NO20130340A1 - Fremgangsmate for fremstilling av gjodningsmidler inneholdende dispergert mikronisert svovel - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for fremstilling av en gjødningsmiddelsammensetning inneholdende mikronisert svovel hvori elementært svovel oppløses i vannfri eller vannholdig ammoniakk for å danne en. ammoniakk/svoveloppløsning og ammoniakk/svoveloppløsningen reageres med en sur komponent som har minst en plantevekstbestanddel for å samtidig danne en svovelsammensetning omfattende en svovelforbindelse og mikronisert svovel. Den således dannede gjødningsmiddel-sammensetning tørkes og kan dannes til ulike former slik som pelleter, priller, etc.

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av gjødningsmidler inneholdende dispergert mikronisert svovel

Kryssreferanse til beslektet søknad

Denne søknaden krever prioritet fra United States Patent Application Serial No. 61/377 509 innlevert 27. august 2010 hvis innhold er innlemmet heri ved referanse for alle formål.

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av gjødningsmidler inneholdende dispergert elementært svovel-finstoffer, dvs. mikronisert svovel, som er integrert inne i gjødningsmiddelet.

Beskrivelse av teknikkens stilling

Storparten av de kommersielle gjødningsmiddelfremstillingsprosesser involverer reaksjoner mellom sure og basiske utgangsbestanddeler for å frembringe et nøytralisert eller delvis nøytralisert sluttprodukt som er enten granulert, prillet, rotasjonsformet eller forstøvningstørket. I tillegg har betydelig innsats blitt benyttet på forsøk på å utvikle prosesser for fremstilling av svovel-inneholdende gjødningsmidler på grunn av fordelene assosiert med innvirkningen av svovel på avlingsstørrelser, dvs. ved mer effektive opptak av andre plantenæringsstoffer slik som nitrogen og fosfor og dets evne til å senke pH i alkaliske jordtyper.

Et av de vanligste eksempler på et gjødningsmiddel er ammoniumsulfat idet ammonium-kationet bidrar med nitrogen til plantene og sulfat-anionet bidrar med svovelet til plantene. Idet det er svært oppløselig i vann, kan ammoniumsulfat forsyne planter med en hurtig dose av begge bestanddeler. Beklageligvis kan kraftig regn akselerere utvaskingen av sulfatet fra jorden og fortynne den potensiale maksimale fordel planter kan oppnå fra tilstedeværelsen av svovel i sulfatformen. Denne hurtige men ikke-vedvarende dose av sulfat til plantene har drevet innsatsen bak utvikling av gjødningsmidler inneholdende elementært svovel. Fordelen ved å ha elementært svovel som en del av gjødningsmiddel-sammensetningen er at det elementære svovel vil oksidere over tid, idet det tilveiebringes en vedvarende tidsutløst sulfatdose til plantene. Elementært svovel er også mindre tilbøyelig til å vaskes bort og vil således befinne seg nær plantene i en lengre tidsperiode.

Et av problemene ved å arbeide med elementært svovel er den økonomiske og sikre frembringelse av fine svovelpartikler. Nåværende anvendte fremgangs-måter inkluderer fysisk maling (kulemølling) av fast svovel eller å forstøve fine smeltede svovelpartikler i vann. Disse prosessene fremsetter ulemper som inkluderer men ikke er begrenset til sikkerhet, konsistens for produkt og kapital og driftskostnader. Tilsetning av disse svovelpartikler til gjødningsmidler fremsetter ytterligere vanskeligheter assosiert med integriteten til svovel belegget, mengden av elementært svovel som kan innlemmes i gjødningsmiddelet og vanskeligheter med hensyn til å oppnå ensartet fordeling av elementært svovel gjennom hele gjødningsmiddelet, foreksempel pelleten.

Partikkelstørrelsen til det elementære svovel som innlemmes inne i gjødningsmiddelgranulene vil også påvirke dets evne til å oksideres på en rettidig måte slik at sulfat er tilgjengelig for plantene i løpet av vekstsesongen. Desto finere (mindre midlere partikkeldiameter) disse elementære svovelpartikler er, desto enklere oksideres til sulfat. På en relativ basis, forventes svovelpartikler beskrevet i eksisterende kommersielle gjødningsmidler, i beste fall, og begynne å bidra med sulfatsvovel til plantene seks til åtte uker etter tilførsel.

