Органоминеральные удобрения на основе каменного и бурого угля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Кафедра химии, технологии органических веществ и нефтехимии

Реферат

Органоминеральные удобрения на основе каменного и бурого угля

Выполнил:

студент гр. ХНм - 161

Власов С.С.

Проверил:

Перкель А.Л.

Кемерово 2016

Введение

Гуминовые удобрения - это препараты, состоящие из веществ органической природы естественного происхождения и получаемые из природного сырья: торфа, бурого угля, сапропеля. Происхождение и свойства сырья различны, но их объединяет наличие в составе гуминовых веществ. Отходы угледобывающих предприятий - окисленные угли, являются источником органического материала, необходимого для стабилизации гумусного состояния почв.

В данной работе будут рассмотрены органоминеральные удобрения, изготовленные на основе каменного и бурого угля и технологии их изготовления.

1. Применение удобрений

органический удобрение гуминовый

Ведущая роль в повышении урожая сельскохозяйственных культур принадлежит азотным удобрениям. Это обусловлено исключительно важной ролью азота в жизни растений. Однако применяемые азотные минеральные удобрения обладают существенным недостатком: их коэффициент полезного действия не превышает 30-40%, остальная часть вымывается в подпочвенные горизонты. Низкий коэффициент полезного действия питательных веществ удобрений влечёт за собой неоправданное увеличение норм внесения удобрений. Высокие нормы внесения в почву способствует засолению почв, снижению органического вещества, гумуса, накоплению нитратов в почве и плодах, развитию эрозии, потере структуры и плодородия почв. Органоминеральные удобрения обладают более высокой агрохимической эффективностью. Особенно большой эффект от их применения наблюдается на бедных гумусом серозёмах и песчанистых почвах. Гуминовые вещества, входящие в состав удобрений, способствуют лучшему усвоению растениями основных элементов питания. Они имеют в своем составе микроэлементы, физиологически- и ростактивные вещества, образуют рыхлую структуру в почве, стимулируют рост и развитие растений. Гуминовые вещества также способны адсорбировать питательные элементы и влагу, при этом снижается возможность вымывания элементов питания в подпочвенные горизонты. Всё это позволяет значительно уменьшить норму внесения в почву питательных элементов, повысить урожайность, качество продукции и плодородие почв.

Наибольшая эффективность органических и минеральных удобрений достигается при их совместном использовании. Отмечается, что только органические удобрения при совместном использовании с минеральными способны обеспечить бездефицитный баланс или прирост гумуса в типичных для зон севооборотах. При высоком содержании гумуса в почве благодаря более благоприятным агрофизическим свойствам и улучшению условий развития растений отдача от минеральных удобрений возрастает в 1,5-2 раза.

На уголь как на сырьевой источник получения органических и органоминеральных удобрений исследователи обратили внимание давно. Оказалось, что не каждый уголь подходит для этой цели, а только окисленный в природных условиях, с содержанием гуминовых кислот выше 45%. А угли с содержанием гуминовых кислот до 20% необходимо окислять с целью получения концентрированных удобрений [1].

2. Технология получения органоминеральных удобрений из углей

На уголь как на сырьевой источник получения органических и органоминеральных удобрений исследователи обратили внимание давно. Оказалось, что не каждый уголь подходит для этой цели, а только окисленный в природных условиях, с содержанием гуминовых кислот выше 45%. А угли с содержанием гуминовых кислот до 20% необходимо окислять с целью получения концентрированных удобрений.

Известны способы химической обработки угля для использования его в качестве удобрения. Основной метод, которым выделяют гуминовые вещества -- щелочная экстракция.

На уголь воздействуют 65%-ной азотной кислотой в количестве 100-200 см3 на 100 г сухого угля при 263-373 К, затем нейтрализуют аммиачной водой или NaOH или KOH или кальциево-магниевыми соединениями. Для перевода угля в биологически активное вещество применяют NaOH или KOH или аммиак в количестве 1-20% алкализирующего средства относительно количества угля при 338 375 К, после чего нейтрализуют минеральной кислотой. Бурый уголь в виде деполимеризованного вещества смешивают с минеральным удобрением в соотношении 1:10.

