PL184223B1

PL184223B1 - Nawóz azotowo-potasowy i sposób wytwarzania nawozu azotowo-potasowego

Info

Publication number: PL184223B1
Application number: PL96326424A
Authority: PL
Inventors: Torstein Obrestad; Jan B. Isaksen; Lars G. Moland
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2002-09-30
Also published as: AU712938B2; JP2000505409A; DE69611457T2; DE69611457D1; AU7509296A; EP0857167A1; RU2146663C1; CZ123898A3; ES2155208T3; IL124244A; CA2235577A1; CZ295864B6; CN1204309A; MX9803262A; NZ321691A; CA2235577C; DK0857167T3; WO1997015536A1; JP3771270B2; PT857167E

Abstract

1. Nawóz azotowo-potasowy, jednorodny, na bazie nawozu zwierajacego azotan wap- nia i azotanu potasu, znamienny tym, ze zawiera 40-14% wagowych Ca(N 03 )2, 55-85% wagowych K N 03 , 0,5-6% wagowych wody, 0-4% wagowych NH4 N 0 3 i 0,5% wagowych M g(N 03 )3. 3. Sposób wytwarzania nawozu azotowo-potasowego zasadniczo z nawozu zawie- rajacego azotan wapnia oraz z azotanu potasu, polegajacy na stapianiu nawozu zawierajacego azotan wapnia wraz z azotanem potasu, znamienny tym, ze nawóz zawierajacy azotan wapnia stapia sie z azotanem potasu w temperaturze 90-120°C z wytworzeniem stopionej masy lub zawiesiny zawierajacej 40-14% wagowych azotanu wapnia, 55-85% wagowych azotanu potasu, 0,5-6% wagowych wody, 0-4% wagowych azotanu amonu i 0-5% wagowych azotanu magnezu, ewentualnie odparowuje sie czesc wody, stopiona mase lub zawiesine ogrzewa sie i w temperaturze 90-190°C formuje sie z niej czastki jednorodnego nawozu azotowo-potasowego. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest nawóz azotowo-potasowy i sposób wytwarzania nawozu azotowo-potasowego (zawierającego azotan i potas) w postaci cząstek.

Nawozy azotowo-potasowe można wytwarzać mieszając nawozy azotowe z nawozami potasowymi, lecz istnieje zapotrzebowanie na co najmniej kilka jednorodnych preparatów nawozów azotowo-potasowych. Źródłem azotu może być mocznik lub nawóz azotowy, taki jak azotan amonu lub azotan wapnia (oznaczony skrótem CN - od angielskiej nazwy calcium nitrate), a źródłem potasu może być nawóz potasowy, taki jak KNO 3 (oznaczony skrótem KN - od angielskiej nazwy potassium nitrate), KCl lub K2SO4. Jednakże wytwarzanie nawozu w postaci

184 223 cząstek, polegające na grudkowaniu lub granulowaniu, stwarza poważne problemy. Tak więc stwierdzono, że gdy CN i KNO 3 razem stapia się, znaczące przechłodzenie powoduje istotne problemy w etapie rozdrabniania. Nawóz azotowo-potasowy na bazie CN i KNO 3 był uważany za najbardziej interesujący z uwagi na to, że ma wszystkie zalety nawozu CN, a ponadto zawiera rozpuszczalny w wodzie potas z azotanu.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego nr 95005421 B2 znany jest granulowany nawóz azotowo-potasowy wytworzony z eutektyku składającego się z 90-50% wagowych mocznika i 10-50⁰% wagowych potażu (węglanu potasu). Granulowany produkt wytwarza się natryskując przez mały otwór roztwór eutektyczny na surowy materiał, który podaje się do ugniatarki, a następnie miesza i stapia. Dla wyrównania szybkości wymywania azotu i potażu, granulki powleka się materiałem powłokowym zawierającym żywicę polipropylenowąjako główny składnik. Jest to bardzo skomplikowany proces. Taki nawóz będzie zawierał znaczną część azotu w postaci NH 4-N, co wiąże się ze stratą tego azotu. Powodem tego jest fakt, że mocznik stanowi jedyne źródło N w nawozie. Ponadto nawóz nie będzie zawierał rozpuszczalnego w wodzie wapnia, obecnego w przypadku CN i KNO 3 jako źródeł azotu.