US Patent 3 333 939, innlemmet heri ved referanse for alle formål, lærer en fremgangsmåte som krever håndteringen av faste svovelpartikler så vel som en alternativ fremgangsmåte som benytter smeltet svovel. Den førstnevnte har farene assosiert med håndtering av fine støv mens den sistnevnte hemmer jevn fordeling av gjødningsmiddelkomponentene til jorden etter tilførsel.

Patentsøknad 2006/0144108, innlemmet heri ved referanse for alle formål, lærer to metoder hvorved flytende (smeltet) svovel tilsettes enten til en ammoniumfosfat-reaksjonsbeholder eller til en granulator for å dispergere det elementære svovel inne i de resulterende granuler. Fosforsyren i reaktoren er kombinert med enten konsentrert vandig ammoniakk eller vannfri gassformet ammoniakk. Den andre beskrevne metoden vedrører en slurry av partikler av elementært svovel i vann som tilsettes til en omrørt for-nøytralisatorreaktor inneholdende fosforsyre og ammoniakk. Ved tilsetning av svovelslurryen til pre- nøyralisatoren ble høye svovellastinger oppnådd uten å oppleve tilstopping på grunn av opplevd bedre blanding.

Som illustrert ved teknikkens stilling diskutert ovenfor, er det fordelaktig å ha en forbedret fremgangsmåte for fremstillingen av gjødningsmidler som innlemmer fine (mikroniserte) svovelpartikler.

Det er velkjent at elementært svovel er oppløselig i vannfri ammoniakk (Ruff og Hecht, "Uber das Sulfammonium and seine Beziehungen zum Schwefel-stickstoff", Z. anorg. Chem. Bd 70, 1911; US patent nummer 4 824 656; US patent søknad publikasjon 2006/00443002; Proceedings of the 2nd International Symposium on Phosphogypsum holdt i Miami, Fl, 10.-12. desember 1986, side 143; og WO 2004/109714).

Oppsummering av oppfinnelsen

I et aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av en gjødningsmiddelsammensetning som inneholder mikroniserte svovelpartikler.

I et aspekt av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det en fremgangsmåte ved hvilken den midlere partikkelstørrelse til svovelfinstoffene i en gjødningsmiddelsammensetning kan styres og varieres ved å variere konsentrasjonen av oppløst svovel i visse oppløsninger.

I et ytterligere aspekt av oppfinnelsen kan diskrete partikler av elementært svovel og fnokker være innlemmet i gjødningsmiddelsammensetningene, til å gi et tradisjonelt gjødningsmiddelprodukt med elementært svovel integrert deri.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer

Som lært av Ruff og Hecht, kan elementært svovel fra alle kilder oppløses i enten flytende vannfri ammoniakk eller flytende vannholdig ammoniakk for å frembringe ammoniakk-svovel-oppløsninger, i det etterfølgende referert til som AMS-oppløsninger. AMS-oppløsninger kan ha varierende konsentrasjoner av elementært svovel oppløst i dem som styres ved temperaturen, trykket og vanninnholdet til AMS-oppløsningene.

Som anvendt her, refererer "vannfri ammoniakk" til ammoniakk som har mindre enn omtrent 0,3 vekt% vann mens "vannholdig ammoniakk" refererer til ammoniakk som inneholder fra omtrent 0,3 opp til omtrent 70 vekt% vann, foretrukket fra omtrent 0,3 opptil omtrent 10 vekt% vann. Selv om foretrukne løsningsmidler for denne oppfinnelsen ervannfrie, og vannfri ammoniakk er beskrevet ovenfor, kan andre løsningsmidler inkludere flytende svoveldioksid, flytende eller overkritisk karbondioksid, karbondisulfid, dimetyldisulfid, etc, inkluderende blandinger av ulike løsningsmidler som beskrevet ovenfor inkluderende blandinger med vann.

