EA031060B1

EA031060B1 - Способ получения удобрения мочевина-сера

Info

Publication number: EA031060B1
Application number: EA201691398A
Authority: EA
Inventors: Сирил Пол Аллаис; Рафаэль Альберто Гарсия Мартинес
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2018-11-30
Also published as: AR099049A1; EA201691398A1; BR112016015698B1; AU2015205676B2; US10464855B2; EP3092210A1; WO2015104286A1; IL246244A0; AU2015205676A1; US20160332923A1; CA2935921A1; CN106164021B; MX2016008489A; IL246244B; BR112016015698A2; CA2935921C; CN106164021A; SA516371461B1

Abstract

Раскрыт способ получения удобрения мочевина-сера. Мочевину и серу подают в дисперсионную мельницу, в которой ротор вращается внутри статора с прорезями, получая таким образом дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы; и дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы подают в устройство формования для получения удобрения мочевина-сера.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения удобрения мочевина-сера.

Уровень техники

Мочевина широко используется в качестве удобрения, обеспечивая азотом растения. Многим почвам также требуются сера в качестве питательного вещества для растений, так что были разработаны удобрения, содержащие и мочевину, и элементарную серу. Предпочтительно элементарная сера должна присутствовать в виде мелких диспергированных частиц, чтобы обеспечить её окисление в почве до доступного для растений сульфат-иона.

US 3,100,698 раскрывает удобрение мочевина-сера, которое производится путём объединения расплавленной мочевины и расплавленной серы и проведения процесса приллирования смешанного расплава. Смешанный расплав также может быть получен добавлением твёрдых гранул мочевины в расплавленную серу или добавлением твёрдой серы в расплавленную мочевину.

Плавление серы и плавление мочевины может быть энергоёмким и, следовательно, дорогостоящим процессом и может потребовать оборудования значительных размеров. Кроме того, если плавление мочевины не будет выполнено быстро и контролируемым образом (т.е. температуру регулируют так, чтобы она несущественно превышала точку плавления мочевины), существует риск разложении мочевины. В частности, существует риск получения биурета. Биурет является фитотоксином (материал, который является токсичным для растений), и может формироваться при нагреве мочевины. Биурет препятствует азотному обмену и синтезу белков в растениях. Предпочтительно уменьшить количество биурета в удобрениях.

Авторы настоящего изобретения стремились создать усовершенствованный способ получения удобрения мочевина-сера, который желательно был бы более простым и более энергоэффективным, чем известные способы. Предпочтительно способ обеспечит быстрое, но контролируемое плавление составляющих удобрения, тем самым снижая риск образования примесей, способствующее при этом уменьшению размера серы с образованием мелкодисперсных частиц серы в конечном продукте.

Раскрытие изобретения

Соответственно, настоящее изобретение относится к способу получения удобрения мочевина-сера, включающему стадии, на которых:

(a) подают мочевину и серу в дисперсионную мельницу, в которой ротор вращается внутри статора с прорезями, получая таким образом дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы; и (b) подают указанную дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы в установку формования для получения удобрения мочевина-серы;

в котором твёрдую серу, твёрдую мочевину или твёрдую мочевину-серу подают в указанную дисперсионную мельницу.

Не обязательно, чтобы вся мочевина или вся сера, которые подают в дисперсионную мельницу, были твёрдой мочевиной, твёрдой серой или твёрдой мочевиной-серой, и действительно во многих осуществлениях настоящего изобретения большая часть мочевины и/или серы будет подаваться в виде расплавленной мочевины и расплавленной серы. Однако во всех осуществлениях изобретения по меньшей мере часть мочевины или по меньшей мере часть серы подают в виде твёрдой серы, твёрдой мочевины или твёрдой мочевины-серы.

