Разработка способов снижения слеживаемости гранулированного карбамида и обогащенного карналлита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Романов, Николай Юрьевич

• Романов, Николай Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Романов, Николай Юрьевич

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Механизмы слеживания

1.2 Факторы, влияющие на слеживаемость

1.3 Пути снижения слеживаемости

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способов снижения слеживаемости гранулированного карбамида и обогащенного карналлита»

В технологии производства минеральных удобрений и солей одним из важных показателей качества выпускаемых продуктов является их слеживаемость. Продукты, обладающие высокой слеживаемостью, как, например, обогащенный карналлит, при длительном хранении и транспортировке на дальние расстояния переходят из сыпучего состояния в комкообразное или монолитное, что значительно снижает их потребительские свойства. Из-за этого рынки сбыта обогащенного карналлита ограничены пределами Пермского края. В связи с этим проблема разработки способа снижения слеживаемости обогащенного карналлита является весьма актуальной, поскольку ее решение позволит значительно расширить географию транспортировки обогащенного карналлита.

Не менее актуальной задачей представляется решение проблемы сокращения расходов на снижение слеживаемости минеральных удобрений и солей. Так для снижения слеживаемости гранулированного карбамида применяется дорогостоящий импортный модификатор «Уресофт-150». Разработка более дешевого и вместе с тем не менее эффективного, чем «Уресофт-150», антислеживателя для карбамида позволит снизить затраты на его производство.

В работе проведен анализ научно-технической и патентной литературы по механизмам слеживания, факторам, влияющим на слеживаемость и способам снижения слеживаемости удобрений и солей. На основании анализа литературных данных сформулирована цель работы - разработка способов снижения слеживаемости обогащенного карналлита и гранулированного карбамида.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: о установить особенности процесса слеживания обогащенного карналлита и гранулированного карбамида; о изучить эффективность модификаторов различных классов, применяемых для снижения слеживаемости обогащенного карналлита и гранулированного карбамида; о провести испытания наиболее эффективных модификаторов в промышленных условиях.

Для целенаправленного поиска эффективного решения проблемы снижения слеживаемости мелкокристаллического карналлита и гранулированного карбамида изучены особенности процесса слеживания этих продуктов в условиях хранения на складе. Показано, что слеживание карналлита при увлажнении связано с его разложением водой, сопровождающимся кристаллизацией хлорида калия из пленки солевого раствора, находящегося на поверхности частиц продукта.

Изучен процесс слеживания гранул увлажненного гранулированного карбамида без действия на них внешнего давления. Установлено, что при поглощении карбамидом влаги на поверхности гранул образуется тонкий слой жидкой фазы. Наличие жидкой фазы на поверхности гранул приводит к возникновению капиллярных сил, под действием которых происходит слипание гранул. Образующиеся между гранулами жидкие мениски со временем закристаллизовываются, что приводит к слеживанию гранул карбамида.

Исследованы гигроскопические свойства обогащенного карналлита и гранулированного карбамида. Показано, что обогащенный карналлит является очень гигроскопичным продуктом, причем резкое увеличение его гигроскопических свойств происходит при влажности воздуха более 60%. Это обуславливает необходимость применения модификаторов для уменьшения гигроскопических свойств, а также хранение карналлита во влагонепроницаемой таре. В отличие от карналлита гранулированный карбамид является сравнительно малогигроскопичным продуктом. Для таких продуктов как карбамид, не требуется применения специальных мер по снижению их гигроскопичности.

Изучено влияние модификаторов и их содержания в продукте на влагопоглощение и слеживаемость обогащенного карналлита и гранулированного карбамида. Разработаны эффективные модификаторы, снижающие слеживаемость обогащенного карналлита, найдено их оптимальное содержание в продукте. На БКРУ-1 ОАО «Уралкалий» проведены опытно-промышленные испытания по получению малослеживаемого обогащенного карналлита с применением модификатора -карбамида. На основе полученных данных разработан способ снижения слеживаемости обогащенного карналлита. Внедрение данного способа позволит расширить рынки сбыта обогащенного карналлита.

