых аспектах алкильная группа сложного эфира представляет собой алифатическую алкильную группу C-C, такую как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. Поли(алкиленгликолевый) компонент сложного эфира может быть любым из тех типов, которые раскрыты в настоящем документе или в публикациях, включенных в настоящий документ посредством ссылки. В некоторых аспектах поли(алкиленгликолевый) сложный эфир может быть твердым, либо при комнатной температуре, либо в условиях добавления.
1
6
1
6
[0069] В некоторых аспектах жидкий носитель, содержит сложный эфир гидроксикислоты. В некоторых аспектах алкильная группа сложного эфира представляет собой алифатическую алкильную группу C-C, такую как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. В некоторых других аспектах гидроксикислота представляет собой алифатическую гидроксикислоту C-C, такую как гидроксиуксусная или молочная кислота. Дополнительные сложные эфиры гидроксикислоты указаны, например, в американской патентной заявке №2010/0206031.
[0070] В некоторых аспектах жидкий носитель содержит гидроксиалкильный гетероцикл. Примеры включают циклический метиленовый или этиленовый эфир, сформированный из этиленгликоля, пропиленгликоля или любого другого 1,2-, 1,3-, или 1,4-диол-содержащего гликоля, описанного в настоящем документе или в публикациях, включенных в настоящий документ посредством ссылки. Другие примеры включают в себя 5-, 6-, и 7-членные циклические эфиры с гидроксиметильным или гидроксиэтильным заместителем, такие как (тетрагидро-2H-пиран-4-ил)метанол. Дополнительные гидроксиалкильные гетероциклы указаны, например, в американской патентной заявке №2010/0206031.
1
6
1
6
[0071] В некоторых аспектах жидкий носитель является диэфиром дикарбоновой кислоты. В некоторых аспектах алкильные группы диэфира, которые могут быть одинаковыми или различающимися, представляют собой алифатические алкильные группы C-C, такие как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. Группы карбоновой кислоты могут быть заместителями алифатической или алкиленовой группы C-C, такими как, например, малоновая, 2-метилмалоновая, янтарная, малеиновая или винная кислота. Дополнительные диэфиры дикарбоновых кислот указаны, например, в американской патентной заявке №2001/0233474, а также в международной патентной заявке WO 2010/072184.
1
6
[0072] В некоторых аспектах жидкий носитель является смешанным эфирамидом дикарбоновой кислоты. В некоторых аспектах алкильные группы сложного эфира представляют собой описанные выше группы. В некоторых аспектах группа амида является незамещенным или замещенным амином. Заместители аминогруппы, которые могут быть одинаковыми или различающимися, представляют собой алифатические алкильные группы C-C, такие как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. Примеры смешанных эфирамидов дикарбоновых кислот включают в себя метил-5-(диметиламино)-2-метил-5-оксопентаноат (Chemical Abstracts No. 1174627-68-9):
как указано, например, в американской патентной заявке № 2011/0166025.
1
6
[0073] В некоторых аспектах жидкий носитель является алкилкарбонатом. В некоторых аспектах алкильные группы карбоната представляют собой алифатические алкильные группы C-C, такие как метил, этил, бутил, изопропил или трет-бутил. Эти две алкильные группы могут быть одинаковыми или отличающимися (например, метилэтилкарбонат). В некоторых аспектах алкилкарбонат является лактатом, таким как (S)-этиллактат или пропиленкарбонат, такой как раскрытый в американской патентной заявке № 2011/0233474).
[0074] В некоторых аспектах жидкий носитель является сложным эфиром циклического карбоната. Примеры включают в себя циклический карбонат, сформированный из этиленгликоля, пропиленгликоля или любого другого 1,2-, 1,3-, или 1,4-диол-содержащего гликоля, описанного в настоящем документе или в публикациях, включенных в настоящий документ посредством ссылки. Дополнительные сложные эфиры циклического карбоната указаны, например, в американской патентной заявке № 2001/0233474. Другие примеры подходящих жидких составов (тио)фосфорных триамидов могут быть найдены в международной патентной заявке WO 97/22568, которая упоминается во всей ее полноте.
[0075] В некоторых аспектах жидкий носитель представляет собой апротонный растворитель, такой как сульфон, например диметилсульфоксид (DMSO).
[0076] В других вариантах осуществления жидкий носитель, используемый с композицией стабилизатора азота, представляет собой NMP. В некоторых вариантах осуществления композиция стабилизатора азота включает в себя носитель, отличающийся от N-метил-2-пирролидинона (NMP). В других вариантах осуществления жидкий носитель, используемый с композицией стабилизатора азота, включает в себя NMP.
[0077] В одной группе вариантов осуществления количество используемого жидкого носителя является минимальным количеством для растворения данного количества используемого стабилизатора азота. Например, если стабилизатор азота является ингибитором уреазы, концентрация ингибитора уреазы может быть больше чем приблизительно 56 мас.% по общей массе композиции. В другом варианте осуществления концентрация ингибитора уреазы может составлять приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 или 55 мас.% по общей массе композиции стабилизатора азота.
[0078] Если стабилизатор азота является ингибитором нитрификации, концентрация ингибитора нитрификации может составлять приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 или 55 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота. Может составлять приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 или приблизительно 99 мас.% по общей массе композиции стабилизатора азота.
[0079] В одном варианте осуществления, если жидкий носитель содержит NMP, NMP содержится в концентрации от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 30 мас.%, а пропиленгликоль содержится в концентрации от приблизительно 40 мас.% до приблизительно 70 мас.% по общей массе композиции ингибитора. В другом варианте осуществления концентрация ингибитора уреазы в композиции мочевины и стабилизатора азота составляет более чем 0,1 мас.%, а количество NMP составляет менее чем 0,1 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота.
Твердые носители
[0080] В некоторых аспектах носитель является твердым носителем. Твердый носитель может принимать одну из нескольких твердых форм, включая, но не ограничиваясь этим, частицы, порошки, гранулы, компакты и т.п., а также их комбинации. Плотность (включая истинную плотность, абсолютную плотность, кажущуюся плотность, относительную плотность и объемную плотность), доля твердого вещества, пористость и удельный объем этих материалов могут изменяться в зависимости от желаемых реологических свойств в комбинации со стабилизатором азота. Неограничивающие примеры твердых носителей включают в себя диатомит, ионные соли (включая, но не ограничиваясь этим, неорганические соли или органические соли, включая, но не ограничиваясь этим, соли аммония); карбамидно-формальдегидный полимер (UFP), твердую мочевину, зерновую муку, глину или элементарную серу.
[0081] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой ингибитор уреазы, если он присутствует, имеет чистоту больше чем 80%, или больше чем 81%, или больше чем 82%, или больше чем 83%, или больше чем 84%, или больше чем 85%, или больше чем 86%, или больше чем 87%, или больше чем 88%, или больше чем 89%, или больше чем 90%, или больше чем 91%, или больше чем 92%, или больше чем 93%, или больше чем 94%, или больше чем 95%, или больше чем 96%, или больше чем 97%, или больше чем 98%, или больше чем 99%.
[0082] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой ингибитор уреазы, если он присутствует, имеет чистоту больше чем 95,1%, или больше чем 95,2%, или больше чем 95,3%, или больше чем 95,4%, или больше чем 95,5%, или больше чем 95,6%, или больше чем 95,7%, или больше чем 95,8%, или больше чем 95,9%, или больше чем 96,1%, или больше чем 96,2%, или больше чем 96,3%, или больше чем 96,4%, или больше чем 96,5%, или больше чем 96,6%, или больше чем 96,7%, или больше чем 96,8%, или больше чем 96,9%, или больше чем 97,1%, или больше чем 97,2%, или больше чем 97,3%, или больше чем 97,4%, или больше чем 97,5%, или больше чем 97,6%, или больше чем 97,7%, или больше чем 97,8%, или больше чем 97,9%, или больше чем 98,1%, или больше чем 98,2%, или больше чем 98,3%, или больше чем 98,4%, или больше чем 98,5%, или больше чем 98,6%, или больше чем 98,7%, или больше чем 98,8%, или больше чем 98,9%, или больше чем 99,1%, или больше чем 99,2%, или больше чем 99,3%, или больше чем 99,4%, или больше чем 99,5%, или больше чем 99,6%, или больше чем 99,7%, или больше чем 99,8%, или больше чем 99,9%.
Другие компоненты
[0083] В другой группе вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, которая включает в себя другие компоненты, включая, но не ограничиваясь этим: кондиционер, антислеживающее средство, отвердитель, средство управления значением pH, краситель; а также их комбинации.
[0084] Примеры кондиционера включают в себя, не ограничиваясь этим, минеральное масло и т.п. В некоторых вариантах осуществления кондиционер добавляется к композиции мочевины и стабилизатора азота после того, как она затвердеет в гранулы, кусочки и т.д. В одном варианте осуществления кондиционер комбинируется с композицией мочевины и стабилизатора азота в отношении приблизительно 3:1 композиции мочевины и стабилизатора азота к кондиционеру.
[0085] В некоторых аспектах кислотное соединение может быть включено в качестве средства управления значением pH, поддерживающего или регулирующего значение pH расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота. Иллюстративные кислоты могут включать в себя, не ограничиваясь этим, неорганические кислоты, такие как соляная кислота, серная кислота, азотная кислота, фосфорная кислота; уксусную кислоту или любые их комбинации.
[0086] В некоторых аспектах основное соединение может быть включено в качестве средства управления значением pH, поддерживающего или регулирующего значение pH расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота. Иллюстративные основные соединения для регулировки значения pH могут включать в себя, не ограничиваясь этим, аммиак, амины, например, первичные, вторичные, и третичные амины и полиамины, гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH) или их комбинации.
[0087] В некоторых аспектах может быть включено другое средство управления значением pH или средство буферизации для того, чтобы поддерживать или регулировать значение pH расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота. Иллюстративные средства буферизации могут включать в себя, не ограничиваясь этим, триэтаноламин, борат натрия, бикарбонат калия, карбонат натрия, карбонат калия или любую их комбинацию.
[0088] Примеры антислеживающего средства включают в себя, не ограничиваясь этим, известь, гипс, диоксид кремния, каолинит или ПВА в количестве от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 95 мас.%, в дополнение к смеси активного вещества.
[0089] Как отмечено в настоящем документе, обычно к расплавленной мочевине добавляется UF 85, чтобы увеличить ее твердость. Соответственно, количество UF 85 и (свободного формальдегида) составляет до приблизительно 0,3 мас.%, до приблизительно 0,4 мас.%, до приблизительно 0,5 мас.% по общей массе композиции ингибитора нитрификации мочевины.
[0090] Пигменты или красители могут иметь любой доступный цвет, который обычно считается неопасным. В некоторых вариантах осуществления краситель присутствует в количестве меньше чем приблизительно 1 мас.%, меньше чем приблизительно 2 мас.% или меньше чем приблизительно 3 мас.% по массе композиции мочевины и стабилизатора азота.