Dodawanie źródła potasu do nawozu azotowo-potasowego jest znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 617 235, zgodnie z którym rozpryskuje się stopione substancje lub zawiesiny o niskiej zawartości wody, zawierające odżywczy dla roślin azot i fosfor. Stałąsól potasową dodaje się przed rozpryskiwaniem lub grudkowaniem stopionej substancji lub zawiesiny. Jednakże proces ten wymaga, aby dodawane substancje stałe były w takim gatunku, że więcej niż 7% wagowych stanowiąziama o wielkości powyżej 0,1 mm. Chociaż proces ten doskonale sprawdza się w przypadku nawozów azotowo-fosforowo-potasowych, okazał się on nieprzydatny przy wytwarzaniu nawozów azotowo-potasowych w postaci cząstek, głównie wskutek problemów związanych z przechłodzeniem i braku substancji stałych o takiej wielkości cząstek w handlu.

Istniała zatem potrzeba opracowania nowego sposobu wytwarzania jednorodnych nawozów azotowo-potasowych w postaci cząstek, na bazie nawozów zawierających azotan wapnia oraz azotan potasu, zawierających także inne składniki odżywcze, takie jak azotan magnezu, ze stopów lub roztworów azotowo-potasowych.

Ponadto istniała potrzeba dostarczenia jednorodnych nawozów azotowo-potasowych, które można stosować same lub jako składniki mieszanek dla specjalnych preparatów NK lub mieszanek nawozowych NPK.

Jednorodny nawóz azotowo-potasowy według wynalazku to nawóz na bazie nawozu zwierającego azotan wapnia i azotan potasu, a jego cechą jest to, że zawiera 40-14% wagowych Ca(NO3)₂,55-85% wagowych KNO 3,0,5-6% wagowych wody, 0-4% wagowych NH₄NO3 i 0,5% wagowych Mg(N 03)2.

Korzystnie nawóz według wynalazku stanowi grudkowany produkt w postaci preparatów azotowo-potasowych 15-0-35 do 15-0-28 o wytrzymałości na zgniatanie 2-9 kG.

Sposób wytwarzania nawozu azotowo-potasowego zasadniczo z nawozu zawierającego azotan wapnia oraz z azotanu potasu, polega na stapianiu nawozu zawierającego azotan wapnia wraz z azotanem potasu, a cechą tego sposobu jest to, że nawóz zawierający azotan wapnia stapia się z azotanem potasu w temperaturze 90-120°C z wytworzeniem stopionej masy lub zawiesiny zawierającej 40-14% wagowych azotanu wapnia, 55-85% wagowych azotanu potasu, 0,5-6% wagowych wody, 0-4% wagowych azotanu amonu i 0-5% wagowych azotanu magnezu, ewentualnie odparowuje się część wody, stopioną masę lub zawiesinę ogrzewa się i w temperaturze 90-190°C formuje się z niej cząstki jednorodnego nawozu azotowo-potasowego.

Korzystnie formowanie cząstek prowadzi się drogą grudkowania w temperaturze 160-190°C.

Korzystnie formowanie cząstek prowadzi się również drogą granulowania stopionej masy lub zawiesiny zawierającej 1,0-2,5% wagowych wody w temperaturze granulowania 90-140°C.

Korzystnie nawóz według wynalazku wytwarza się w ten sposób, że około 60% wagowych azotanu potasu i około 40% wagowych nawozu zawierającego azotan wapnia stapia się w tempe4

184 223 raturze około 100°C z wytworzeniem stopionej masy zawierającej około 60% wagowych KNO_S, około 31,5% wagowych Ca(NO₃)2, około 2,5% wagowych NH4NO 3 i około 6% wagowych wody, tę stopioną masę odparowuje się do zawartości wody zmniejszonej do około 3% wagowych, po czym poddaje się ją grudkowaniu w temperaturze 160-170°C.

