BR112016015901B1 - Uso de um composto de lignina e enxofre elementar para melhorar a dureza de um fertilizante de ureia - Google Patents

Uso de um composto de lignina e enxofre elementar para melhorar a dureza de um fertilizante de ureia Download PDF

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Abstract

uso de um composto de lignina e enxofre elementar, e, composição fertilizante de ureia-enxofre a presente invenção descreve um fertilizante de ureia tendo um composto de lignina e enxofre elementar dispersos totalmente no fertilizante e apresentando dureza melhorada.

Description

CAMPO DE INVENÇÃO
[0001] A presente invenção fornece um fertilizante de ureia tendo propriedades físicas melhoradas, particularmente apresentando dureza melhorada e, desejavelmente, também melhoradas resistência à abrasão e resistência ao impacto.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] Ureia é comumente usada como um fertilizante, fornecendo nitrogênio para plantas. Grânulos de ureia são com frequência friáveis, quebrando em partículas menores e criando quantidades substanciais de poeira durante armazenamento, transporte e uso.
[0003] US 4587358 descreve que as propriedades físicas das partículas de ureia podem ser melhoradas pela incorporação de formaldeído ou, mais desejavelmente de um ponto de vista de segurança, incorporando um lignossulfonato, como lignossulfonato de cálcio. US 4676821 descreve partículas de ureia que contêm lignossulfonato de cálcio e que, adicionalmente, têm um revestimento de enxofre elementar. O revestimento de enxofre permite uma taxa de dissolução controlada do fertilizante de ureia.
[0004] Os presentes inventores procuraram preparar um fertilizante de ureia tendo propriedades físicas melhoradas, em particular dureza melhorada.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0005] Portanto, a presente invenção fornece o uso de um composto de lignina e enxofre elementar para preparar um fertilizante de ureia tendo o composto de lignina e o enxofre elementar dispersos totalmente no fertilizante e apresentando dureza melhorada.
[0006] A invenção fornece ainda uma composição fertilizante de ureia-enxofre compreendendo de 50 a 99% em peso de ureia, de 1 a 25% em peso de enxofre elementar e de 0,1 a 5% em peso de um composto de lignina, em que as percentagens em peso são baseadas no peso da composição de fertilizante, e em que o composto de lignina e o enxofre são dispersos em todo o fertilizante.
[0007] Os presentes inventores reconheceram que a combinação de enxofre e composto de lignina, dispersos em todo o fertilizante de ureia, pode melhorar as propriedades físicas do fertilizante, especialmente quando os componentes estão presentes em uma quantidade de 50 a 99% em peso de ureia, de 1 a 25% em peso de enxofre elementar e de 0,1 a 5% em peso de um composto de lignina.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0008] Na presente invenção, um composto de lignina é incorporado em um fertilizante de ureia-enxofre.
[0009] O composto de lignina é, de modo apropriado, um lignossulfonato. Exemplos de lignossulfonatos incluem lignossulfonato de amônio, lignossulfonato de sódio, lignossulfonato de cálcio e lignossulfonato de potássio. Preferivelmente, o lignossulfonato é lignossulfonato de cálcio.
[00010] Compostos de lignina são derivados de lignina, que é encontrada no material celular de plantas, por exemplo, árvores.
[00011] Ligninas compreendem porções substituídas de propilfenol poliméricas que são interconectadas em várias posições sobre o esqueleto de carbono através de um grupo fenóxi. Lignossulfonato pode ser produzido a partir de lignina por um processo sulfito, em que uma carga de alimentação apropriada, como madeira, é digerida a 140-170°C, com uma solução aquosa de bissulfito de cálcio em condições ácidas. Um cátion benzílico é formado sob condições indicadas, que é extinto pelo íon sulfito para produzir um derivado sulfonado, que é separado.
Figure img0001
[00012] Os detalhes deste processo são descritos, por exemplo, em Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources, M. N. Belgacem, A. Gandini; Elsevier, 2008, 225-241.
[00013] Dependendo da natureza das condições de reação, o lignossulfonato produzido pode conter componentes de carboidratos que são quimicamente ligados ao arcabouço molecular de lignossulfonato. Este material encontra aplicações comerciais como lignossulfonato de tipo açucarado, que podem, por exemplo, ter um teor de carboidrato tão elevado como 35% em peso, dependendo das condições de fabricação. Fermentação alcoólica de uma mistura de lignossulfonato de tipo açucarado ou tratamento químico seletivo por ultrafiltração podem ser usados para remover o teor de açúcar para produzir um lignossulfonato de cálcio de tipo não açucarado.
[00014] Lignossulfonatos utilizáveis na presente invenção podem ser lignossulfonatos de tipo açucarado ou lignossulfonatos de tipo não açucarado e podem ser derivados de cargas de alimentação de madeira macia ou madeira dura.
[00015] Por exemplo, lignossulfonatos de tipo açucarado derivados de madeira dura e lignossulfonatos de tipo não açucarado derivados de madeira macia foram verificados como sendo de uso particular.
[00016] Preferivelmente, o teor de carboidrato dos lignossulfonatos, como determinado pelo método de teste TAPPI T 249 cm-85 (envolve um tratamento ácido seguido por análise de cromatografia gasosa), pode ser, no máximo, 35% em peso, mais preferivelmente no máximo 15% em peso, ainda mais preferivelmente pelo mais 5% em peso.