Det har blitt funnet av ved å variere konsentrasjonen av oppløst svovel i AMS-oppløsningene så vel som typen av media som AMS-oppløsningen innføres i for å frembringe mikroniserte partikler av elementært svovel, kan den midlere størrelse av svovelpartikler varieres på en kontrollert måte.

Som eksempel kan AMS-oppløsninger være "blåst ned" i deionisert vann; vann inneholdende varierende konsentrasjoner av kationer, anioner og amfotere typer; vann inneholdende varierende konsentrasjoner av kationer, anioner og amfotere typer med noe i nærheten av eller ved deres respektive metnings-punkter; passende gassformede faser slik som nitrogen så vel som i evakuerte beholdere, for å frembringe diskrete svovelpartikler med midlere submikron-partikkelstørrelser så vel som fnokker (løse agglomerasjoner av diskrete mikroniserte svovelpartikler) på opptil 150 mikron. I tillegg til "nedblåsingen", kan manipulasjon av temperatur og trykk til AMS-oppløsningene inn i eller i nærvær av de ovennevnte fluider også anvendes for å frembringe de ønskede mikroniserte svovelpartikler.

Det vil forstås at ved dannelse av AMS-oppløsningene, vil AMS'et være under tilstrekkelig trykk til å opprettholde AMS-oppløsningen i den flytende tilstand inntil reaksjonen med den sure forbindelsen. I dette henseende, og som er velkjent, må vannfri ammoniakk, i flytendegjort form, være under trykk for å opprettholde den i den tilstanden. AMS-oppløsningene i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan være dannet enten ved oppløsning av fast elementært svovel, uten hensyn til dets form, i AMS-oppløsningen eller ved innføring av flytende svovel i AMS-oppløsningen. Med hensyn til anvendelsen av fast elementært svovel, inkluderer slike svovelkilder svovelblokker, priller, skifersvovel, svovelpute-bunnprodukt inneholdende urenheter slik som smuss, etc. WO 2008/041132, innlemmet heri ved referanse for alle formål, omtaler ulike metoder for dannelse av mikronisert svovel ved anvendelse av både faste og flytende former av svovel.

Det har blitt funnet at oppløseligheten til det elementære svovel og vannfritt ammoniakk avtar når vannholdig ammoniakk frembringes med økende vanninnhold. Generelt vil mengden av svovel til stede i svovelinnholdet være det maksimale som kan oppnås mens en ekte oppløsning fremdeles opprettholdes. Således kan svovelet i AMS-oppløsningen være til stede opptil metningspunktet forutsatt at betingelsene er slik at den mettede oppløsningen opprettholder svovelet som en ekte oppløsning.

Med hensyn til det mikroniserte svovel fremstilt i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, vil det generelt ha en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på mindre enn omtrent 9,999 um til sub-kolloidalt område, foretrukket mindre enn 1.000 um til sub-kolloidalt område, mer foretrukket mindre enn 100 um til sub-kolloidalt område, og enda mer foretrukket mindre enn 25 um til sub-kolloidalt område. Spesielt foretrukket er mikronisert svovel på mindre enn 10 um til sub-kolloidalt område.

Som en del av den foreliggende oppfinnelse og avhengig av partikkel-størrelsen til det frembrakte mikroniserte svovel, kan dispergeringsmidler eller emulgeringsmidler eventuelt benyttes i tidsperioder for å holde svovelet i suspensjon. Som eksempel, forblir suspensjoner av submikron svovelpartikler relativt homogene i flere timer idet separasjon forekommer etter å ha vært i ro i 8 timer.

Det har blitt funnet at når konsentrasjonen av det elementære svovel oppløst i AMS-oppløsningene øker, endres formen av de mikroniserte svovel parti kler fra diskrete partikler til løse samlinger av disse diskrete partikler, i det etterfølgende referert til som fnokker. Fnokker frembringes også etter at de diskrete mikroniserte svovelpartikler har blitt felt ut av oppløsningen og resuspensjon er forsøkt. Det menes at Van der Waals interaktive krefter induserer disse partiklene til å agglomerere til fnokkene som ses.