Korzystnie nawóz według wynalazku wytwarza się również w ten sposób, że około 30% wagowych granulowanego nawozu zawierającego azotan wapnia i około 70% wagowych krystalicznego azotanu potasu stapia się w temperaturze około 100°C, powstałą stopioną masę odparowuje się do zawartości wody zmniejszonej z 4,5% wagowych do 2,5% wagowych, po czym poddaje się ją grudkowaniu w temperaturze 165-175°C.

W etapie granulowania korzystnie nawóz azotowo-potasowy 15-0-33 w postaci drobnych ziarnistych cząstek wprowadza się do granulatom wraz z nawozem NK15-0-33 w postaci cieczy i prowadzi się granulowanie w temperaturze 120-125°C.

Stosowane tu określenie „nawóz zawierający azotan wapnia” oznacza nawóz CN (określony poniżej) dostępny na rynku. Oprócz azotanu wapnia może on zawierać inne składniki, takie jak np. azotan amonu, azotan magnezu i woda.

Ze względu na problemy związane ze znanymi nawozami azotowo-potasowymi zdecydowano się zbadać dalsze możliwości stosowania CN i KNO ₃ jako podstawowych surowców dla nowego nawozu. W niniejszym opisie skrót CN oznacza zarówno czysty azotan wapnia, jak i produkt w postaci azotanu wapnia z procesu nitrofosfatyzacji. Ten produkt jest często nazywany azotanem wapnia Norsk Hydro, w skrócie NH-CN, i ma następujący skład: 79% wagowych azotanu wapnia, 6% wagowych azotanu amonu i 15% wagowych wody. Oceniono kilka sposobów wytwarzania preparatów żądanego nawozu azotowo-potasowego. Zbadano więc prasowanie poddanego grudkowaniu CN i krystalicznego KNO 3 oraz mieszanie dostępnego, poddanego grudkowaniu CN i poddanego grudkowaniu KNO₃. Prasowanie okazało się kosztowne i w jego wyniku otrzymano produkt o dużej zawartości pyłu. Mieszanie zależy przede wszystkim od podobieństwa cząstek pod względem wielkości cząstek i rozkładu wielkości cząstek dwóch surowych badanych materiałów. Po drugie, nie otrzymuje się jednorodnego produktu.

Jakkolwiek przechłodzenie stwarzało problemy, zdecydowano się dalej prowadzić badania dotyczące wytwarzania jednorodnego nawozu azotowo-potasowego z co najmniej jednego ze składników w postaci stopionej masy i możliwości dodawania drugiego składnika w postaci substancji stałej do stopionej masy. Stały KNO 3 rozpuszczano w stopionym CN, lecz początkowe próby wykazały, że wówczas przechłodzenie było tak silne, że grudkowanie/granulowanie było niemożliwe. Przeprowadzono szereg doświadczeń z dodawaniem stałego KNO3 o różnej wielkości cząstek do stopionego CN w temperaturze około 100°C. Wielkość cząstek substancji stałych zmieniała się w zakresie 0,2-1,6 mm. Istotne było, czy mieszanina może zestalić się, zanim cząstki KNO 3 rozpuszczą się w stopionym CN i spowodują przechłodzenie stopionej masy. Podczas tych doświadczeń zmieniano również stosunek CN do KNO3. W szczególności przebadano następujące dwa preparaty: 70% wagowych CN i 30% wagowych KNO3, co odpowiadało preparatowi NPK (zdefiniowanemu jako N-P₂0₅-K₂0) 15-0-14, oraz 85% wagowych CN i 15% wagowych KNO3, co odpowiadało preparatowi 15-0-7. Jednakże podczas wszystkich tych doświadczeń zachodziło pewne przechłodzenie. Gdy wielkość cząstek substancji stałych wynosiła <0,3 mm, przechłodzenie było znaczące. Dla uniknięcia przechłodzenia wielkość cząstek substancji stałych powinna być większa niż 1 mm. Jednak KNO 3 o takiej wielkości cząstek nie jest dostępny na rynku, a ponadto takie duże cząstki spowodowałyby problemy podczas grudkowania. Chociaż możliwe byłoby wytworzenie tym sposobem jednorodnych nawozów azotowo-potasowych w postaci cząstek, nie uznano tego za ostateczne rozwiązanie problemu i przerwano dalsze badania tego procesu.

