Спосіб виробництва сечовинно-сірчаного добрива та сечовинно-сірчане добриво

Даний винахід відноситься до способу виробництва гранульованої сечовини з елементарною сіркою і продукту вказаного способу. Дефіцит сірки широко поширений в багатьох областях світу, особливо там, де ґрунт є піщаним, збідненим органічною речовиною і схильним до вилуговування. Дефіцит S збільшується повсюдно внаслідок меншого використання одного суперфосфату, який містить гіпс (CaSO4), і більше S видаляється з полів внаслідок збільшення врожайності і виснаження резервів ґрунту внаслідок ерозії і вилуговування. Також, у промислово розвинених країнах виділення діоксиду сірки (SO2) з горючих викопних видів палива забезпечують високе надходження S в ґрунт як внаслідок дощів, так і осадження пилу. Зі зменшенням виділень дефіцит зростає. Добрива, збагачені S, в наш час широко використовуються для корекції дефіциту S. Рідка сірка може являти собою продукт відходу процесів часткового окислення важких вуглеводнів з процесів виробництва водню/аміаку або десульфуризації природного газу. Нарівні з доступним процесом СОг дані сировинні речовини є необхідними для виробництва гранульованої сечовини, і замість добре відомих сечовинно-сірчаних добрив, основаних на сульфатах, таких як, наприклад, сульфат амонію/сульфат кальцію, автори даного винаходу спробували знайти спосіб використання елементарної сірки безпосередньо в розплавленому стані як джерело розплавленої сірки у виробництві азотно-сірчаних рослинних поживних елементів. Елементарна сірка не є безпосередньо доступною для рослин і не може бути використана як достатнє джерело сірки для виробництва S-вмісних рослинних поживних елементів. Замість цього, її використали як сполуку в барабанних підживлювальних процесах, де сірку розпилюють в барабані на поверхню теплих гранул для утворення закритої оболонки навколо гранул сечовини (сечовина, покрита сіркою, SCU) для забезпечення повільного вивільнення, оскільки сечовина "запечатана" по відношенню до оточення оболонкою. Поглинання вологи може в цьому випадку реалізуватись за допомогою-невеликих тріщин, і сечовина "витікає", розчиняючись у воді внаслідок поглинання вологи. З патенту [США 4330319] відомий спосіб виробництва сечовинно-сірчаного добрива. Сечовину і розплавлену сірку змішують з одержанням розплавленої суміші з подальшим затвердженням розплавленої суміші для одержання гомогенного твердого сечовинно-сірчаного добрива у вигляді частинок, де сірка має розміри частинок менше ніж приблизно 100мкм. Розплавлену сечовину і розплавлену сірку пропускають через змішувальний пристрій при температурі вище температур плавлення з одержанням тонкоподрібненої сірки, диспергованої в сечовині. Розплавлену сірку додають в кількостях, достатніх для одержання вказаного сечовинно-сірчаного добрива. Перепад тиску через вказаний змішувальний пристрій становить, щонайменше, 200кПа і підтримується для утворення гомогенізованого розплаву сечовини і сірки. Нарешті, вказаний гомогенізований розплав затверджується гранулюванням або агломерацією. У даному патенті застосовуються значні механічні зусилля, які прикладаються при попередньому змішуванні за допомогою Т-подібної мішалки, що викликаються обмеженим каналом проходження, який створює турбулентний потік внаслідок кута в 90 градусів між двома потоками розплаву (Т-подібна мішалка), і високий перепад тиску реалізовується внаслідок невеликого діаметра каналу проходження. В результаті насос подачі сірки повинен працювати в діапазоні 5-9бар, а в одному прикладі - при 14бар. Потрібно, щоб гомогенізуючий статичний змішувач емульгував частинки S до розмірів 42 мас.% N при >8 мас.