[0091] Дополнительные компоненты могут быть добавлены к расплавленной мочевине без носителя, или с твердым или жидким носителем в качестве композиции стабилизатора азота. Дополнительные компоненты могут быть смешаны с композицией стабилизатора азота и добавлены к расплавленной мочевине одновременно, или они могут быть отдельно добавлены до, во время или после добавления композиции стабилизатора азота.
[0092] Содержание дополнительных компонентов может составлять от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 99 мас.% по массе композиции. Например, количество дополнительных компонентов в композиции может составлять приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 или приблизительно 99 мас.% по полной массе композиции гранулированного удобрения.
Процессы для получения композиции
Включение композиций стабилизатора азота в расплав мочевины
[0093] По меньшей мере в одном конкретном варианте осуществления настоящее изобретение формулирует способ производства описанной в настоящем документе расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащий стадию: контактирования расплавленной мочевины с композицией стабилизатора азота.
[0094] По меньшей мере в одном другом конкретном варианте осуществления настоящее изобретение формулирует способ производства описанной в настоящем документе гранулированной композиции, содержащий стадии:
контактирования расплавленной мочевины с композицией стабилизатора азота; и
формирование расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота в гранулы.
[0095] Например, стабилизатор азота может быть включен путем смешивания твердого стабилизатора азота, диспергированного на твердом носителе, или концентрированного раствора стабилизатора азота, который не состоит полностью из NMP (или, в более общем смысле, амидных растворителей), непосредственно с расплавленной мочевиной. Это обеспечивает простой, удобный и эффективный способ производства гранулированных композиций.
[0096] В некоторых аспектах настоящего изобретения ингибитор уреазы, такой как NBPT, включается в расплавленную композицию мочевины и стабилизатора азота путем смешивания твердой формы стабилизатора азота непосредственно без носителя или концентрированной смеси ингибитора уреазы с носителем по настоящему изобретению («композиции ингибитора уреазы») непосредственно с расплавленной мочевиной при температуре от приблизительно 266°F до приблизительно 275°F перед грануляцией или приллированием мочевины в обычном производстве мочевины. В некоторых аспектах во время этой стадии смешивания используется достаточное смешивание для того, чтобы гарантировать, что композиция ингибитора уреазы однородно распределится по всей расплавленной мочевине до того, как расплав охладится и затвердеет на последующей стадии грануляции.
[0097] Концентрированная композиция ингибитора уреазы, используемая при производстве расплавленной композиции мочевины и ингибитора уреазы по настоящему изобретению, может содержать приблизительно от 20 мас.% до 80 мас.% ингибитора уреазы, и в некоторых аспектах приблизительно от 50 мас.% до 75 мас.% ингибитора уреазы. Концентрированная композиция ингибитора уреазы по настоящему изобретению может быть приготовлена путем растворения ингибитора уреазы, как иллюстрировано в Примере 1; путем диспергирования ингибитора уреазы на твердом носителе, как иллюстрировано в Примерах 2 или 3; или путем включения носителя в систему производства ингибитора уреазы для того, чтобы произвести композицию ингибитора уреазы, вместо того, чтобы извлекать твердый ингибитор уреазы. В некоторых аспектах композиции ингибитора уреазы остаются устойчивыми в течение длительного периода времени при температурах от приблизительно 30°F до приблизительно 120°F. Таким образом, с концентрированными композициями ингибитора уреазы по настоящему изобретению можно работать, используя обычное оборудование для хранения жидких или твердых веществ, транспортировки и добавления. Количество концентрированных композиций ингибитора уреазы, добавляемых к расплавленной мочевине в соответствии с настоящим изобретением, зависит от желаемого содержания ингибитора уреазы в гранулированной композиции, а также от содержания ингибитора уреазы в концентрированном носителе ингибитора уреазы, и может быть легко вычислено специалистом в данной области техники.
[0098] Поскольку ингибитор уреазы используется в чистом виде или в концентрированной форме, только очень ограниченные количества носителя по настоящему изобретению должны быть введены в мочевину вместе с ингибитором уреазы. В одном примере ингибитор уреазы используется в чистом виде. В других примерах, если содержание ингибитора уреазы в концентрированном растворе ингибитора уреазы, используемом для включения ингибитора уреазы в композицию удобрения, составляет 70%, а содержание ингибитора уреазы в получаемой композиции удобрения составляет 0,07%, содержание растворителя в получаемой композиции удобрения составляет самое большее 0,03%. Когда это возможно, используется летучий или нетоксичный носитель, который обеспечивает либо более полное удаление носителя при сушке, либо меньшее воздействие при выпуске носителя в окружающую среду.
[0099] В некоторых аспектах настоящего изобретения, в дополнение к ингибитору уреазы, такому как NBPT, другая добавка, такая как ингибитор нитрификации, также добавляется и смешивается с расплавленной мочевиной перед ее грануляцией. Для введения ингибитора нитрификации в расплавленную мочевину могут использоваться несколько способов. Если он доступен в виде порошка или в гранулированной форме, ингибитор нитрификации может быть введен в поток расплавленной мочевины с использованием обычного устройства для подачи твердых частиц. В некоторых аспектах ингибитор нитрификации может быть растворен в относительно небольшом количестве расплавленной мочевины, например в побочном потоке расплавленной мочевины на заводе по производству мочевины, с тем, чтобы сформировать концентрированный раствор ингибитора нитрификации в расплавленной мочевине, который затем дозируется в основной поток расплавленной мочевины. В некоторых аспектах ингибитор нитрификации может быть включен в концентрированные композиции ингибитора уреазы, описанные в настоящем документе, и введен в расплавленную мочевину вместе с ингибитором уреазы.
[00100] В некоторых аспектах независимо от способа, выбранного для введения ингибитора нитрификации в расплавленную мочевину, должно быть обеспечено достаточное смешивание для того, чтобы облегчить однородное распределение ингибитора нитрификации по всему расплаву мочевины. Однородное распределение как и ингибитора уреазы, так и ингибитора нитрификации в гранулированных композициях удобрения по настоящему изобретению улучшает эффективность этих композиций с точки зрения их способности ускорять рост растения.
[00101] Порядок, в котором ингибитор уреазы и ингибитор нитрификации добавляются к расплавленной мочевине, в некоторых аспектах способов по настоящему изобретению является гибким. Сначала может быть введен ингибитор уреазы или ингибитор нитрификации, либо оба эти компонента могут быть добавлены одновременно. Первоначальное добавление ингибитора нитрификации может обеспечить соответствующее время как для растворения, так и для однородного распределения ингибитора нитрификации в расплавленной мочевине перед стадией грануляции. Удобной точкой для добавления ингибитора нитрификации к расплавленной мочевине на заводе по производству мочевины является точка перед или между стадиями испарения, которые используются для уменьшения содержания воды в расплавленной мочевине. Концентрированный носитель ингибитора уреазы, однако, в некоторых аспектах вводится в расплавленную мочевину непосредственно перед стадией грануляции или приллирования с обеспечением лишь достаточного времени удержания в расплаве для того, чтобы обеспечить распределение ингибитора уреазы в расплаве.
[00102] В некоторых аспектах включение ингибитора нитрификации или дополнительного компонента в расплавленную композицию мочевины и ингибитора уреазы (например, путем добавления к смеси) может ингибировать кристаллизацию мочевины, позволяя обрабатывать смесь при более низких температурах с меньшей вероятностью образования продуктов биурета. Добавление приблизительно 4 мас.%, 5 мас.%, 6 мас.%, 8 мас.%, 10 мас.% или 15 мас.% ингибитора нитрификации, такого как DCD, может обеспечить конечную композицию с превосходными свойствами. См., например, патентный документ DE 19744404.
[00103] В некоторых аспектах время удержания расплава между точкой добавления ингибитора уреазы и стадией грануляции составляет менее 5 мин или даже менее 1 мин. В некоторых других аспектах время удержания составляет всего лишь приблизительно 50, или 40, или 30, или 29, или 28, или 27, или 26, или 25, или 24, или 23, или 22, или 21, или 20, или 19, или 18, или 17, или 16, или 15, или 14, или 13, или 12, или 11, или 10, или 9, или 8, или 7, или 6, или 5, или 4, или 3, или 2, или 1 с. Более длинные времена удержания могут приводить к частичному разложению ингибитора уреазы или ингибитора нитрификации, более высоким концентрациям биурета и/или уменьшенной эффективности композиции удобрения.
[00104] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, которая по существу изготавливается путем контактирования расплавленной мочевины с композицией стабилизатора азота по настоящему изобретению. Таким образом в одном варианте осуществления композиция мочевины и стабилизатора азота является композицией расплавленной мочевины и композиции стабилизатора азота. В другом варианте осуществления расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота охлаждается для того, чтобы сформировать твердую композицию мочевины и стабилизатора азота. В одной группе вариантов осуществления композиция стабилизатора азота является однородной как в расплавленной, так и в твердой композиции мочевины и стабилизатора азота.
[00105] После охлаждения твердая композиция мочевины и стабилизатора азота может принимать множество твердых форм в зависимости от того, как охлаждается расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота. Примеры твердых форм включают, не ограничиваясь этим, гранулы, кусочки, таблетки, лепешки или составные формы. Таким образом в одном варианте осуществления охлаждение может иметь место в устройстве грануляции, в устройстве приллирования, в гранулирующем устройстве, в устройстве компаундирования и т.п. Примеры подходящего устройства грануляции включают в себя, не ограничиваясь этим, устройство грануляции с падающей завесой, устройство агломерационной грануляции, а также барабанное устройство грануляции. В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором устройство грануляции является барабанным устройством грануляции, опционально с барабаном с переменной скоростью вращения. В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором скорость вращения барабана составляет по меньшей мере от приблизительно 40 до приблизительно 60 об/мин.
[00106] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором зародыш грануляции делается из твердой мочевины, твердой формы ингибитора нитрификации, твердой формы ингибитора уреазы или их комбинаций.
[00107] В зависимости от формы твердая композиция мочевины и стабилизатора азота может иметь множество размеров частиц в зависимости от того, как эта композиция охлаждается. В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой большая часть твердой композиции мочевины имеет величину частиц от приблизительно 0,84 до приблизительно 4,76 мм.
[00108] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой сферичность составляет по меньшей мере приблизительно 0,9.
[00109] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает композицию мочевины и стабилизатора азота, в которой прочность на раздавливание составляет по меньшей мере приблизительно 3, по меньшей мере приблизительно 4, по меньшей мере приблизительно 5, по меньшей мере приблизительно 6, по меньшей мере приблизительно 7, по меньшей мере приблизительно 8, по меньшей мере приблизительно 9 фунтов.
[00110] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ производства твердой композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащий: a) формирование расплавленной мочевины; b) добавление упомянутой композиции ингибитора; и c) охлаждение расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота для того, чтобы сформировать упомянутую твердую композицию мочевины и стабилизатора азота.
