ES2897888T3 - Procedimiento para la preparación de un abono orgánico de carácter húmico - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un abono orgánico de carácter húmico por medio de un tratamiento de oxidación y amonificación del lignito, teniendo el abono orgánico un contenido de nitrógeno de hasta el 8 % en peso, con respecto al peso seco del abono, y una relación C/N de 7 a 15, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo como un procedimiento en continuo y comprende las siguientes etapas: a) Alimentar las partículas de lignito y la solución acuosa de amoníaco, así como dado el caso el producto reciclado de la etapa b), como materiales de partida, a un circuito de dispersión con un dispositivo de dispersión, un depósito de recirculación y una bomba de circulación, y dispersar los materiales de partida con una trituración simultánea de las partículas de lignito hasta que se forme una suspensión de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco, que se retira del circuito de dispersión y se alimenta a la etapa b); b) Oxidar la suspensión obtenida en la etapa a) en un reactor de oxidación con un agente oxidante que contenga oxígeno a una temperatura de <100 °C, produciéndose una suspensión de producto que se alimenta completamente a la etapa c) o parcialmente a la etapa c) y parcialmente a la etapa a) como material de partida; c) Secar la suspensión de producto obtenida en la etapa b) a una temperatura de >50 °C hasta alcanzar un contenido máximo de humedad residual del 30 % en peso, con respecto al peso total del producto secado; d) Enfriar el producto seco obtenido en la etapa c).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la preparación de un abono orgánico de carácter húmico

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de un abono orgánico de carácter húmico.

Debido a sus propiedades químicas y a su disponibilidad, el lignito ha tenido durante mucho tiempo interés como materia prima para la fabricación de sustancias o mezclas de sustancias con efecto fertilizante.

El documento EP 1 144 342 da a conocer un procedimiento para la fabricación de un abono orgánico de carácter húmico mediante un tratamiento de oxidación y de amonificación del lignito, que se caracteriza porque se convierte el lignito en una mezcla acuosa amoniacal de suspensión y solución con un valor de pH superior a 9 a 12 y a continuación se activa alcalinamente en un reactor, inicialmente sin el suministro de oxígeno o de aire, y en el proceso se lleva a una temperatura de oxidación inferior a 100 °C en un tiempo que puede regularse hasta 0,5 h, posteriormente, se introduce el gas de oxidación en la mezcla de reacción a una temperatura de reacción inferior a 100 °C y, en el caso del aire, el oxígeno se introduce como gas de oxidación a presión normal y, en el caso de las mezclas de aire/oxígeno, el oxígeno se introduce como gas de oxidación a presión normal con una presión parcial de oxígeno en el intervalo de 0,02 MPa a <0,1 MPa en la mezcla de reacción, en cada caso según el principio del inyector y, finalmente, se cierra el suministro de gas oxidante y se detiene la reacción y se enfría la mezcla de reacción sin más suministro de gas oxidante hasta una temperatura necesaria para el procesamiento posterior, siendo el tiempo de enfriamiento inferior a 1 h, y el abono orgánico se obtiene como dispersión en el medio acuoso mediante espesamiento o secado, obteniéndose una relación C/N de 9 a 15.

Sin embargo, una desventaja del procedimiento del documento EP 1144342 es que la activación alcalina del lignito con la solución acuosa de amoníaco y la posterior oxidación se realizan en el mismo recipiente de reacción, el reactor descrito anteriormente. Esto requiere que la mezcla acuosa-amoniacal de lignito se lleve primero a una temperatura ventajosa para la reacción de oxidación dentro de un tiempo determinado, y que se vuelva a enfriar una vez finalizada la oxidación para poder seguir procesándola. Con ello se interrumpe el suministro del gas oxidante y, por lo tanto, se detiene la reacción.

Los estudios realizados por los inventores para optimizar el procedimiento han demostrado que el control continuo del proceso, en el que los materiales de partida lignito y la solución acuosa de amoníaco se alimentan de manera continua en el proceso y la reacción no tiene que ser interrumpida, no es posible sin más con el procedimiento descrito en el documento EP 1144 342. El control continuo del proceso tendría la ventaja de que el producto podría producirse con un alto rendimiento de los materiales de partida y con bajos requerimientos de energía.

Además, el procedimiento del documento EP 1 144 342 tiene el inconveniente de que las propiedades del producto solo pueden modificarse de forma limitada. Las propiedades del producto también se ven influidas, por ejemplo, por la eficacia de la reacción de oxidación, que a su vez está influida por el tamaño medio de las partículas del lignito usado. Las partículas de lignito especialmente pequeñas tienen una mayor superficie y, por lo tanto, aumentan la superficie de ataque para la reacción de oxidación. En el documento Ep 1144342 se usan partículas de lignito con un tamaño de <0,4 mm. Esto cubre una amplia gama de diferentes tamaños. En el marco del proceso del documento EP 1 144 342 no se produce un desmenuzamiento adicional de las partículas de lignito.

El uso de tamaños de partícula medios en el intervalo de < 10 pm, con una distribución de tamaño de partícula relativamente uniforme, sería ventajoso para aumentar la eficiencia de la reacción de oxidación, y permite un ajuste más fácil de las proporciones de las formas de enlace de nitrógeno que pueden hidrolizarse de diferentes maneras en el producto. Sin embargo, para obtener estos tamaños de partícula, por lo general hay que triturar el lignito disponible en el mercado. A este respecto, sería ventajoso que dicha trituración pudiera llevarse a cabo como parte de un proceso continuo para fabricar un abono orgánico de carácter húmico mediante un tratamiento de oxidación y amonificación del lignito. Esto no es posible sin más con el procedimiento del documento EP 1144342.

El documento WO 00/37394 describe un abono orgánico de carácter húmico, su proceso de fabricación y su uso. El procedimiento no está diseñado como un procedimiento en continuo.

El documento DE 2247938 describe un proceso para la fabricación de abonos orgánicos nitrogenados con un contenido de nitrógeno en el producto final superior al 15 %.

