НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЫПУЧЕГО ТВЕРДОГО КИСЛОГО ФОСФОРНО-КАЛИЙНОГО (Р/К) УДОБРЕНИЯ
CONTINUOUS METHOD FOR PRODUCTION OF LIQUID SOLID ACID PHOSPHORO-POTASSIUM (P/P) FERTILIZER

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу производства кислого зернистого, богатого фосфором и калием удобрения из базовых товарных химикатов, которое легко хранить и с которым легко обращаться.
Описание уровня техники
Рост населения во всем мире обуславливает все время растущие объемы сельскохозяйственного производства и сохраняет спрос на удобрения на высоком уровне. Два основных питательных вещества - фосфор и калий (Р/K) - могут быть преимущественно представлены как фосфаты калия. Многие сельскохозяйственные применения требуют кислых удобрений, которые создают концентрированные водные растворы без образования осадка в исходных растворах и которые не оставляют вредных или бесполезных отложений в почве, при этом усиливая поглощение питательных веществ растениями. В документе WO 2007/102159 предложена зернистая композиция на основе фосфата калия, которая легко растворяется в воде, давая чистый кислый раствор, при этом композицию получают из фосфорной кислоты и монокалий фосфата. В идеале, удобрения должны быть получены экономичными способами и должны иметь консистенцию, подходящую для легкого обращения с ними. В известном уровне техники все же не предложено достаточно удобрений с требуемыми характеристиками, подходящих для всех ситуаций, и существует потребность в новых промышленных способах производства таких удобрений.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить непрерывный способ производства легкого в обращении зернистого кислого фосфорно-калийного (PK) удобрения.
Также цель изобретения заключается в том, чтобы предложить непрерывный способ производства кислого твердого Р/K удобрения из товарных химикатов.
Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить твердое удобрение, поставляющее фосфор и калий по существу в эквиатомных количествах.
Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить твердое удобрение, поставляющее фосфор и калий, причем удобрение является сыпучим и имеет низкую тенденцию к слеживанию.
Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить непрерывный способ производства твердого, легкого в обращении, кислого Р/K удобрения из фосфорной кислоты и гидроксида калия.
Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут описаны ниже.
Раскрытие изобретения
5
4
2
5
4
2
5
4
2
Настоящее изобретение предлагает непрерывный способ производства твердого, сыпучего кислого фосфорно-калийного (Р/K) удобрения, включающий следующие этапы: i) предоставление приемлемой для сельского хозяйства фосфорной кислоты (ФК) и ее частичной нейтрализации с помощью нейтрализатора, выбираемого из монокалий фосфата (MKP) и гидроксида калия (KOH), в результате чего получают водную смесь, имеющую рН меньше 3,0 при десятикратном разбавлении водой; ii) сушка водной смеси, полученной на этапе i), в вакуумной сушилке при температуре в интервале от 70 до 120°C и давлении не больше 500 мбар, в результате чего получают твердый материал с содержанием воды меньше 5 мас. %; iii) охлаждение упомянутого твердого материала, полученного на этапе ii), до окружающей температуры и iv) смешивание упомянутого охлажденного твердого материала с твердым источником магния в количестве от 0,1 до 3 мас. % от массы охлажденного твердого материала, в результате чего получают сыпучее твердое удобрение, не имеющее тенденции к слеживанию, включающее кислый фосфат с формулой KH(PO) и воду в количестве 5 мас. % или меньше. Упомянутый этап сушки включает контакт жидкого потока, включающего фосфат с формулой KH(PO), с твердой поверхностью, включающей такой же фосфат. Упомянутый этап сушки предпочтительно включает непрерывное объединение жидкого потока, включающего фосфат с формулой KH(PO), с подсушенным твердым веществом, включающим такой же фосфат. Способ может включать стекание упомянутого жидкого потока на упомянутое подсушенное твердое вещество. Непрерывный способ согласно изобретению предпочтительно включает этап приготовления концентрированного раствора ФК и жидкой фазы, включающей нейтрализатор, выбираемый из MKP и KOH. ФК и упомянутый нейтрализатор реагируют