[00111] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ производства твердой композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащей: a) мочевину; и b) композицию ингибитора, выбираемую из группы, состоящей из композиции ингибитора уреазы и композиции ингибитора нитрификации, а также их комбинаций; в котором по меньшей мере одна композиция ингибитора содержит ингибитор уреазы; в котором количество ингибитора уреазы составляет менее чем 0,2 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота, причем этот способ содержит: a) формирование расплавленной мочевины; b) добавление упомянутой композиции ингибитора уреазы и опционально формирование расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота; и c) охлаждение расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота для того, чтобы сформировать упомянутую твердую композицию мочевины и стабилизатора азота; причем интервал времени от момента добавления композиции ингибитора уреазы до охлаждения расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота составляет менее чем 20 с.
[00112] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ производства твердой композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащей: a) мочевину; и b) композицию ингибитора, выбираемую из группы, состоящей из композиции ингибитора уреазы и композиции ингибитора нитрификации, а также их комбинаций; в котором по меньшей мере одна композиция ингибитора содержит ингибитор уреазы; в котором количество ингибитора уреазы составляет менее чем 0,2 мас.% по общей массе композиции мочевины и стабилизатора азота, причем этот способ содержит: a) формирование расплавленной мочевины; b) добавление упомянутой композиции ингибитора уреазы и опционально формирование расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота; и c) охлаждение расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота для того, чтобы сформировать упомянутую твердую композицию мочевины и стабилизатора азота; причем деградация ингибитора уреазы составляет менее чем приблизительно 1 мас.% по первоначальной массе ингибитора уреазы перед добавлением.
[00113] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором композиция ингибитора дополнительно смешивается с расплавленной мочевиной после добавления с помощью способа, выбираемого из группы, состоящей из прямоточного смешивания, спироперемешивания или их комбинаций.
[00114] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором композиция ингибитора добавляется с объемной скоростью потока от приблизительно 10 фунт/час до приблизительно 2200 фунт/час.
[00115] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором композиция ингибитора уреазы имеет температуру от приблизительно 90°F до 100°F перед ее добавлением к упомянутой расплавленной мочевине.
[00116] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором внутренняя температура в охлаждающем устройстве составляет по меньшей мере от приблизительно 95°C, до приблизительно 100°C, до приблизительно 105°C, до приблизительно 110°C, до приблизительно 115°C, до приблизительно 120°C, до приблизительно 125°C, до приблизительно 130°C, до приблизительно 135°C, до приблизительно 140°C, до приблизительно 145°C, до приблизительно 150°C, до приблизительно 155°C, до приблизительно 160°C, до приблизительно 165°C, до приблизительно 170°C, до приблизительно 175°C, до приблизительно 185°C, до приблизительно 190°C, до приблизительно 200°C, до приблизительно 105°C, до приблизительно 210°C, до менее чем приблизительно 215°C.
[00117] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором относительная влажность в упомянутом охлаждающем устройстве составляет приблизительно от 40 до 95%.
[00118] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором упомянутый другой компонент добавляется к твердой композиции мочевины и стабилизатора азота путем покрытия после охлаждения композиции мочевины и стабилизатора азота.
[00119] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором процесс является периодическим процессом.
[00120] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ, в котором процесс является непрерывным процессом.
[00121] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает способ улучшения роста растений путем нанесения на почву твердой композиции мочевины и стабилизатора азота по настоящему изобретению.
[00122] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему для смешивания композиции ингибитора, выбираемой из группы, состоящей из композиции ингибитора уреазы и композиции ингибитора нитрификации, а также их комбинаций, с расплавленной мочевиной, причем эта система содержит блок синтеза мочевины, блок испарения воды, расположенный в технологической схеме после упомянутого блока синтеза мочевины, по меньшей мере одно подающее устройство для подачи упомянутой композиции ингибитора по меньшей мере в один смеситель, в котором смешиваются расплавленная мочевина и композиция ингибитора.
[00123] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему для производства твердой композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащей: a) мочевину; и b) композицию ингибитора, выбираемую из группы, состоящей из композиции ингибитора уреазы и композиции ингибитора нитрификации, а также их комбинаций; причем эта система содержит блок синтеза мочевины, блок испарения воды, устройство подачи композиции ингибитора, смеситель для смешивания расплавленной мочевины и упомянутой композиции ингибитора; а также охлаждающее устройство, в которое подается и в котором охлаждается расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота и формируется упомянутая твердая композиция мочевины и стабилизатора азота.
[00124] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему для производства твердой композиции мочевины и стабилизатора азота, содержащей: a) мочевину; и b) композицию ингибитора, выбираемую из группы, состоящей из композиции ингибитора уреазы и композиции ингибитора нитрификации, а также их комбинаций; причем эта система содержит: 1) блок синтеза мочевины для обеспечения расплавленной мочевины, 2) блок испарения воды, 3) устройство подачи композиции ингибитора для добавления композиции ингибитора в мочевину, 4) по меньшей мере один смеситель, выполненный с возможностью получения и смешивания упомянутой расплавленной мочевины и упомянутой композиции ингибитора; и 5) охлаждающее устройство, в которое подается и в котором охлаждается расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота и формируется упомянутая твердая композиция мочевины и стабилизатора азота; отличающийся тем, что по меньшей мере один смеситель располагается между упомянутым блоком синтеза мочевины и охлаждающим устройством.
[00125] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой расстояние между упомянутым смесителем и упомянутым охлаждающим устройством является достаточным для обеспечения равномерного смешивания упомянутого ингибитора и минимизации разложения упомянутого ингибитора.
[00126] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, дополнительно содержащую систему регулирования расхода, соединенную с устройством подачи композиции ингибитора, блоком синтеза мочевины или блоком испарения воды.
[00127] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой упомянутая система регулирования расхода содержит расходомер и насос с переменной скоростью.
[00128] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, дополнительно содержащую a) средство для мониторинга по меньшей мере одного из: a) количества воды в расплавленной мочевине; или b) количества стабилизатора азота в расплавленной мочевине.
[00129] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, содержащую главную линию, соединяющую упомянутый блок испарения воды с упомянутым охлаждающим блоком, причем упомянутая расплавленная мочевина течет через упомянутую главную линию к упомянутому охлаждающему блоку.
[00130] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой упомянутая главная линия соединяет упомянутый блок испарения воды с упомянутым блоком смесителя.
[00131] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, дополнительно содержащую побочную линию, соединяющую упомянутую главную линию с упомянутым блоком смесителя, причем выход из упомянутого блока смесителя соединен с упомянутой главной линией.
[00132] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, которая является непрерывной.
[00133] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, содержащую множество блоков смесителя.
[00134] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой упомянутый смеситель находится на соединении выхода из устройства подачи композиции ингибитора и главной линии или побочной линии.
[00135] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой устройство подачи композиции ингибитора имеет достаточный поток для того, чтобы смешивать упомянутую композицию ингибитора и упомянутую расплавленную мочевину.
[00136] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой смеситель является отдельным от испарителя.
[00137] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, способную производить по меньшей мере приблизительно 1000 фунтов мочевины в час.
[00138] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой упомянутое охлаждающее устройство и аппаратные средства выполнены с возможностью обеспечения однородной концентрации упомянутой композиции ингибитора и минимизации разложения упомянутой композиции ингибитора.
[00139] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает систему, в которой упомянутое устройство подачи композиции ингибитора содержит резервуар для хранения и насос.
[00140] В одном аспекте настоящее изобретение предлагает смеситель, содержащий: 1) средство для подачи расплавленной мочевины, выполненное с возможностью подачи расплавленной мочевины; 2) по меньшей мере одно средство смешивания, выполненное с возможностью получения упомянутой расплавленной мочевины; 3) средство подачи, выполненное с возможностью добавления композиции стабилизатора азота в средство смешивания; 4) выпускное отверстие для жидкости, соединенное со средством смешивания; через которое может течь жидкость.
[00141] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает смеситель, в котором упомянутое средство смешивания содержит смешивающий резервуар и лопастное рабочее колесо, установленное в корпусе внутри упомянутого резервуара для того, чтобы способствовать потоку жидкости внутри резервуара.
[00142] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает смеситель, в котором упомянутое средство подачи композиции ингибитора располагается в продольном направлении над упомянутым средством смешивания, содержащим смешивающий резервуар и лопастное рабочее колесо, установленное в корпусе внутри упомянутого резервуара для того, чтобы способствовать потоку жидкости внутри резервуара.
[00143] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает смеситель, дополнительно содержащий по меньшей мере одно из 1) средства для управления подачей упомянутой композиции ингибитора; 2) средства для управления подачей упомянутой расплавленной мочевины; 3) средства для управления скоростью упомянутого рабочего колеса, а также смотровое стекло в упомянутом смешивающем резервуаре.
[00144] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает средство подачи упомянутой композиции ингибитора, выполненное с возможностью обеспечения однородной концентрацию добавки во входном потоке мочевины.
[00145] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает средство для управления температурой упомянутой расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота.
[00146] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает устройство подачи композиции, подходящее для подачи твердой композиции, содержащее 1) вход для твердой композиции ингибитора, и 2) средство передачи, выбираемое из a) шнекового средства передачи; b) пневматического средства передачи; а также их комбинаций.
[00147] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает устройство подачи композиции, подходящее для подачи твердой композиции ингибитора, включающее в себя бункер.
[00148] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает устройство, сделанное из коррозионно-стойкого материала. В одном варианте осуществления коррозионно-стойкий материал является нержавеющей сталью или пластмассой.
[00149] По меньшей мере в одном конкретном варианте осуществления настоящее изобретение формулирует гранулированную композицию, подготавливаемую путем формования в гранулы расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота, описанной в любом из различных аспектов в настоящем документе.
[00150] По меньшей мере в одном другом конкретном варианте осуществления настоящее изобретение формулирует композицию удобрения, содержащую гранулированную композицию, описанную в любом из различных аспектов в настоящем документе.
Охлаждение в твердую форму
[00151] В некоторых аспектах после того, как ингибитор уреазы и/или ингибитор нитрификации вводятся в расплав мочевины, расплавленная композиция преобразуется в твердую форму. Примеры твердых форм включают в себя, не ограничиваясь этим, гранулы, кусочки и т.п.
Кусочки
[00152] В одном варианте осуществления твердая форма представляет собой кусочки. Кусочки расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота могут быть произведены с помощью стандартных методик и обеспечивают то преимущество, что кусочки могут быть изготовлены более экономично, чем гранулы.
Гранулы
[00153] В другом варианте осуществления твердая форма представляет собой гранулы. Гранулы расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота могут быть произведены с помощью стандартных методик, таких как грануляция в псевдоожиженном слое, барабанная грануляция, струйная грануляция и т.п. Грануляция обеспечивает преимущества большей величины частиц, более высокой степени сферичности, более высокой прочности на раздавливание и/или прочности при ударе и, следовательно, способности к хранению. В одном варианте осуществления грануляция является барабанной грануляцией. При барабанной грануляции расплавленная композиция мочевины и стабилизатора азота распыляется от вращения перфорированного барабана на лист или рукав для улавливания брызг с тем, чтобы сформировать гранулы. В некоторых вариантах осуществления композиция может выталкиваться из барабана более высоким давлением внутри его резервуара для хранения или питания, улучшая грануляцию за счет понижения температуры по мере того, как сжатые газы расширяются. В некоторых аспектах используемый газ является инертным газом-носителем, таким как азот. В некоторых аспектах область распыления или лист для улавливания брызг могут охлаждаться. См., например, патентный документ GB 1069047.