El documento DE 859 742 da a conocer un procedimiento para la fabricación de abonos nitrogenados en el que la hulla de grano grueso se oxida con ácido nítrico y, a continuación, se mezcla con agua amoniacal y se seca.

El documento DE 870565 divulga un procedimiento para la fabricación de abonos de humus ricos en nitrógeno. Los combustibles fósiles más recientes reaccionan con aire, amoníaco y/o gases que contienen amoníaco a alta presión y alta temperatura.

En consecuencia, el objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento eficiente para la fabricación de un fertilizante orgánico con carácter húmico mediante un tratamiento de oxidación y de amonificación del lignito, permitiendo el procedimiento un alto rendimiento de los materiales de partida con un bajo gasto de energía y con una influencia específica sobre las propiedades del producto.

Este objetivo se consigue según la invención mediante un procedimiento para la fabricación de un abono orgánico que tiene carácter húmico, por medio de un tratamiento de oxidación y amonificación del lignito, teniendo el abono orgánico un contenido de nitrógeno de hasta el 8 % en peso, basado en el peso seco del abono, y una proporción C/N de 7 a 15, caracterizándose el procedimiento por que se lleva a cabo como un proceso en continuo y comprende las siguientes etapas:

a) alimentar las partículas de lignito y la solución acuosa de amoníaco, así como el posible producto reciclado de la etapa b), como materiales de partida, en un circuito de dispersión con un dispositivo de dispersión, un depósito de recirculación y una bomba de circulación, y dispersar los materiales de partida con, al mismo tiempo, una trituración de las partículas de lignito hasta que se forme una suspensión de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco, que se retira del circuito de dispersión y se alimenta a la etapa b);

b) oxidar la suspensión obtenida en la etapa a) en un reactor de oxidación con un agente oxidante que contenga oxígeno a una temperatura de <100 °C, formándose una suspensión de producto que se alimenta como material de partida completamente a la etapa c) o parcialmente a la etapa c) y parcialmente a la etapa a);

c) secar la suspensión de producto obtenida en la etapa b) a una temperatura >50 °C hasta alcanzar un contenido máximo de humedad residual del 30 % en peso, con respecto al peso total del producto secado;

d) enfriar el producto seco obtenido en la etapa c).

En el contexto de la descripción de la presente invención, la etapa a) también puede denominarse "etapa de dispersión", la etapa b) también puede denominarse "etapa de oxidación", la etapa c) también puede denominarse "etapa de secado" y la etapa d) también puede denominarse "etapa de enfriamiento".

La ventaja del procedimiento según la invención frente al procedimiento del documento EP 1144342 es que no hay que interrumpir el proceso en ningún momento, sino que puede llevarse a cabo en una operación de fabricación continua durante las 24 horas del día, lo cual permite un alto rendimiento de los materiales de partida con un bajo requerimiento de energía, y por lo tanto es ventajoso para la implementación a escala industrial. Además, en cada etapa se puede influir directamente sobre las propiedades del producto, es decir, sobre las proporciones de fijación del nitrógeno, por ejemplo, triturando las partículas de lignito en el curso de la etapa de dispersión a), lo que influye y favorece la reacción de oxidación en la etapa b), y por tanto determina en última instancia las proporciones de enlace de nitrógeno en el producto; o ajustando la temperatura y la duración del secado en la etapa c); o por la posibilidad de añadir otros gases, tales como el CO² , en cada etapa individual del proceso Por último, el control del proceso puede llevarse a cabo de forma que la oxidación de las partículas de lignito comience ya con la primera etapa del proceso y continúe hasta el enfriamiento del producto en la etapa d), lo cual también es económicamente ventajoso. Por último, el procedimiento según la invención permite escalar fácilmente la conversión del producto, lo cual no es posible con los procedimientos de la técnica anterior.

El término "carácter húmico" es un término técnico conocido por el experto. Según la redacción, debe entenderse que un producto tiene el carácter de sustancias húmicas. Las sustancias húmicas incluyen los ácidos fúlvicos, los ácidos himatomelánicos, los ácidos húmicos y las huminas (Fiedler, H.J. y Reissig, H.: "Lehrbuch der Bodenkunde", Gustav Fischer Verlag Jena, 1964, p. 174, pt. 4.423). En una forma de realización preferente de la invención, el término "carácter húmico" debe entenderse además en el sentido de que el abono orgánico así designado consiste en gran medida en sustancias húmicas. En el presente caso, en gran medida en relación con el contenido de sustancias húmicas significa que las sustancias húmicas constituyen la mayor proporción en peso del abono orgánico fabricado según la invención, con respecto al peso seco del abono. Por ejemplo, debe entenderse que las sustancias húmicas constituyen > 50 % en peso, preferentemente > 60 % en peso, aún más preferentemente > 70 % en peso, y de manera particularmente preferente > 80 % en peso, del abono orgánico fabricado según la invención, con respecto al peso seco del abono.

El experto también conoce un "tratamiento oxidante y amonizante". Esto se hace mediante el procedimiento descrito aquí. A menudo, un "tratamiento oxidante y amonizante" también se denomina "amonólisis oxidativa". La amonólisis oxidativa ya fue descrita por Flaig, et.al. (1959) por ejemplo en "Conversion of lignin into humic acids during the rotting of wheat straw" Chem.Ber.,92 8, 1973-1982.

El término "procedimiento en continuo" debe entenderse en el contexto de la invención aquí descrita de tal manera que los materiales de partida, que en el presente caso son en particular el lignito y la solución acuosa de amoníaco, así como dado el caso el producto reciclado de la etapa b), se alimentan de manera continua al proceso, que a través de las etapas a) a d) se transforman en un producto seco y enfriado, sin que sea necesario interrumpir el proceso o las etapas del proceso para formar el producto y retirarlo del proceso.

