Способ получения органо-минерального удобрения Советский патент 1993 года по МПК C05F3/00 

Изобретение относится к технологии получения удобрений на основе органических отходов (навоз, помет, осадки сточных городски вод).

Известен ряд способов получения орга- но-минерадьных удобрений на основе органических отходов путем их обработки мочевино-формальдегидными растворами в присутствии различных катализаторов.

Так, например, известен способ получения органо-минеральных удобрений на основе городского шлама с мочевиной и формалином в присутствии серной кислоты, взятой в количестве 0,1-0,3:1 по отношению к шламу (в расчете на абсолютно сухие продукты).

Недостатком данного способа является сравнительно длительное время, требуемое для получения ОМУ (15-17 мин), что требует сравнительно больших габаритов оборудо-. вания для осуществления процесса.

Известен способ получения органо-ми- нерального удобрения путем смешения городского шлама или навоза с минеральной кислотой до рН 2,3-3 с формалином в течение 3-5 мин, с фосфорсодержащим компонентом, веществом с низким насыпным весом и калийсодержащим компонентом в течение 0,5-3 мин, выдерживанием смеси в течение 10-180 мин.

Недостатком данного способа также является длительность процесса приготовления ОМУ, приводящая к необходимости использования сравнительно громоздкого оборудования при переработке больших объемов органических отходов.

Известен способ получения органо-ми-. нерального удобрения, включающий смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфорсодержащим, калийсодержащим компонентами и целевой добавкой при определенном соотношении компонентов, выдерживание смеси в течение часа и последующее разрыхление и сушку. При этом в качестве целевой добавки используют готовый после сушки продукт, который вводят в реакционную массу при соотношении (0,4-2,4): 1 из расчета, чтобы влажность смеси не превышала 40-43%.

ел

с

ч о

ю 4 о о

со

Недостатком данного способа также является длительность процесса приготовления органо-минерального удобрения из-за медленного протекания реакций взаимодействия мочевины с формальдегидом.

Целью предлагаемого способа является интенсификация способа получения органо- минеральных удобрений.

Достигается поставленная цель тем, что в способе получения органо-минерального удобрения, включающем смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфорсодержащим / калийсодержащим компонентами и целевой добавкой, например, готовым после сушки продуктом, при определенном соотношении компонентов, с последующими рыхлением и сушкой, в отличие от прототипа, через полученную смесь перед рыхлением пропускают электрический ток до достижения температуры в реакционной массе 90-105°С, а в качестве целевой добавки используют наряду с готовым после сушки продуктом лигниноцеллю- лозные материалы, например древесные опилки.

Для осуществления реакции поликонденсации мочевины с формальдегидом реакционной массе необходимо сообщить энергию активации или резко снизить потребность в ней. Это достигается обычно введением всевозможных катализаторов (кислот, кислых солей или инициатора в виде готового продукта, как это имеет место в прототипе, который содержит молекулы веществ, являющихся нуклеофилами).

Как пр #&з али наши исследования, для осуществления реакций взаимодействия мочевины с формальдегидом при получении органо-минеральных удобрений необходима энергия активации 12 ккал/кг продукта. Экспериментальные исследования показали, что, если через влажную органо-мине- ральную смесь, приготовленную по известному способу, или с добавкой лигни- ноцеллюлозных материалов, пропускать электрический ток (переменный или постоянный) до достижения в реакционной массе температуры 90-105°С, то в этой массе начинают бурно протекать химические реакции и через некоторое время свободный формальдегид полностью исчезает.

Продукт начинает интенсивно выделять влагу (явления электроосмоса и кипения), вспенивается, становится пригодным для рыхления и сушки в кипящем слое,

Время реакции сокращается до 0,5- 8 мин, т.е. процесс получения органо-минерального удобрения интенсифицируется (в прототипе на протекание реакции требуется не менее часа, в предлагаемом же способе этот процесс осуществляется в 7.5-120 раз быстрее).

Введение в качестве целевой добавки готового после сушки продукта или лигнино- целлюлозных материалов необходимо с одной стороны для получения рассыпчатой массы, пригодной для рыхления и интенсивной сушки, s с другой стороны, для увеличения пролонгированного действия минеральных удобрений и повышения коэффициента их использования.

Выбор электрического тока в качестве инициатора реакций в органо-минераль- ной среде объясняется возможностью очень быстро и во всем объеме реагирующих веществ осуществить подвод энергии к реагирующим молекулам, заставить их интенсивнее двигаться или колебаться относительно их первоначального положения и тем самым способствовать увеличению возможности их контактировать друг с другом, сообщать энергию образовавшимся веществам и способствовать образованию свободных радикалов, которые затем снова вступают в новые взаимодействия с образованием более сложных веществ. Кроме того, при воздействии электрического тока клетки микроорганизмов интенсивно выделяют влагу (обезвоживаются), что способствует ускорению процесса растворения минеральных веществ в органо-минераль- ной среде и ускорению реакций с одновременным обеспечением белее равномерного распределения минеральных веществ в смеси.