Det er velkjent at partikkelstørrelsen til elementært svovel direkte påvirker den rate ved hvilken svovelpartikkelen oksideres til sulfat. Et uventet funn var at de dannede fnokker har praktisk talt de samme oksidasjonsrater som de diskrete partikler av elementært svovel som utgjør fnokkene. Gitt at de midlere partikkelstørrelsesområder for det mikroniserte svovel kan varieres på en kontrollert måte, kan diskrete partikler av elementært svovel så vel som fnokker dannet fra disse, selektivt frembringes for å tilveiebringe et blandet produkt med en tilpasset oksidasjonsrate for elementært svovel til sulfat, det vil si et tidsfrigjøringsprodukt.

Ved dannelse av gjødningsmiddelsammensetningene i henhold til den foreliggende oppfinnelse, reageres AMS-oppløsningen med en sur forbindelse som har minst en plantevekst-bestanddel for derved å samtidig danne en gjødningsmiddelsammensetning omfattende en gjødningsmiddelforbindelse og mikronisert svovel. Gjødningsmiddelsammensetningen utvunnet etter tørking kan dannes til ulike former, for eksempel pelleter, priller, eller enhver annen fasong, form eller størrelse ved hjelp av velkjente metoder og utstyr.

Et av trekkene ved den foreliggende oppfinnelse er evnen til å tilveiebringe en tidsfrigjørings-gjødningsmiddelsammensetning. I dette henseende, kan en AMS-oppløsning med en svovelkonsentrasjon som kan produsere mikronisert svovel med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse og en andre AMS-oppløsning med en andre svovelkonsentrasjon som kan produsere mikronisert svovel ved en andre, forskjellig, gjennomsnittlig partikkelstørrelse, anvendes til å reagere med de sure komponentene for å danne gjødningsmiddelsammensetninger. Siden mengden av svovel i AMS-oppløsningen dikterer, i en viss grad, partikkel-størrelsen av det fremstilte mikroniserte svovel, vil det da fremstilles i gjødningsmiddelsammensetningen mikronisert svovel med de forskjellige gjennomsnittlige partikkelstørrelser. Som angitt ovenfor, vil den mindre partikkelstørrelse oksidere hurtigere til sulfatformen i jorden, mens det mikroniserte svovel med større gjennomsnittlig partikkelstørrelse vil oksidere langsommere. Det vil således være en vedvarende dannelse av sulfat i jorden over en lengre tidsperiode. Videre, ved dannelse av fnokker i kombinasjon med mikroniserte partikler, kan den vedvarende tidsfrigjøringseffekt også oppnås.

Den sure komponenten reagert med AMS'en for å danne gjødningsmiddel-forbindelsen kan være enhver sur komponent som når reagert med ammoniakken til stede i AMS'en vil danne en gjødningsmiddelforbindelse, hvori gjødnings-middelforbindelsen er definert som en forbindelse som når blandet med jorden eller påført på planter vil øke veksten av plantene. Ikke-begrensende eksempler på typiske sure forbindelser som har minst en plantevekst-bestanddel og som kan reagere med ammoniakken i AMS'en for å fremstille en gjødningsmiddel-forbindelse inkluderer svovelsyre, fosforsyre, salpetersyre, karbonsyre, og deres ulike derivater så vel som blandinger derav. Hvilket er vel kjent, kan således gjødningsmiddelforbindelser slik som ammoniumsulfat, ammoniumnitrat, ammoniumfosfat, ammoniumkarbonat, etc. dannes.

En av de klare fordeler ved den foreliggende oppfinnelse er det faktum at ved innlemmelse av det mikroniserte svovel i gjødningsmiddelsammensetningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, dispergeres det mikroniserte svovel hovedsakelig ensartet inne i matriksen av den endelige gjødningsmiddelform (det vil si pellet, prille, etc), en klar fordel hva angår å sikre at all behandlet jord eller planter mottar hovedsakelig den samme mengde av mikronisert svovel så vel som gjødningsmiddelforbindelsen.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse, så snart gjødningsmiddel-sammensetningen har blitt dannet, er det mulig å tilsette ytterligere AMS-oppløsning under tørketrinnet for å tilveiebringe en større mengde av mikronisert svovel i gjødningsmiddelsammensetningen.