[00154] В некоторых аспектах для того, чтобы вызвать формирование гранулированной композиции, используются зародыши. Зародышевые материалы не превращаются в жидкость при условиях и за время процесса грануляции. Они могут иметь размер вплоть до приблизительно 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400 или 500 мкм. В некоторых аспектах зародышевый материал может быть материалом, подходящим для использования в качестве твердого носителя по настоящему изобретению, таким как глины, неорганические соли, древесная пыль, мочевина; или твердой формой стабилизатора азота. В некоторых аспектах зародышеобразующий материал является более мелкой формой гранулированной композиции мочевины и стабилизатора азота и т.п.
[00155] В некоторых аспектах автоматически регулируемый насос (например, автоматически регулируемый центробежный насос) используются для того, чтобы управлять подачей расплавленной композиции или ее концентрированного раствора к гранулятору с тем, чтобы уменьшить время пребывания в трубах, передающих смесь. В некоторых случаях такой насос устанавливается между испарителем для раствора для мочевины (или расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота) и самим гранулятором. В некоторых случаях такой насос устанавливается очень близко или непосредственно присоединяется к самому гранулятору. См., например, американский патент №7753985.
[00156] В некоторых аспектах гранулятор может включать в себя блок скруббера для улавливания пыли от процесса грануляции перед его выходом. В некоторых аспектах гранулятор может включать в себя блок рециркуляции для захвата неиспользованных реагентов (или побочных продуктов) для их повторного использования или преобразования в повторно используемые продукты. В некоторых аспектах блоки скруббера или рециркуляции могут включать в себя обработку водой и охлаждающим газом перед обработкой коллектором тумана. См., например, американские патенты №7682425 и №8080687.
[00157] В некоторых аспектах процесс очистки или рециркуляции может включать в себя кислотную обработку для улавливания аммиака и щелочных примесей. См., например, американскую патентную заявку № 2011/0229394. В некоторых аспектах процесс может включать в себя обработку окислителем, таким как гипохлорит, для разложения побочных продуктов до более удобных отходов производства. См., например, американскую патентную заявку № 2011/0280779. В некоторых аспектах процесс может включать в себя обработку восстановителем для разложения побочных продуктов, таких как оксиды азота. См., например, американский патент № 8147784.
[00158] В некоторых аспектах гранулы, выходящие из устройства грануляции, калибруются. Частицы, имеющие недостаточный размер, охлаждаются и перерабатываются, в то время как частицы, имеющие слишком большой размер, охлаждаются, перемалываются, а затем возвращаются в устройство формирования гранул. В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения гранулы, которые проходят через сито Tyler Series с размером ячейки 4 меш (приблизительно 4,76 мм) и остаются на сите Tyler Series с размером ячейки 20 меш (приблизительно 0,84 мм), собираются в качестве продукта.
[00159] В других конкретных вариантах осуществления гранулы с размером от приблизительно 2,0 до 4,0 мм собираются в качестве продукта за счет подбора подходящих сит. В других конкретных вариантах осуществления производятся гранулы или кусочки с диаметром от приблизительно 0,9 мм до 2,2 мм, от приблизительно 0,7 мм до 1,2 мм, от приблизительно 1,0 мм до 3,0, от приблизительно 1,0 мм до 2,5 мм, от приблизительно 2,0 мм до 5,0 мм, от приблизительно 3,0 мм до 5,0 мм, от приблизительно 3,0 мм до 4,0 мм, от приблизительно 5,0 мм до 10,0 мм; от приблизительно 6,0 мм до 12,0 мм; и т.п.
[00160] В некоторых аспектах гранулы, произведенные с помощью устройства грануляции, покрываются, оболочкой до или после калибровки. В некоторых аспектах это покрытие может быть инертным материалом, предназначенным для задержки или управления высвобождением активных ингредиентов гранулы. В некоторых других аспектах это покрытие само по себе является удобрением. В некоторых других аспектах это покрытие включает в себя множество слоев, некоторые из которых могут быть инертными.
[00161] Дополнительные возможные вариации, которые могут использоваться в некоторых аспектах или вариантах осуществления композиции и процесса производства композиции, формулируются, например, в американских патентах № 7753985; № 6176630; № 6627680; № 6203730 и № 4943308.
Формирование лепешек
[00162] В другом варианте осуществления твердая форма представляет собой лепешки, получаемые с использованием, например, гранулятора Rotoform с металлокордным брекером. Преимущества этого процесса заключаются в том, что продукт является твердым и однородным, а охлаждающее устройство является простым и требует меньшей мощности и меньшего обслуживания. Однако твердая форма мочевины является несферической, и производительность может быть ограничена, например, величиной приблизительно 300 т/день.
[00163] Скорость инжектирования составляла 1,4 кг NBPT на метрическую тонну мочевины, что соответствует примерно 5,21 л раствора NBPT/NMP на метрическую тонну мочевины. Расплавленные продукты, хранящиеся при температуре 4°C в запечатанных мешках до использования в расплаве мочевины, давали более однородный продукт с более высокой стабильностью, чем покрытые гранулы мочевины. NBPT, включенный в расплав мочевины, был более устойчивым в диапазоне условий хранения и давал более однородный продукт, чем покрытые гранулы мочевины. Период полураспада NBPT составляет приблизительно шесть месяцев для мочевины с поверхностной обработкой и более одного года, если NBPT вводится в расплавленную мочевину перед грануляцией. Другие исследователи нашли более короткие периоды полураспада (Kincheloe, 1997b), в зависимости от условий, в частности от температуры.
[00164] Варианты осуществления настоящего изобретения также предлагают дополнительные стадии охлаждения и просеивания.
Система и аппараты
[00165] Варианты осуществления настоящего изобретения также предлагают системы и аппараты для изготовления композиции мочевины и ингибитора по настоящему изобретению. Стандартная процедура для формирования твердой мочевины включает в себя синтез мочевины, добавление UF85 к полученной расплавленной мочевине для увеличения твердости конечного продукта твердой мочевины; испарение избыточной воды из композиции расплавленной мочевины; а также охлаждение расплавленной мочевины в твердую форму, которая может представлять собой гранулы, таблетки, кусочки, лепешки, или другую форму в зависимости от процесса, используемого для охлаждения расплавленной мочевины. Поскольку самая твердая мочевина не содержит добавок, кроме UF85, системы и аппараты, которые являются подходящими для добавления других материалов, не являются коммерчески доступными. В дополнение к этому, поскольку самая твердая мочевина не содержит добавок, существует потребность в системах и аппаратах, которые ограничивали бы время простоя технологического оборудования для производства мочевины при изготовлении таких форм мочевины. Также, поскольку некоторые из этих материалов, такие как NBPT и DCD, могут быть сложными в обработке, существует потребность в возможности добавления этих материалов без значительного увеличения времени, в течение которого мочевина находится в расплавленном состоянии, и которое увеличивает содержание биурета.
[00166] В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает смеситель, который используется для смешивания расплавленной мочевины и композиции ингибитора по настоящему изобретению. В одном варианте осуществления смеситель содержит: 1) средство для подачи расплавленной мочевины, выполненное с возможностью подачи расплавленной мочевины; 2) по меньшей мере одно средство смешивания, выполненное с возможностью получения упомянутой расплавленной мочевины; 3) средство подачи, выполненное с возможностью добавления композиции стабилизатора азота в средство смешивания; 4) выпускное отверстие для жидкости, соединенное со средством смешивания; через которое может течь жидкость.
Смешивание
Инжекторы и перемешивающие устройства
[00167] В одной группе вариантов осуществления упомянутое средство смешивания представляет собой смеситель с перемешивающим устройством. В одном варианте осуществления перемешивающее устройство является лопастным колесом, установленным в корпусе внутри упомянутого смесителя, которое способствует потоку жидкости внутри смесителя.
[00168] Размер смесителя является пропорциональным скорости производства расплавленной мочевины и времени смешивания, требуемого для добавляемого ингибитора. В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает смеситель, который имеет объем приблизительно от 10 до 10000 галлонов. В одном примере, в котором расплавленная мочевина производится со скоростью по меньшей мере 1000 фунт/час, а ингибитором является DCD, смеситель может иметь объем от приблизительно 50 и до приблизительно 60, до приблизительно 70, до приблизительно 80, до приблизительно 90, до приблизительно 100 галлонов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения смеситель делается из некорродирующего материала, такого как нержавеющая сталь. Смеситель может опционально иметь закругленное или воронкообразное дно, которое способствует потоку жидкости по меньшей мере к одному выходу в дне смесителя. Смеситель опционально может иметь смотровое стекло, которое обеспечивает средство для наблюдения за смешиванием расплавленной мочевины и композиции ингибитора. Может использоваться смотровое стекло любого размера, подходящее для наблюдения за смешиванием композиции. Смеситель может опционально включать в себя средство управления температурой композиции. В одной группе вариантов осуществления смеситель снабжен рубашкой, в которую может подаваться вода или пар определенной температуры для управления температурой.
[00169] Лопастное колесо может быть сделано из любого подходящего материала. В одной группе вариантов осуществления лопастное колесо делается из материала, устойчивого к коррозии, включая, но не ограничиваясь этим, пластмассу или нержавеющую сталь. В одном варианте осуществления этот материал представляет собой пластмассу. В одном варианте осуществления этот материал представляет собой нержавеющую сталь. Размер лопастного колеса может зависеть от размера используемого смесителя. Например, для смесителя емкостью приблизительно 80 галлонов достаточным является лопастное колесо с валом размером приблизительно 1,5 дюйма на 52 дюйма и с диаметром лопастного колеса 10,5 дюйма. Лопастное колесо может приводиться в действие любым подходящим двигателем. Неограничивающие примеры двигателя, который может использоваться, включают в себя стандартный двигатель мощностью 1 л.с.
[00170] В другой группе вариантов осуществления смеситель может быть золотником впрыска химических реагентов, который устанавливается внутри трубы, подающей расплавленную мочевину.
[00171] В одной группе вариантов осуществления смеситель имеет средство подачи композиции ингибитора. Это средство подачи может подавать либо твердую композицию ингибитора, либо жидкую композицию ингибитора.
