Спосіб одержання сульфату-нітрату амонію

Реферат: Винахід належить до виробництва змішаних добрив, зокрема до одержання однорозмірних часток добрива. Заявлено спосіб одержання сульфату-нітрату амонію, в якому: одержують у реакторі суспендований розплав, що містить сульфат-нітрат амонію й сульфат амонію, подають суспендований розплав у статор, що підігрівається, безперервно перемішують суспендований розплав у статорі для утримання суспендованого розплаву в розрідженому при зрушенні стані, рециркулюють суспендований розплав зі статора, що підігрівається, до реактора, при цьому пропускають частину суспендованого розплаву через канал у статорі, що підігрівається і регулюють температуру для утримання суспендованого розплаву при температурі від приблизно 178 °С до приблизно 210 °С, екструдують частину суспендованого розплаву через переміщувану відносно каналу рухому решітку з отворами, розмір яких заданий для формування крапель, охолоджують краплі, що утворюються, і одержують однорідні частки з діаметром 1-3 мм. UA 104172 C2 (12) UA 104172 C2 UA 104172 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки Даний винахід відноситься до способу одержання однорозмірних часток добрива. Більш точно, винахід відноситься до одержання використовуваної як добрива твердої речовини із суміші твердої речовини й рідини. Рівень техніки Виробництво змішаних добрив здійснюється шляхом змішування й(або) введення у реакцію окремих компонентів добрива й формування з них часток з бажаною градацією розмірів. Частки, які можуть мати градацію розмірів, що відповідає менш переважному продукту, просівають, щоб відокремити частки з відхиленнями у розмірах й зібрати їх для повторної переробки або продажу як менш коштовного продукту. Також поширені змішані добрива, в яких компоненти добрива змішують, але не формують з них частки, що містять всі компоненти або живильні речовини. Це призводить до утворення неоднорідних часток з одмінним вмістом компонентів, зокрема, у суміші може коливатися кількість азоту. Ця неоднорідність призводить до нерівномірності розподілу, швидкостей вивільнення й ефективності живильних речовин. Добрива у вигляді гранул, що містять суміші живильних речовин, також можуть містити мікрокомпоненти, які додають із метою підвищення ефективності добрива у конкретному застосуванні. Крім того, при використанні добрив у вигляді однорідних часток забезпечується кращий контроль вивільнення живильних речовин у ґрунт, на поверхні якої розкидають добрива. Швидкістю вивільнення живильних речовин й регулюванням складу може знижуватися втрата живильних речовин до того, як їх зможуть всмоктати рослини. Одним зі способів одержання дрібних сферичних гранул є зернування, коли розплавлену речовину пропускають через пристрій, відомий як зернувальна голівка, у якій формується рідкокрапельний потік. Для крапель характерна низька летючість або відсутність летючості, і вони не містять розчинників, що вимагають видалення. Краплі прохолоджують безперервним потоком охолоджувального газу, зазвичай повітря, щоб викликати затвердіння крапель. Іншим способом є гранулювання, коли розплавлену речовину випускають через розпорошувальне сопло з метою одержання часток добрива, які змішуються й агломеруються в обертовому барабані. Проте, як зернуванню, так і гранулюванню властиві недоліки. При гранулюванні одержувані частки є неоднорідними (за розміром та формою), і зазвичай потрібна повторна обробка значної частини речовини, не відповідаючої технічним вимогам, що підвищує витрати у зв'язку з необхідністю устаткування для повторної обробки (сит, дробарок, конвеєрів) й устаткування для вловлювання пилу й субмікронних часток. Зернування надає одержуваним часткам більшої однорідності за розміром й формою, ніж гранулювання, але при цьому необхідне очищення більших кількостей повітря з метою вловлювання субмікронних часток перед випуском повітря в атмосферу. Сутність винаходу У винаході запропонований спосіб одержання часток сульфат-нітрат амонію. При