КОМПЛЕКСНОЕ УДОБРЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
COMPLEX FERTILIZER AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/782377, поданной 14 марта 2013 г и озаглавленной «Комплексное удобрение и способ его изготовления», которая во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает, в общем, гранулированное удобрение, содержащее внедренные питательные микроэлементы. В частности, настоящее изобретение предлагает уплотненное гранулированное удобрение и соответствующий способ изготовления уплотненного гранулированного удобрения.
Уровень техники, к которой относится изобретение
Многие химические элементы, в том числе неорганические и органические элементы, имеют большое значение для роста и жизнедеятельности растений. Органические элементы могут включать, например, водород, кислород и углерод, которые, как правило, присутствуют в окружающем воздухе и вода. Неорганические (минеральные) питательные вещества, включающие азот, фосфор и калий, присутствуют в почве или вносятся в нее для поглощения корнями растений.
Минеральные питательные вещества можно, в общем, разделить на две группы: питательные макроэлементы, в том числе первичные питательные вещества и вторичные питательные вещества, и питательные микроэлементы. Первичные минеральные питательные вещества включают азот (N), фосфор (P) и калий (K). Большие количества этих питательных веществ являются незаменимыми для жизнедеятельности растений, и, таким образом, они, как правило, составляют основную массу комплексного удобрения. Помимо первичных питательных вещества, требуются вторичные питательные вещества, хотя и в значительно меньших количествах, чем первичные питательные вещества. Вторичные питательные вещества могут включать, например, кальций (Ca), серу (S), и магний (Mg). Питательные микроэлементы можно включают, например, бор (B), медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn), молибден (Mo), цинк (Zn), хлор (Cl), кобальт (Co), натрий (Na) и их сочетания.
2
Что касается, в частности, питательных микроэлементов, источники питательных микроэлементов в значительной степени различаются по своему физическому состоянию, химической реакционной способности, стоимости и доступности для растений. Наиболее распространенный способ применения питательных микроэлементов для растений представляет собой внесение в почву. Рекомендуемая плотность применения обычно составляет менее чем 10 фунтов на акр (1,12 г/м) в расчете на элементы, и, таким образом, может оказаться затруднительным равномерное распределение отдельных источников питательных микроэлементов по полю. Включение питательных микроэлементов в смешанные удобрения представляет собой удобный способ применения и обеспечивает более равномерное распределение с помощью традиционного оборудования для применения. Кроме того, снижаются расходы посредством исключения отдельной стадии внесения. Четыре способа применения питательных микроэлементов в составе смешанных удобрений могут включать введение в процессе производства, объемное смешивание с гранулированными удобрениями, нанесение покрытия на гранулированные удобрения и смешивание с жидкими удобрениями.
Введение в процессе производства представляет собой внедрение одного или нескольких питательных микроэлементов непосредственно в гранулированные удобрения, такие как азотно-фосфорно-калийные удобрения NPK, калийные или фосфорные удобрения в течение их изготовления. Эта практика обеспечивает, что каждая гранула удобрения содержит в постоянной концентрации один или несколько желательных питательных микроэлементов и имеет равномерное распределение одного или нескольких питательных микроэлементов во всем объеме гранулированных удобрений. Поскольку гранулы равномерно распределяются по площади для выращивания растений, такое же равномерное распределение имеют содержащиеся в них питательные микроэлементы.
Объемное смешивание с гранулированными удобрениями представляет собой практику раздельного объемного смешивания гранулированных вторичных питательных веществ и/или соединений питательных микроэлементов с гранулированными удобрениями, такие как фосфорные или калийные удобрения. Основное преимущество этой практики заключается в том, что можно производить сорта удобрений, которые обеспечивают рекомендованные концентрации питательных микроэлементов для данного поля при обычных плотностях применения удобрений. Основной недостаток заключается в том, что в процессе операции смешивания и последующей обработки может происходить разделение питательных веществ. Чтобы сократить или предотвратить разделение частиц по размерам в процессе погрузки и транспортировки, гранулы питательных микроэлементов должны быть близки по размерам к гранулам фосфорных и калийных удобрений. Поскольку питательные микроэлементы требуются в очень малых количествах для питания растений, эта практика приводит к тому, что гранулы питательных микроэлементов распределяются неравномерно и, как правило, далеко от большинства растений, чтобы обеспечивать немедленную пользу, потому что в большинстве случаев миграция раствора в почве составляет лишь несколько миллиметров в течение всего сезона выращивания растений.