El término "circuito de dispersión", tal y como se usa aquí, designa una disposición que comprende un dispositivo de dispersión, un depósito de recirculación y una bomba de circulación. También se incluye que el dispositivo de dispersión y la bomba de circulación están dispuestos en una unidad.

El circuito de dispersión en la etapa de proceso a) se suministra de manera continua con la misma cantidad de material de partida que producto de suspensión se retira y se suministra a la etapa b), de tal modo que el volumen de material en el circuito de dispersión permanece esencialmente constante. Del mismo modo, en la etapa b), se alimenta continuamente al reactor de oxidación la misma cantidad de la suspensión obtenida en la etapa a) que se retira en suspensión de producto oxidado y se alimenta como material de partida en su totalidad a la etapa c) o en parte a la etapa c) y en parte a la etapa a).

El término "suspensión" o "suspensión de lignito", tal como se usa en el presente documento, significa una suspensión de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco obtenida por dispersión o mezcla de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco y, dado el caso, producto reciclado de la etapa b) en el dispositivo de dispersión, tal como se describe en el presente documento. El término "suspensión" tal y como se usa aquí también incluye que una parte del lignito está en solución, por lo que la suspensión tal y como se describe aquí es una mezcla de suspensión de lignito y solución de lignito en amoníaco acuoso. La mezcla representa un sistema coloide-disperso. El término "tiempo de permanencia medio", tal como se usa en el contexto de la descripción del procedimiento según la invención, significa un período de tiempo en el que se consigue un determinado resultado, por ejemplo la formación de la suspensión en la etapa a) o la oxidación de la suspensión en la etapa b), el secado del producto de oxidación en la etapa c), el enfriamiento del producto secado en la etapa d) o la formación del producto final del proceso a partir de la preparación de la suspensión de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco en la etapa a) hasta la obtención del producto enfriado en la etapa d). En el contexto del proceso según la invención, el término no implica que haya una interrupción del proceso o de una etapa del proceso después o dentro de dicho período de tiempo.

La abreviatura "% en peso", tal como se usa aquí, significa "porcentaje en peso" y designa el peso de una porción en relación con un peso total. La proporción y el peso total al que se refiere se indican en el lugar apropiado de la presente descripción de la invención.

En el caso del producto enfriado obtenido en la etapa d) se trata de un "abono de carácter húmico". Un abono de carácter húmico es, por ejemplo, una sustancia o una mezcla de sustancias con efecto fertilizante para las plantas y el suelo, que tienen un contenido de nitrógeno de hasta el 8 % en peso, con respecto al peso seco del abono, y una relación C/N de 7 a 15.

La solución acuosa de amoníaco usada en la etapa a) se obtiene disolviendo amoníaco en agua. La solución acuosa de amoníaco o de sus materiales de partida, el agua y el amoníaco, también pueden recuperarse del proceso de reacción, en particular de las etapas b) y c), y ponerse de nuevo a disposición del proceso, lo que contribuye a la eficiencia económica del mismo. La solución acuosa de amoníaco tiene preferentemente una concentración de hasta el 10 % en peso, siendo la concentración preferentemente de al menos el 2 % en peso, en cada caso con respecto al peso total de la solución acuosa de amoníaco. Es más preferente una concentración del 3 al 8 % en peso, y es en particular preferentemente una concentración del 4 al 6 % en peso, en cada caso basado en el peso total de la solución acuosa de amoníaco.

El valor del pH de la solución acuosa de amoníaco está preferentemente de entre 9 y 12.

El presente procedimiento permite usar partículas de lignito como producto de partida, cuyo tamaño no desempeña un papel decisivo, ya que durante el proceso se produce un desmenuzamiento de las partículas de lignito. Por razones prácticas, en el procedimiento según la invención se usan preferentemente partículas de lignito con tamaños de partícula medios de >10 pm, aunque también se pueden usar partículas de lignito con tamaños de partícula de hasta 10 mm, por ejemplo. Son más preferentes las partículas de lignito con tamaños de partícula de hasta 5 mm, aún más preferentes de hasta 2 mm, aún más preferentes de hasta 1 mm, aún más preferentes de hasta 500 pm, especialmente preferentes de hasta 100 pm. Las partículas de lignito son preferentemente polvo de lignito con tamaños medios de partícula típicos en el intervalo de >10 a 600 pm, especialmente en el intervalo de 200 a 300 pm, es decir, polvo de lignito comercial común en la actualidad. Sin embargo, dentro del marco del procedimiento según la invención, también es posible, por ejemplo, usar lignito crudo con tamaños de partícula de hasta 10 mm, por lo que el lignito crudo se tritura en el circuito de dispersión, en particular en el dispositivo de dispersión. Esto amplía una vez más la gama de aplicaciones del procedimiento según la invención. Si es necesario, los trozos de lignito demasiado grandes se pueden triturar, por ejemplo, mediante molienda, antes de introducirlos en el circuito de dispersión.

Se pueden usar lignitos de diferentes lugares (origen) como materia prima. Además, el lignito puede usarse en una mezcla con ligninas técnicas procedentes de la industria de la pasta de papel, así como de la hidrólisis de la madera, el lignito en una mezcla con lignina, así como con material lignocelulósico procedente de la digestión por explosión de vapor para la fabricación de fibras y el lignito en una mezcla con material lignocelulósico como partículas de madera y corteza. Dichas mezclas se pueden usar premezcladas en el procedimiento según la invención o se pueden obtener mezclando en el dispositivo de dispersión los componentes individuales y la solución acuosa de amoníaco.

[0028 ] El dispositivo de dispersión usado en la etapa a) es simultáneamente un dispositivo de mezcla y un dispositivo de trituración, en el que la mezcla de partículas de lignito y la solución acuosa de amoníaco, así como cualquier producto reciclado de la etapa b), se mezclan en el dispositivo de dispersión con una trituración simultánea de las partículas de lignito hasta que se forma una suspensión de partículas de lignito trituradas y solución acuosa de amoníaco. Mediante la trituración de las partículas de lignito en el dispositivo de dispersión, se pueden obtener partículas de lignito con una distribución de tamaño de partícula relativamente uniforme, lo que permite la formación de una suspensión particularmente homogénea que se alimenta a la oxidación en la etapa b).