[00172] Для жидких композиций ингибитора средство подачи композиции ингибитора содержит резервуар для хранения, подходящий для содержания жидкой композиции; трубу, через которую жидкость может вытекать из резервуара для хранения жидкости к смесителю; а также насос, соединенный с линией. В некоторых вариантах осуществления устройство подачи жидкого ингибитора может опционально включать в себя один или более фильтров, соединенных с линией таким образом, чтобы жидкая композиция ингибитора текла через фильтр. В некоторых вариантах осуществления устройство подачи жидкого ингибитора может опционально включать в себя один или более дренажей, соединенных с линией таким образом, чтобы жидкость и/или газ под давлением могли быть выпущены из линии.
[00173] Размер трубы не особенно важен и может изменяться в зависимости от желаемой объемной скорости потока жидкой композиции ингибитора. В некоторых вариантах осуществления труба имеет диаметр приблизительно 1/8 дюйма, 1/4 дюйма, 3/8 дюйма, 1/2 дюйма, 5/8 дюйма, 3/4 дюйма, 1 дюйм, 1 и 1/8 дюйма, 1 и 1/4 дюйма, 1 и 3/8 дюйма, 1 и 1/2 дюйма, 1 и 5/8 дюйма, 1 и 3/4 дюйма, 1 и 7/8 дюйма, 1 и 2 дюйма. Труба может быть сделана из любого материала, подходящего для передачи жидкой композиции ингибитора. В одной группе вариантов осуществления материал трубы представляет собой некорродирующий материал, такой как пластмасса или нержавеющая сталь. В некоторых вариантах осуществления труба способна работать под давлением, меньшим или равным одной атмосфере. В некоторых вариантах осуществления труба способна работать под давлением свыше одной атмосферы. В некоторых вариантах осуществления труба способна работать под давлением вплоть до 135 фунтов на кв.дюйм включительно. В некоторых вариантах осуществления питающее устройство опционально включает в себя один или более клапанов или дренажей для уменьшения давления или выпуска жидкости из трубы.
[00174] В некоторых вариантах осуществления резервуар для хранения может опционально включать в себя средство перемешивания, которое включает в себя, не ограничиваясь этим, приводимое в движение двигателем лопастное колесо.
[00175] В то время как ориентация упомянутого средства подачи не является особенно важной, в одном варианте осуществления средство подачи композиции ингибитора устанавливается в негоризонтальном продольном направлении выше средней линии упомянутого смесителя, что может быть полезным, если какой-либо напор создается в смесителе во время смешивания. Средство смешивания содержит смешивающий резервуар и лопастное рабочее колесо, установленное в корпусе внутри упомянутого резервуара для того, чтобы способствовать потоку жидкости внутри резервуара.
[00176] В одной группе вариантов осуществления средство для управления подачей упомянутой композиции ингибитора может представлять собой клапан, таким как золотниковый клапан; насос с переменной скоростью, а также их комбинация и т.п.
[00177] В другой группе вариантов осуществления средство для управления скоростью упомянутого лопастного колеса может представлять собой двигатель с переменной скоростью.
[00178] В другой группе вариантов осуществления устройство отличается тем, что, упомянутое средство подачи упомянутой композиции ингибитора выполнено с возможностью обеспечения однородной концентрации добавки во входных потоках мочевины.
[00179] Фиг.1 представляет собой блок-схему одного иллюстративного варианта осуществления способа формирования композиции мочевины и стабилизатора азота. В блоке 1 формируется расплавленная мочевина. В блоке 2 расплавленная мочевина выпаривается. В блоке 3 расплавленная мочевина и композиция стабилизатора азота смешиваются вместе, чтобы сформировать композицию мочевины и стабилизатора азота. В блоке 4 композиция мочевины и стабилизатора азота охлаждается, чтобы сформировать твердую композицию мочевины и стабилизатора азота. В блоке 5 полученный продукт композиции мочевины и стабилизатора азота просеивается для получения подходящего размера. В блоке 6, если полученный продукт композиции мочевины и стабилизатора азота является слишком крупным или слишком мелким, он возвращается обратно либо напрямую (когда он слишком мелкий), либо после предварительного дробления слишком крупного продукта.
[00180] Фиг.2 представляет собой блок-схему одного иллюстративного варианта осуществления формирования композиции мочевины и стабилизатора азота. В блоке 1 расплавленная мочевина синтезируется. В блоке 2 добавляется отвердитель UF85. В блоке 3 вода испаряется из расплавленной мочевины. В блоке 4 твердый ингибитор нитрификации DCD с твердым носителем или без него смешивается вместе с расплавленной мочевиной для того, чтобы сформировать композицию мочевины и стабилизатора азота. В блоке 5 смесь жидкого ингибитора уреазы (NBPT) и красителя смешивается вместе с расплавленной мочевиной для того, чтобы сформировать композицию мочевины и стабилизатора азота. В блоке 6 композиция мочевины и стабилизатора азота охлаждается в устройстве грануляции.
[00181] Фиг.3A-6 иллюстрируют одну систему для производства композиции по настоящему изобретению. Фиг.3A иллюстрирует устройство для передачи твердой композиции стабилизатора азота для ее подачи в систему синтеза мочевины. В одном варианте осуществления стабилизатор азота подается в виде твердой композиции (т.е. твердый стабилизатор азота с твердым носителем или без него). В одном варианте осуществления устройство подачи твердого стабилизатора азота включает в себя устройство 2 разгрузки мешков; бункерную емкость, которая опционально включает в себя грохот и/или дробилку 3; дополнительную емкость 5 для хранения; а также устройство 6 пневматической подачи, соединенное с системой для того, чтобы подавать твердую композицию стабилизатора азота в смеситель для твердых или жидких композиций, показанный на Фиг.5. Устройство разгрузки твердого стабилизатора азота устанавливается таким образом, что мягкий контейнер 1, содержащий твердый стабилизатор азота и/или твердый носитель, подвешивается на раме устройства разгрузки мешков, например, с помощью грузоподъемника. Мягкий контейнер 1, содержащий твердый стабилизатор азота, с твердым носителем или без него, открывается, и его содержимое вытекает из отверстия в мягком контейнере в загрузочную воронку 3. Поток из мягкого контейнера может регулироваться размером отверстия в мягком контейнере. Устройство подачи твердого стабилизатора азота может опционально содержать регулируемый ярус разгрузки с шибером, соединенным с поршневым исполнительным механизмом 4 для регулирования потока. Альтернативно или в дополнение к этому, одновременно может быть активирован пневматический поршень, контактирующий с мягким контейнером (не показан) для того, чтобы облегчить поток твердой композиции стабилизатора азота из мешка. В некоторых вариантах осуществления твердая композиция стабилизатора азота может быть склонна к слеживанию или к комкованию, или может требовать дополнительного перемешивания, так что в некоторых вариантах осуществления это устройство может включать в себя другой промежуточный бункер, в который твердая композиция стабилизатора азота может быть помещена и размята. Этот бункер может быть вставлен перед или после регулируемого яруса разгрузки с шибером 4. Поток твердой композиции стабилизатора азота из системы может регулироваться системой 6 пневматической передачи, которая включает в себя воздушный шлюз 7. Дополнительный блок 5 хранения твердой композиции стабилизатора азота сохраняет твердую композицию стабилизатора азота, когда она не используется. Твердая композиция стабилизатора азота затем направляется в систему передачи твердого стабилизатора азота, показанную на Фиг.3B. Система передачи твердого стабилизатора азота включает в себя по меньшей мере один бункер 8, который соединяется со средством для поддержания потока твердой композиции стабилизатора азота в смеситель, показанный на Фиг.5. Это средство может включать в себя a) приводимый в движение двигателем винтовой конвейер (шнек) 10; подающий лифт 11; промежуточный бункер, оборудованный разгрузочным механизмом 12; другую систему пневматической передачи или их комбинацию, помогающую поддерживать поток твердой композиции стабилизатора азота. Конкретная комбинация используемых средств может зависеть от топографии установки по производству мочевины. В некоторых вариантах осуществления устройство может также включать в себя средство отвода части стабилизатора азота для другого использования 13.
[00182] В другой группе вариантов осуществления композиция стабилизатора азота является жидкой композицией (то есть твердый стабилизатор азота в жидком носителе или жидкий стабилизатор азота). В одном варианте осуществления устройство подачи жидкого стабилизатора азота включает в себя резервуар 14 для хранения или удержания, соединенный с насосом 15. Композиция жидкого стабилизатора азота может быть помещена в резервуар 14 для хранения или удержания заранее перемешанной и растворенной, или устройство может опционально включать в себя средство подачи стабилизатора азота в смеситель, в который добавляется жидкий носитель или другая добавка, такая как краситель. Альтернативно композиция жидкого стабилизатора азота может быть помещена в резервуар 14 для хранения или удержания заранее перемешанной и растворенной, или устройство может опционально включать в себя средство подачи твердой формы стабилизатора азота в смеситель, в который добавляется жидкий носитель. Резервуар для хранения композиции жидкого стабилизатора азота может иметь такой размер, который обеспечивает хранение запаса на заданный период времени, например на 1 (один) день. Жидкий стабилизатор азота может использоваться в чистом виде или может содержать другие твердые или жидкие добавки, такие как краситель. Таким образом в одной группе вариантов осуществления резервуар 14 для хранения или удержания жидкого стабилизатора азота может соединяться с резервуаром 17 для смешивания жидкого стабилизатора азота перед тем, как стабилизатор будет подан в резервуар для смешивания с расплавленной мочевиной. Поток из резервуара для хранения или удержания может регулироваться насосом 15 посредством регулятора расхода. Таким образом, другая композиция, такая как растворитель, краситель или другая добавка и т.п., а также их комбинации, может быть помещена в другой резервуар 16 для хранения или удержания, из которого она подается в стабилизатор азота, находящийся в смесителе 17. В некоторых вариантах осуществления резервуар 17 для смешивания жидкого стабилизатора азота может включать в себя приводимое в движение двигателем перемешивающее устройство 18, которое может включать в себя лопастное колесо на валу, соединенном с двигателем посредством фланца. Как резервуар для хранения или удержания, так и смесители могут быть оборудованы нагревательным элементом, таким как паропровод 19. В некоторых вариантах осуществления устройство может также включать в себя средство отвода части стабилизатора азота для другого использования, фильтры 20 с дренажами 22 или клапанами 21 или без них. В некоторых вариантах осуществления система имеет по меньшей мере одно или более устройств загрузки и передачи стабилизатора азота. В некоторых вариантах осуществления система имеет по меньшей мере два или более устройств загрузки и передачи стабилизатора азота, так что по меньшей мере одно из них может работать, в то время как другое загружается.
[00183] Композиция твердого или жидкого стабилизатора азота затем направляется в смеситель 25, например смеситель, показанный на Фиг.5. В некоторых вариантах осуществления резервуар 25 для смешивания жидкого или твердого стабилизатора азота может включать в себя приводимое в движение двигателем перемешивающее устройство 24, которое может включать в себя лопастное колесо на валу, соединенном с двигателем посредством фланца. Смеситель 25 также питается расплавленной мочевиной.