здійсненні способу одержують суспендований розплав шляхом введення в реакцію нітрату амонію й надлишку сульфат амонію, в результаті чого утворюється суспендований розплав, що містить сульфат-нітрат амонію. Безупинно перемішують суспендований розплав з метою підтримання його в розріджуваному при зрушенні стані і втримання твердих часток у розплаві в суспендованому стані. Подають суспендований розплав у статор, що підігрівається, у якому його безупинно перемішують у міру проходження через статор, що підігрівається. Частина суспендованого розплаву проходить по каналу у нагрітому статорі й екструдується через решітку, яка переміщується по каналу. Екструдують суспендований розплав через рухливу решітку у вигляді крапель, які падають на охолоджуваний стрічковий конвеєр. Краплі утворюють тверді напівеліпсоїдні частки з діаметром у переважному інтервалі від 2 до 3 мм, які збирають зі стрічкового конвеєра. Інші задачі, переваги й застосування даного винаходу стануть ясні фахівцям у даній області техніки з наступного докладного опису й креслень. Короткий опис креслень На фіг. 1 показана блок-схема способу і на фіг. 2 показана блок-схема вдосконаленого роторного пристрою для таблетування. Докладний опис винаходу Основні компоненти багатьох добрив включають джерело азоту й зазвичай джерело сірки. Сульфат-нітрат амонію добре відомий з техніки й зазвичай являє собою суміш подвійних солей сульфату амонію з нітратом амонію й містить невеликі кількості одинарних солей. Одним із продуктів на основі сульфату-нітрату амонію є твердий продукт, відомий як плавлений сульфатнітрат амонію (FASN). FASN забезпечує багато з потреб ринку добрив у твердих добривах, 1 UA 104172 C2 5 10 15 20 таких як нітрат амонію, сечовино-амонієвий нітрат і кальцієвий нітрат амонію. Однією із задач винаходу є одержання однорозмірних часток, які не потребують подальшої обробки, такої як просівання, дроблення, переплавлення, сплощення або додаткова агломерація. Коли вказується, що частки є однорідними, вони зазвичай мають однорідну напівеліпсоїдну форму із плоскою поверхнею й невеликим поперечним розміром або діаметром. Сульфат-нітрат амонію є бажаним добривом за рахунок своїх поліпшених властивостей стабільності й вибухобезпечності в порівнянні зі сполуками на основі нітрату амонію. Сульфатнітрат амонію (ASN) є відомою сполукою, а запропонований у винаході спосіб є способом одержання запатентованого компанією Honeywell складу, захищеного патентом US 6689181, і далі при згадуванні ASN або плавленого сульфату-нітрату амонію (FASN) мається на увазі цей склад. Крім того, сульфат-нітрат амонію має більш високу вологонепроникність, що дозволяє сповільнювати доставку живильних речовин до рослин і обмежувати втрати внаслідок дощів. У даному винаході запропоноване одержання переважно однорозмірних часток FASN із необхідною споживачам градацією розмірів. FASN являє собою однорідну суміш подвійних солей сульфату-нітрату амонію (ASN), сульфату амонію (AS), що не прореагував, і невеликої кількості нітрату амонію (AN), що не прореагував. Бажаним продуктом є продукт, що переважно містить подвійну сіль зі співвідношенням 2:1 нітрату амонію й сульфату амонію або (AN) 2AS. Утворюється невелика кількість солі зі співвідношенням 3:1 або (AN) 3AS. У способі використовується надлишок сульфату амонію, що сприяє утворенню більшої кількості подвійної солі зі співвідношенням 2:1, ніж потрійної солі зі співвідношенням 3:1. Бажані інтервали вмісту компонентів у композиції на основі FASN у перерахуванні на суху речовину наведені в Таблиці 1. Таблиця 1 AS (AN)2AS (AN)3AS AN FASN 25 30 35 40 45 50 Інтервал вмісту, в % за вагою 30-32 64-66 3-4 0-1 100 Одержання FASN традиційними способами пов'язане зі значною невизначеністю того, що стосується експлуатаційних характеристик устаткування, відповідності вимогам, характеристик у процесі роботи, якості продукції, викидів та капітальних й експлуатаційних витрат. Вихідною речовиною для одержання FASN є суспендований розплав зі здатністю