Preferentemente, las partículas de lignito se trituran en el dispositivo de dispersión hasta un tamaño medio de partícula de <10 pm, más preferentemente hasta tamaños medios de partícula de <8 pm, incluso más preferentemente hasta tamaños medios de partícula de <6 pm, y en particular hasta tamaños medios de partícula de <4 pm. La trituración de las partículas de lignito tiene la ventaja de que las zonas de reacción se amplían considerablemente y la distribución del tamaño medio es relativamente uniforme, lo que favorece la reacción de oxidación llevada a cabo en la etapa b).

Dentro del marco del procedimiento según la invención, el tamaño medio de las partículas es el tamaño de las partículas promediado en volumen. Esto se determina en el presente procedimiento mediante difracción láser, a menos que se indique lo contrario o sea obvio para un experto en la materia. En la difracción láser, las distribuciones del tamaño de las partículas se determinan midiendo la dependencia angular de la intensidad de la luz dispersa de un rayo láser que atraviesa una muestra dispersa. El tamaño de las partículas se indica como el diámetro de las esferas de igual volumen. Si, por razones técnicas, no es posible determinar el tamaño medio de las partículas mediante difracción láser, el tamaño de las partículas se determina microscópicamente mediante la medición del diámetro más largo y, si es necesario, promediando los valores obtenidos.

En el contexto de la presente invención, la medición del tamaño medio de las partículas en volumen puede realizarse de acuerdo con la siguiente metodología.

Se toma una muestra de la suspensión de lignito (100 ml) del sistema de recirculación, se agita durante 15 minutos en un vaso de precipitados situado sobre un agitador magnético y a continuación se somete a ultrasonidos durante 10 s. La determinación del tamaño medio de las partículas en la muestra tratada de este modo mediante difracción láser se realiza, por ejemplo, con un LS200 de la empresa Beckmann Coulter.

El dispositivo de dispersión usado en el proceso según la invención comprende al menos una cámara de dispersión, así como una entrada de líquido para introducir en la cámara de dispersión una solución acuosa de amoníaco y, dado el caso, el producto reciclado de la etapa b). Además, contiene al menos una entrada de material para introducir las partículas de lignito en la cámara de dispersión. También contiene al menos una salida para descargar de la cámara de dispersión la mezcla de partículas de lignito y la solución acuosa de amoníaco.

La trituración de las partículas de lignito se realiza preferentemente en el dispositivo de dispersión mediante un sistema de corona dentada rotor-estator, que puede tener diferentes tamaños de separación, de tal modo que el grado de trituración puede determinarse seleccionando el sistema de corona dentada rotor-estator adecuado. Los sistemas de este tipo son conocidos en la técnica previo y están disponibles comercialmente.

El dispositivo de dispersión usado en el procedimiento según la invención se trata preferentemente un sistema cerrado para evitar el intercambio de gases con el entorno.

El dispositivo de dispersión puede ser, por ejemplo, uno de los modelos de la serie MT-VP. Los dispositivos de la serie MT-VP son sistemas que se describen en el documento EP 1674 151 A1 o en el documento EP 1674 151 B1 a los que se hace referencia expresa en el presente documento. Los dispositivos de la serie MT-VP permiten rendimientos desde 1000 l/h hasta 70000 l/h. Las partículas de lignito se eliminan en la cámara de dispersión mediante presión negativa, tal como se describe con más detalle en el documento EP 1674 151 B1 , donde se las mezcla con una solución acuosa de amoníaco. Los dispositivos de la serie MT-VP permiten aspirar en la cámara de dispersión entre 70 kg y 3500 kg de partículas de lignito por hora.

Como alternativa a los dispositivos de la serie MT-VP, también se pueden usar dispositivos de la empresa YTRON como dispositivos de dispersión, por ejemplo un dispositivo con la designación YTRON-ZC.

En la cámara de dispersión, el líquido se pone en movimiento de manera adecuada de tal modo que se produce la mezcla de las partículas de lignito y de la solución acuosa de amoníaco, así como, dado el caso, el producto reciclado de la etapa b), con un desmenuzamiento simultáneo de las partículas de lignito. La cámara de dispersión está diseñada de forma que las condiciones de flujo suelen ser turbulentas y se favorece una fina distribución de la sustancia en el líquido. En el curso de la mezcla intensiva, se produce una intensa humectación de las partículas de lignito con la solución acuosa de amoníaco. Esto elimina prácticamente el riesgo de formación de grumos, especialmente cuando se usa lignito pulverizado. Preferentemente, la salida de la cámara de dispersión está conectada a la entrada de líquido de tal manera que permite que el líquido pase varias veces por la cámara de dispersión. Esta recirculación permite concentrar sucesivamente la solución acuosa de amoníaco con partículas de lignito y/o conseguir una distribución especialmente homogénea de las partículas de lignito en la solución acuosa de amoníaco.

Opcionalmente, se puede añadir ya en el dispositivo de dispersión un agente oxidante, en particular en la cámara de dispersión del dispositivo de dispersión, y luego directamente a la corriente de líquido. El oxidante puede ser, por ejemplo, un gas que contenga oxígeno (O²) seleccionado entre oxígeno, aire enriquecido con oxígeno o aire. Además, el agente oxidante puede ser, por ejemplo, ozono o peróxido de hidrógeno, preferentemente una solución acuosa de peróxido de hidrógeno. Se prefiere la adición de un gas que contenga oxígeno (O²), en particular aire.

La bomba de circulación del circuito de dispersión bombea la mezcla de partículas de lignito y de solución acuosa de amoníaco a través del circuito de dispersión. Como se ha señalado anteriormente, la bomba de circulación puede formar parte del dispositivo de dispersión. La bomba de circulación aspira la suspensión del depósito de recirculación y la introduce a presión en el dispositivo de dispersión.