Następnie zdecydowano się przeprowadzić dokładne badania różnych faz układu CN-wodaKNO3. Podczas tych badań nieoczekiwanie stwierdzono, że istnieje taki obszar, w którym przechłodzenie nie powoduje poważnych problemów. Zatem powinno być możliwe dokonanie rozdrabniania z zastosowaniem tradycyjnych sposobów i urządzeń. Obszar ten można zdefiniować jak następuje:

184 223

Ca(NO3)2 40 -14% wagowych,

KNO3 55 - 85% wagowych,

Woda 0,5- 6% wagowych.

Stwierdzono również, że do takich stopów/roztworów azotowo-potasowych można dodawać MgNO 3 w ilości 0-5% wagowych. Mieszanina nawozowa przeznaczona do rozdrabniania może także zawierać 0-4% wagowych azotanu amonu (AN - od angielskiej nazwy ammonium nitrate).

Biorąc to pod uwagę przeprowadzono proces formowania cząstek z użyciem stopionych mas/roztworów w powyższych zakresach. Proces grudkowania można skutecznie prowadzić w temperaturze 160-190°C, a proces granulowania można prowadzić w temperaturze 90-140°C. Tak otrzymano jednorodny nawóz azotowo-potasowy o wielkości cząstek 1-5 mm i żądanym rozkładzie wielkości cząstek. Produkty miały postać cząstek o kształcie kulistym, przy czym twardość lub wytrzymałość cząstek na zgniatanie wynosiła około 2-13 kG, w zależności od zawartości wody i wielkości cząstek.

Figura 1 przedstawia absorpcję wody przez nawozy azotowo-potasowe według wynalazku w porównaniu z odpowiednimi wynikami dla NH-CN.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady.

P rzykład 1

Przykład ten przedstawia granulowanie nawozu NK 15-0-35.

Stały KN (75% wagowych) zmieszano z NH-CN (25% wagowych) i mieszaninę ogrzewano do około 100°C, w której to temperaturze mieszanina zaczęła topić się. Zawartość wody i lepkość dostosowano do żądanych wartości, po czym jednorodną, stopioną masę przeniesiono do urządzenia do grudkowania i przeprowadzono grudkowanie w temperaturze około 165 °C w łaźni olejowej. Otrzymano dobre, białe i twarde cząstki. Wytrzymałość cząstek (3-4 mm) wynosiła 8-13 kG.

Przykład 2

Przykład ten przedstawia grudkowanie nawozu NK 15-0-33.

Krystaliczny nawóz KN (70%) wagowych) zmieszano z NH-CN (30% wagowych) i mieszaninę stopiono w temperaturze około 100°C, po czym zawartość wody i lepkość dostosowano do żądanych wartości i jednorodną, stopioną masę poddano grudkowaniu w temperaturze około 165°C. W wyniku grudkowania otrzymano cząstki o podobnej jakości jak w przykładzie 1.

Przykład 3

Przykład ten przedstawia grudkowanie nawozu NK 15-0-29.

KN (60% wagowych) i NH-CN (40% wagowych) zmieszano i stopiono w temperaturze około 100°C; ta stopiona masa miała następujący skład: 60% wagowych KN, 31,5% wagowych CN, 2,5% wagowych AN i 6% wagowych wody. Następnie zmniejszono zawartość wody do około 3% wagowych i podwyższono temperaturę do około 165°C, po czym jednorodną, stopioną masę poddano grudkowaniu. Wytrzymałość cząstek świeżego produktu (3-4 mm) wynosiła 5 kG, a wytrzymałość cząstek poddawanych starzeniu przez 30 minut wynosiła 9 kG.

Przykład 4

Przykład ten przedstawia grudkowanie nawozu NK 15-0-33 w skali przemysłowej.