Выбор температуры нагрева реакционной массы 90-105°С объясняется тем, что лишь при достижении этой температуры взаимодействия участвующих в реакции веществ завершаются быстро (за 0,5-8 мин) с полным исчезновением свободного формальдегида в реакционной среде, что весьма важно для исключения его попадания в газовоздушную среду при последующих рыхлении и сушке продукта.

Снижение температуры реакционной массы хотя бы на 10° приводит к значительному увеличению длительности процессов взаимодействия реагирующих веществ (примерно в 2-3 раза, что замедляет весь технологический цикл получения органо-минеральных удобрений).

Использование при получении органо- минеральных удобрений в качестве целевого продукта наряду с готовым после сушки продуктом лигнинцеллюлозных материалов объясняется не только необходимостью получения органо-минеральной массы с определенной влажностью, пригодной для рыхления и интенсивной сушки в кипящем

слое, но и тем, что введение в органо-мине- ральные удобрения значительных количеств клетчатки и других углеводов создает предпосылки для закрепления азота аммиака, который будет образовываться при разложении органики и азотных соединений органо-минеральных удобрений в почве, т.е. будет происходить вторичный синтез белков. Это позволит повысить коэффициент использования азота в почве, увеличить срок его действия.

При пропускании электрического тока через органо-минеральную массу, содержащую целевой продукт, происходит проникновение реагирующих веществ в частицы целевого продукта и аккумулирование их там в порах, трещинах, что впоследствии при попадании удобрения в почву предохранит их от вымывания и тем самым также позволит продлить пребывание удобрения в почве и повысить коэффициент использования питательных веществ.

Кроме того, лигниноцеллюлозные материалы под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов почвы будут постепенно минерализоваться, выделяя необходимые для растений С02, H2U и тепговую энергию, что в совокупности с азотом, фосфором, калием и другими элементами питания будет способствовать активизации процессов фотосинтеза в растениях и соответственно повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Доказательство существенности отличий заявляемого способа.

В научно-технической и патентной литературе нами не обнаружено сведений о заявляемой совокупности признаков, что говорит о ее новизне..

Ввиду того, что заявляемая совокупность признаков не известна, т.е. нова, и в связи с тем, что она позволяет обеспечить достижение поставленной цели - интенсификации способа получения органо-минеральных удобрений, то она соответствует критерию существенные отличия.

Пример 1. 50 г навоза крупного рогатого скота с влажностью 90% смешали с 4,2 мл 37%-нсго формалина, 5 г мочевины, 5 г двойного суперфосфата, 3,7 г хлористого калия и в качестве целевого продукта - 5 г древесных опилок и поместили в ячейку между плоскими металлическими электродами площадью 60 х 40 мм каждый и разме- щенными параллельно друг другу на расстоянии 3,5 см, Пропустили через органо-минеральную смесь постоянный электрический ток I 1 А при напряжении U 8-3 В в течение 8 мин до достижения в реакционной среде температуры 90°С.

Анализ полученного продукта на свободный формальдегид показал его отсутствие, т.е. реакции взаимодействия мочевины с формальдегидом полностью заверши- 5 лись.

Полученный продукт разрыхлили и высушили в кипящем слоя до влажности 30%. Состав полученного удобрения: Мобщ 7,22%; P20s-7,08%; К20 - 6,26%, содержа0 ние органики - 43%.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что через реакционную среду пропустили переменный ток с частотой 50Гц( 12 A, U 50 В).

5 За 30 с температура продукта поднялась до 105°С. Анализ на свободный формальдегид показал его отсутствие.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что в качестве целевого про0 дукта использовали 3 г полученного по примеру 1 удобрения после сушки (6% от веса органических отходов) и 4 г опилок и тем, что через реакционную массу пропустили переменный ток I 1,8 А при напряжении

5 U 18-20 В.

В течение 4,5 мин температура продукта поднялась до 90°С. Свободный формальдегид в реакционной среде по истечении этого времени отсутствовал.

0П р и м е р 4. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что в качестве целевого продукта использовали готовый после сушки продукт в количестве 27 г (54% от веса органических отходов) и полову в количестве 5 г,

5 Через реакционную массу в течение 3 мин пропускали переменный электрический ток I 2,4, при U 20 В, Температура при этом поднялась до 90°С. По окончании пропускания тока в продукте не обнаружено ссобод0 ного формальдегида. Продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое при 60°С до остаточной влажности 30%. Состав продукта: Нобщ-9,17%;Р205обЩ. 9,05%;К2О 8,16%, органики 35,3%.