Нанесение покрытия на гранулы удобрения снижает вероятность их разделения. Однако некоторые связующие материалы оказываются неудовлетворительными, потому что они не сохраняют покрытия питательных микроэлементов в процессе упаковки, хранения и транспортировки, что приводит к разделению источников питательных микроэлементов из компонентов гранулированных удобрений. Предпринимаются меры по устранения проблемы разделения в случае вторичных питательных веществ и питательных микроэлементов, например, как в случае серы или серных пластинок в части удобрений, как описано в патенте США № 6544313, озаглавленном «Содержащее серу комплексное удобрение и способ его изготовления», и в случае питательных микроэлементов, как описано в патенте США № 7497891, озаглавленном, «Способ изготовления удобрения с питательными микроэлементами», причем оба эти патента во всей своей полноте включаются в настоящий документ посредством ссылки.
Остается потребность в товарном удобрении, которое содержит одно или несколько питательных микроэлементов, что доводит до максимума введение одного или нескольких питательных микроэлементов почвенный раствор и, в конечном счете, в корневую зону растений.
Сущность изобретения
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, предлагаются уплотненное комплексное удобрение и соответствующие способы изготовления, где используются, по меньшей мере, одно первичное питательное вещество и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество, которые измельчаются для увеличения доступной реакционноспособной площади поверхности, и которые затем уплотняются в гранулированное комплексное удобрение.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, основное комплексное удобрение, содержащее, по меньшей мере, одно первичное питательное вещество, составляется отдельно и разделяется по размерам, чтобы определить имеющие недостаточные размеры гранулы, которые являются непригодными для использования в традиционных товарных удобрениях. По меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество, например, вторичное питательное вещество, питательный микроэлемент или питательный микроэлемент комплекс, можно добавлять и смешивать, получая имеющие недостаточные размеры гранулы. Смесь, содержащая имеющие недостаточные размеры гранулы и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество, можно затем измельчать, чтобы увеличивать доступную реакционноспособную площадь поверхности, которую имеет первичное питательное вещество и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество. Измельченную смесь можно затем уплотнять, чтобы изготавливать уплотненное гранулированное удобрение, содержащее первичное питательное вещество и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество. Когда уплотненные гранулы удобрения разрушаются, доступная площадь поверхности, которую имеют измельченное первичное питательное вещество и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество, обеспечивает максимальное введение и реакционную способность в корневой зоне.
Смешивая предварительно имеющие недостаточные размеры гранулы удобрения и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество, можно равномерно распределять, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество во всем объеме имеющих недостаточные размеры гранул, чтобы обеспечивалось надлежащее содержание или соотношение первичных питательных веществ и дополнительных питательных веществ в смеси. В результате этого концентрация первичного и дополнительного питательного вещества является устойчивой при изготовлении уплотненного гранулированного удобрения, что обеспечивает равномерное распределение по площади, на которой распределяется уплотненное гранулированное удобрение. Согласно одному аспекту, уплотненные гранулы могут предназначаться для разрушения в почве на гранулы составляющих компонентов, включая гранулы первичного и дополнительного питательного вещества. В данной конфигурации уплотненное гранулированное удобрение служит в качестве носителя, который обеспечивает надлежащее распределение первичного и дополнительного питательных веществ на поле перед высвобождением гранул составляющих первичного и дополнительного питательных веществ, которые предварительно измельчаются, чтобы доводить до максимально возможно уровня реакционноспособную площадь поверхности.
Способ изготовления удобрение, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, включает создание массы основного комплексного удобрения, включающего, по меньшей мере, одно первичное питательное вещество. Согласно одному конкретному варианту осуществления, основное комплексное удобрение включает фосфатное удобрение, такое как, например, однозамещенный фосфат аммония (MAP) или двухзамещенный фосфат аммония (DAP), таким образом, что первичное питательное вещество представляет собой фосфор.