Недостатком этого способа является невысокая эффективность, большая длительность процесса растворения гуммита и неполное извлечение гуминовой кислоты из исходного сырья, что снижает производительность.

На сегодняшний день существует способ полного цикла промышленного производства гуминовых кислот, повышение производительности и эффективности извлечения их из бурого угля, расширение области применения за счет повышения качества готового продукта.

Для достижения поставленной задачи в способе производства концентрата гуминовой кислоты из бурого угля, включающем его измельчение до получения микрочастиц, приготовление суспензии в слабом растворе щелочи и экстрагирование, при механическом перемешивании суспензии в реакторе-смесителе, из микрочастиц угля гуминовой кислоты, уголь подвергают двухступенчатому измельчению, при этом на второй ступени измельчения формируют микрочастицы с рваной поверхностью, подвергая уголь многократным ударам, например, путем столкновения его фракций на большой скорости с билами стержневой дробилки, а при перемешивании суспензии в реакторе-смесителе одновременно воздействуют на нее ультразвуком в течение 7-15 мин, далее производят разделение твердой фазы от жидкой путем осаждения нерастворимого угля (золы) в отстойнике в течение 15-20 мин, а жидкую фазу подают в крекинг-реактор, вводят катализатор, например, соляную кислоту, расщепляя жидкую фазу на воду и гуминовые кислоты 90%-й, 70%-й и 40%-й концентраций, осуществляя отстой в крекинг-реакторе не менее 24 часов, при этом, изменяя концентрацию соляной кислоты, регулируют рН гуминовых кислот и далее направляют концентраты гуминовых кислот в накопительные емкости, а воду возвращают в реактор-смеситель для повторного использования.

Поставленная техническая задача решается также линией для производства концентрата гуминовой кислоты из бурого угля, содержащей измельчитель угля, реактор-смеситель и накопительную емкость. Для этого в линии устанавливают дробилку предварительного измельчения угля и биловый дезинтегратор, при этом винтовой желоб шнека дробилки сообщается с центральной полостью закрытой корзины дезинтегратора, а полость его открытой корзины соединена шнеком с емкостью реактора-смесителя, на боковых стенках которого смонтированы концентраторы ультразвукового генератора, емкость реактора-смесителя соединена трубопроводом с емкостью отстойника, который снабжен выходом для золы и соединен трубопроводом с крекинг-реактором, в котором выполнены четырехуровневые выходы, причем верхний уровень соединен обратным трубопроводом с реактором-смесителем для возврата воды, а три разноуровневых нижних соединены с накопительными емкостями для сбора гуминовых кислот 90%-й, 70%-й и 40%-й концентраций.

Положительный эффект достигается за счет формирования микрочастиц угля с рваной поверхностью, у которых увеличивается удельная поверхность взаимодействия реагентов. Этот фактор и дальнейшее диспергирование микрочастиц при обработке их ультразвуком, при которой происходит кавитационное разрушение структуры материала и одновременная барботация раствора, резко увеличивает извлечение и выход гуминовой кислоты из исходного сырья.

Рисунок 1. Схема линии для производства гуминовой кислоты из бурого угля: 1 - бункер, 2, 4, 6 - шнек, 3 - дробилка, 5 - биловый дезигнегратор, 7 - концентраторы генератора УЗИ, 8 - реактор-смеситель, 9 - отстойник, 10 - крекинг-реактор

На рисунке 1 изображена схема линии для производства гуминовой кислоты. Линия содержит бункер 1 для загрузки исходной фракции бурого угля, шнек 2, подающий уголь в дробилку 3 предварительного дробления, шнек 4, соединенный с центральной полостью билового дезинтегратора 5, соединенного шнеком 6 с емкостью реактора - смесителя 8, на боковых стенках которого смонтированы концентраторы 7 ультразвукового генератора. Реактор-смеситель 8 снабжен механической мешалкой и вводом для подачи в реактор экстрагента. Реактор-смеситель соединен трубопроводом с емкостью отстойника 9, который снабжен выходом для золы, его емкость соединена трубопроводом с емкостью крекинг-реактора 10, имеющего четырехуровневые выходы для вывода из емкости воды и гуминовых кислот трех концентраций после 24-часового отстоя, при этом вода возвращается в реактор-смеситель для ее повторного использования.