[00184] В соответствии с настоящим изобретением мочевина подается из находящейся рядом системы 22 синтеза мочевины и вводится в смеситель 25 после блока (блоков) 23 испарителя системы синтеза мочевины. Может использоваться любой подходящий синтезатор мочевины и испаритель. Смеситель может быть установлен так, чтобы он располагался ниже выхода из любого стандартного испарителя мочевины, или мочевина может закачиваться в другое место. Расплавленная мочевина, входящая в смеситель, либо течет вниз под действием силы тяжести, либо может закачиваться в смеситель 25. Количеством расплавленной мочевины, добавляемой в смеситель, управляют в комбинации с расходомером. Смеситель также включает в себя вход (входы) 29 и/или 30, которые могут питаться системами передачи жидкой или твердой композиции стабилизатора азота, изображенными на Фиг. 3A-4. Смеситель может включать в себя рубашку 27, в которую может подаваться пар для того, чтобы поддерживать температуру расплавленной композиции мочевины и стабилизатора азота.
[00185] В некоторых вариантах осуществления синтезированная расплавленная мочевина из устройства синтеза мочевины напрямую подается в смеситель 25. В одной группе вариантов осуществления расплавленная мочевина вводится в смеситель 25 после сепаратора 22 мочевины и системы 23 испарителя воды, которые имеются в типичной установке синтеза мочевины. В некоторых вариантах осуществления устройство может также включать в себя средство отвода части стабилизатора азота для другого использования 32. В некоторых вариантах осуществления система имеет по меньшей мере один смеситель мочевины и стабилизатора азота. В некоторых вариантах осуществления система имеет по меньшей мере два смесителя мочевины и стабилизатора азота, так что по меньшей мере один из них может разгружаться или осуществлять смешивание, в то время как другой загружается или осуществляет смешивание.
[00186] В одной группе вариантов осуществления системы и устройства работают непрерывным образом. Другими словами, система не должна приостанавливаться или заглушаться при удалении нового продукта или при добавлении новых исходных материалов в систему. В другой группе вариантов осуществления системы и устройства могут работать периодически. Другими словами, система приостанавливается или заглушается при удалении нового продукта или при добавлении новых исходных материалов в систему.
[00187] В соответствии с улучшенной системой и процессом по настоящему изобретению расплавленная мочевина обрабатывается стабилизатором азота перед грануляцией. Обработка расплавленной мочевины композицией стабилизатора азота перед грануляцией имеет перед предшествующими системами и способами преимущества, заключающиеся в том, что она обеспечивает более эффективный способ и систему для включения стабилизатора азота в мочевину при использовании малого количества NMP или вообще без NMP. Если используется жидкий носитель, он содержит другой растворитель помимо NMP. Было найдено, что это дает не только более хорошее смешивание и дисперсию стабилизатора азота, но также и более однородное распределение стабилизатора азота в грануле мочевины. В соответствии с настоящим изобретением описывается машинная система, в которой ингибитор уреазы более эффективно и равномерно включается в мочевину, что дает возможность обеспечить равномерное рассеивание стабилизатора азота внутри гранулы мочевины. В частности, было найдено, что композиция ингибитора мочевины лучше всего применяется к расплавленной мочевине путем впрыскивания стабилизатора азота либо последовательно в резервуар расплавленной мочевины, либо непрерывно в поток расплавленной мочевины, которая движется непрерывно через смеситель, с использованием одного или более инжекторов с раздельным управлением характеристиками потока в каждом инжекторе. Течение расплавленной мочевины и/или смешивание расплавленной мочевины, находящейся в резервуаре для удержания/смешивания, осуществляется управляемым образом, что обеспечивает равномерное включение вводимой композиции стабилизатора азота в расплавленную мочевину перед грануляцией. До настоящего времени NBPT применялся в чистом виде, или сначала путем смешивания его с носителем, как описано выше, а затем путем введения этой смеси в композицию расплавленной мочевины. Другое преимущество впрыскивания композиции ингибитора уреазы непосредственно в расплавленную мочевину с использованием жидкого носителя включает как безопасность диспергирования стабилизатора азота в расплавленной мочевине, так и экономию используемых жидких материалов. Таким образом, отсутствует выделение газов благодаря использованию летучего растворителя, когда NBPT используется в чистом виде или с твердым носителем. Выделение газов может достигать 30% в зависимости от количества используемого растворителя, температуры системы и т.п. Это не только улучшает экономику системы, но и дополнительно уменьшает проблемы, связанные с экологией и безопасностью. В одном варианте осуществления машинная система для включения композиции стабилизатора азота непосредственно в расплавленную мочевину использует индивидуальные поршневые насосы, имеющие индивидуально управляемые характеристики потока для каждого инжектора композиции стабилизатора азота (или других компонентов). Это обеспечивает более однородное управление вводимым количеством и правильным химическим соотношением материалов, которые будут включены в гранулы или нанесены на их поверхность. Поскольку стабилизатор азота будет более равномерно распределен внутри гранулы мочевины при включении в расплавленную мочевину перед грануляцией, должно использоваться меньше стабилизатора азота, а также других компонентов, которые помогают предотвратить потерю азота, таких как ингибиторы нитрификации, покрытия с управляемым высвобождением и т.п. Следовательно, настоящее изобретение представляет улучшенный процесс введения и машинную систему для инжектирования твердой или жидкой композиции стабилизатора азота.
[00188] Преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из чертежа, который подробно описывает представленный вариант осуществления.
[00189] Более одного смесителя 25 может использоваться поочередно так, чтобы позволить очистку или ремонт смесителя без необходимости в остановке операции смешивания. Перемешивание в резервуаре может осуществляться с помощью средств двигателя и вала, как показано. Мочевина проходит через смеситель и после равномерного смешивания она подается из смесителя в охлаждающее устройство 28 или 33 с помощью стандартных методик, как показано на Фиг.5 и Фиг.6 соответственно. Материал из смесителя передается при температуре приблизительно 180°F или больше к охлаждающему устройству.
[00190] Другие добавки могут быть добавлены вместе с композицией стабилизатора азота (либо в линию, либо в смеситель). Альтернативно, другие добавки могут быть добавлены к потоку расплавленной мочевины/стабилизатора азота, передаваемому в гранулятор. Кроме того, другие добавки могут быть добавлены к гранулированному удобрению после грануляции с помощью стандартных методик покрытия. Примеры других добавок включают в себя пигментные материалы для окрашивания мочевины с тем, чтобы идентифицировать ее как смешанный материал.
[00191] Материалы могут передаваться по системе с помощью одного или более насосов, таких как поршневой насос. Модуляция количества материалов может осуществляться с помощью расходомера. Скорость подачи может регулироваться во время процесса или предварительно задаваться на расходомере посредством контроллера (не показан), устанавливаемого на предопределенную скорость подачи посредством привода с переменной скоростью. Соответственно, может быть обеспечен постоянный и равномерный поток каждой композиции, передаваемой в системе.
[00192] Количество и расположение насосов очевидно могут различаться в зависимости от компонентов в желаемом конечном материале. Кроме того, как будет очевидно, не все инжекторы необходимо использовать в любой операции. Это будет зависеть от количества и типа компонентов желаемого конечного удобрения.
[00193] В смесителе, показанном на Фиг.6, инжекторный золотник располагается на линии в любом месте перед охлаждающим устройством.
Использование
[00194] Однородная гранулированная композиция удобрения на основе мочевины по настоящему изобретению может использоваться во всех сельскохозяйственных применениях, в которых в настоящее время используется гранулированная мочевина. Эти применения включают в себя очень широкий диапазон разновидностей сельскохозяйственных культур и газонов, систем обработки почвы и способов внесения удобрения. Наиболее эффективно композиция удобрения по настоящему изобретению может быть применена к полевой культуре, такой как кукуруза или пшеница, при единственном поверхностном внесении, которое тем не менее обеспечивает достаточное количество азота для растений в течение всего цикла их роста и созревания. Композиция удобрения по настоящему изобретению способна обеспечивать азотное питательное вещество с большей эффективностью, чем любая ранее известная композиция удобрения. Новая улучшенная композиция увеличивает поглощение азота растениями, улучшает выход урожая и минимизирует потерю как азота аммония, так и нитратного азота из почвы.
[00195] Соотношение, в котором композиция удобрения по настоящему изобретению применяется к почве, может быть идентично соотношению, с которым мочевина в настоящее время используется для данного применения, с ожиданием более высокого выхода урожая в случае композиции по настоящему изобретению. Альтернативно композиция по настоящему изобретению может быть применена к почве с более низким соотношением, чем это имеет место для мочевины, и при этом все еще может обеспечивать сопоставимый выход урожая, но с гораздо более низким потенциалом потери азота в окружающей среде. Интересно проиллюстрировать количества NBPT и DCD, вводимые в почву, когда композиция по настоящему изобретению применяется в качестве удобрения. Например, предполагая, что данная композиция применяется к почве в количестве 100 фунтов на акр, и что она содержит 0,1% NBPT и 1% DCD, можно легко вычислить, что количества вносимых NBPT и DCD составляют 0,1 и 1,0 фунта на акр соответственно.
[00196] Использование двух конкретных добавок, одной для ингибирования катализируемого уреазой гидролиза мочевины, а другой для ингибирования нитрификации аммиака, в композиции удобрения по настоящему изобретению дает возможность приспособить состав композиции так, чтобы он соответствовал потребностям в азоте для данного сценария урожая/почвы/погоды. Например, если условия таковы, что возможность потерь аммиака за счет испарения в атмосферу уменьшается, уровень стабилизатора азота NBPT, включаемого в состав, может быть уменьшен внутри указанного диапазона без изменения уровня ингибитора нитрификации DCD. Относительной устойчивостью композиции удобрения по настоящему изобретению к гидролизу мочевины и окислению аммиака управляют, должным образом выбирая для композиции массовое отношение NBPT к DCD. Это отношение должно превышать значение приблизительно 0,02, должно предпочтительно находиться между значениями приблизительно 0,02 и приблизительно 10,0, и наиболее предпочтительно должно находиться между значениями приблизительно 0,04 и приблизительно 4,0. Однородные композиции удобрения, у которых массовое отношение NBPT к DCD находится около верхнего конца этих диапазонов, будут показывать относительно более высокую устойчивость к гидролизу мочевины, чем к окислению аммония, и наоборот. Это раздельное управление относительной устойчивостью композиции к гидролизу мочевины и окислению аммония является недостижимым с помощью способов предшествующего уровня техники и обеспечивает беспрецедентную гибкость в удовлетворении питательных потребностей различных сельскохозяйственных культур в широком диапазоне почвенных/погодных условий.
[00197] Гранулированная композиция удобрения по настоящему изобретению предлагает ряд преимуществ по сравнению с предшествующим уровнем техники. Прежде всего, прочность на раздавливание и срок годности превышают аналогичные характеристики других известных гранулированных композиций удобрения на основе мочевины. NBPT является менее склонным к разложению в результате гидролиза или других механизмов, когда он включается в гранулу мочевины, а не наносится на ее поверхность. Кроме того, настоящее изобретение предлагает безопасные ингредиенты. Другим преимуществом является снижение издержек, связанных с обработкой NBPT, поскольку не требуется вторая стадия процесса. В дополнение к этому, покрытие зачастую выполняется непосредственно перед использованием, что может ограничить количество мочевины, которое можно покрыть, если установка обработки мочевины не является легкодоступной. Следовательно, гранулированные композиции удобрения по настоящему изобретению способствуют максимальному выходу урожая без проблем с безопасностью и неэффективностью производства.