розріджуватися при зрушенні. Розплав, який утворюється в реакторі, містить розплавлений сульфат-нітрат амонію в кількості від 60 до 70 % за вагою й тонкоподрібнений нерозчинений сульфат амонію в кількості від 30 до 40 % за вагою. Суспендований розплав повинен постійно перебувати в русі або в стані зрушення щоб уникнути підвищення в'язкості й відділення твердих часток. Підвищення в'язкості або згущення розплаву й(або) відділення твердих часток може призводити до закупорювання ліній і устаткування. Результатом цього може бути неоднорідність розмірів часток FASN. Одним зі способів одержання FASN є зернування, коли суспендований розплав повинен бути піднятий на висоту зазвичай 150-250 футів над рівнем землі для охолодження й отвердіння часток. Для контролю розміру часток, включаючи злипання часток при охолодженні, й одержання субмікронних часток необхідне просівання, рециркуляція і переплавлення частини FASN. Аналогічно гранулюванню FASN, яке зазвичай здійснюється в пристрої з обертовим барабаном, одержують субмікронні частки, а також частки з більш широкою градацією розмірів. При модернізації існуючого виробництва твердих добрив обидва способи будуть вимагати заміни або модифікації існуючого встаткування й значної рециркуляції твердих часток, які не відповідають технічним вимогам. У даному винаході запропоноване використання існуючих вихідних потужностей з невеликими, якщо вони взагалі будуть потрібні, модифікаціями, і спосіб малоінтенсивного одержання твердих часток для виготовлення високо уніфікованої за розміром і формою продукції. У способі використовується таблетування для одержання переважно однорідних напівеліпсоїдних часток шляхом затвердіння рідкого розплаву на охолоджувальній поверхні. Хоча існує кілька промислових виробників устаткування для таблетування, для одержання однорідного продукту на основі FASN потрібна модифікація способу. Як показано на фіг. 1, при 2 UA 104172 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 здійсненні способу в реакторі 10 одержують суспендований розплав сульфату-нітрату амонію й сульфату амонію. Суспендований розплав подають у статор 20, що підігрівається, у якому суспендований розплав безупинно перемішують і у вигляді крапель екструдують на охолоджуваний стрічковий конвеєр 30, на якому утворюються напівеліпсоїдні частки із градацією розмірів від 1 до 3 мм. Краплі переважно утворюють частки із градацією розмірів від 1 до 3 мм, більш переважно із діаметром 2,5 мм, що відповідає розрахунковому середньому діаметру часток (SGN) від 220 до 280. При більш вузькій та кращій градації розмірів одержують продукт із високим ступенем однорідності. Як показано на фіг. 2, суспендований розплав подають по каналу 22 в статорі 20 і екструдують через рухливу решітку 24, яка переміщується по каналу 22. Канал 22 є частиною більш крупного циліндричного проходу 26, по якому переміщається суспендований розплав. Суспендований розплав безупинно перемішують щоб уникнути підвищення в'язкості. Статор 20, що підігрівається, складається з порожнього частково закритого циліндричного проходу 26, який проходить по всій довжині статора 20, що підігрівається. Обігрівальним середовищем може бути будь-яке застосовне текуче середовище, таке як нагріта вода, пара, теплоносій або інше сумісне технологічне середовище. Суспендований розплав подається під невисоким, але регульованим тиском менше 0,8 Мпа, достатнім для проходження суспендованого розплаву через статор 20, що підігрівається. Потік підтримують на рівні, достатньому для втримання твердих часток у суспендованому стані й забезпечення вільного руху суспендованого розплаву. Частину суспендованого розплаву випускають зі статора 20 і повертають у реактор 10. Суспендований розплав надходить із циліндричного проходу 26 у канал 22, розташований на дні статора 20. Навколо статора 20, що підігрівається, обертається перфорований циліндричний барабан 40. У барабані 40 поперечно дну каналу 22 виконані отвори 42, з яких екструдують суспендований розплав. Екструдований