в реакторе, предпочтительно поддерживаемом при температуре от 70 до 120°C. Упомянутый этап сушки предпочтительно выполняют в сушильной установке, поддерживаемой при температуре от 70 до 120°C и давлении не больше 500 мбар. Этап реакции упомянутой ФК с упомянутым нейтрализатором предпочтительно отделен по времени и пространству от упомянутого этапа сушки. Упомянутый этап нейтрализации может, в одном аспекте изобретения, включать реакцию MKP с ФК в массовом отношении от 1,32 до 1,85. В одном варианте осуществления массовое отношение между MKP и ФК составляет от 1,43 до 1,85. В другом аспекте изобретения упомянутый этап нейтрализации включает реакцию KOH с ФК в массовом отношении от 0,28 до 0,33. В одном варианте осуществления массовое отношение KOH и ФК составляет от 0,29 до 0,33. На упомянутом этапе сушки предпочтительно достигается содержание воды 1 мас. % или меньше. В одном предпочтительном варианте осуществления содержание воды составляет от 0,1 до 0,6 мас. %. Упомянутый источник магния в способе согласно изобретению выбирают из оксида магния, гидроксида магния и карбоната магния.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения способ выполняют в устройстве, объединяющем в себе реактор, в котором происходит реакция нейтрализации, и вакуумную сушилку, в которой удаляют воду, причем продукты реакции между ФК и нейтрализатором непрерывно движутся через это устройство, в результате чего реагирующие вещества непрерывно преобразуются в сыпучий, твердый, кислый фосфат калия. Это устройство предпочтительно включает реакторную установку, сушильную установку, охлаждающую установку, средство транспортировки для перемещения продуктов между установкам и средство управления для проверки состава и влажности продукта и для регулирования скоростью движения продукта. Реагирующие вещества, ФК и нейтрализатор непрерывно подаются в устройство, и смесь непрерывно движется через него.
5
4
2
5
4
2
Изобретение направлено на зернистое, сыпучее, кислое Р/K удобрение, изготовленное из ФК и MKP или KOH, причем удобрение включает частицы, покрытые фосфатом магния. Это зернистое, сыпучее удобрение включает кислый фосфат калия с формулой KH(PO) и содержит не больше 5 мас. % воды. Зернистое сыпучее удобрение согласно изобретению имеет низкую тенденцию к слеживанию и стабильно во время хранения. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения зернистое сыпучее удобрение состоит по меньшей мере из 85 мас. % фосфата калия с формулой KH(PO), меньше чем 5 мас. % воды и магния в количестве не больше 2 мас. %.
Подробное описание изобретения
5
4
2
Изобретение относится к непрерывному способу производства твердого, сыпучего удобрения, по существу состоящего из кислого фосфата калия с формулой KH(PO). Этот непрерывный способ включает следующие этапы: i) реакция в водной жидкой фазе фосфорной кислоты (ФК) с монокалий фосфатом (MKP) или с гидроксидом калия (KOH); ii) сушка под вакуумом водной смеси, полученной на этапе i, в результате чего получают твердое вещество; iii) охлаждение твердого вещества, полученного на этапе ii, и iv) смешивание охлажденного твердого вещества, полученного на этапе iii, с твердым источником магния. Реакцию этапа i) проводят в реакторе с нагреваемой рубашкой и мешалкой. Реагирующие вещества нагревают до температуры в интервале от 70 до 120°C. Продукт реакции подают в вакуумную сушилку, нагретую до температуры в интервале от 70 до 120°C. После сушки твердый продукт охлаждают до окружающей температуры с смешивают с твердым источником магния в количестве приблизительно 3 мас. % или меньше от массы охлажденного твердого продукта. Источник магния может быть выбран, например, из оксида магния, гидроксида магния и карбоната магния.
5
4
2
Сейчас установлено, что твердый кислый фосфат калия, имеющий превосходное качество в обращении с ним, может быть получен в любом масштабе непрерывным способом, включающим частичную нейтрализацию ФК с помощью MKP или KOH и сушку под вакуумом, после чего следует этап смешивания с твердым источником магния. Сыпучий твердый материал по существу с формулой KH(PO) имеет низкую тенденцию к слеживанию и может быть преимущественно применен непосредственно как удобрение или для получения концентрированных раствором разных питательных веществ.