В способе по изобретению дисперсионная мельница выполняет две функции: во-первых, она плавит твёрдую серу, твёрдую мочевину или твёрдую мочевину-серу, а во-вторых, она смешивает серу и мочевину с образованием гомогенной дисперсии расплавленной серы в расплавленной мочевине (если мочевина является основным компонентом расплава), или гомогенной дисперсии расплавленной мочевины в расплавленной сере (если сера является основным компонентом расплава). Предпочтительно гомогенная дисперсия является дисперсией расплавленной серы в расплавленной мочевине. Используя единый аппаратный узел (дисперсионная мельница) и для плавления и для смешивания, авторы настоящего изобретения предложили упрощённый способ. Дисперсионная мельница обычно производит тепло и способ по изобретению может использовать это тепло для плавления серы и/или мочевины. Кроме того, дисперсионная мельница разрушает твёрдые вещества, подаваемые в неё, тем самым увеличивая их площадь поверхности и увеличивая их кинетику плавления. Авторы настоящего изобретения полагают, что потребность в энергии способа уменьшается по сравнению с обычными способами. Кроме того, предложением способа, в котором один или несколько компонентов могут быть расплавлены, при их объединением с серой, авторы настоящего изобретения обеспечили короткое время пребывания при плавлении и смешивании компонентов, тем самым уменьшая потребность в отдельных плавильных аппаратах и снижая риск образования примесей.

Осуществление изобретения

В способе по настоящему изобретению мочевину и серу подают в дисперсионную мельницу, в которой ротор вращается внутри статора с прорезями, получая таким образом дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы. Твёрдую серу, твёрдую мочевину и/или твёрдую мочевину-серу подают в дисперсионную мельницу. Способ по настоящему изобретению обычно является непрерывным процессом, так, что твёрдую серу, твёрдую мочевину или твёрдую мочевину-серу подают в дисперсион- 1 031060 ную мельницу, которая уже содержит дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы.

Твёрдая мочевина, твёрдая сера и/или твёрдая мочевина-сера затягивается посредством вращения ротора в блок ротор/статор и ускоряется и выбрасывается в радиальном направлении через отверстия в статоре с прорезями. При каждом проходе через блок ротор/статор твёрдое вещество подвергается сочетанию механического и гидравлического сдвига так, что частицы твёрдой мочевины, твёрдой серы или твёрдой мочевины-серы уменьшаются в размерах. Твёрдая мочевина, твёрдая сера или твёрдая мочевина-сера также подвергается нагреву и плавится.

Традиционное действие дисперсионной мельницы (ротор вращается внутри статора) производит тепло. Однако в предпочтительном осуществлении настоящего изобретения, дополнительная энергия подаётся в дисперсионную мельницу, например, мельница снабжена рубашкой и текущую среду пропускают через рубашку, чтобы нагреть мельницу, или мельницу нагревают электрически. Предпочтительно температура в дисперсионной мельнице составляет 115-150°С, более предпочтительно 130-145°С и наиболее предпочтительно 135-140°С. Предпочтительно подводимая к мельнице энергия составляет 1-100 кВт-ч/т продукта.

Предпочтительно дисперсионная мельница имеет ротор с прорезями внутри разрезного статора с прорезями. Подходящие дисперсионные мельницы описаны в US 5,522,553 и поставляются Kady International, US.

Сера, которую подают в дисперсионную мельницу, может быть получена из любого подходящего источника. Сера может быть химической серой высокой чистоты (>99,9% S), полученной процессом Клауса. Однако способ по настоящему изобретению может использовать серу значительно меньшей степени чистоты, чем эта. Примерами таких источников серы являются осадок серы на фильтре, полученный при плавлении серы и операций фильтрации, и серы, полученной различными химическими и биологическими процессами удаления газообразного H₂S. Обычно такие источники серы могут содержать любое количество в пределах 30-99,9 мас.%, предпочтительно 50-99,5 мас.%, более предпочтительно 6099,0 мас.% серы.

В первом осуществлении изобретения твёрдую серу подают в дисперсионную мельницу. Твёрдую серу можно добавлять в виде гранул, шариков, пластинок, порошка или в любой другой твёрдой форме. Подходящим образом, по меньшей мере 20 мас.%. От общего количества подаваемой серы подают в виде твёрдой серы; предпочтительно по меньшей мере 50 мас.%, и более предпочтительно по меньшей мере 80 мас.%. В этом осуществлении предпочтительно, чтобы вся сера, подаваемая в дисперсионную мельницу, была твёрдой серой и вся мочевина, подаваемая в дисперсионную мельницу, была расплавленной мочевиной.