% S. Для найбільшого числа застосувань, пов'язаних з рослинами, масове відношення N:S знаходиться в діапазоні між 6:1 і 4:1, переважно, приблизно 5:1. Для застосувань, пов'язаних з харчуванням тварин, масове відношення N:S знаходиться в діапазоні між 10:1 і 15:1. Даний винахід відрізняється від загуснення/покриття S, оскільки два основних інгредієнти не є системою тверда речовина/рідина, але знаходяться обидва в рідкому стані. Стабільна емульсія не може бути досягнута, оскільки дві рідини розрізняються значно за поверхневим натягненням і щільністю і, таким чином, розділяються негайно на дві окремі фази, навіть якщо рідкі фази швидко охолоджуються або навіть безпосередньо гасяться рідким азотом (-194°С). Сірка (140°С): щільність: 1,787кг/м3, в'язкість: 0,008 Пас Сечовина (140°С): щільність: 1,214кг/м3, в'язкість: 0,002Пас. У літературі опубліковано як загальноприйнятий метод застосування мішалок або статичних змішувачів для змішування двох сполук в рідкому стані, здатних до утворення емульсій. Основний принцип полягає у прикладенні механічного зусилля за допомогою приводу. Даний метод тестували як в технічному, так і промисловому масштабі, але у випадку змішаної фази сечовина/рідкий S результат, однак, полягав в тому, що застосування високоефективних статичних міксерів в промисловому масштабі збільшувало швидкість розділення двох фаз, що є прямо протилежним загальному прогнозу. Як пілотний тест застосовували спосіб одержання сечовини після традиційної двостадійної вакуумної системи від основних насосів подачі розплаву до системи розподілу розплаву, в цьому випадку обертового кошика. Охолоджування/кристалізацію забезпечували за допомогою постійного охолоджування навколишнім повітрям у баштах для гранулювання в звичайному виконанні діаметром 15/19 м, починаючи з висоти 60 м. Подачу другої рідкої фази, елементарної сірки (чистота 99,9%) встановлювали додаванням місткості для підживлювання, що включає насос подачі з швидкістю, що контролюється. Для проведення тесту неорганічних твердих сполук, які можуть застосовуватись, щоб служити слідовими поживними компонентами в поєднанні з основною гранульованою сечовиною категорії N-S, застосовують обладнання для дозування твердих речовин. Для дослідження розподілу частинок за розмірами застосовували пристрої для відбору проб після процесу, що відбувається з потоком від моменту змішування до одержання затвердженої гранульованої частинки. Численні вимірювання, що стосуються розподілу частинок за розмірами крапельок сірки в сечовинному розплаві, що проводиться статичним змішувачами, показали, чому механічне зусилля не спроможне збільшити гомогенність/стабільність змішаної рідкої фази. Швидкість/ефективність диспергування не є рушійним фактором для гомогенної фази з невеликим діаметром S-крапельок, замість цього процес направляється рекомбінацією швидкість/імовірність. Оскільки розподіл частинок за розмірами збільшується від входу до виходу статичного змішувача, парам S-частинок надана більш висока імовірність для рекомбінації в статичному змішувачі. Секція пілотного тесту (як указано вище) була оптимізована по відношенню до більш короткого часу перебування, 25°С, як і очікувалось. Агрономічні тести і тести з врожайності також проводили в ділянках тестових полів. Відкриті польові тести підтверджують очікуваний міцний взаємозв'язок між розміром частинок і швидкістю окислення. Продукт тестували на полях в Німеччині і Південній Африці. Категорією продукту, що застосовується, була сечовина + елементарна S: 42,7мас.% N, 8мас.% S, масове відношення N:S складало 5,3:1. Концентрація домішки складала приблизно 50 частин на мільйон. Середній розмір частинок S складав 70мкм. Нижні рівні можуть бути одержані за допомогою збільшення концентрації домішки. Також можуть бути одержані більш високі Sконцентрації, при цьому, однак, доступний N-вміст зменшується. Втрати аміаку внаслідок випаровування в результаті застосування сечовини являють собою проблему особливо в теплих кліматичних умовах, внаслідок втрат змісту поживних компонентів в повітря. Оскільки від біологічного окислення in situ в ґрунті можна очікувати, що конверсія елементарної сірки