В общем, способ изобретения включает этап частичной нейтрализации ФК. В первом аспекте изобретения ФК смешивают с MKP в количестве от 1,32 до 1,85 массовой доли MKP на одну массовую долю ФК. В одном варианте осуществления изобретения это количество составляет от 1,43 до 1,85 массовой доли MKP на одну массовую долю ФК. Во втором аспекте изобретения ФК смешивают с KOH в количестве от 0,28 до 0,33 массовой доли KOH на одну массовую долю ФК. В одном варианте осуществления изобретения это количество составляет от 0,29 до 0,33 массовой доли KOH на одну массовую долю ФК. В одном варианте осуществления непрерывный способ согласно изобретению включает этап приготовления водной смеси из белой фосфорной кислоты и KOH приблизительно в полумолярных количествах. В еще одном варианте осуществления непрерывный способ согласно изобретению включает этап приготовления водной смеси из белой фосфорной кислоты и MKP приблизительно в эквимолярных количествах. В другом варианте осуществления непрерывный способ согласно изобретению включает этап приготовления водной смеси из белой фосфорной кислоты и KOH в количестве, немного превышающем полумолярное. В еще одном варианте осуществления непрерывный способ согласно изобретению включает этап приготовления водной смеси из белой фосфорной кислоты и MKP в количестве, немного превышающем экви-молярное.
Непрерывный способ изобретения включает этап смешивания двух порошков - порошка кислого фосфата калия и щелочного источника магния, такого как гидроксид магния или оксид магния.
5
4
2
Таким образом, теперь предложен непрерывный способ производства не-слеживающегося зернистого кислого P/K удобрения из товарных химикатов, включающий в одном варианте осуществления простые этапы i) предоставления концентрированного водного раствора фосфорной кислоты (ФК) и водного нейтрализатора, выбираемого из гидроксида калия (KOH) и монокалий фосфата (MKP), ii) реакции этих двух водных компонентов при некотором массовом отношении ФК/нейтрализатора, дающей кислый фосфат калия по существу с формулой KH(PO) в жидкой фазе, iii) сушки жидкой фазы путем ее контакта под вакуумом с твердой поверхностью, включающей кислый фосфат, в результате чего получают зернистое твердое вещество, iv) охлаждения порошка и смешивания его с твердым источником магния, в результате чего получают конечное сыпучее удобрение, причем эти этапы проводят постепенно в соседних местах, разделенных по времени и пространству, что позволяет осуществлять не-прерывное преобразование жидких ФК и нейтрализатора для получения превосходного зернистого P/K удобрения.
5
4
2
5
4
2
5
4
2
5
4
2
Изобретение относится к экономичному непрерывному способу производства твердого, сыпучего, предпочтительно белого, удобрения, состоящего из кислого фосфата калия. В одном варианте осуществления кислый фосфат представлен по существу как соединение с формулой KH(PO). В другом варианте осуществления кислый фосфат представлен по существу как однородная смесь KH(PO) с небольшим количеством избыточной ФК. Исходные материалы непрерывно вводят в жидкую фазу. Реагирующие вещества - ФК, KOH или в конечном счете MKP, таким образом включают обычные товарные химикаты, которые могут иметь любые уровни чистоты, поскольку неприемлемые для сельского хозяйства материалы исключены. В одном предпочтительном варианте осуществления способа два водных исходных материала формируют два потока реагирующих веществ, поступающих в реактор, снабженный средствами управления температурой и давлением. Реактор способен поддерживать температуру смеси реакции в интервале, предпочтительно, от 70 до 120°C. Жидкий продукт реакции поступает в вакуумную сушилку, способную поддерживать температуру материалов в интервале, предпочтительно, от 70 до 120°C и давление 500 мбар или меньше. Жидкий продукт из реактора подают в сушилку, возможно закачивая или нагнетая его на поверхность сушилки, покрытую слоем твердого кислого фосфата калия. Скоростью подачи управляют в зависимости от способности вакуумной сушилки непрерывно удалять пары. Реагирующие вещества в способе включают воду в количествах, не мешающих требуемой скорости реакции. Порошок или гранулы, включающие KH(PO), первоначально находятся в вакуумной сушилке перед началом непрерывного режима. В одном предпочтительном варианте осуществления слой сухого KH(PO) покрывает стенки сушилки, например, шнекового конвейера. Материал обычно соскребают со стенок сушилки, оставляя часть твердого вещества для контакта со свежим раствором. Твердый подсушенный материал, таким образом, медленно движется по вакуумной сушильной установке и поступает в охладитель. Высушенный фосфат смешивают с источником магния, таким как оксид магния; что неожиданно, этот этап еще более улучшает характеристику неслеживания удобрения, которое может храниться в течение длительного времени и затем с ним можно легко работать. Упомянутый источник магния подмешивают после этапа сушки. В одном предпочтительном варианте осуществления упомянутый источник магния подмешивают после этапа охлаждения. Авторы изобретения полагают, что смешивание кислого зернистого фосфата с основной солью или оксидом магния приводит к реакции нейтрализации на поверхности частиц фосфата, этим создавая слой фосфата магния и стабилизируя частицу.
