способ получения аммиачно-нитратного удобрения

Формула изобретения

Способ получения гомогенного водорастворимого удобрения на основе аммиачной селитры, включающий получение раствора, введение добавки в раствор, упаривание, гранулирование, кондиционирование гранул, отличающийся тем, что перед стадией упаривания в 85-93%-ный раствор аммиачной селитры, полученной нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком или конверсией нитрата кальция, вводят добавку в виде 49-56%-ного водного раствора нитрата кальция со значением показателя рН, равным 6,5-7,5, и содержанием нерастворимых в воде примесей не более 0,05% в количестве 10-15% Ca(NO₃)₂ до соотношения NН₄NО₃:Са(NО₃)₂ в удобрении, равного (5,7-9):1, при этом гранулирование осуществляют методом приллирования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии получения гомогенных водорастворимых минеральных, в частности аммиачно-нитратных удобрений на основе аммиачной селитры, и может быть использовано в химической промышленности при производстве гранулированной аммиачной селитры с улучшенными физико-химическими, физико-механическим и агрохимическими свойствами.

Специфические свойства аммиачной селитры, такие как полиморфные превращения, имеющие место при нагреве и охлаждении в процессе хранения продукта, затрудняют сохранность прочностных показателей гранул, что приводит к их разрушению при бестарных перевозках и при внесении в почву. Это же способствует ее слеживаемости и комкованию. Кроме того, аммиачная селитра относится к физиологически кислым азотным удобрениям, что снижает ценность при длительном применении. Общеизвестно, что аммиачная селитра может взрываться от детонации, а также в результате интенсивного термического разложения и по этой причине относится к пожаро- и взрывоопасным веществам. В связи с этим рынок сбыта имеет ограничения из-за запрета Европейских стран на ввоз аммиачной селитры как потенциально опасного продукта с точки зрения хранения и перевозки.

Для улучшения качественных характеристик аммиачной селитры применяют различные добавки.

Известны способы улучшения физико-механических свойств аммиачной селитры, при которых поставленная цель достигается путем ввода в плав перед грануляцией различных неорганических добавок: тонкодисперсной силикатной добавки - кремнегеля в количестве 0,5-5,0 мас.% (SU № 1004325, С 05 С 1/02, 13.11.1981); бората меди в количестве 1,0-3,0 мас.% (SU № 1375625, С 05 С 1/02, 18.04.1984); перлита, карбоната кальция, окиси цинка и др. (патент НРБ № 37123, С 01 С 1/18, 09.12.1983).

Перечисленные выше способы не позволяют получить более высокие результаты по сравнению с достигнутыми по следующим причинам:

- усложнение технологического процесса, так как приходится оперировать с сыпучими и пылящими материалами;

- необходимость дополнительного оборудования для тонкого - до 0,1-100 мк - измельчения добавок, а также интенсивного перемешивания их с плавом с целью создания однородной системы;

- необходимость увеличения стадий процесса, а именно предварительной сушки добавок;

- периодическая забивка грануляторов частицами добавок, что снижает производительность агрегата;

- использование дефицитных и дорогостоящих добавок.

Известны способы улучшения физико-механических свойств аммиачной селитры, согласно которым для достижения цели используют сульфатную добавку в количестве 0,4% (NH₄)₂SО₄ в готовом продукте, вводимую в виде серной кислоты или сульфата аммония на стадии нейтрализации; фосфатно-сульфатную добавку, для получения которой применяют смесь фосфорной и серной кислот или смесь их солей, вводимых в азотную кислоту на стадии нейтрализации или в раствор аммиачной селитры перед его упариванием, в количестве 0,3-0,5% P₂O₅ и 0,05-0,2% (NH₄)₂SO₄ в готовом продукте (Технология аммиачной селитры. Под редакцией д.т.н. проф. В.М.Олевского, М.: Химия, 1978, с. 158-164).

Недостатки данных способов:

- применение дорогостоящей термической фосфорной кислоты или фосфатов аммония;

- недостаточно высокая прочность гранул, несмотря на увеличение ее в целом.

Известен способ повышения прочности гранул аммиачной селитры с добавкой нитрата кальция и серной кислоты, согласно которому после этапа нейтрализации вводят раствор нитрата кальция в виде азотной доломитовой вытяжки, содержащей ион кальция и магния, а серную кислоту - на этапе гранулирования (патент UA, № 44008, С 05 С 1/02 А, 16.01.2001).

Недостатки данного способа:

- удобрение не имеет однородности за счет образования сульфата кальция - CaSO₄ и по этой причине не является полностью водорастворимым;

- в результате образования гипса имеет место забивка грануляторов, что приводит к снижению производительности агрегата;

- имеет место выделение оксидов азота в окружающую среду в процессе приготовления доломитовой вытяжки;

- при подаче серной кислоты в плав перед его гранулированием снижается значение показателя рН продукта, это увеличивает его способность к терморазложению и ухудшает качественные характеристики.

Близким по технической сущности и достигаемому результату является способ улучшения физико-механических показателей аммиачной селитры, по которому для достижения цели используется магнезиальная добавка, которая в виде раствора нитрата магния с содержанием Mg(NO₃)₂ 120-135 г/л в пересчете на MgO вводится в технологический процесс производства аммиачной селитры перед стадией упаривания (Технология аммиачной селитры. Под редакцией д.т.н. проф. В.М.Олевского, М.: Химия, 1978, с. 155-157).