[00198] Композиции могут быть проанализированы с помощью инфракрасной спектроскопии путем измерения максимального поглощения химических связей, связанных с водой, ингибитором нитрификации и/или стабилизатором азота. Например, для NBPT может отслеживаться максимальное поглощение связи СО.
Комплекты
[00199] В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает комплект, который включает в себя композицию по настоящему изобретению и прибор для испытаний или индикатор для подтверждения физических свойств композиции. Неограничивающие примеры индикаторов включают в себя индикатор прочности на раздавливание, индикатор размера частиц или их комбинацию. Гранулированная мочевина, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, может иметь прочность на раздавливание по меньшей мере от приблизительно 3 до приблизительно 3,1, до приблизительно 3,2, до приблизительно 3,3, до приблизительно 3,4 до приблизительно 3,5, приблизительно 3,6, до приблизительно 3,7, до приблизительно 3,8, до приблизительно 3,9, до приблизительно 4, до приблизительно 4,1, до приблизительно 4,2, до приблизительно 4,3, до приблизительно 4,4 до приблизительно 4,5, до приблизительно 4,6, до приблизительно 4,7, до приблизительно 4,8, до приблизительно 4,9, до приблизительно 5 до приблизительно 3,1, до приблизительно 3,2, до приблизительно 3,3, до приблизительно 3,4 до приблизительно 3,5, до приблизительно 3,6, до приблизительно 3,7, до приблизительно 3,8, до приблизительно 3,9, до приблизительно 4, до приблизительно 4,1, до приблизительно 4,2, до приблизительно 4,3, до приблизительно 4,4, до приблизительно 4,5, до приблизительно 4,6, до приблизительно 4,7, до приблизительно 4,8, до приблизительно 4,9, до приблизительно 5, до приблизительно 5,1, до приблизительно 5,2, до приблизительно 5,3, до приблизительно 5,4, до приблизительно 5,5, до приблизительно 5,6, до приблизительно 5,7, до приблизительно 5,8, до приблизительно 5,9, до приблизительно 6, до приблизительно 6,1, до приблизительно 6,2, до приблизительно 6,3, до приблизительно 6,4, до приблизительно 6,5, до приблизительно 6,6, до приблизительно 6,7, до приблизительно 6,8, до приблизительно 6,9, до приблизительно 7, до приблизительно 7,1, до приблизительно 7,2, до приблизительно 7,3, до приблизительно 7,4, до приблизительно 7,5, до приблизительно 7,6, до приблизительно 7,7, до приблизительно 7,8, до приблизительно 7,9, до приблизительно 8, до приблизительно 8,1, до приблизительно 8,2, до приблизительно 8,3, до приблизительно 8,4, до приблизительно 8,5, до приблизительно 8,6, до приблизительно 8,7, до приблизительно 8,8, до приблизительно 8,9, до приблизительно 9 фунтов. Приллированная мочевина в соответствии с настоящим изобретением может иметь прочность на раздавливание от приблизительно 0,8 до приблизительно 0,9, до приблизительно 1,0, до приблизительно 1,1, до приблизительно 1,2 фунтов/кв.дюйм.
[00200] Гранулированная и приллированная мочевина, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, может иметь значение SGN по меньшей мере от приблизительно 100 до приблизительно 120, до приблизительно 140, до приблизительно 160, до приблизительно 180, до приблизительно 200, до приблизительно 220, до приблизительно 240, до приблизительно 250, до приблизительно 260, до приблизительно 270, до приблизительно 275, до приблизительно 280, до приблизительно 285, до приблизительно 290, до приблизительно 295, до приблизительно 300, до приблизительно 305, до приблизительно 310, до приблизительно 315, до приблизительно 320, до приблизительно 325, до приблизительно 330, до приблизительно 335, до приблизительно 340, до приблизительно 345, до приблизительно 350, до приблизительно 355, до приблизительно 360, до приблизительно 365, до приблизительно 375, до приблизительно 380, до приблизительно 390, до приблизительно 400.
[00201] Следующие примеры приводятся для того, чтобы снабдить специалиста в данной области техники полным раскрытием и описанием того, как выполнить способы и использовать композиции и соединения, раскрытые и заявленные в настоящем документе. Авторами были приложены все усилия для того, чтобы гарантировать точность чисел (например, количества, температуры и т.д.), но некоторые погрешности и отклонения все-таки необходимо учитывать.
ПРИМЕРЫ
Теперь, после описания вариантов осуществления настоящего изобретения в целом, следующие Примеры описывают некоторые дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения. В то время как варианты осуществления настоящего изобретения описываются в совокупности со следующими примерами и соответствующим текстом и чертежами, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются этим описанием. Напротив, намерение авторов состоит в том, чтобы покрыть все альтернативы, модификации и эквиваленты, соответствующие духу и области охвата вариантов осуществления настоящего изобретения.
Примеры 1-82
[00202] Для этих примеров, если DCD добавлялся, твердая композиция DCD, находящаяся в мягком контейнере, переносится к устройству 1 выгрузки твердого стабилизатора азота, где мешки выгружаются в систему хранения/передачи твердого стабилизатора азота, как проиллюстрировано на Фиг.3A и Фиг.3B. Твердая композиция DCD пневматически передается с помощью 6 к блоку 5 хранения твердой композиции стабилизатора азота. Блок 5 хранения твердой композиции стабилизатора азота выпускает твердую композицию DCD через воздушный шлюз 7 твердой композиции стабилизатора азота. Скорость выпуска твердого DCD составляет приблизительно 1,8 фунт/час, но она может изменяться в зависимости от желаемой композиции. Система хранения/передачи твердой композиции стабилизатора азота может иметь такой размер, чтобы содержать запас твердой композиции стабилизатора азота, например, на четыре (4) часа. Буферные бункеры в системе хранения/передачи твердой композиции стабилизатора азота могут иметь такой размер, чтобы обеспечивать, например, работу/хранение в течение тридцати (30) мин.
[00203] Твердая композиция DCD выгружается в дробилку 3 твердой композиции стабилизатора азота, где она перемалывается для удаления комков/агрегатов. Дробилка 3 твердой композиции стабилизатора азота оборудуется грохотом, препятствующим попаданию больших, потенциально могущих нанести повреждения комков в последующие аппараты. Измельченная твердая композиция DCD передается конвейером 9 твердой композиции стабилизатора азота к элеватору 11, который передает твердую композицию DCD к накопительному/буферному бункеру 12 твердой композиции стабилизатора азота. Накопительный/буферный бункер 12 твердой композиции стабилизатора азота обеспечивает приблизительно четырехчасовую потребность в твердой композиции стабилизатора азота при скоростях, описанных в настоящем документе. Композиция DCD затем дозируется конвейером 9 твердой композиции стабилизатора азота в смешивающий резервуар композиции мочевины и стабилизатора азота со скоростью приблизительно 1,8 фунт/час или 816 кг/час. Система 9 передачи твердой композиции стабилизатора азота пневматически передает размолотую твердую композицию DCD в смешивающий резервуар 25 композиции мочевины и твердого стабилизатора азота при температуре приблизительно 80°F или 27°C.
[00204] Часть потока расплавленной мочевины с температурой приблизительно 280°F или 138°C направляется в смешивающий резервуар 25 после того, как она пройдет через последний испаритель для уменьшения содержания в ней влаги до приблизительно 1%. Расплавленная мочевина вводится со скоростью приблизительно 50081 фунт/час или 22764 кг/час, где она смешивается с размолотой твердой композицией стабилизатора азота. Смешивающий резервуар твердой композиции стабилизатора азота может иметь размер, достаточный для конкретного времени удержания, равного, например, одной (1) мин. Смешивающий резервуар композиции мочевины и стабилизатора азота смешивает композицию с помощью перемешивающего устройства в течение приблизительно одной (1) мин, чтобы гарантировать подходящее смешивание при одновременной минимизации потерь композиции стабилизатора азота. Смешивающий резервуар композиции мочевины и твердого стабилизатора азота выгружает композицию мочевины и стабилизатора азота в устройство грануляции.
[00205] 43%-й раствор 98%-ого NBPT в NMP, композиция жидкого стабилизатора азота, закачивается из блока 14 хранения композиции жидкого стабилизатора азота посредством насоса 15 в смешивающий резервуар 17 композиции жидкого стабилизатора азота со скоростью приблизительно 418 фунт/час или 190 кг/час при температуре приблизительно 80°F или 27°C.
[00206] Краситель закачивается из блока 16 хранения дополнительного компонента посредством насоса 15 в смешивающий резервуар 17 композиции жидкого стабилизатора азота со скоростью приблизительно 14,8 или 6/7 кг/час. Композиция жидкого стабилизатора азота, стабилизатор азота и краситель смешиваются в смешивающем резервуаре 17 композиции жидкого стабилизатора азота и дозируются насосом композиции жидкого стабилизатора азота после смешивающего резервуара 15 композиции жидкого стабилизатора азота через фильтр 20 для удаления частиц. Раствор NBPT/красителя вводится в расплавленную мочевину со скоростью 58 фунтов в час (1 фунт NBPT на 1172 фунта мочевины) после того, как расплавленная мочевина пройдет через последний испаритель, и содержание влаги в ней будет составлять приблизительно 1%. В точке, в которой вводится кристаллический NBPT, поток расплавленной мочевины имел температуру приблизительно 275°F (135°C). Получаемый поток NBPT и расплавленной мочевины направляется через трубу, ведущую непосредственно к устройству грануляции в установке по производству мочевины. Хотя время удержания NBPT и расплавленного потока мочевины между точкой, в которой вводится кристаллический NBPT, и устройством грануляции мочевины составляет меньше чем приблизительно 20 с, степень турбулентности в потоке расплавленной композиции мочевины гарантирует полное перемешивание кристаллического NBPT и расплавленной мочевины.