5 П р и м е р 5. 50 г птичьего помета с влажностью 90% смешали с 2 мл 37%-ного формалина, 2,5 г мочевины, 2,5 г двойного суперфосфата, 1,85 г KCI, а в качестве целевого продукта добавили 20 г древесных опи0 лок и 10 г лигнина. Через полученную смесь пропустили переменный ток I 2,4-4,8 А при напряжении U 17-18 В. В течение б мин температура в продукте поднялась до 90°С. Свободный формальдегид в продукте после

5 пропускания тока не обнаружен.

Продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое до влажности 30%.

Состав полученного продукта: М0бщ - 3,31%; Р205общ-2,50%; К20-2,17%; органики-52%.

Пример 6. В птичий помет с влажностью 60%, взятый в количестве 100 г, ввели 6,5 мл 37%-ного формалина (весовое соотношение формальдегида к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно 0,06:1), 6,0 г мочевины (весовое соотношение мочевины к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно 0,15:1), перемешали, затем добавили 14,3 г простого суперфосфата и в качестве целевого продукта добавили предварительно приготовленный и высушенный продукт в количестве 92 г (92% от веса органических отходов/.

Через полученную смесь в течение 150 с пропускали переменный ток I 3,2 А при напряжении 50 В. Температура продукта достигала 90°С. Полученный продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое до влажности 30%.

Состав полученного продукта: Мобщ 8,2%; Ns.p. 62,7% (об общего);

Р205общ 7%;К20 1,14%.

Пример. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что ток пропускали в тече- ние 7 мин, В реакционной массе в течение 15 мин оставался свободный формальдегид, т.е. реакции шли примерно в 2 раза медленнее.

П р и м е р 8. Аналогичен примеру 2 и отличается тем, что ток пропустили через реакционную среду в течение 5 мин. Температура продукта не поднималась выше 105°С, шло интенсивное вскипание влаги в продукте..

Реакция в продукте закончилась через 30 с, а далее затраты энергии непроизводительны.

П р и м е р 9. В осадки городских коммунальных сточных вод с влажностью 90%, взятые в количестве 100 г, ввели 9,5 мл 37%- ного формалина (весовое соотношение формальдегида к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно 0,35:t), 8 г мочевины (весовое соотношение моче,- ви-ны к органическим отходам в пересчете на сухой продукт равно 0,8:1), 18,4 г простого суперфосфата и в качестве целевого продукта добавили предварительно приготовленный и высушенный продукт в коли- честве 300 г (300% от веса органических отходов).

. Через полученную смесь в течение 180 с пропускали переменный ток I 3,3 А

при напряжении 60 Р. Температура продукта достигла 90°С. Полученный продукт разрыхлили и высушили в кипящем слое до влажности 30%.

Состав полученного продукта: Мобщ 7,42%; NB р 63,11 (% от общего); Р205общ 7,2%;К20-0,7%.

Прим е р 10. Аналогичен примеру 9 и отличается тем, что в качестве целевого продукта использовали 270 г готового после сушки продукта (270% от веса орг.отходов) и 10 г опилок (10% от веса органических отходов). Весовое соотношение готового после сушки продукта и лигнинсодержаще- го материала составляет 1:0,037).

Предлагаемый способ позволяет не только интенсифицировать способ получения удобрения, но и улучшить товарные свойства удобрения, т.к. продукт после сушки меньше пылит (содержание пылевидной фракции не превышает 2-3 вес.%). Кроме того, происходит дезинфекция органических отходов не только под действием формалина, но и электрического тока. Наконец, предварительное(перед сушкой) доведение температуры органс-минеральной массы до 90-105°С позволяет сократить время сушки продукта в кипящем слое (не надо нагревать продукт при сушке и тратить на это время и сократить тем самым потери тепла с уходящим воздухом (удельный расход воздуха на удаление 1 кг влаги сокращается за счет исключения необходимости нагрева продукта с помощью этого воздуха). Кроме того, когда продукт имеет высокую температуру во всей своей массе, то выделению влаги из продукта не мешает направление нагрева в частичках, которое наблюдается при внесении тепла в холодный продукт с помощью теплоносителя.

Формула изобретения Способ получения органо-минерально- гоудобрения, включающий смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфор- и калийсодержащими компонентами и целевой добавкой, последующее рыхление и сушку смеси, отличающий с я тем, что, с целью интенсификации процесса, перед рыхлением через полученную смесь пропускают электрический ток в течение времени, не превышающего 480 с, до достижения температуры реакционной массы 90-105°С.

Изобретение относится к технологии получения органических удобрений на основе органических отходов. Сущность изобретения: в способе, предусматривающем смешение органических отходов с формалином, мочевиной, фосфор- и калййсодержащими компонентами и целевой добавкой, последующее рыхление и сушку смеси, предлагается с целью интенсификации процесса перед рыхлением через полученную смесь пропускать электрический ток в течение времени, не превышающего 480 с, до достижения температуры реакционной массы 90- 105°С.