[00017] O peso molecular do lignossulfonato pode variar consideravelmente e pode estar, por exemplo, na faixa de 7.000 a 35.000 Daltons, preferivelmente 12.000 a 28.000 Daltons.
[00018] O termo lignossulfonato também engloba sais mistos de diferentes íons, como lignossulfonato de potássio/sódio ou lignossulfonato de potássio/cálcio.
[00019] A quantidade de composto de lignina no fertilizante é apropriadamente de, pelo menos, 0,05% em peso com base no peso da composição fertilizante de ureia, preferivelmente, pelo menos 0,1% em peso, mais preferivelmente pelo menos 25% em peso, e mais preferivelmente 0,75% em peso. A quantidade de composto de lignina é apropriadamente menor do que 10% em peso, mais preferivelmente menor do que 5% em peso e, mais preferivelmente, menor do que 1,5% em peso.
[00020] A quantidade de ureia no fertilizante é apropriadamente de, pelo menos, 50% em peso com base no peso da composição fertilizante de ureia, preferivelmente, pelo menos, 60% em peso e mais preferivelmente 75% em peso. A quantidade de ureia é apropriadamente menor do que 99% em peso e mais preferivelmente menor do que 95% em peso.
[00021] O enxofre elementar no fertilizante de ureia-enxofre pode ser enxofre químico de pureza elevada (> 99,9% de S), como obtido a partir do processo Claus. No entanto, enxofre elementar de pureza significativamente mais baixa também pode ser usado. Exemplos de tal enxofre elementar incluem a torta de filtro de enxofre como obtida a partir de operações de filtração e fusão de enxofre obtidas a partir de vários processos químicos e biológicos de remoção de gás H2S. Tipicamente, estas fontes de enxofre podem conter qualquer ponto na faixa de 30 a 99,9 em peso, preferivelmente de 50 a 99, 5% em peso, mais preferivelmente de 60 a 99,0% em peso de enxofre, com o resto compreendendo cal, gesso, sílica, ferro e outros materiais de traço.
[00022] A quantidade de enxofre elementar no fertilizante é apropriadamente pelo menos 1% em peso com base no peso da composição fertilizante de ureia-enxofre, e preferivelmente pelo menos 3% em peso. A quantidade de enxofre é apropriadamente menor do que 50% em peso, mais preferivelmente menor do que 25% em peso e, mais preferivelmente, menor do que 7% em peso.
[00023] As quantidades preferidas de composto de lignina e enxofre são determinadas considerando-se quanto destes componentes é necessário para melhorar a dureza do fertilizante de ureia versus o custo destes componentes.
[00024] O composto de lignina e o enxofre elementar são dispersos totalmente no fertilizante. Por “dispersos totalmente” no fertilizante, os inventores significam que o composto de lignina e o enxofre elementar estão homogeneamente dispersos totalmente no fertilizante, isto é, não apenas na superfície, nem somente no núcleo das partículas de fertilizante. Não é desejável que o enxofre esteja revestido sobre a superfície da ureia. Os presentes inventores acreditam que o enxofre disperso totalmente na matriz de ureia cria rupturas na estrutura de cristal da ureia, diminuindo, assim, a fragilidade e melhorando a dureza. O tamanho médio de partícula do enxofre elementar é, de modo apropriado, menor do que 50 μm, e preferivelmente menor do que 20 μm. Apropriadamente, o tamanho médio de partícula do enxofre elementar é maior do que 2 μm, e preferivelmente maior do que 5 μm.
[00025] O fertilizante de ureia pode compreender nutrientes de plantas adicionais. Tais nutrientes de plantas podem ser selecionados dentre, mas não limitados a potássio, fósforo, nitrogênio, boro, selênio, sódio, zinco, manganês, ferro, cobre, molibdênio, cobalto, cálcio, magnésio e combinações dos mesmos. Esses nutrientes podem ser fornecidos sob forma elementar ou sob forma de sais, como óxidos, hidróxidos, sulfatos, nitratos, halogenetos ou fosfatos. A quantidade de micronutrientes de plantas adicionais depende do tipo de fertilizante necessário, estando tipicamente na faixa de 0,1 a 30% em peso com base no peso total do fertilizante, preferivelmente na faixa de 0,5 a 20% em peso.
[00026] O fertilizante pode ser produzido por um processo compreendendo as etapas de: (a) fornecer uma primeira corrente que compreende ureia líquida; (b) fornecer uma segunda corrente compreendendo enxofre elementar líquido; (c) misturar a primeira corrente e a segunda corrente em um dispositivo de mistura na presença de um composto de lignina para formar uma emulsão compreendendo partículas de enxofre elementar microencapsuladas, que são revestidas com uma camada do composto de lignina, pelo que uma temperatura é aplicada acima de 135°C, que mantém o enxofre elementar e a ureia substancialmente em forma de líquido no dispositivo de mistura; e (d) submeter a emulsão, como obtida na etapa (c), a uma ou mais etapas de processamento adicionais para obter o fertilizante de ureia- enxofre.
[00027] Na etapa (c) é usado um dispositivo de mistura. O dispositivo de mistura a ser usado na etapa (c) pode ser, de modo apropriado, um moinho de dispersão, em que um rotor gira dentro de um estator fendilhado ou um misturador estático. Preferivelmente, o dispositivo de mistura é um moinho de dispersão.
[00028] Na etapa (c), um ou mais nutrientes de plantas adicionais podem ser adicionados e/ou um antiespumante pode ser adicionado.
[00029] Na etapa (d), aa emulsão como obtida na etapa (c) é submetida a uma ou mais de outras etapas de processamento para obter o fertilizante de ureia-enxofre. Uma ou mais etapas de processamento adicionais compreendem submeter a emulsão a um processo de formação, para obter o fertilizante de ureia-enxofre. O processo de formação pode ser, de modo apropriado, um processo de granulação, um processo de peletização, um processo de compactação, um processo de formação de comprimidos, ou um processo de compressão.