[00207] Составы в соответствии с настоящим изобретением являются следующими:
Пример
Мочевина
NBPT
DCD
Краситель
NMP
HCHO из UF85
H<sub>2</sub>O
1
Остаток
0,2%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
2
Остаток
0,19%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
3
Остаток
0,18%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
4
Остаток
0,17%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
5
Остаток
0,16%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
6
Остаток
0,15%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
7
Остаток
0,14%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
8
Остаток
0,13%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
9
Остаток
0,12%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
10
Остаток
0,11%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
11
Остаток
0,1%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
12
Остаток
0,09%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
13
Остаток
0,08%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
14
Остаток
0,07%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
15
Остаток
0,06%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
16
Остаток
0,05%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
17
Остаток
0,04%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
18
Остаток
0,03%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
19
Остаток
0,02%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
20
Остаток
0,01%
0%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
21
Остаток
0,2%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
22
Остаток
0,19%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
23
Остаток
0,18%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
24
Остаток
0,17%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
25
Остаток
0,16%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
26
Остаток
0,15%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
27
Остаток
0,14%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
28
Остаток
0,13%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
29
Остаток
0,12%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
30
Остаток
0,11%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
31
Остаток
0,1%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
32
Остаток
0,09%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
33
Остаток
0,08%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
34
Остаток
0,07%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
35
Остаток
0,06%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
36
Остаток
0,05%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
37
Остаток
0,04%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
38
Остаток
0,03%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
39
Остаток
0,02%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
40
Остаток
0,01%
0,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
41
Остаток
0,2%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
42
Остаток
0,19%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
43
Остаток
0,18%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
44
Остаток
0,17%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
45
Остаток
0,16%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
46
Остаток
0,15%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
47
Остаток
0,14%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
48
Остаток
0,13%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
49
Остаток
0,12%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
50
Остаток
0,11%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
51
Остаток
0,1%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
52
Остаток
0,09%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
53
Остаток
0,08%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
54
Остаток
0,07%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
55
Остаток
0,06%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
56
Остаток
0,05%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
57
Остаток
0,04%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
58
Остаток
0,03%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
59
Остаток
0,02%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
60
Остаток
0,01%
1%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
61
Остаток
0,2%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
62
Остаток
0,19%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
63
Остаток
0,18%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
64
Остаток
0,17%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
65
Остаток
0,16%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
66
Остаток
0,15%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
67
Остаток
0,14%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
68
Остаток
0,13%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
69
Остаток
0,12%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
70
Остаток
0,11%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
71
Остаток
0,1%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
72
Остаток
0,09%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
73
Остаток
0,08%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
74
Остаток
0,07%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
75
Остаток
0,06%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
76
Остаток
0,05%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
77
Остаток
0,04%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
78
Остаток
0,03%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
79
Остаток
0,02%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
80
Остаток
0,01%
1,5%
<3%
<1%
<0,5
<0,2%
Сравнительный пример 82
[00208] Этот пример иллюстрирует гранулированную композицию мочевины, изготовленную с помощью той же самой процедуры, которая описана выше, за исключением того, что расплавленная мочевина была получена путем повторного плавления гранулированной мочевины, произведенной с использованием того же самого устройства синтеза мочевины.
Сравнительный пример 83
[00209] Этот пример иллюстрирует гранулированную композицию мочевины, изготовленную с помощью той же самой процедуры, которая описана выше, за исключением того, что NBPT с чистотой приблизительно 85 % был введен в расплавленную мочевину.
Пример 84
[00210] Этот пример иллюстрирует гранулированную композицию мочевины, по существу не содержащую растворителя, изготовленную с помощью той же самой процедуры, что и в приведенных выше Примерах 1-82, за исключением того, что твердый NBPT вводится в расплавленную мочевину с помощью той же самой процедуры, что и DCD.
Пример 85
[00211] Этот пример иллюстрирует гранулированную композицию мочевины, изготовленную с помощью той же самой процедуры, что и в приведенных выше Примерах 1-82, за исключением того, что NBPT вводится в расплавленную мочевину с растворителем, отличающимся от NMP, с помощью той же самой процедуры, что и DCD.
Спецификации продукта Примера 85 - содержание биурета, устойчивость при хранении и летучесть аммиака
[00212] Прочность на раздавливание определялась путем подвергания индивидуальных частиц мочевины воздействию известной силы, прикладываемой посредством металлического плунжера. Сила, при которой частица разрушается, бралась в качестве меры прочности. В результате определялась средняя прочность для 20 частиц.
[00213] Содержание воды, HCHO, NBPT и биурета в композиции мочевины анализировалось с помощью ИК-спектроскопии и/или высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC). Все концентрации вычислялись в мкг/мл, если не указано иное. Образцы для высокоэффективной жидкостной хроматографии подготавливались путем отвешивания приблизительно 0,4 г образца в одноразовую стеклянную ампулу или мерную колбу объемом 10-20 мл. Для образцов с высокой концентрацией (> 30% ингибитора) приблизительно 0,025 граммов образца отвешивались в мерную колбу объемом 100 мл. Для образцов с более низкой концентрацией добавлялось 10 мл воды, и образец встряхивался до тех пор, пока образец не растворялся. Для образцов с более высокой концентрацией образец разбавлялся разбавителем до отметки 100 мл. Одноразовая пипетка использовалась для переноса образца в ампулу автопробоотборника. Образец анализировался дважды, включая чистый разбавитель, с использованием приводимых ниже условий. Оценка выполнялась с помощью способа внешнего стандарта с калибровкой по калибровочной линии. Минимум 2 набора стандартов, как изложено ниже, прогонялись до и после неизвестных. RSD представляет собой относительное отклонение в относительных процентах, вычисленное из трех повторов взятия образца и двух повторов анализа для каждого образца (см. патентный документ EP 15688). Использовались следующие стандарты: Стандарт 1: 2 мл готового раствора NBPT (0,1 г NBPT, разбавленного 100 мл воды), дополнительно разбавленного 10 мл воды; Стандарт 2: 1 мл готового раствора NBPT (0,1 г NBPT, разбавленного 100 мл воды), дополнительно разбавленного 10 мл воды; Стандарт 3: 0,1 мл готового раствора NBPT (0,1 г NBPT, разбавленного 100 мл воды), дополнительно разбавленного 10 мл воды. Градиент был установлен с подвижной фазой, содержащей первый растворитель А из воды для высокоэффективной жидкостной хроматографии и второй растворитель B из ацетонитрила для высокоэффективной жидкостной хроматографии, как показано ниже:
Время (мин)
Поток (мл/мин)
% A
% B
Начальное
1,00
75
25
8
1,00
75
25
Хроматограмма оценивалась при длине волны 214 нм. Поток подвижной фазы составлял 1 мл/мин, температура колонки составляла 30°C. Вводимый объем составлял 15 мкл. Использовалась колонка Restek Ultra C18 5 мкм размером 150×4,6 мм. Единицы измерения представлены либо как проценты, либо как части на миллион. Для вычисления концентрации NBPT в образце использовалась следующая формула:
(концентрация NBPT в мкг/мл)(10 мл или 100 мл)/(масса образца в г) = частей на миллион NBPT в образце
Например: (12 мкг/мл NBPT)(10 мл)/0,4000 г = 300 частей на миллион NBPT в образце
[00214] Таблица 1 показывает спецификации продукта, полученного из синтезированной мочевины, в сравнении с продуктом, полученным из переплавленной мочевины.
Таблица 1. Спецификация продукта
Мочевина
Сравнительный пример 83(в среднем)
Примеры 1-82 (в среднем)
Прочность на раздавливание (фунтов)
7,5
5
7,6
SGN
277,0
245-255
267,4
% HCHO
<0,5
<0,5
<0,5
% биурета
1,43-1,93
1,04-1,32
% H<sub>2</sub>O
0,2
0,04-0,2
[00215] Высокостабильная композиция ингибитора уреазы является главной особенностью композиций по настоящему изобретению. Композиции по настоящему изобретению хранились при различных температурах на свету в стеклянных, хорошо запечатанных контейнерах. Результаты измерения стабильности, сравнивающие композиции, полученные с использованием NBPT 85%-ой чистоты или NBPT 98%-ой чистоты, а также с DCD или без DCD, показаны ниже.
Таблица 2. Результаты при температуре 22°C
Образец
Время (t) =0 дней (дн)
t=32 дн
t=56 дн
t=91 дн
t=6 месяцев (мес)
<i>% NBPT, оставшегося после 6 мес</i>
NBPT (85% чистоты)Мочевина
960
820
830
845
620
<i>64,58%</i>
NBPT (98% чистоты) Мочевина
920
855
880
865
645
<i>70,11%</i>
NBPT (98% чистоты)МочевинаDCD
950
885
890
740
825
<i>86,84%</i>
NBPT (85% чистоты)МочевинаDCD
780
740
750
655
595
<i>76,28%</i>
Таблица 3. Результаты при температуре 45°C
Образец
t=0, частей на миллион
t=32
t=56
t=91
t=6 мес
<i>% Остатка</i>
NBPT (85% чистоты)Мочевина
960
610
555
390
0
<i>0,38%</i>
NBPT (98% чистоты)Мочевина
920
660
595
425
20
<i>3,04%</i>
NBPT (98% чистоты)МочевинаDCD
850
790
725
620
375
<i>9,47%</i>
NBPT (85% чистоты)МочевинаDCD
780
620
545
460
220
<i>8,21%</i>
[00216] Было найдено, что присутствие примесей в ингибиторе уреазы в этих композициях способствует разложению ингибитора уреазы на неэффективные вещества во время более длительного хранения и является главной причиной разложения ингибитора уреазы во время длительного хранения. Как можно заметить из вышеприведенных таблиц, чистота используемого ингибитора уреазы имеет стабилизирующий эффект для конечной композиции ингибитора уреазы. За время хранения свыше 6 мес. композиции, использующие менее чистый NBPT, показали значительное уменьшение содержания ингибитора уреазы независимо от температуры (при 22°C или при 45°C) по сравнению с композициями, приготовленными с использованием более чистой формы NBPT. Композиции, которые содержали ингибитор нитрификации, такой как DCD, неожиданно показали эффект стабилизации разложения NBPT независимо от чистоты NBPT, хотя композиции, которые использовали менее чистый NBPT, показали большее уменьшение содержания ингибитора уреазы, чем композиции, приготовленные с использованием более чистой формы NBPT, независимо от температуры хранения (при 22°C или при 45°C).
et al.
et al.
[00217] В дополнение к этому, исследование летучести аммиака было выполнено в соответствии с публикациями Woodward  Agronomy Journal 103(1): 38-44 (2011) и Frame  Agronomy Journal 104(5): 1201-1207 (2012). Результаты показаны на Фиг. 7А-С. Это исследование неожиданно показало, что существует значительное уменьшение летучести аммиака, когда ингибитор нитрификации не включается в композиции мочевины по настоящему изобретению.
[00218] Все публикации и патенты, процитированные в данном описании, являются включенными в настоящий документ посредством ссылки, как если бы каждая индивидуальная публикация или патент были конкретно и индивидуально включены посредством ссылки, и включены в настоящий документ посредством ссылки для того, чтобы раскрыть и описать способы и/или материалы, в связи с которыми цитируются эти публикации. Цитирование любой публикации служит для ее раскрытия до даты регистрации, и не должно рассматриваться как факт того, что настоящее раскрытие не наделяется правом придавать обратную силу такой публикации на основании предшествующего раскрытия. Кроме того, представленные даты публикации могут отличаться от фактических дат публикации, которые могут требовать независимого подтверждения.
[00219] Аналогичным образом, как будет очевидно для специалиста в данной области техники, различные модификации могут быть сделаны в рамках вышеприведенного описания. Такие модификации, очевидные для специалиста в данной области техники, являются частью настоящего изобретения и охватываются приложенной формулой изобретения.