Изобретение предлагает непрерывный способ преобразования товарных химикатов - ФК и KOH или ФК и MKP - в зернистый сыпучий концентрат P/K удобрения, имеющий кислый pH, например, pH меньше 3 при разбавлении до 1%-ного водного раствора.
s
Сыпучесть полученного удобрения определяют путем измерения времени, необходимого для того, чтобы 300 г удобрения прошли через усеченный конус из нержавеющей стали, вершина которого срезана для получения отверстия диаметром 1 см. Время, t, требующееся 300 г продукта после открывания отверстия, сравнивают со временем, которое требуется для 300 г сыпучего стандартного МРК (или другого сыпучего удобрения), t, и вычисляют относительную сыпучесть в процентах, f, по следующей формуле:
s
f=100*t/t.
Относительная сыпучесть удобрения согласно изобретению составляет, предпочтительно, по меньшей мере 50%, например, по меньшей мере 60% или по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 85%.
5
4
2
5
4
2
Изобретение относится к непрерывному способу получения твердого, богатого P/K, растворимого, кислого, сыпучего, зернистого, неслеживающегося удобрения, которое готово для смешивания с дополнительными питательными веществами. Удобрение изобретения состоит по существу из фосфата калия с формулой KH(PO); это означает, что удобрение содержит в основном кислый фосфат этой формулы, например, от 85 мас. % до 95 мас. % фосфата калия этой формулы, предпочтительно по меньшей мере 90 мас. %, остальное составляет ФК, вода и магний. Могут присутствовать другие, приемлемые для сельского хозяйства компоненты. В одном варианте осуществления зернистое удобрение состоит по меньшей мере из 90 мас. % фосфата калия с формулой KH(PO), воды в количестве меньше чем 1 мас. % и магния в количестве меньше чем 3 мас. %.
Изобретение предлагает превосходное зернистое P/K удобрение и непрерывный способ его получения, при этом удобрение поставляет фосфор и калий по существу в эквиатомных количествах.
Далее изобретение будет описано и проиллюстрировано на следующих примерах.
Примеры
Пример 1
3
4
5
4
2
Непрерывный способ выполняли в устройстве, имеющем три секции: реактор, вакуумную сушилку и охладитель. В реакторе приготовили смесь для подачи путем смешивания 291 г MKP и 264,2 г ФК (79,4% НРО). Реакция была экзотермической и повысила температуру раствора до 65-80°C; эта температура поддерживалась за счет нагревательной рубашки. Смесь подавали в вакуумную сушилку с помощью нагреваемого спирального питателя со скоростью 8 г/мин. Вакуумная сушилка работала при температуре от 85 до 105°C и вакууме от 500 до 250 мбар. В начале сухой KH(PO) поместили в вакуумную сушилку, чтобы покрыть поверхность ее стенок. Продукт поступал в охладитель с охлаждающей рубашкой, который охлаждал материал до 45°C при вращении продукта. В конце способа в продукт подмешали MgO.
Пример 2
3
4
5
4
2
Непрерывный способ выполнили в устройстве, имеющем три секции: реактор, вакуумная сушилка и охладитель. Смесь для подачи приготовили в реакторе путем смешивания 529 г ФК (79,4% НРО) и 240 г KOH (50% KOH). Реакция была экзотермической и повысила температуру раствора до 65-80°C; температура поддерживалась за счет нагревательной рубашки. Смесь подавали в вакуумную сушилку перистальтическим насосом, 6 г/мин, по нагреваемой линии. Вакуумная сушилка работала при температуре от 85 до 105°C и вакууме от 500 до 250 мбар. В начале сухой KH(PO) поместили в вакуумную сушилку, чтобы покрыть поверхность ее стенок. Продукт поступал в охладитель с охлаждающей рубашкой, который охлаждал материал до 45°C при вращении продукта. В конце способа в продукт подмешали MgO.
Хотя настоящее изобретение было описано на некоторых конкретных примерах, возможны многие модификации и изменения. Поэтому понимается, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть осуществлено иначе чем конкретно описанное.