Способ дополнительно включает гранулирование массы основного комплексного удобрения и получение множества гранул удобрения, которые можно разделять по размерам на имеющие оптимальные размеры гранулы, имеющие избыточные размеры гранулы и имеющие недостаточные размеры гранулы. Согласно одному аспекту, способ включает добавление и объемное смешивание, по меньшей мере, одного дополнительного питательного вещества, такого как, например, по меньшей мере, одно вторичное питательное вещество или, по меньшей мере, одно дополнительный питательный микроэлемент или комплекс питательных микроэлементов, на имеющие недостаточные размеры гранулы, чтобы изготавливать смешанное удобрение. Способ может дополнительно включать измельчение смешанного удобрения для изготовления измельченного смешанного удобрения, содержащего первичное питательное вещество и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество. Наконец, способ может дополнительно включать уплотнение измельченного смешанного удобрения для изготовления множества уплотненных гранул удобрения, содержащего первичное питательное вещество и, по меньшей мере, одно дополнительное питательное вещество.
Приведенное выше краткое изложение разнообразных представительных вариантов осуществления настоящего изобретения не предназначается для описания каждого проиллюстрированного варианта осуществления или каждого воплощения настоящего изобретения. Напротив, варианты осуществления выбраны и описаны таким образом, что специалисты в данной области техники могут оценивать и понимать принципы и практику настоящего изобретения. Следующие чертежи в подробном описании представляют собой более конкретные примеры, иллюстрирующие данные варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение может становиться полностью понятным при ознакомлении со следующим подробным описанием разнообразных вариантов осуществления настоящего изобретения в сочетании с сопровождающими чертежами, в числе которых:
фиг. 1 представляет собой технологическую блок-схему способа изготовления гранулированного удобрения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Хотя на основе настоящего изобретения можно производить разнообразные модификации и альтернативные формы, его специфические характеристики представлены посредством примера на чертежах и подробно описаны. Однако следует понимать, что отсутствует намерение ограничения настоящего изобретения конкретными описанными вариантами осуществления. Напротив, намерение заключается в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, которые находятся в пределах идеи и объема настоящего изобретения, как определяет прилагаемая формула изобретения.
Подробное описание
Как представлено на фиг. 1, способ изготовления массы уплотненного гранулированного удобрения, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, как правило, составляют стадия изготовления 10, стадия разделения по размерам/коррекции 12, стадия смешивания 14 и стадия уплотнения 16.
Как представлено на фиг. 1, стадию изготовления 10 могут дополнительно составлять стадия составления 18, стадия гранулирования 20 и стадия высушивания 22. На стадии составления 18 массу удобрения, такого как, например, фосфатное удобрение или удобрение на основе фосфата аммония, по меньшей мере, частично химически производит предварительный нейтрализатор и/или реактор. Удобрение может включать, но не ограничивается этим, MAP или DAP, или тройные суперфосфатные удобрения и их сочетания.
Согласно одному варианту осуществления, стадия составления 18 включает предварительный нейтрализатор, который представляет собой реактор с перемешиванием, в котором производится суспензия фосфата аммония. Например, можно производить MAP и/или DAP в зависимости от соотношения аммиака и фосфорной кислоты, которые поступают в предварительный нейтрализатор.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, стадия составления 18 включает трубчатый реактор, такой как трубчатый поперечный реактор, который представляет собой имеющий трубчатую форму реактор, где производится фосфат аммония в процессе реакции аммиака и фосфорной кислоты. Как и в случае предварительного нейтрализатора, можно производить MAP и/или DAP в зависимости от соотношения аммиака и фосфорной кислоты, которые поступают в трубчатый реактор.
Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения, стадия составления 18 включает в сочетании предварительный нейтрализатор и трубчатый реактор, причем часть содержащего фосфат аммония удобрения образуется в предварительном нейтрализаторе, а другая часть образуется в трубчатом реакторе, таким образом, как описано в патенте США № 7497891, который во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки.