суспендований розплав у вигляді крапель падає на охолоджувальний стрічковий конвеєр 30, у результаті чого охолоджуваний суспендований розплав твердне, і утворюються частки, також відомі як таблетки бажаного розміру. Отвори 42 рознесені на достатню відстань щоб уникнути злипання сусідніх крапель одної з одною на охолоджувальному конвеєрі 30 і мають достатньо великі розміри, які дозволяють вільно проходити твердим часткам з максимальним розміром 300 мікрометрів або менше. Статор 20 і обертовий барабан 40 у зборі розташовані горизонтально над охолоджувальним конвеєром 30 перпендикулярно напрямку його руху, при цьому статор 20 і барабан 40 проходять по всій ширині стрічкового конвеєра 30. Статор 20 і обертовий барабан 40 у зборі розташовані з боку впуску охолоджувальної частини конвеєра 30, як це прийняте в таких охолоджувальних стрічкових конвеєрах. Усередині циліндричного проходу 26 перебуває система перемішування для безперервного перемішування суспендованого розплаву й підтримання суспендованого розплаву в однорідному стані протягом проходу 26. Це перемішування запобігає згущенню розплаву й випаданню твердих часток в осад при проходженні розплаву по проходу 26 і на виході з каналу 22. В одному з варіантів здійснення система перемішування являє собою співвісну обертову багатолопатеву ракельну систему 44. Лопатева система 44 обертається з низькою частотою обертання приблизно від 200 об/хв. до 600 об./хв., переважно від 200 об./хв. до 400 об./хв. або приблизно 300 об./хв. Суспендований розплав містить сульфат-нітрат амонію в кількості від 60 і 80 % за вагою, переважно від 60 до 70 % за вагою. Суспендований розплав також містить твердий сульфат амонію в кількості від 40 до 20 % за вагою, переважно від 30 до 20 % за вагою. Твердий сульфат амонію є тонко здрібненим, і при виході суспендованого розплаву з реактора 10 тверді частки переважно мають максимальний розмір менше 300 мікрометрів. Частина твердих часток вступає в реакцію, а інша частина розчиняється в екструдованому розплаві. Суспендований розплав перемішують у реакторі 10 для втримання твердих часток в розплаві у стані суспензії. Спосіб передбачає значне регулювання температури на всіх його стадіях, включаючи реактор 10 з мішалкою і статор 20, що підігрівається, для підтримання температури суспендованого розплаву в межах від 180 °C до 200 °C. Регулювання здійснюють таким чином, щоб температура в реакторі 10 і статорі 20, що підігрівається, становила від 185 °C до 190 °C. Регулювання здійснюють таким чином, щоб температура не падала нижче 178 °C, коли почнеться твердіння суспендованого розплаву, і не піднімалася вище 210 °C, коли почне розпадатися нітрат амонію. При здійсненні способу додатково регулюють тиск таким чином, щоб підтримувати тиск у системі нижче 1,14 МПа (150 фунтів на кв. дюйм), переважно нижче 0,8 МПа (100 фунтів на кв. дюйм). Відповідно, реактор працює при атмосферному тиску або близькому до атмосферного 3 UA 104172 C2 5 10 15 20 25 30 35 тиску, а в трубопроводах їхнього статора, що підігрівається, підтримується низький робочий тиск, зазвичай нижче 0,8 МПа, переважно нижче 0,2 МПа. За рахунок підтримання суспендованого розплаву в нагрітому й перемішуваному стані, з метою збереження його зниженої в'язкості, при зниженому тиску полегшується робота. Хоча в одному з варіантів здійснення перемішування здійснюється за допомогою багатолопатевої ракельної системи, мається на увазі, що у винахід входять інші системи перемішування. Одним із прикладів є шнекова система, у якій суспендований розплав перемішується й подається через циліндричний прохід 26 у статорі 20, що підігрівається. Для забезпечення однорідності крапель, що проходять через отвори 42 у рухливій решітці, переважно оберігають отвори 42 у рухливому барабані 40 від нагромадження затверділої речовини або злиплих твердих часток. Для цього видаляють здатний налипати на отвори 42 або барабан 40 суспендований розплав, що залишається поблизу отворів 42. В одному з варіантів здійснення