Во втором осуществлении изобретения, твёрдую мочевину подают в дисперсионную мельницу. Твёрдую мочевину предпочтительно добавляют в виде гранул мочевины. В этом осуществления предпочтительно, чтобы часть или всю мочевину подавали в дисперсионную мельницу в виде твёрдой мочевины, и чтобы вся сера, подаваемая в дисперсионную мельницу, была расплавленной серой. Подходящим образом по меньшей мере 2 мас.% от общего количества подаваемой мочевины подают в виде твёрдой мочевины; предпочтительно по меньшей мере 5 мас.% и более предпочтительно по меньшей мере 10 мас.%.

В третьем осуществлении изобретения твёрдую мочевину-серу подают в дисперсионную мельницу. В этом осуществлении предпочтительно, чтобы расплавленную мочевину и расплавленную серу подавали в дисперсионную мельницу, и чтобы, кроме того, твёрдую мочевину-серу подавали в дисперсионную мельницу. Подходящим образом по меньшей мере 20 мас.% от общего количества подаваемой серы подают в виде твёрдой мочевины-серы; предпочтительно по меньшей мере 50 мас.% и более предпочтительно по меньшей мере 80 мас.%. Подходящим образом по меньшей мере 2 мас.% от общего количества подаваемой мочевины подают в виде твёрдой мочевины-серы; предпочтительно по меньшей мере 5 мас.% и более предпочтительно по меньшей мере 10 мас.%.

Так называемые некондиционные материалы подходящим образом могут использоваться в качестве твёрдой мочевины, твёрдой серы или твёрдой мочевины-серы в настоящем изобретении. При гранулировании мочевины или материалов, таких как мочевина-сера, получаются гранулы с завышенным размером и мелкие частицы материала. Эти гранулы с завышенным размером и мелкие частицы обычно повторно расплавляют и направляют в секцию грануляции или передают на установку синтеза мочевины. Переплав этих материалов завышенного размера и мелких частиц является энергоёмким и может увеличить содержание нежелательных примесей, таких как биурет. В случае мочевины передача этого материала завышенного размера и мелких частиц в установку синтеза мочевины, является приемлемой, однако в случае мочевины-серы, это потенциально может привести к значительной коррозии в установке синтеза мочевины из-за присутствия серы. Настоящее изобретение обеспечивает переработку этого некондиционного материала без необходимости отдельной переплавки продукта.

Отношение мочевина:сера в продукте удобрения мочевина-сера предпочтительно составляет от 1:1 до 100:1.

В одном осуществлении настоящего изобретения одно или несколько поверхностно-активных веществ добавляют во время стадии (а). Поверхностно-активные вещества могут способствовать дополни

- 2 031060 тельному снижению получения серной пыли в процессе изготовления удобрения и могут способствовать формированию удобрения на стадии (b). Поверхностно-активные вещества могут включать катионные поверхностно-активные, такие как этиленоксид или аддукт пропиленоксида и алифатического амина, или могут включать анионные поверхностно-активные вещества, такие как лигносульфонат.

На стадии (b) способа по изобретению дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы, подают в установку формования для получения удобрения мочевина-сера. Установка формования подходящим образом может быть гранулятором, установкой приллирования, установкой компактирования, установкой таблетирования или установкой прессования. Предпочтительно установка формования представляет собой гранулятор. Термин гранулятор используется для описания устройства для формования гранул продукта удобрения. Обычно используемые грануляторы описаны в Perry's Chemical Engineers' Handbook (Справочнике инженеров-химиков 'Перри), глава 20 (1997). Предпочтительными грануляторами являются барабанные грануляторы, лопастные мешалки (шнек-смеситель) или чашечные грануляторы. Предпочтительно дисперсию перекачивают и распределяют по вращающемуся слою материала в барабанном грануляторе. Необязательно вода и водяной пар могут быть поданы в гранулятор, чтобы регулировать температуру процесса грануляции по мере необходимости. Необязательно рециркулируемые частицы удобрения могут быть добавлены в гранулятор. Рециркулируемые частицы удобрения усиливают гранулирование и увеличивают число зародышеобразователей.