Después de pasar por el dispositivo de dispersión, la suspensión de lignito entra de nuevo en el depósito de recirculación. Desde ahí, la suspensión de lignito obtenida en el dispositivo de dispersión es retirada de manera continua del circuito y se pone a disposición de la etapa b). Para evitar la sedimentación, el depósito de recirculación está equipado preferentemente con agitadores adicionales. Estos agitadores también pueden ser agitadores de gasificación, que permiten la adición de gases, por ejemplo, aire, oxígeno o CO².

La mezcla intensiva de las partículas de lignito y de la solución acuosa de amoníaco, y dado el caso el producto reciclado de la etapa b), que tiene lugar en la etapa a), permite usar hasta, por ejemplo, un 30 % en peso de las partículas de lignito en un 70 % en peso de la solución acuosa de amoníaco en la etapa a), en cada caso basado en el peso total de la mezcla de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco. Preferentemente, se usa al menos un 10 % en peso de partículas de lignito en un 90 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, más preferentemente al menos un 12 % en peso de partículas de lignito en un 88 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, aún más preferentemente al menos un 14 % en peso de partículas de lignito en un 86 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, aún más preferentemente al menos un 16 % en peso de partículas de lignito en un 84 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, aún más preferentemente un 18 % en peso de partículas de lignito en un 82 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, aún más preferentemente un 20 % en peso de partículas de lignito en un 80 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, aún más preferentemente el 25 % en peso de las partículas de lignito al 75 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, en cada caso basado en el peso total de la mezcla de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco.

El tiempo de permanencia medio de la mezcla de partículas de lignito y de solución acuosa de amoníaco y, en su caso, del producto reciclado de la etapa b) en el dispositivo de dispersión puede ser de hasta 6 h, por ejemplo. Esto da lugar a una intensa humectación y trituración de las partículas de lignito. Preferentemente, el tiempo de permanencia medio en el dispositivo de dispersión de la mezcla de partículas de lignito y de solución acuosa de amoníaco, así como opcionalmente del producto reciclado de la etapa b), es de 30 a 300 min, más preferentemente de 45 a 240 min, de manera particular preferentemente de 60 a 180 min, antes de que la suspensión resultante se retire del circuito de dispersión y se alimente a la etapa b). El tiempo medio de residencia se calcula a partir del volumen total del dispositivo de dispersión y de los volúmenes suministrados o descargados, como es habitual en el control de procesos en continuo (por ejemplo, con un volumen del dispositivo de dispersión de 100 I y un suministro o una descarga de 25 l/h, el tiempo medio de residencia sería de 4 h).

La suspensión de lignito obtenida en la etapa a) se suele pasar a la etapa b) a través del depósito de recirculación del circuito de dispersión. En la etapa b), se añade en un reactor de oxidación a la suspensión obtenida en la etapa a) un agente oxidante que contiene oxígeno a una temperatura de <100 °C. A continuación, se retira el agente oxidante de la suspensión.

Preferentemente, la temperatura a la que se oxida la suspensión obtenida en la etapa a) en el reactor de oxidación es de al menos 50 °C, más preferentemente de entre 60 y 90 °C, de manera particular preferentemente de entre 70 y 80 °C.

El oxidante que contiene oxígeno usado en la etapa b) es preferentemente un gas que contiene oxígeno (O²) seleccionado entre oxígeno, aire enriquecido con oxígeno o aire. Alternativamente, el oxidante que contiene oxígeno puede ser también ozono o peróxido de hidrógeno. Preferentemente, el oxidante que contiene oxígeno se introduce directamente en la suspensión, por ejemplo, en el caso de un oxidante gaseoso, introduciendo el gas en la mezcla de reacción bajo presión positiva, tal como se describe a continuación con más detalle.

Si como oxidante que contiene oxígeno se usa un gas, por ejemplo, oxígeno, aire enriquecido con oxígeno, aire u ozono, se le introduce de manera preferente directamente en la suspensión a una sobrepresión de hasta 0,8 MPa (8 bares) mediante un dispositivo de medición de gas. "Sobrepresión" en el contexto de la presente invención significa que la presión a la que se suministra el gas oxidante que contiene oxígeno es superior a la presión normal. La presión normal corresponde a una presión de 101325 Pa = 1,01325 bar. Por consiguiente, en el procedimiento según la invención, el gas que contiene oxígeno se suministra a una presión de >0,101325 MPa (>1,01325 bar), y el gas que contiene oxígeno puede suministrarse a una sobrepresión de hasta 0,8 MPa (8 bares). Preferentemente, el gas que contiene oxígeno se suministra a una sobrepresión de al menos 0,15 MPa (1,5 bares). Es más preferente una sobrepresión de 0,2 a 0,8 MPa (2 a 8 bares), aún más preferente una sobrepresión de 0,3 a 0,7 MPa (3 a 7 bares) y especialmente preferente una sobrepresión de 0,4 a 0,6 MPa (4 a 6 bares).

El dispositivo de dosificación de gas puede ser, por ejemplo, una lanza de boquilla, un anillo de gaseado o un agitador de gaseado, que se encuentran en el reactor y están en contacto con la suspensión o sumergidos en ella. Preferentemente, el dispositivo de dosificación de gas es un agitador de gaseado que permite agitar la suspensión simultáneamente en el reactor, lo que favorece la introducción en la suspensión del gas de oxidación que contiene oxígeno y, por tanto, la reacción de oxidación.

Alternativamente, el agente oxidante que contiene oxígeno también puede añadirse en solución, por ejemplo en forma de una solución acuosa de peróxido de hidrógeno. Además, pueden añadirse agentes oxidantes gaseosos en solución, preferentemente en solución acuosa.