Изучено влияние различных модификаторов на процессы влагопоглощения и слеживания гранулированного карбамида. Разработан эффективный модификатор - полиэтиленгликоль для снижения слеживаемости гранулированного карбамида. Проведены опытно-промышленные испытания по уменьшению слеживаемости гранулированного карбамида. Установлено, что полиэтиленгликоль по эффективности антислеживающего действия сопоставим с применяемым в настоящее время антислеживателем - «Уресофт-150». На основе полученных данных разработан способ снижения слеживаемости гранулированного карбамида. Внедрение данного способа позволит уменьшить затраты на модифицирование гранулированного карбамида. Ожидаемый экономический эффект от замены применяемого в настоящее время модификатора «Уресофт-150» на полиэтиленгликоль для модуля производства карбамида мощностью 500 тыс. тонн составит 8,8 млн. руб.

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Романов, Николай Юрьевич

Выводы по результатам опытно-промышленных испытаний способа снижения слеживаемости гранулированного карбамида

1. Измерение гранулометрического состава и анализ фотографий образцов необработанного антислеживателем карбамида и образцов карбамида, обработанного «Уресофт-150» и ПЭГ, показали, что обработанные «Уресофт-150» и ПЭГ образцы карбамида имеют меньшую тенденцию к комкованию. Причем образцы гранулированного карбамида, обработанного «Уресофт-150» и ПЭГ, имеют сопоставимую комкуемость.

2. Обработка гранулированного карбамида модификаторами «Уресофт-150» и ПЭГ практически не влияет на его способность поглощать гигроскопическую влагу, что подтверждается данными по изменению влажности образцов гранулированного карбамида в процессе хранения.

3. Обработка гранулированного карбамида модификаторами «Уресофт-150» и ПЭГ приводит к снижению прочности гранул в среднем на 3% в случае применения уресофт-150 и на 4% - в случае применения ПЭГ по отношению к необработанному продукту.

4. Эффективность антислеживателя ПЭГ сопоставима с применяемым в настоящее время антислеживателем «Уресофт-150». Антислеживатель ПЭГ можно рекомендовать для промышленного использования. Предварительный расчет годового экономического эффекта от замены модификатора «Уресофт-150» на ПЭГ показал, что для модуля производства карбамида мощностью 500 тыс. тонн он составит 8,8 млн. руб.

1. Диссертационная работа посвящена разработке способов снижения слеживаемости обогащенного карналлита и гранулированного карбамида. На основании анализа научно-технической и патентной литературы определены пути снижения слеживаемости данных продуктов. Основным направлением снижения слеживаемости обогащенного карналлита и гранулированного карбамида выбрана обработка поверхности данных продуктов антислеживающими реагентами.

2. Установлены особенности процесса слеживания обогащенного карналлита в условиях хранения на складе. Показано, что слеживание карналлита при увлажнении определяется кристаллизацией хлорида калия из пленки солевого раствора, находящегося на поверхности частиц продукта. Карналлит, являясь инконгруэнтно растворимой двойной солью, при увлажнении растворяется в поглощенной гигроскопической влаге, с последующим образованием «солевых мостиков» хлорида калия.

3. Выявлены причины снижения слеживаемости и гигроскопичности карналлита, обработанного раствором карбамида. В присутствии карбамида повышается устойчивость пересыщенного раствора карналлита, снижается число образующихся кристаллов и возрастает их размер при кристаллизации из находящегося на поверхности частиц карналлита раствора, что ведет к снижению удельной поверхности и количества кристаллизационных контактов, а также вероятности их образования при колебаниях температуры во время хранения продукта.

4. Установлено, что устранение слеживаемости обогащенного карналлита с помощью октадециламина и оксиэтилированных жирных кислот носит временный характер, обусловленный периодом разрушения пленки. На основе данных по кинетике сорбции влаги карналлитом, обработанным октадециламином и оксиэтилированными жирными кислотами, определены критические значения влажности продукта, при которых происходит разрушение пленки и потеря защитного действия данных модификаторов.

5. Проведены опытно-промышленные испытания по получению малослеживаемого обогащенного карналлита. На основе полученных данных разработан способ снижения слеживаемости обогащенного карналлита. Внедрение данного способа позволит расширить рынки сбыта обогащенного карналлита.

6. Изучено влияние влажности воздуха на интенсивность процесса слеживания карбамида. Показано, что карбамид в большей степени подвержен слеживанию при влажности воздуха 72-80%.

7. Изучено влияние различных модификаторов на процессы влагопоглощения и слеживания гранулированного карбамида. Разработан эффективный модификатор - полиэтиленгликоль для снижения слеживаемости гранулированного карбамида, установлено его оптимальное содержание.