Podczas tych doświadczeń stopione masy wytwarzano z użyciem granulowanego NH-CN (30% wagowych) i krystalicznego KN (70% wagowych). W celu zwiększenia wytrzymałości cząstek końcowego produktu zawartość wody w stopionej masie zmniejszano z 4,5% wagowych do 2,5% wagowych przez odparowanie. Grudkowanie przeprowadzano w wieży do grudkowania o wysokości 23 m, przy zewnętrznej temperaturze 28°C. Temperatura grudkowania podczas tych doświadczeń wynosiła 160-190°C.

Stwierdzono, że w przypadku tego sposobu formułowania nawozu NK można otrzymać produkty o wystarczających właściwościach zestalania nawet wówczas, gdy zawartość wody przed grudkowaniem była tak wysoka, jak 4,5% wagowych.

184 223

Przykład 5

Przykład ten przedstawia granulowanie nawozu NK 15-0-33.

Granulowanie przeprowadzono z użyciem nawozu NK 15-0-33 w postaci drobnego pyłu oraz tego samego produktu w postaci stopionej masy. Temperatura granulowania wynosiła 115-125°Ci stwierdzono, że można otrzymać granulowane produkty o żądanej wielkości cząstek i wytrzymałości na zgniatanie. Najkorzystniejsza temperatura granulowania wynosiła 120-125°C. Następne próby wykazały, że granulowanie nawozów NK można prowadzić w temperaturze 90 - 140°C, w zależności od wytwarzanych preparatów NK i zawartości wody w stopionej masie.

Przykład 6

Przykład ten dotyczy wytwarzania nawozów NK 15-0-14 drogą mieszania jednorodnych nawozów NK według wynalazku z innymi nawozami, takimi jak NH-CN.

Jednorodny nawóz NK 15-0-33 (42% wagowych) z przykładu 4, o gęstości 1,97-1,98 kg/litr i średniej średnicy cząstek d50 = 1,78 mm, zmieszano mechanicznie z NH-CN (58% wagowych) o gęstości 1,96 -1,98 kg/litr i d50 = 1,78 mm, w ilości. Te dwa rodzaje produktów miały w przybliżeniu jednakową wielkość cząstek i jednakowy rozkład wielkości cząstek. Powstała mieszanina miała formułę 15-0-14, jednorodny wygląd, a cząstki nie ulegały segregacji.

Zgodnie z powyższym sposobem można wytworzyć wszystkie gatunki produktów od NK 15-0-33 do NK 15-0-0. Składnikiem nawozowym, który dodaje się do jednorodnego nawozu azotowo-potasowego według wynalazku, nie musi być CN lub NH-CN, lecz może być dowolny nawóz zapewniający uzyskanie żądanego preparatu nawozu azotowo-potasowego po zmieszaniu. Takie same wymagania odnośnie wielkości cząstek, rozkładu wielkości cząstek, kształtu cząstek i gęstości będą się oczywiście również odnosiły do takich mieszanek.

Nowe jednorodne nawozy azotowo-potasowe następnie zbadano pod względem zbrylania się i absorpcji wody. Te właściwości porównano z odpowiednimi właściwościami NH-CN otrzymanego w wyniku grudkowania. W próbach stosowano nawozy w postaci cząstek z powłoką na bazie oleju, wosku i żywicy, opisaną w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym PCT/N095/00109. Wyniki podano w poniższej tabeli.

Tabela

NK 15-0-33 (2,5% wody, grudkowanie)	NH-CN (grudkowanie)
Powlekane (0,2%)	Niepowlekane	Powlekane (0,2%)	Niepowlekane
Liczba zbrylania 340	Liczba zbrylania 1050	Liczba zbrylania 590	Liczba zbrylania 1080

Z powyższej tabeli wynika, że kondycjonowany nawóz NK będzie miał nieco lepsze właściwości pod względem zbrylania się niż NH-CN poddany grudkowaniu.