в способі додатково передбачена подача гарячого текучого середовища, такого як гаряча вода або пара через отвори 42 у рухливій решітці після того, як суспендований розплав з рухливого барабана 40 у вигляді крапель потрапив на стрічковий конвеєр 30. У статорі 20, що підігрівається, може бути передбачений додатковий канал 50. Додатковий канал 50 має щонайменше таку ж довжину, як і в рухливого барабана 40. Із практичних міркувань додатковий канал 50 проходить по всій довжині статора 20. Навколо статора 20 і рухливого барабана 40 може бути передбачена система збору для виймання залишкової речовини, яка видаляється через отвори 42 у решітці. Система збору може бути вбудованою в навколишню теплову оболонку 60 і розрахована на запобігання попаданню залишкової речовини на стрічковий конвеєр 30. У систему може входити шкребок 52 для механічного очищення речовини навколо країв отворів 42. Підпружинений шкребок 52 проходить по всій довжині обертового барабана 40. Шкребок 52 може встановлюватися в різних положеннях навколо барабана. Одним з положень є положення після викиду залишкової речовини, а одним з альтернативних положень є точка безпосередньо перед суміщенням отворів 42 у барабані з каналом 22 статора 20. Шкребок 52 переважно виготовлений з більш м'якого матеріалу, ніж барабан для мінімального зношування обертового барабана 40. У систему також може входити другий стрічковий конвеєр 54 для збору й видалення залишкової речовини із простору усередині теплової оболонки 60. Як альтернатива, може бути передбачений похилий лоток, що нагрівається, для збору речовини у вигляді рідини та подання її в резервуар, що нагрівається для повернення в реактор 10 і повторного використання. Хоча винахід описаний на прикладі, що вважається переважним варіантом його здійснення, мається на увазі, що він не обмежений розглянутими варіантами здійснення, і в нього включені різні модифікації й еквіваленти, що входять в об'єм прикладеної формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 1. Спосіб одержання сульфату-нітрату амонію, в якому: одержують у реакторі суспендований розплав, що містить сульфат-нітрат амонію й сульфат амонію, подають суспендований розплав у статор, що підігрівається, безперервно перемішують суспендований розплав у статорі для утримання суспендованого розплаву в розрідженому при зрушенні стані, рециркулюють суспендований розплав зі статора, що підігрівається, до реактора, при цьому пропускають частину суспендованого розплаву через канал у статорі, що підігрівається, і регулюють температуру для утримання суспендованого розплаву при температурі від приблизно 178 °С до приблизно 210 °С, екструдують частину суспендованого розплаву через переміщувану відносно каналу рухому решітку з отворами, розмір яких заданий для формування крапель, охолоджують краплі, що утворюються, і одержують однорідні частки з діаметром 1-3 мм. 2. Спосіб за п. 1, в якому з крапель утворюються однорідні тверді частки з діаметром 2-3 мм. 3. Спосіб за п. 1, в якому стадія безперервного перемішування суспендованого розплаву в статорі, що підігрівається, додатково включає перемішування за допомогою обертової багатолопатевої мішалки. 4. Спосіб за п. 1, в якому суспендований розплав містить 60-80 % масових сульфату-нітрату амонію і 40-20 % масових твердого сульфату амонію. 5. Спосіб за п. 1, в якому сульфат амонію містить тверді частки з максимальним розміром менше 300 мікрометрів. 6. Спосіб за п. 1, в якому при одержанні суспендованого розплаву: 4 UA 104172 C2 5 змішують сульфат амонію й нітрат амонію в реакторі для одержання суміші, нагрівають суміш до температури, достатньої для плавлення сульфату амонію, і перемішують суміш. 7. Спосіб за п. 6, в якому перемішують суміш у реакторі для підтримання її в розрідженому при зрушенні стані. 8. Спосіб за п. 1, у якому реактор нагрівають до температури 180-200 °C. 9. Спосіб за п. 1, у якому реактор діє при тиску нижче 1,14 Мпа. 5 UA 104172 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6