El reactor de oxidación suele funcionar también bajo sobrepresión, que es ligeramente inferior a la presión a la que se introduce el gas que contiene oxígeno (si se introduce un gas de este tipo). Preferentemente, el reactor de oxidación funciona a una presión de más de 0,101325 MPa (1,01325 bar) (presión normal) a 0,7 MPa (7 bares), más preferentemente a 0,6 MPa (6 bares).

Además, dentro del marco de la etapa de oxidación b) pueden usarse catalizadores que aumenten la actividad del oxidante.

Preferentemente, la oxidación en la etapa b) se lleva a cabo con un gas que contiene oxígeno (O²) seleccionado entre oxígeno, aire enriquecido con oxígeno o aire. En particular, se prefiere la oxidación con aire (comprimido), lo cual contribuye a la economía del proceso.

El tiempo de permanencia medio de la suspensión en el reactor de oxidación es preferentemente de 15 a 300 min, más preferentemente de 30 a 240 min, de manera particular preferentemente de 45 a 120 min. La oxidación de la suspensión obtenida de la etapa a) durante este período de tiempo con el oxidante que contiene oxígeno produce una suspensión que comprende el producto de oxidación de la suspensión obtenida de la etapa a). La suspensión resultante de la etapa b) se denomina en el procedimiento según la invención "suspensión de producto", que contiene el producto de oxidación.

La mezcla de reacción en el reactor de oxidación tiene lugar agitando la mezcla de reacción, por ejemplo, mediante un agitador de gasificación ya mencionado, u otros dispositivos de agitación comunes en el reactor de oxidación. La agitación de la mezcla de reacción se encarga de un progreso constante del reactor de oxidación y evita la sedimentación en el recipiente de oxidación.

Opcionalmente, el reactor de oxidación usado en la etapa b) también puede estar unido a otro circuito de dispersión al que se puede conducir la suspensión de lignito y desde allí hacerla recircular de nuevo al reactor de oxidación. El mezclado y la trituración adicionales de las partículas de lignito en el circuito de dispersión adicional se encargan de una homogeneización adicional de la suspensión, lo que a su vez influye y favorece la reacción de oxidación, con lo cual, en última instancia, se puede influir aún más en las proporciones de fijación del nitrógeno en el producto. Este circuito de dispersión adicional puede ser un circuito de dispersión como el descrito anteriormente en relación con la etapa a) del procedimiento según la invención, de tal manera que se puede prescindir de cualquier otra explicación.

El exceso de gas (gas de oxidación que contiene oxígeno y/o amoníaco) se reintroduce, preferentemente de forma directa, en la suspensión. El exceso de gas también puede extraerse del reactor de manera controlada e introducirse en el sistema de purificación de gas o de recuperación de amoníaco. El amoníaco recuperado se puede usar para preparar la solución acuosa de amoníaco usada en la etapa a). Estas medidas contribuyen a la eficiencia económica del proceso según la invención.

Tal como ya se ha explicado anteriormente, la etapa b) se caracteriza por el hecho de que un cierto volumen de suspensión de la etapa a) se introduce de manera continua al reactor y un cierto volumen de suspensión de producto se descarga de manera continua del reactor y se alimenta para el secado en la etapa c) o se pone de nuevo a disposición de la etapa a). Dado que el material no oxidado, es decir, la suspensión no oxidada de partículas de lignito y de solución acuosa de amoníaco, se alimenta de forma continua al reactor, no es necesario cerrar la alimentación de gas de oxidación en el proceso según la invención y la reacción de oxidación puede llevarse a cabo de forma continua sin detener la reacción.

De manera complementaria, el reactor puede estar equipado con uno o más dispositivos de agitación que mezclan aún más la suspensión de partículas de lignito y de solución acuosa de amoníaco durante el gaseado, lo cual favorece el avance de la reacción de oxidación y evita la sedimentación.

La suspensión de producto oxidado se retira continuamente del reactor, por ejemplo, a través de un depósito de reserva. El depósito de reserva está bajo presión normal. Para evitar la sedimentación, el depósito de recirculación está preferentemente equipado con agitadores adicionales. Estos agitadores también pueden ser agitadores de gaseado, que permiten la adición de otros gases, por ejemplo CO² .

La suspensión de producto obtenida en la etapa b) puede alimentarse completamente a la etapa c). Alternativamente, la suspensión de producto también puede alimentarse de nuevo parcialmente a la etapa a), donde se mezcla con los materiales de partida, partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco, y parcialmente a la etapa c). En una forma de realización preferente, esta suspensión de producto retirado de la etapa b) se alimenta completamente a la etapa c). No se prefiere la recirculación parcial de la suspensión de producto a la etapa a).

La etapa c) es una etapa de secado. El secado se realiza a una temperatura de >50 °C, preferentemente de >60 °C, más preferentemente de >70 °C, siendo la temperatura máxima preferentemente de 120 °C.

El tiempo de permanencia medio para el secado suele ser inferior a 20 horas, preferentemente inferior a 10 horas, más preferentemente inferior a 8 horas.

El secado puede llevarse a cabo a presión normal o a presión reducida, por lo que el secado se realiza preferentemente a presión normal. Por supuesto, también es posible un secado en varias etapas y a diferentes presiones.

Durante el secado, se obtiene un producto que tiene un contenido de humedad residual no superior al 30 % en peso, basado en el peso total del producto secado. Preferentemente, el producto seco tiene un contenido de humedad residual del 25 % en peso, basado en el peso total del producto seco, y más preferentemente, un contenido de humedad residual no superior al 20 % en peso, basado en el peso total del producto seco.

El vapor de amoníaco y el vapor de agua producidos durante el secado se purifican preferentemente por medio de destilación, obteniéndose agua y amoníaco purificados, que se pueden usar para producir una solución acuosa de amoníaco que puede introducirse de nuevo en el procedimiento, en particular en la etapa a). Esto contribuye a la eficiencia económica del procedimiento.

Ajustando el tiempo de secado y la temperatura de secado durante el secado, se pueden modificar las propiedades del producto en lo que respecta a las proporciones de fijación de nitrógeno.