8. Проведены опытно-промышленные испытания по снижению слеживаемости гранулированного карбамида, подтвердившие высокую эффективность модификатора полиэтиленгликоля. Использование данного модификатора вместо применяемого в настоящее время модификатора «Уресофт-150» позволит снизить себестоимость гранулированного карбамида за счет снижения затрат на его модифицирование. Ожидаемый экономический эффект от замены применяемого в настоящее время модификатора «Уресофт-150» на полиэтиленгликоль для модуля производства карбамида мощностью 500 тыс. тонн составит 8,8 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Романов, Николай Юрьевич, 2007 год

1. Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. М.: АН СССР, 1947,239 с.

2. Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли. Свойства и способы их улучшения. М.: Химия, 1987, 256 с

3. Позин М.Е., Зинюк Р.Е. Физико-химические основы неорганической технологии. JL: Химия, 1985, 384 с.

4. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1989,464 с.

5. Thompson. D.C. Fertiliser Caking and its Prevention // The International Fertiliser Society, 1972, № 125, 67 c.

6. Двойнов A.H., Шокин И.Н., Крашенинников C.A. // Труды МХТИ им. Д. И. Менделеева. М., 1973, вып.73, с.24-26.

7. Касем Исса, Спиридонова И.А., Торочешников Н.С. // Труды МХТИ им. Д. И. Менделеева. М., 1974, вып.79, с. 17-19.

8. Олевский В.М. // Азотная промышленность, 1973, №3, с. 15-18.

9. Кузнецова Н.С. //Химическая промышленность, 1976, №10, с. 766-768.

10. Ю.Дохолова А.Н., Кармышов В.Ф., Сидорина JI.B. Производство иприменение аммофоса. М.: Химия, 1977,239 с.

11. П.Амелина Е.А., Парфенова A.M., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. // ДАН СССР, 1973, т.208, №2 с.381-384.

12. Малоносов H.JL, Кувшинников И.М. // Химия в сельском хозяйстве, 1972, №2, с. 29-31.

13. Кувшинников И.М., Троицкая С.А., Малоносов H.JI. // Химия в сельском хозяйстве, 1972, №6, с. 29-32.

14. Малоносов H.JL, Кувшинников И.М. // Химия в сельском хозяйстве, 1974, №10, с. 32-36.

15. Хамский Е.В. Кристаллические вещества и продукты. Методы оценки и совершенствования свойств. М. Химия, 1986, 224 с.1б.Сопротивление материалов / под ред. Писаренко Г.С. К.:Вища Школа, 1986, 775 с.

16. Sharma R.K. Caking mechanism of phosphatic fertilizers and its control at GNFC by the application of anticaking agents and their mode of actions. // IFA Tech. Conference, 1998, c.184-195.

17. Щукин Е.Д, Амелина E.A., Юсупов P.K., Ваганов В.П., Ребиндер П.А. //ДАН СССР, 1973, т.213 №2 с.398-401.

18. Щукин Е.Д, Амелина Е.А., Юсупов Р.К., Ваганов В.П., Ребиндер П.А. //ДАН СССР, 1973, т.213 №1 с.155-158.

19. Печковский В.В., Александрович Х.М., Пинаев Г.Ф. Технология калийных удобрений / под общ. ред. Печковского В.В. Мн.: Вышэйш. школа, 1968, 264 с.

20. Тетерина Н.Н., Сабиров Р.Х., Сквирский Л.Я., Кириченко Л.Н. Технология обогащения калийных руд. Пермь-Соликамск-Березники, 2002,482 с.

21. Ru Gang Chen. Measurement and numerical simulation of moisture transport by capillarity, gravity and diffusion in porous potash beds. A thesis for the degree of master of science. University of Saskatchewan, 2004.

22. Волков В.А. Разработка технологии основ неслеживемости хлорида калия. Автореферат канд. дисс., Л, 1986.

23. Семакина O.K., Бабенко С.А. Поверхностное модифицирование минеральных удобрений сапропелем. В сб. Материалы III всероссийской конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий», Томск 2004, с 47-49.

24. БарановП.А. //Агрохимия, 1971 №5, с 154.

25. Чеховских А.И., Михалева Т.К. // Химическая промышленность, 1974 №3, с 196.

26. Головинский Г.П. // Химическая промышленность, 1977 №4, с 310.

27. Патент Европы №0976699, МПК В 01 J 2/00. Granular fertilizer coated with decomposable coating film and process for producing the same. Sakai Yuichi, Tada Keishi., 02.02.2000.