На стадии гранулирования 20 произведенное комплексное удобрение вращается во вращающемся барабанном грануляторе, и образуется вращающийся слой гранулированного удобрения. В случае содержащих фосфат аммония удобрений стадия изготовления 10 может дополнительно включать стадию барботирования 24, на которой гранулы удобрения обрабатывают, используя подслойный аммиачный барботер и завершая реакцию фосфат аммония. На стадии высушивания 22 гранулированное удобрение высушивают для уменьшения влагосодержания и удаления любых непрореагировавших летучих веществ.
Как представлено на фиг. 1, стадия разделения по размерам/коррекции 12 может дополнительно включать стадию разделения продукта по размерам 26, на которой гранулированное удобрение разделяется на множество потоков в зависимости от размеров частиц. На стадии разделения продукта по размерам 26 масса гранулированного удобрения пропускается через множество просеивающих сит для разделения гранулированного удобрения на поток имеющих оптимальные размеры гранул 28, поток имеющих недостаточные размеры гранул 30 и поток имеющих избыточные размеры гранул 32. Поток имеющих оптимальные размеры гранул 28 включает гранулированное удобрение, у которого размеры частиц составляют от приблизительно 2 мм до приблизительно 4 мм в диаметре. Поток имеющий недостаточные размеры гранул 30 включает гранулированное удобрение, у которого размеры частиц составляют менее чем приблизительно 2 мм в диаметре. Поток имеющих избыточные размеры гранул 32 включает гранулированное удобрение, у которого размеры частиц составляют более чем приблизительно 4 мм в диаметре. Поток имеющих избыточные размеры гранул 32 можно направлять на стадию измельчения 34, чтобы получать возвратный поток измельченных гранул 35, причем размер частиц в возвратном потоке измельченных гранул 35 составляет менее чем приблизительно 4 мм в диаметре. Возвратный поток измельченных гранул 35 и часть потока имеющих недостаточные размеры гранул 34 можно возвращать на стадию гранулирования 20, чтобы они функционировали в качестве основы в процессе стадии гранулирования 20 и обеспечивали строительный материал для образования гранул.
На стадии смешивания 14 один или несколько потоков дополнительных питательных веществ, содержащих дополнительные питательные вещества, такие как, например, поток питательных микроэлементов 36, содержащий одно или несколько питательных микроэлементов или комплексов питательных микроэлементов, и/или поток вторичных питательных веществ 38, содержащий одно или несколько вторичных питательных веществ, объединяются с оставшейся частью потока имеющих недостаточные размеры гранул 30, которые не возвратились на стадию гранулирования 20. Поток питательных микроэлементов 36 и/или поток вторичных питательных веществ 38 смешиваются в поток имеющих недостаточные размеры гранул 30, образуя смешанное удобрение 40, причем дополнительные питательные вещества равномерно распределяются во всем объеме смешанного удобрения 40.
Концентрация каждого питательного микроэлемента в смешанном удобрении может составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 мас.%. Поток питательных микроэлементов 36 может содержать, по меньшей мере, один питательный микроэлемент в том числе, но не ограничиваясь этим, бор, медь, железо, марганец, молибден, цинк и их сочетания. Согласно одному аспекту, питательные микроэлементы в потоке питательных микроэлементов 36 могут иметь размеры частиц, составляющие от приблизительно 50 до приблизительно 150 мкм и, более конкретно, от приблизительно 75 мкм до приблизительно 100 мкм, таким образом, что получаемое в результате смешанное удобрение 40 является, в общем, гомогенным.
В потоке вторичных питательных веществ 38 могут содержаться, но не ограничиваясь этим, сульфат аммония, сульфаты кальция, элементарная сера и их сочетания. Согласно одному варианту осуществления, вторичные питательные вещества в потоке вторичных питательных веществ 38 могут иметь размер частиц, составляющий от приблизительно 50 до приблизительно 150 мкм и, более конкретно, от приблизительно 75 мкм до приблизительно 100 мкм, таким образом, что получаемое в результате смешанное удобрение 40 является, в общем, гомогенным.