En una forma de realización preferente, el secado de la suspensión de producto tiene lugar en un secador de fluidos combinado. Ajustando la velocidad del secador de fluidos combinado, se pueden modificar aún más las propiedades del producto con respecto a las proporciones de fijación del nitrógeno.

Además, durante el proceso de secado en la etapa c) y/o en la etapa d), es posible llevar a cabo un dopaje selectivo de la suspensión del producto con macronutrientes, micronutrientes, bacterias, hongos y reservorios de agua sobre una base mineral o sintética, tal como la bentonita, e influir de este modo sobre las propiedades del producto.

Macronutrientes y micronutrientes en relación con los nutrientes de las plantas son términos técnicos de conocimiento general y se describen, por ejemplo, en Fiedler, H J y Reissig, H: "Lehrbuch der Bodenkunde", Gustav Fischer Verlag Jena, 1964, p. 234 descrito con más detalle en el apartado "Nutrientes vegetales del suelo". Así, los macronutrientes, también llamados macroelementos o nutrientes principales, son los nutrientes que intervienen en la síntesis de la sustancia corporal de las plantas y que representan la mayor proporción de masa. Los macronutrientes incluyen el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K). Los micronutrientes, también llamados microelementos u oligoelementos, son elementos químicos esenciales para la nutrición y el metabolismo de las plantas, pero que, a diferencia de los macronutrientes, solo se necesitan en pequeñas cantidades, tales como el hierro (Fe), el manganeso (Mn) o el boro (B).

Opcionalmente, se puede añadir un agente aglomerante en la etapa de secado c). El agente aglomerante asegura que el producto se aglomere durante el secado, dando como resultado un producto de grano fino y sin polvo. Este producto es especialmente ventajoso para su uso como fertilizante.

En el último paso del procedimiento según la invención, es decir, en la etapa d), se enfría el producto obtenido en la etapa c). Preferentemente, el enfriamiento del producto en la etapa d) tiene lugar en un tambor giratorio. Este tiene, por ejemplo, un diámetro de 0,5 a 1,5 m y una longitud de 2 a 5 m y gira a una velocidad de hasta 20 rpm.

Opcionalmente, también se puede añadir un agente aglomerante durante el enfriamiento en la etapa d), que influye aún más en las propiedades del producto con respecto al tamaño del grano. Esto también puede aumentar la estabilidad mecánica del producto. Por lo tanto, es preferible añadir un agente aglomerante en la etapa c) y, además, también en la etapa d).

Preferentemente, el producto seco se enfría a una temperatura inferior a 50 °C, más preferentemente a la temperatura ambiente (20 a 30 °C). La duración del enfriamiento suele ser de 10 a 240 min, preferentemente de 20 a 180 min, más preferentemente de 30 a 120 min.

El tiempo de permanencia medio en el sistema (en el que se llevan a cabo las etapas a) a d) del procedimiento) puede controlarse de forma variable. Desde la mezcla de los productos de partida, lignito y solución acuosa de amoníaco, en la etapa a) hasta la obtención del producto secado y enfriado en la etapa d), el tiempo de permanencia medio suele ser de 90 min a 30 h, preferentemente de 2 a 24 h, más preferentemente de 3 a 12 h.

Además, el tiempo de permanencia medio en cada etapa puede controlarse de forma variable, lo que permite influir de forma selectiva en las propiedades del producto en lo que respecta al contenido total de nitrógeno, las proporciones de fijación del nitrógeno y el dopaje.

Además, en cada etapa del procedimiento según la invención, es posible el suministro de más gases, por ejemplo CO², para influir sobre las condiciones de fijación del nitrógeno en el producto.

En general, el procedimiento según la invención permite un control selectivo de las etapas del procedimiento con respecto al rendimiento de los materiales de partida y la necesidad de energía, así como un control selectivo de las propiedades del producto.

Los productos producidos por el procedimiento según la invención (abonos orgánicos con carácter húmico) tienen un contenido de nitrógeno de hasta el 8 % en peso, basado en el peso seco del abono, y una relación C/N de 7 a 15, preferentemente de 8 a 15, más preferentemente de 9 a 15. Preferentemente, el contenido de nitrógeno de los productos producidos por el procedimiento según la invención es de al menos del 4 % en peso, más preferentemente al menos el 5 % en peso y de manera particular preferentemente al menos el 6 % en peso, en cada caso con respecto al peso seco del fertilizante.

El nitrógeno está presente en el producto en varias formas de enlace químico. Una parte del nitrógeno está ligada en forma de amonio, que está disponible a corto plazo para las plantas (del 10 al 41 % en peso, con respecto al contenido total de nitrógeno del producto). Otra parte está presente ligada en formas sólidas de unión orgánica, que tienen una disponibilidad a largo plazo para las plantas (del 4 al 73 % en peso, con respecto al contenido total de nitrógeno del producto). Otra parte está presente en forma de amida, que está disponible a medio plazo para las plantas (del 14 al 21 % en peso, con respecto al contenido total de nitrógeno del producto).

Las formas de enlace químico difieren en cuanto a su hidrolizabilidad. El nitrógeno ligado en forma de amonio es fácil de escindir como amoníaco con MgO suspendido en agua, mientras que las formas orgánicas ligadas son más difíciles de hidrolizar. La parte que está en forma de amida puede ser hidrolizada de manera normal con una solución diluida de hidróxido de sodio en las condiciones de la destilación al vapor. La porción que no puede ser hidrolizada en estas condiciones experimentales representa el nitrógeno sólido, ligado orgánicamente.

Ejemplo de realización

Se extraen de manera continua 100 kg/h de lignito pulverizado de un depósito de reserva y se alimentan a un dispositivo de dispersión (modelo Ytron ZC), que forma parte de un sistema de circulación y que también consta de una tolva de recirculación y una bomba de circulación.