28. Новая технология получения и применения водных растворов поли сульфида кальция источника высокодисперсной серы, 2005. (http://www.rttn.ru/)

29. Патент РФ № 2256602, МПК С 01 В 17/43. Способ получения растворов полисульфида кальция. Лакеев С.Н., Сангалов Ю.А. Карчевский С.Г., 20.07.2005.

30. Патент Великобритании №805112, МПК С 05 С 1/02. Improvements in or relating to ammonium nitrate and compositions containing same. Ames Jack., 26.11.1958.

31. Дементий Л.В. Совершенствование технологии обогащенного карналлита. Автореферат канд. дисс., Л., 1987.

32. Пойлов В.З. Основы технологий некоторых кристаллических продуктов с заданными свойствами. Автореферат докт. дисс., Пермь, 1998.

33. Александрович Х.М., Можейко Ф.Ф., Коршук Э.Ф., Маркин А.Д. Физикохимия селективной флотации калийных солей. Мн.: Наука и техника, 1983, 272 с.

34. Maria Eklund. Naphthenic oil improves artificial fertilizers, 2005, 4 c. (http://www.marathon/se)

35. Патент РФ №2036189, МПК С 05 С 1/02. Композиция для устранения комкования гранулированного удобрения. Люк Этьенн Андре Наваскес, Ги Жозеф Жермен Кламэн, 27.05.1995.

36. Патент США №6475259, Coating agent and coated particulate fertilizers. Thomas, Donald Ray, Ciaccio, Corinne Grady, Collins, Kerry, 5.11.2002.

37. Патент Испании №8603364, МПК С 05 С 1/02. Coating agent for particulate substrate e.g. ammonium nitrate, 16.04.1986.

38. Патент Европы №0163780, МПК С 05 С 1/02. Coating agent for ammonium nitrate and other materials. Simms Douglas Pascal, Dobbs Joseph Michael, 11.12.1985.

39. Патент Великобритании №1147967, МПК С 05 С 1/18. Improvements in the treatment of ammonium nitrate. Enoksson Bertil Petrus, 10.04.1969.

40. Патент Великобритании, №742636, МПК С 05 С 1/02. A method of treating ammonium nitrate for reducing or preventing its tendency to cake, 30.12.1955.

41. Патент Канады №276071, 13.11.1990.

42. Патент США №4772308, МПК С 05 С 1/00. Anti-caking composition. Zurimendi, Jon, Bolivar С, Rafael A., 20.09.1988.

43. Патент WO №0183401, МПК С 05 D 1/02. Carnallite having reduced moisture absorption and method for producing it. Elam Meir, Ben-Ari Sara, 08.11.2011.

44. Горловский Д.М., Альтшуллер Л.Н., Кучерявый В.И. Технология карбамида. Л.: Химия, 1981, 320 с.

45. Патент Франции №2701408, МПК В 01 F 17/00. Anticaking composition and process for fertilisers. Joseph Schapir, Jean-Claude Cheminaud, 19.08.1994.

46. Пащенко А.А., Воронков М.Г., Михайленко Л.А., Круглицкая В.Я., Лаская Е.А. Гидрофобизация. К.: Наукова думка, 1973, 240 с.

47. Патент РФ №2225382, МПК С 05 С 9/00. Способ получения гранулированных тукосмесей. Андреев Г.Д., Вергунов В.Н., Донских Н.А., Шелудько В.В., Могилевская Е.М., 10.03.2004.

48. Патент РФ №2162832,10.02.2001.

49. Патента РФ №2104930, МПК С 01 С 1/18. Способ получения свободнотекучих частиц нитрата аммония, покрытые частицы нитрата аммония. Торстейн Обрестад., Лейф Гунвалл Хеллебе., Ян Биргер Исаксен., Бьерн Юлиуссен., 20.02.1998.

50. Патент Великобритании №1005166, МПК С 05 С 1/02. Production of granulated ammonium sulphate nitrate. Mohr Siegfried; Luetzow Dietrich, 22.09.1965.

51. Патент Великобритании №373211, МПК С 05 С 1/02. Improvement in the manufacture and production of non-caking mixed fertilisers containing ammonium nitrate, 11.05.1932.

52. Патент РФ №2026850, МПК С 05 D 1/02. Способ получения напыляющего гранулированного калийного удобрения. Арно Зингевальд., Райнер Вочке., Фритйоф Вердельманн., 20.01.1995.