Absorpcję wody w przypadku jednorodnego nawozu NK 15-0-33 według wynalazku zbadano dla powlekanych i niepowlekanych cząstek. Wyniki porównano z wynikami dla NH-CN poddanego grudkowaniu. Próby przeprowadzono w temperaturze 25°C i przy 40, 50, 60 i 70% wilgotności względnej (RH). Wyniki tych prób przedstawiono w postaci wykresów na fig. 1. Widać z nich, że niepowlekane preparaty NK 15-0-33 nie powinny być wystawione na działanie wysokiej wilgotności przez dłuższy czas. Jednak gdy nawóz powlecze się odpowiednim materiałem powłokowym w ilości około 0,2% wagowych, absorpcja wody będzie dopuszczalnie niska.

Dzięki wynalazkowi opracowano nowy sposób wytwarzania jednorodnych nawozów azotowo-potasowych. Nowe produkty azotowo-potasowe można stosować jako takie lub mieszać z innymi odpowiednimi nawozami z wytworzeniem mieszanek nawozowych o żądanym składzie. Nowe jednorodne produkty azotowo-potasowe mają doskonałe właściwości pod względem wartości odżywczej, możliwości przechowywania i możliwości manipulowania.

184 223

Absorpcja wody po 24 godzinach

15-0-33 . 15-0-33 . Powlekane ___o_Niepowlekane powlekane niepowlekane grudki NH-CN grudki NH-CN

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Nawóz azotowo-potasowy, jednorodny, na bazie nawozu zwierającego azotan wapnia i azotanu potasu, znamienny tym, że zawiera 40-14% wagowych Ca(NO3)₂, 55-85% wagowych KNO3, 0,5-6% wagowych wody, 0-4% wagowych NH4N03 i 0,5% wagowych MgCNC^.
2. Nawóz azotowo-potasowy według zastrz. 1, znamienny tym, że stanowi grudkowany produkt w postaci preparatów azotowo-potasowych 15-0-35 do 15-0-28 o wytrzymałości na zgniatanie 2-9 kG.
3. Sposób wytwarzania nawozu azotowo-potasowego zasadniczo z nawozu zawierającego azotan wapnia oraz z azotanu potasu, polegający na stapianiu nawozu zawierającego azotan wapnia wraz z azotanem potasu, znamienny tym, że nawóz zawierający azotan wapnia stapia się z azotanem potasu w temperaturze 90-120°C z wytworzeniem stopionej masy lub zawiesiny zawierającej 40-14% wagowych azotanu wapnia, 55-85% wagowych azotanu potasu, 0,5-6% wagowych wody, 0-4% wagowych azotanu amonu i 0-5% wagowych azotanu magnezu, ewentualnie odparowuje się część wody, stopionąmasę lub zawiesinę ogrzewa się i w temperaturze 90-190°C formuje się z niej cząstki jednorodnego nawozu azotowo-potasowego.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że formowanie cząstek prowadzi się drogą grudkowania w temperaturze 160-190°C.
5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że formowanie cząstek prowadzi się drogą granulowania stopionej masy lub zawiesiny zawierającej 1,0-2,5% wagowych wody w temperaturze granulowania 90-140°C.
6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że około 60% wagowych azotanu potasu i około 40% wagowych nawozu zawierającego azotan wapnia stapia się w temperaturze około 100°C z wytworzeniem stopionej masy zawierającej około 60% wagowych K.NO3, około 31,5% wagowych Ca(NO3)₂, około 2,5% wagowych NH4NO 3 i około 6% wagowych wody, tę stopioną masę odparowuje się do zawartości wody zmniejszonej do około 3% wagowych, po czym poddaje się ją grudkowaniu w temperaturze 160-170°C.
7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że około 30% wagowych granulowanego nawozu zawierającego azotan wapnia i około 70% wagowych krystalicznego azotanu potasu stapia się w temperaturze około 100°C, powstałą stopioną masę odparowuje się do zawartości wody zmniejszonej z 4,5% wagowych do 2,5% wagowych, po czym poddaje się ją grudkowaniu w temperaturze 165-175°C.
8. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że nawóz azotowo-potasowy 15 -0-33 w postaci drobnych ziarnistych cząstek wprowadza się do granulatora wraz z nawozem NK15-0-33 w postaci cieczy i prowadzi się granulowanie w temperaturze 120-125°C.