[00030] A emulsão de partículas de enxofre elementar, como obtidas na etapa (c), pode ser combinada com um ou mais de outros componentes para obter uma mistura da emulsão e o um ou mais de outros componentes, e esta pode ser submetida a um processo de formação em etapa (d). O um ou mais de outros componentes podem ser outros produtos fertilizantes. Por exemplo, rocha de fosfato pode ser adicionada à emulsão de partículas de enxofre elementar antes de ser fornecida ao processo de formação na etapa (d), assim produzindo um fertilizante de ureia-enxofre-rocha de fosfato. Alternativamente, cloreto de potássio pode ser adicionado à emulsão de partículas de enxofre elementar antes de ser fornecida ao processo de formação em etapa (d), assim produzindo um fertilizante de ureia-enxofre- KCl. Em uma modalidade, ácido fosfórico pode ser adicionado à emulsão de partículas de enxofre elementar, enquanto está quente e antes de ser fornecido ao processo de formação na etapa (d). O ácido fosfórico reagiria com a ureia, assim produzindo um fertilizante de ureia-fosfato-enxofre. Em outra modalidade, a emulsão de ureia-enxofre ou o fertilizante de ureia-enxofre formado pode ser combinada com os fertilizantes NPK, quer por adição da emulsão de ureia-enxofre no processo de produção de fertilizante NPK (antes da formação do fertilizante) ou misturando grânulos de fertilizante de ureia- enxofre com grânulos de fertilizante NPK.
[00031] Outro material que pode ser incorporado no fertilizante de ureia-enxofre é uma argila como bentonita. De modo apropriado, a argila pode ser adicionada à emulsão de partículas de enxofre elementar antes de ser fornecida ao processo de formação na etapa (d).
[00032] A presente invenção permite ao versado na técnica preparar um fertilizante apresentando dureza melhorada, isto é, usando um composto de lignina e enxofre elementar para preparar um fertilizante de ureia tendo o composto de lignina e o enxofre elementar dispersos totalmente no fertilizante, o versado na técnica pode preparar um fertilizante que é mais duro do que um fertilizante que é, em outros aspectos igual, mas não tem o composto de lignina e enxofre elementar dispersos totalmente no fertilizante. Dureza pode ser medida usando o teste IFDC S-115 (como descrito no Manual for Determining Physical Properties of Fertilizer do International Fertilizer Development Center).). Os fertilizantes preparados de acordo com a invenção também podem ter uma resistência melhorada à abrasão (medida usando os testes IFDC S-116 e S-117), resistência a impactos melhorada (medida usando o teste IFDC S-118) e tendência à formação de torta melhorada (medida usando os testes IFDC S-105 e S-106).
[00033] A invenção será agora demonstrada por meio de um exemplo que não se destina a ser limitativo da invenção.
EXEMPLOS
[00034] A instalação piloto de granulação com tambor do International Fertilizer Development Center (IFDC), localizada em Muscle Shoals, Alabama, foi usada para granular diferentes fertilizantes de ureia recentemente refundida, enxofre elementar recentemente refundido, e vários aditivos.
[00035] Ureia recentemente refundida (ureia microgranulada de fonte PCS), enxofre recentemente refundido (enxofre do Canadá em pastilhas comercial) e um produto de lignossulfonato de cálcio comercial foram bombeados em um dispositivo de mistura para produzir uma emulsão estável de enxofre em fusão em ureia em fusão. A emulsão estabilizada foi misturada com um auxiliar de granulação e granulada usando uma instalação de granulação com tambor padrão consistindo de um granulador com tambor, um resfriador giratório, uma série de peneiras e esmagadores, uma correia de exportação de produto e uma correia interna de reciclo de sólidos.
[00036] Várias combinações de enxofre, ureia, e lignossulfonato de cálcio foram produzidas, e várias propriedades físicas do produto granulado foram avaliadas pelos laboratórios IFDC usando procedimentos padronizados do IFDC descritos no “IFDC Manual for Determining Physical Properties of Fertilizer (IFDC R-10)”. Os resultados são apresentados na Tabela 1:
Figure img0002
[00037] A adição de enxofre elementar finamente dividido a grânulos de ureia, sem a presença de lignossulfonato de cálcio, teve de fato alguns impactos positivos e alguns negativos sobre as propriedades físicas de fertilizantes em comparação com ureia. Por exemplo, a absorção de umidade, a penetração de umidade, bem como a capacidade de reter umidade do Exemplo Comparativo 2 são superiores às do Exemplo Comparativo 1, mas a sua resistência ao esmagamento, e sua integridade de grânulo, úmido, são piores do que as do Exemplo Comparativo 1. Com base no exposto acima, pode ser claramente demonstrado que enxofre finamente disperso sozinho aumenta ou diminui a qualidade das propriedades físicas da ureia.
[00038] A adição de enxofre elementar finamente dividido a grânulos de ureia na presença de um aditivo de lignina leva a um grânulo de propriedades físicas superiores que os de ureia pura. Todas as propriedades físicas estudadas são superiores no Exemplo 1 em comparação com as do Exemplo Comparativo 1, e são iguais ou superiores às do Exemplo Comparativo 2. Os inventores da presente invenção verificaram que a combinação de enxofre e composto de lignina, dispersos totalmente no fertilizante de ureia, pode melhorar as propriedades físicas do fertilizante.