Другие ингредиенты могут быть добавлены в процессе изготовления, чтобы приспособить продукты удобрения для их предполагаемого конечного применения. Предпочтительно такие материалы добавляют на стадии (а). Примеры включают питательные микроэлементы для растений, такие как бор, калий, натрий, цинк, марганец, железо, медь, молибден, кобальт, кальций, магний и их комбинации. Эти питательные вещества могут быть добавлены в элементарной форме или в виде солей, например, в виде сульфатов, нитратов или галогенидов. Количество питательных микроэлементов для растений зависит от вида требуемого удобрения и обычно составляет от 0,1 до 5%, относительно общей массы удобрения.

В дополнение к добавлению питательных микроэлементов для растений можно включать другие удобрения в удобрение мочевина-сера. Например, фосфориты могут быть добавлены к дисперсии расплавленной мочевины и расплавленной серы до её подачи в устройство формования, получая тем самым удобрение мочевина-сера-фосфорит. Альтернативно хлорид калия может быть добавлен к дисперсии расплавленной мочевины и расплавленной серы, до её подачи в устройство формования, получая тем самым удобрение мочевина-cepa-KCl. В одном осуществлении фосфорная кислота может быть может быть добавлена к дисперсии расплавленной мочевины и расплавленной серы пока она горячая и до её подачи в устройство формования. Фосфорная кислота будет реагировать с мочевиной, давая таким образом удобрение мочевина-фосфат-сера. В другом осуществлении дисперсия расплавленной мочевины и расплавленной серы может быть объединена с тройными удобрениями NPK.

Другим материалом, который может быть введён в удобрение мочевина-сера, является глина, такая как бентонит. Подходящим образом глина может быть добавлена к дисперсии расплавленной мочевины и расплавленной серы до её подачи в устройство формования.

Предпочтительно удобрение мочевина-сера классифицируют по размеру в сортировочном блоке для достижения более равномерного распределения по размерам. Обычно удобрение с завышенным размером измельчают и возвращают в сортировочный блок, тогда как удобрение с заниженным размером возвращается в гранулятор или может быть добавлено в качестве твёрдой мочевины-серы на стадии (а). Предпочтительный диапазон размеров удобрения составляет от 1,5 до 5,0 мм, более предпочтительно от 2 до 4 мм, выраженный как средний диаметр частиц удобрения.

Эксперименты были проведены с целью продемонстрировать, что способы, в которых мочевина и сера объединяются в дисперсионной мельнице, генерируют тепло, которое может быть использовано для плавления твёрдой серы или твёрдой мочевины.

Тепловой баланс расчёт 1.

Был проведен эксперимент с целью продемонстрировать, что тепло генерируется в дисперсионной мельнице при объединении расплавленной серы и расплавленной мочевины. Это тепло может быть выгодным образом использовано для плавления твёрдой серы или твёрдой мочевины, таким образом, часть подаваемой серы или мочевины может быть добавлена в виде твёрдой серы или твёрдой мочевины. Расплавленную серу и расплавленную мочевину подают в дисперсионную мельницу модель L-2000 с открытым верхом и с паровой рубашкой, поставляемую Kady International с расходом 243,2 кг/ч для расплавленной мочевины и 26,6 кг/ч для расплавленной элементарной серы. Средние температуры (в течение четырёх пробных серий) загрузки и полученной эмульсии приведены в таблице 1 ниже.

Таблица 1

Средние температуры загрузки (°C)	Средние температуры эмульсии СО
Мочевина	Сера	Минимум	Максимум
137,6	135,8	138,6	142,2

Среднее из четырёх минимальных измеренных температур эмульсии и среднее из четырёх максимальных температур эмульсии, оба выше, чем индивидуальные средние температуры подаваемой моче

- 3 031060 вины и серы, показывает, что энергия генерируется внутри дисперсионной мельницы и передаётся в эмульсию. Предполагается, что энергия в основном генерируется в результате трения частиц и механическими силами внутри мельницы. Из температур, приведённых в таблице 1, мы подсчитали, что 324 Вт/ч теряется в виде тепла, из доступной 2237 Вт/ч (прилагаемой двигателем 3 л.с), что даёт потери энергии 14% для системы.

На основании вышеизложенного и того факта, что для плавления элементарной серы требуется 63,1 Вт/кг и мочевины 65,7 Вт/кг, это означает, что с учётом только потерь на размол, дополнительные 5,1 и 4,9 кг/ч элементарной серы или мочевины, соответственно, могут быть расплавлены, что составляет экономию энергии около 2% на основе общей производительности системы.