в елементарному стані в сульфат (посилання на вищезазначений тип хімічної реакції) буде місцево, в мікрооточенні відкладення мкм частинок S, зменшувати рН-рівень, виникаючі втрати аміаку були виміряні у порівнянні з нормальною гранульованою сечовиною (без елементарної S). Спосіб одержання сечовинного добрива з елементарною сіркою з сірки в рідкому стані і рідкого розплаву сечовини, відповідно до даного винаходу включає вплив на поверхневе натягнення між двома фазами сірки і сечовини в рідкому стані при температурах вище температур плавлення за допомогою подачі домішки, що є стійкою до температури і амфотерною, до рідкого розплаву сірка/сечовина для одержання гомогенної змішаної фази, яку послідовно розподіляють і затверджують. Домішка може бути присутньою в концентраціях 5-300 частин на мільйон, переважно, в концентраціях 45100 частин на мільйон. Домішка може включати С6-С30 жирні кислоти з прямим ланцюгом, переважно, домішка включає міристинову кислоту. До рідкого розплаву сірка/сечовина можуть бути додані неорганічні сполуки цинку і/або магнію, і/або кальцію, і/або бору, також до рідкого розплаву сірка/сечовина можуть бути додані неорганічні сполуки міді і/або марганцю, і/або селену, і/або молібдену. Неорганічні сполуки додаютьв кількостях 1,0-2,5мас.%, переважно, 1,5-2,1мас.%. Час перебування від моменту введення до утворення твердої гранули становить 140°С. Сечовинно-сірчане добриво відповідно до даного винаходу включає сечовину, елементарну сірку і домішку, що є стійкою до температури і амфотерною. Домішка може бути присутньою в концентраціях 5-300 частин на мільйон, переважно, 45-100 частин на мільйон. Домішка може включати Сб-С3о жирні кислоти з прямим ланцюгом, переважно, домішка включає міристинову кислоту. Добриво може також включати неорганічні сполуки цинку і/або магнію, і/або кальцію, і/або бору. Добриво може також включати неорганічні сполуки міді і/або марганцю, і/або селену, і/або молібдену. Неорганічні сполуки можуть бути присутніми в кількостях 1,0-2,5мас.%, - переважно, 1,5-2,1мас.%. Розподіл за розмірами частинок для S складає приблизно 10-200мкм переважно, 50-90мкм. Переважно, щоб розподіл за розмірами частинок для S був таким, що 90% частинок мають розмір приблизно 10 мкм при концентраціях домішки >150 частин на мільйон. Винахід далі пояснюється і розглядається у наступних фігурах і прикладах. Фіг.1 показує вплив сечовини і елементарної сірки (сечовина+eS) на врожай і вміст сірки у випадку оліїстого рапсу у порівнянні з сечовиною і сечовиною/сіркою (сечовина S) на двох тестових полях в Німеччині. Фіг.2 показує вплив сечовини і елементарної сірки (сечовина+eS) на врожай і вміст сірки у випадку озимої пшениці у порівнянні з сечовиною і сечовиною/сіркою (сечовина S) на двох тестових полях в Німеччині. Фіг.3 показує вплив сечовини і елементарної сірки (сечовина+eS) на врожай оліїстого рапсу у порівнянні з CAN (нітрат кальцію амонію), CAN+ASN (сульфат амонію/нітрату амонію) і сечовини на тестовому полі в Південній Африці. Фіг.4 показує вплив сечовини і елементарної сірки (сечовина+eS) на врожай кукурудзи у порівнянні з суперфосфатним NPS-добривом категорії тестування 24-10-10 і сечовини на тестовому полі в Південній Африці. Фіг.5 показує втрати аміаку для сечовини і елементарної сірки (сечовина+eS) на тестовому полі в Німеччині (Hhof) і тестовому полі в Південній Африці (RSA) у порівнянні з гранулами сечовини. Фіг.6 показує утворення пилу, стійкість до стирання, міцність на роздавлювання і показник грудкування для сечовини, сечовини +S і сечовини + елементарна S+ домішки. Фіг. 7 показує поліпшення за утворенням пилу, за показником грудкування, за стійкістю до стирання і за міцністю на роздавлювання для сечовини + елементарна S+ домішки у порівнянні з сечовиною і сечовиною +S. Приклад 1 Експерименти проводять на оліїстому рапсі на двох тестових полях в північній Німеччині з додаванням сечовини, сечовини + сульфат амонію (сечовина+S) і сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS). Добриво сечовина + елементарна сірка, що використовується в тесті, включає 42,7% N і 8% S, концентрація домішки становить 50 частин на мільйон, і розмір частинок S становить приблизно 70 мкм. Застосовують 36 кг/га S. Тести тривають протягом від.3 днів до тижня. Врожай і вміст сірки в оліїстому рапсі вимірюють, і результати показані на фіг.1. Фіг.1 показує, що для оліїстого рапсу сечовина + елементарна сірка (сечовина+eS) і сечовина, що містить сульфат у вигляді сульфату амонію (сечовина S), дають майже однакове збільшення врожаю в інтервалі 6-20%. Температурний інтервал становить 7-15°С. GS 51 є кодом ділянки тестового поля. Приклад 2 Експерименти проводять на озимій пшениці на тестовому полі в північній Німеччині з додаванням сечовини, сечовини + сульфат амонію (сечовина S) і сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS). Добриво сечовина + елементарна сірка, що використовується в тесті, включає 42,7% N і 8% S, концентрація домішки становить 50 частин на мільйон, і розмір частинок S становить приблизно 70мкм. Застосовують 26кг/га S. Тести тривають протягом від 3 днів до тижня. Врожай і вміст сірки в озимій пшениці вимірюють, і результати показані на фіг.2. Фіг.2 показує, що для озимої пшениці сечовина + елементарна сірка (сечовина+eS) і сечовина + сульфат амонію (сечовина S), дають майже однакове збільшення врожаю на 7-8%. Температурний інтервал становить 7-15°С. GS 31 є кодом ділянки тестового поля. Приклад 3 Експерименти проводять на оліїстому рапсі на тестовому полі в Південній Африці. Для оліїстого рапсу застосовують 10кг/га S і сечовину + елементарна сірка (сечовина+eS) порівнюють з CAN, CAN+ASN і сечовиною. Результати показані на фіг.3. Фіг.3 показує врожай для оліїстого рапсу в т/га для CAN, сечовини, сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS) і CAN+ASN. Приклад 4 Експерименти проводять на кукурудзі на тестовому полі в Південній Африці. Застосування S в загальному випадку залежить від N/ra, що застосовується. Сечовину + елементарна сірка (сечовина+eS) порівнюють з суперфосфатним NPS-добривом категорії тестування 24-10-10 і сечовиною. Додають 58, 83 і 108 кг N/ra. Для сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS) відповідні кількості S, що додається становлять 10, 14 і 18 кг S/ra і для NPS-добрива додають 25, 35 і 45 кг S/ra. Результати показані на фіг.4. Фіг.4 показує врожай кукурудзи в кг/га для сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS), NPS-добрива і сечовини. При більш високих температурах в Південній Африці врожай збільшується на 14% для кукурудзи, а оліїстий рапс реагує 71% збільшенням врожаю. Приклад 5 Експерименти з випаровування аміаку проводять на тестовому полі в північній Німеччині (Hhof) і на тестовому полі в Південній Африці (RSA). Втрати аміаку з сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS) вимірюють на двох ділянках і порівнюють з втратами з гранул сечовини, результати показані на фіг.5. Втрати аміаку внаслідок випаровування з сечовини + елементарна сірка (сечовина+eS) зменшуються приблизно на 15% у порівнянні з гранульованою сечовиною стандартної категорії якості. Приклад 6 Утворення пилу, стійкість до стирання, міцність на роздавлювання і показник грудкування вимірюють/розраховують для сечовини, сечовини + S і сечовини + S + домішка. Утворення пилу, який являє собою суму вільного пилу і пилу, одержаного при стиранні, визначають як втрату маси добрива в лотку у встановлених умовах часу і повітряного потоку. Утворення пилу визначають зважуванням добрива до і після впливу потоку повітря в лотку протягом встановленого часу. Стійкість до стирання визначається у вигляді процентного вмісту зруйнованих гранул після обробки в тесті стійкості до стирання. Стійкість до стирання визначають, встановлюючи кількість зруйнованих частинок (фракція