A través del depósito de recirculación, se alimenta de manera continua al sistema de recirculación una solución acuosa de amoníaco al 5 % , lo que resulta en una mezcla del 20 % en peso de lignito pulverizado y del 80 % en peso de solución de amoníaco, con respecto al peso total de la mezcla. La mezcla es bombeada a través del sistema de circulación durante un tiempo de permanencia medio de 180 minutos, enel curso del cual se produce una intensa mezcla y trituración de las partículas de lignito.

La suspensión de lignito resultante se hace circular de manera continua desde el depósito de recirculación y se alimenta al reactor de oxidación.

El reactor de oxidación consiste en un recipiente con un volumen útil de 2,5 m3 y comprende además un agitador de gaseado. En esta disposición, se gasea la suspensión de lignito con aire comprimido durante un tiempo de permanencia medio de 120 minutos a 0,3 MPa (3 bares) y una temperatura de 70 °C con agitación. La suspensión de producto oxidado circula continuamente desde el reactor a través de un depósito de reserva, estando el depósito de reserva bajo presión normal.

Desde el depósito de reserva, se transfiere de manera continua la suspensión de producto a un secador de fluidos combinado y se seca a una temperatura media de 100 °C durante un tiempo de residencia medio de 10 h hasta alcanzar una humedad residual del 25 % en peso, con respecto al peso total del producto secado. El tiempo de permanencia medio se obtiene del volumen del secador (3000 I) y de la cantidad de extracción del producto seco (300 l/h). El vapor resultante se purifica mediante lavado y destilación. La solución acuosa de amoníaco resultante se reincorpora al proceso. Durante el secado, se añade un agente aglomerante al producto para producir un aglomerado.

Tras el secado, se enfría el producto aglomerado en un tambor de movimiento lento, donde se puede seguir aglomerando añadiendo más agente aglomerante si es necesario. La temperatura del producto se sitúa entonces a temperatura ambiente (20 a 30 °C).

El rendimiento de nitrógeno del producto así obtenido se determinó analíticamente.

Análisis elemental:

C: 58,8 %,

H: 5,1 %,

N: 5,5 %,

S: 0,7 %.

Formas aglutinantes de nitrógeno (en % en peso, con respecto al contenido total de nitrógeno):

Amonio-N: 32,7 % en peso,

Ligado orgánicamente: 54,5 % en peso,

Amid-N: 12,7 % en peso.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricación de un abono orgánico de carácter húmico por medio de un tratamiento de oxidación y amonificación del lignito, teniendo el abono orgánico un contenido de nitrógeno de hasta el 8 % en peso, con respecto al peso seco del abono, y una relación C/N de 7 a 15,

caracterizado porque

el procedimiento se lleva a cabo como un procedimiento en continuo y comprende las siguientes etapas:

a) Alimentar las partículas de lignito y la solución acuosa de amoníaco, así como dado el caso el producto reciclado de la etapa b), como materiales de partida, a un circuito de dispersión con un dispositivo de dispersión, un depósito de recirculación y una bomba de circulación, y dispersar los materiales de partida con una trituración simultánea de las partículas de lignito hasta que se forme una suspensión de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco, que se retira del circuito de dispersión y se alimenta a la etapa b);

b) Oxidar la suspensión obtenida en la etapa a) en un reactor de oxidación con un agente oxidante que contenga oxígeno a una temperatura de <100 °C, produciéndose una suspensión de producto que se alimenta completamente a la etapa c) o parcialmente a la etapa c) y parcialmente a la etapa a) como material de partida;

c) Secar la suspensión de producto obtenida en la etapa b) a una temperatura de >50 °C hasta alcanzar un contenido máximo de humedad residual del 30 % en peso, con respecto al peso total del producto secado;

d) Enfriar el producto seco obtenido en la etapa c).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en la etapa a) se usan partículas de lignito con tamaños de partícula >10 pm, que se trituran en el dispositivo de dispersión hasta tamaños de partícula de <10 pm.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración de la solución acuosa de amoníaco usada en la etapa a) es de hasta el 10 % en peso, con respecto al peso total de la solución acuosa de amoníaco.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa a) se usa hasta un 30 % en peso de partículas de lignito por un 70 % en peso de la solución acuosa de amoníaco, cada uno de ellos con respecto al peso total de la mezcla de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo de permanencia medio de la mezcla de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco en el dispositivo de dispersión de la etapa a) es de 30 a 300 min.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que adicionalmente se añade a la suspensión de partículas de lignito y solución acuosa de amoníaco en la etapa a) un oxidante que contiene oxígeno, seleccionado entre oxígeno, aire enriquecido con oxígeno, aire, ozono o peróxido de hidrógeno.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el oxidante que contiene oxígeno usado en la etapa b) es un gas que contiene oxígeno (O²), seleccionado entre oxígeno, aire enriquecido con oxígeno o aire, u ozono o peróxido de hidrógeno.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el oxidante que contiene oxígeno usado en la etapa b) es un gas que contiene oxígeno (O²) u ozono, que se suministra a la suspensión a una presión positiva de hasta 0,8 MPa mediante un dispositivo de dosificación de gas.

9. El procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo de permanencia medio de la suspensión obtenida en la etapa a) en el reactor de oxidación es de 15 a 300 minutos.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el reactor de oxidación está asociado a otro dispositivo de dispersión.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el reactor de oxidación funciona a una presión positiva de hasta 0,7 MPa.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión de producto obtenida en la etapa b) se alimenta completamente a la etapa c).

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el vapor de amoníaco y el vapor de agua producidos en la etapa c) se purifican por destilación.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade un agente aglomerante en la etapa c) y/o en la etapa d).

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión de producto se dopa con macronutrientes, micronutrientes, bacterias, hongos o reservorios de agua durante el secado en la etapa c) y/o en la etapa d).

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el secado de la suspensión de producto en la etapa c) tiene lugar en un secador de fluidos combinado y/o el enfriamiento del producto secado en la etapa d) tiene lugar en un tambor giratorio.