Claims (6)

1. Uso de um composto de lignina e enxofre elementar para melhorar a dureza de um fertilizante de ureia, o fertilizante de ureia sendo caracterizado pelo fato de que tem o composto de lignina e o enxofre elementar dispersos totalmente no fertilizante, em que o composto de lignina compreende um lignossulfonato de tipo não açucarado.
2. Uso de um composto de lignina e enxofre elementar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o composto de lignina é lignossulfonato de cálcio de tipo não açucarado.
3. Uso de um composto de lignina e enxofre elementar de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o composto de lignina está presente em uma quantidade de pelo menos 0,25% em peso com base no peso do fertilizante de ureia.
4. Uso de um composto de lignina e enxofre elementar de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o composto de lignina está presente em quantidade de pelo menos 0,75% em peso com base no peso do fertilizante de ureia.
5. Uso de um composto de lignina e enxofre elementar de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o fertilizante de ureia compreende de 50 a 99% em peso de ureia e de 1 a 25% em peso de enxofre elementar com base no peso do fertilizante de ureia.
6. Uso de um composto de lignina e enxofre elementar de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o fertilizante de ureia compreende um ou mais componentes de fertilizante adicionais, selecionados dentre potássio, fósforo, nitrogênio, boro, selênio, sódio, zinco, manganês, ferro, cobre, molibdênio, cobalto, cálcio, magnésio e combinações dos mesmos.
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