Тепловой баланс расчёт 2.

Используют непрерывную замкнутую дисперсионную установку (OCCF модель дисперсионной мельницы, поставляемой Kady International). Расплавленную мочевину и расплавленную серу подают в мельницу. Условия загрузки приведены в табл. 2:

Таблица 2

	Мочевина	Элементарная сера	Диепе]	эсионная мельница
Расход	Темп.	Расход	%	Темп.	Частота	Ток	Темп, на выходе
(кг/ч)	(°C)	(кг/ч)		(°C)	(Гц)	(А)	(°C)
Серия 1	471,1	131,3	35,5	7%	134,9	15,0	6,2	140,6
Серия 2	558,6	130,5	43,2	7%	137,1	15,0	6,1	143,4
Серия 3	565,2	125,9	85,1	13%	135,5	15,0	6,3	137,3

Расчёты проводят для определения фактической энергии загрузки и продуктов с целью оценки количества энергии, теряемой системой на тепло. Рассчитывают энергию, содержащуюся в загружаемых продуктах в мельницу, являющуюся суммой энергий, содержащихся в каждом отдельном подаваемом продукте так, что

Песней и эя э-н.ергля = 5 тхсрхТ

Рассчитывают энергию, содержащуюся в продукте мельницы, являющуюся энергией гомогенной эмульсии при температуре на выходе из мельницы так, что ?ивргии = m х тр х

Энергия, выходящая из мельницы и не используемая для целей эмульгирования серы в мочевине, является потерями энергии на тепло, в соответствии с приведённым ниже уравнением

ЕП X Ср XT = 1Л X срх + ЛОТЭрИ ИШЬИИф

Таблица 3 представляет результаты расчётов.

Таблица 3

	Расчётные данные
Вводимая энергия	Выход энергии	Переданная энергия	Возможность плавления элементарной S	Возможность плавления мочевины
кДж/ч	кДж/ч	кДж/ч	кг/ч	% загрузки	кг/ч	% загрузки
Серия 1	86,398	92,411	6,013	26,5	75%	25,4	5,4%
Серия 2	102,033	111,901	9,868	43,4	101%	41,7	7,5%
Серия 3	103,995	112,718	8,722	38,4	45%	36,9	6,5%

Около 45-100 мас.%, серы может быть загружено в виде твёрдой серы и расплавлено теплом, выделяющимся в мельнице; около 5,4-7,5 мас.% мочевины может быть загружено в виде твёрдой мочевины и расплавлено теплом, выделяющимся в мельнице.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения удобрения мочевина-сера, включающий стадии, на которых:

(a) подают мочевину и серу в дисперсионную мельницу, в которой ротор вращается внутри статора с прорезями, получая таким образом дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы; и (b) подают указанную дисперсию расплавленной мочевины и расплавленной серы в устройство формования для получения удобрения мочевина-сера;

причём твёрдую серу, твёрдую мочевину или твёрдую мочевину-серу подают в указанную дисперсионную мельницу.
2. Способ по п.1, в котором твёрдую серу подают в дисперсионную мельницу.
3. Способ по п.2, в котором вся сера, подаваемая в дисперсионную мельницу, представляет собой твёрдую серу и вся мочевина, подаваемая в дисперсионную мельницу, представляет собой расплавленную мочевину.
4. Способ по п. 1, в котором твёрдую мочевину подают в дисперсионную мельницу.
5. Способ по п.4, в котором часть или всю мочевину подают в дисперсионную мельницу в виде твёрдой мочевины, и вся сера, подаваемая в дисперсионную мельницу, представляет собой расплавлен

- 4 031060 ную серу.
6. Способ по п.1, в котором твёрдую мочевину-серу подают в дисперсионную мельницу.
7. Способ по п.6, в котором расплавленную мочевину и расплавленную серу подают в дисперсионную мельницу.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором гранулы завышенного размера и/или мелкие частицы мочевины, серы или мочевины-серы подают в дисперсионную мельницу.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором одно или несколько поверхностно-активных веществ дополнительно добавляют во время стадии (а).
10. Способ по п.9, в котором лигносульфонат дополнительно добавляют во время стадии (а).

О