Стадия разделения по размерам/коррекции 12 может дополнительно включать стадию измельчения смешанного удобрения 40 для изготовления измельченного смешанного удобрения 42, представляющего собой смесь частиц, у которых размеры составляют от приблизительно 50 до приблизительно 150 мкм и, более конкретно, от приблизительно 50 мкм до приблизительно 100 мкм, которые являются аналогичными по размеру по отношению к дополнительным питательным веществам, таким как, например, питательные микроэлементы и/или вторичные питательные вещества в потоке питательных микроэлементов 38, что повышает эффективность последующего уплотнения, а также степень гомогенности конечного уплотненного продукта.
Согласно альтернативному варианту осуществления, вторичное питательное вещество можно добавлять в течение стадии изготовления 10 и перед добавлением питательных микроэлементов. Например, расплавленная сера может наноситься или распыляться на основное комплексное удобрение в грануляторе, как описано в патенте США № 6544313, озаглавленном «Содержащее серу комплексное удобрение и способ его изготовления», который во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки. В качестве альтернативы, если вторичное питательное вещество добавляется в качестве отдельного компонента после гранулирования и/или разделения по размерам частиц основного комплексного удобрения, в данной конфигурации стадия смешивания 14 может дополнительно включать стадию измельчения, на которой поток имеющих недостаточные размеры гранул 30 и вторичное смешанное питательное вещество подвергаются измельчению или пульверизации и смешиваются, образуя гомогенную смесь, содержащую частицы первичного и вторичного питательных веществ, перед объединением с потоком питательных микроэлементов 36.
На стадии уплотнения 16, измельченное смешанное удобрение 42 уплотняется, образуя более крупные гранулы, которые можно с большей легкостью транспортировать и погружать. Необязательно одно или несколько связующих веществ или ингредиентов можно добавлять в измельченное смешанное удобрение 42, чтобы повышать прочность или пригодность к обработке конечного уплотненного гранулированного удобрения 44 или гранулированного товарного хлорида калия (MOP), таким образом, что уплотненное гранулированное удобрение 46 становится менее склонным к износу или разрушению в процессе погрузки или транспортировки, как описано в патенте США № 7727501, озаглавленном «Уплотненный гранулированный хлорид калия, способ и устройство для его изготовления», который во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки. Связующее вещество представляет собой химическое вещество, которое добавляется в исходный поток уплотнительного контура в целях повышения прочности и качества уплотненных частиц. Связующее вещество своим действием захватывает или связывает в хелатные комплексы примеси в комплексном удобрении, придавая при этом адгезионные свойства уплотненной смеси. Связующие вещества могут представлять собой, например, гексаметафосфат натрия (SHMP), четырехзамещенный пирофосфат натрия (TSPP), четырехзамещенный пирофосфат калия (TKPP), триполифосфат натрия (STPP), силикат калия, силикат натрия, крахмал, декстран, лигносульфонат, бентонит, монтмориллонит, каолин или их сочетания. В качестве дополнения или в качестве альтернативы связующим веществам, некоторые из питательных микроэлементов могут сами действовать в качестве связующих веществ и повышать прочность частиц.
Процесс уплотнения можно осуществлять, используя традиционное оборудование для уплотнения, такое как роликовый пресс или аналогичное устройство. Полученный агломерированный промежуточный продукт можно затем подвергать дополнительной обработке, получая желательный конечный гранулированный продукт с использованием таких способов, как измельчение, просеивание или другие традиционные способы разделения частиц по размерам, подходящие для получения конечного продукта, содержащего частицы желательного размера или типа, как обсуждается выше.
После процесса уплотнения уплотненное гранулированное удобрение 44 может иметь размер частиц, составляющий в диаметре от приблизительно 2 мм до приблизительно 4 мм. Согласно одному аспекту, уплотненное гранулы удобрения 46 приспособлены для разрушения в почве на составляющие гранулы, содержащие первичное питательное вещество, вторичное питательное вещество и/или питательный микроэлемент, что увеличивает площадь поверхности для взаимодействия с корнями растений.
Хотя на основе настоящего изобретения можно производить разнообразные модификации и альтернативные формы, его специфические характеристики представлены посредством примера на чертежах и подробно описаны. Однако следует понимать, что отсутствует намерение ограничения настоящего изобретения конкретными описанными вариантами осуществления. Напротив, намерение заключается в том, чтобы охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, которые находятся в пределах идеи и объема настоящего изобретения, как определяет прилагаемая формула изобретения.