Det vil også erkjennes at andre komponenter som typisk anvendes i gjødningsmiddelsammensetninger og inneholdende plante-næringsstoffer kan tilsettes til gjødningsmiddelsammensetningen så snart den er dannet og foretrukket før den dannes i de ønskede former slik som pelleter, priller, etc.

Eksempel 1:

Flere 0,2 vekt% til 10 vekt% AMS-oppløsninger ble injisert i vann, vandig ammoniumsulfatslurryer og vandige ammoniumsulfatslurryer med tilstrekkelig svovelsyre for å støkiometrisk reagere med all ammoniakken tilsatt via AMS-oppløsningene. I alle tilfeller ble mikronisert elementært svovel dannet. Når svovelkonsentrasjonen i AMS-oppløsningene økte, så gjorde også tendensen til å danne fnokker.

Fnokker dannet under disse testene ble isolert og undersøkt fotomikrografisk. Det ble sett at diskrete mikroniserte partikler av elementært svovel hadde agglomerert til fnokker, men var ensartet fordelt i gjødningsmiddel-sammensetningen inneholdende ammoniumsulfat.

Eksempel 2:

Tilsetning av AMS-oppløsningene til den vandige ammoniumsulfatslurry resulterte i dannelsen av både diskret mikronisert elementært svovel så vel som fnokkene. Tilstedeværelsen av fnokker ble bekreftet ved oppløsning av den resulterende ammoniumsulfat-svovel-blandingen i et overskudd av vann. Distinkte fnokker ble registrert.

Eksempel 3:

Tilsetning av AMS-oppløsningene til de vandige ammoniumsulfatslurryer inneholdende overskudd av svovelsyre viste en markert økning i viskositet, hvilket indikerer mer dannelse av faststoffer og den vellykkete reaksjon mellom AMS-oppløsningene og svovelsyren. Mikronisert elementært svovel var ensartet fordelt inne i slurryen.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av gjødningsmiddelsammensetninger inneholdende mikronisert svovel som omfatter: å oppløse elementært svovel i en vannfri eller vannholdig ammoniakkoppløsning for å danne en ammoniakk/svovel-oppløsninger (AMS-oppløsning); å reagere nevnte AMS-oppløsning med en sur forbindelse som har minst en plantevekst-bestanddel for å samtidig danne en gjødningsmiddelsammensetning omfattende en gjødningsmiddelforbindelse og mikronisert svovel; og å tørke nevnte gjødningsmiddelsammensetning.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori nevnte AMS-oppløsning er under tilstrekkelig trykk for å opprettholde nevnte AMS-oppløsning som en væske inntil reagert.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori nevnte plantevekst-økende bestanddel er valgt fra en gruppe bestående av sulfat, nitrat, fosfat, karbonat, og blandinger derav.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, som omfatter å tilsette ytterligere AMS-oppløsning til nevnte gjødningsmiddelsammensetning under tørketrinnet.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori nevnte mikroniserte svovel har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på mindre enn 1000 um.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, hvori nevnte gjennomsnittlige partikkelstørrelse er mindre enn 10 um.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori andre komponenter inneholdende plante-næringsstoffer kan tilsettes til nevnte gjødningsmiddelsammensetning.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori nevnte AMS-oppløsning dannes ved å oppløse fast elementært svovel.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori nevnte AMS-oppløsning dannes ved å oppløse smeltet elementært svovel.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori det er en første AMS-oppløsning med en første svovelkonsentrasjon for å fremstille mikronisert svovel med en første gjennomsnittlig partikkelstørrelse og en andre AMS-oppløsning med en andre svovelkonsentrasjon for å fremstille et mikronisert svovel med en andre større gjennomsnittlig partikkelstørrelse.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori nevnte mikroniserte svovel er i form av fnokker.