Количество вводимой добавки в готовом продукте составляет 0,35-0,5% в пересчете на MgO.

Гранулы аммиачной селитрой с магнезиальной добавкой обладают хорошими физико-химическими свойствами.

Недостатки данного технического решения:

- как и в предыдущих способах, не повышается устойчивость аммиачной селитры к терморазложению, в связи с чем не снижается ее потенциальная пожаро- и взрывоопасность;

- использование дефицитного сырья магнезита, не позволяющее увеличить количество добавки для повышения агрохимической ценности удобрения и улучшения физико-механических характеристик;

- недостаточно высокая прочность гранул, не превышающая 1,5 кг/гранулу;

получение нитрата магния разложением магнезита азотной кислотой связано с экологическими проблемами, в частности с выделением оксидов азота в окружающую среду.

Задачей настоящего изобретения является получение гомогенного водорастворимого аммиачно-нитратного удобрения на основе аммиачной селитры с высокими физико-механическими характеристиками, повышенной термостойкостью, обеспечивающей снижение пожаро- и взрывоопасных свойств продукта и агрохимической ценностью.

Поставленная задача решается изменением параметров технологического процесса по сравнению с прототипом:

- добавка вводится в количестве 10-15% в готовом продукте;

- изменяется качественный и количественный состав добавки, а именно в 85-93% раствор аммиачной селитры (конверсионный или полученный из чистых сред) перед стадией выпарки вводится раствор нитрата кальция со значением показателя рН, равным 6,5-7,5, содержащий 49-56% Ca(NO₃)₂ и не более 0,05% нерастворимых в воде примесей.

Нитрат кальция сам по себе является универсальным физиологически щелочным удобрением, пригодным для всех почв и прежде всего для почв с недостаточным содержанием кальция. Важное значение нитрат кальция имеет для удобрения посевов льна, конопли, ячменя, картофеля и других культур (Технология минеральных солей. М.Е. Позин, Л.: Химия, 1974, т. 2, с. 1210). По этой причине использование нитрата кальция в составе аммиачно-нитратных удобрений целесообразно.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в следующем:

- получение гомогенного водорастворимого удобрения с прочностью гранул не менее 3,0 кг/гранулу;

- удобрение содержит не более 90% аммиачной селитры, что позволяет отнести его к аммиачно-нитратным удобрениям, тем самым снизить пожаро- и взрывоопасность;

- полученное удобрение имеет повышенную устойчивость к терморазложению;

- удобрение имеет повышенную агрохимическую ценность за счет введения добавки, содержащей дополнительный полезный элемент - кальций в достаточном для этих целей количестве (2,4-3,6 мас.%).

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Нитрат кальция, выделенный политермической кристаллизацией из азотно-кислотной вытяжки, полученной в результате разложения апатита азотной кислотой и очищенный от примесей, со значением показателя рН, равным 6,5-7,5, и содержанием Са(NО₃)₂ в количестве 49-56 мас.% а нерастворимых примесей не более 0,05%, подают на смешение с раствором аммиачной селитры концентрацией 85-93 мас.% в соотношении NН₄NО₃: Ca(NO₃)₂, равном (5,7-9,0):1. Причем аммиачную селитру получают конверсией нитрата кальция или в аппаратах ИТН нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком.

Смесь упаривают в выпарном аппарате пленочного типа, затем плав гранулируют на грануляторах методом приллирования. Гранулы удобрения после охлаждения в аппаратах “кипящего” слоя обрабатывают кондиционирующей добавкой.

Добавка нитрата кальция к аммиачной селитре в количестве, обеспечивающем содержание в готовом продукте не менее 10 мас.%, позволяет получить новый вид удобрения - аммиачно-нитратное, с повышенной термостойкостью и улучшенными физико-механическими, физико-химическими и агрохимическими свойствами по сравнению с аммиачной селитрой, полученной по прототипу. Получение удобрения с содержанием нитрата кальция более 15% на оборудовании производства аммиачной селитры проблематично, так как имеет место снижение температуры кристаллизации плава.

Получают продукт со следующими показателями:

- содержание нитрата аммония 85-90%;

- содержание кальция 2,4-3,6%;

- влага (методом Фишера) 0,3-0,4%;

- содержание водонерастворимых примесей не превышает 0,02%

- прочность гранул 3,0-4,4 кг/гранулу;

- содержание фракции 2-4 мм 95-99%;

- количество кондиционирующей добавки 0,05-0,15 мас.%.

- температура начала разложения продукта повышается на 5-8С по сравнению аммиачной селитрой, полученной по прототипу.

Проведенные нами исследования показали, что полученное удобрение имеет более высокую гигроскопичность по сравнению с аммиачной селитрой, полученной по прототипу (таблица). При этом при увлажнении гранул даже с содержанием H₂O 4 мас.% не происходит образования монолитов, что связано с водоотнимающим свойством нитрата кальция.

Осуществление данного технологического процесса по предлагаемому способу дает возможность с незначительными материальными затратами по упрощенной технологии получить новый продукт - аммиачно-нитратное удобрение с указанными выше показателями.