53. Патент США №4001378, МПК С 05 С 1/02. Anti-caking of nitrogenous materials. Jasnosz; John J., 04.01.1977.

54. Юркина М.И. Исследование процесса устранения слеживаемости хлористого калия с .помощью добавок ферроцианида и аминов. Автореферат канд. дисс., Пермь, 1974.

55. АС СССР № 1318527, МКИ С 01 F 5/30. Способ получения обогащенного карналлита. Головченко Л.В., Пойлов В.З., Кузнецов Ф.М., Тюленева Е.Г., Рылов В.Л., 23.06.1987.

56. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика твердых тел и дисперсных структур. М.: Наука, 1979, 379 с.

57. Патент США №5676729, МПК С05С 9/00. Particulate urea with mineral filler incorporated for hardness. Elrod, Jim L., Aylen, Peter В., 14.10.1997.

58. Патент РФ №2071457, МПК С 05 D 1/02. Способ получения комплексного NPK- удобрения. Торстейн Обрештад., Ханс Греланд., 10.01.1997.

59. Патент РФ №2023711, МПК С 05 G 3/06. Способ получения гранулированного медленнодействующего удобрения. Таран А.Л., Рустамбеков М.К., Кузнецова В.В., Олевский В.М., Шмелев С.Л., Таран А.В., 30.11.1994.

60. Патент РФ №2233819, МПК С 05 В 11/06. Способ получения сложного удобрения. Кузнецов А.Г., Полякова О.А., Соловьев Б.А., Козырев А.Б., Лебедева Н.Н., 10.08.2004.

61. Колышкин А.С. Модифицирование гранул приллированного карбамида и технология получения комплексных NK-, NMg- удобрения на основе карбамида. Автореферат канд. дисс., Пермь, 2005.

62. Патент США №4525198, МПК С 05 С 9/00. Process for the production of urea granules. Van Hijfte, Willy H. P., Vanmarcke, Luc A., 25.01.1985.

63. Патент США №5782951, МПК С 05 С 9/00. Particulate urea with finely divided inorganic material incorporated for hardness nonfriability and anti-caking. Aylen, Peter В., Blyth, James C., 21.07.1998.

64. Патент РФ № 2030371, МПК С 05 С 1/02. Способ получения гранулированного карбамида. Трошева Л.П., Нефедова Т.Н., Горшкова Н.В., Греков Г.Т, 10.03.1995.

65. Патент РФ №2113421, МПК С 05 С 1/02. Способ получения гранулированного азотного удобрения, являющегося композицией двух и более веществ в виде их смесей. Беркович А.Ш., Рустамбеков М.К.,

66. Иванов А.Б., Кузнецова В.В., Воробьев B.C., Горев Ю.А., Солодун

67. A.В., Каретник В.В., 20.06.1998.

68. Патент РФ №2239617, МПК С 05 С 1/02. Способ получения гранулированного азотного удобрения. Рустамбеков М.К., Кузнецова

69. B.В., Бубенцов В.Ю., 10.11.2004.

70. Патент США №5676729, МПК С 05 С 9/00. Particulate urea with mineral filler incorporated for hardness. Elrod; Jim L., Aylen, Peter В., 14.10.1997.

71. Сукманов. B.E. Использование природных цеолитов в поизводстве минеральных удобрений, (http://www.zeolite.spb.ru/usage.htm)

72. Иванов. М.Е., Олевский В.М., Поляков Н.Н. Технология аммиачной селитры/ под ред. В.М. Олевского. М.: Химия, 1978, 311с.

73. Кучерявый В.И., Горловский Д.М. // Химическая промышленность, 1977, №10 с. 758.

74. Патент РФ №2100326, МПК С 05 С9/00. Способ получения азотно-калийных удобрений. Пойлов В.З., Тимаков М. В., 27.12.1997.

75. Патент РФ №2285684, Способ получения гранулированного карбамида. Пойлов В.З., Лобанов С.А., 20.10.2006.

76. Р А Mackay, К S Sharpies. Special Oils and Coatings to Prevent Caking of Fertilizers. // The International fertilizer society, 1985, №239,25 c.

77. D.W. Rutland. Fertilizer caking: mechanisms, influential factors, and methods of prevention. // Fertilizer research №30, Netherlands 1991, c. 99114.

78. Бобылев Н.Б. Исследование физико-химических свойств гранулированной аммиачной селитры, модифицированной органическими добавками. Автореферат канд. дисс., М., 1980.