Линия для производства концентрата гуминовой кислоты из бурого угля работает следующим образом. В бункер 1 загружается исходный материал - бурый уголь крупных фракций, который по шнеку 2 подается в дробилку 3, где уголь предварительно дробится до размеров 5-1 мм. Из дробилки он подается для более тонкого измельчения по шнеку 4 в дезинтегратор 5, который состоит из двух вращающихся в противоположные стороны роторов (корзин), насаженных на отдельные соосные валы. На дисках роторов по концентрическим окружностям расположены ряды ударных элементов. Материал, подлежащий измельчению, подается в центральную часть ротора и, перемещаясь к периферии, подвергается многократным ударам бил, вращающихся с высокой скоростью во встречных направлениях, при этом происходит разрыв внутренних связей измельчаемого материала, в результате чего формируется рваная поверхность микрочастиц, что увеличивает их поверхность и соответственно удельную поверхность для более эффективного химического взаимодействия реагентов. В дезинтеграторе 5 микрочастицы измельчаются до размеров 5 мкм, и подаются по шнеку 6 в реактор-смеситель 8. Туда же подается слабый раствор щелочи и при механическом перемешивании образовавшейся суспензии происходит экстакция гуминового препарата. Смонтированные на боковых стенках реактора-смесителя концентраторы 7 ультразвукового генератора воздействуют на суспензию, активизируют протекание химической реакции и производят дальнейшее диспергирование микрочастиц угля за счет их кавитационного разрушения. Получение микрочастиц угля в дезинтеграторе и дальнейшее их диспергирование воздействием ультразвуком дает возможность снизить концентрацию вводимой щелочи до 0,8%. Из реактора-смесителя раствор подается по трубопроводу в отстойник, где в течение 15-20 мин осаждают твердую фазу (золу) и удаляют ее из отстойника, а жидкую фазу подают в крекинг-реактор 10, в который вводят в качестве катализатора соляную кислоту. В результате каталитического окислительного крекинга происходит расщепление воды и гуминовой кислоты и после не менее 24 часового отстоя образуются четыре контрастно разделенных слоя. Верхний - вода, которая, для ее повторного использования, возвращается в реактор-смеситель. В трех нижних - соответственно гуминовые кислоты 90%-й, 70%-й и 40% концентраций, каждая из которых подается в свою накопительную емкость.

Изменяя концентрацию вводимой в крекинг-реактор соляной кислоты, можно регулировать рН получаемой гуминовой кислоты [2].

На рисунке 2 представлена схема производства органоминеральных удобрений на основе полученных из угля гуминовых кислот. Принципиальная технологическая схема процесса изготовления гранулированных органо-минеральных удобрений такова: измельченное сырье калия подаются в расходные бункера и из них автоматическими дозаторами подаются на винтовые конвейеры и через дробилки направляются в двухвальный смеситель с обогреваемой рубашкой, куда также подается отмеренное количество раствора микроэлементов (бор, цинк, медь, молибден, марганец) из бака для приготовления жидких добавок.

Рисунок 2. Схема производства органоминеральных удобрений: 1-4 - расходные бункеры для минеральных компонентов, 5-8 - дозаторы минеральных компонентов, 9, 12 - конвейер, 10 - бункер для органических компонентов, 11 - дозатор органических компонентов, 13 - дробилка, 14 - бак раствора микроэлементов, 15 дозатор, 16 двухвальный смеситель с обогреваемой рубашкой, 17 гранулятор - шнековый экструдер, 18 сушильный аппарат, 19 холодильник, 20 бункер готовой продукции

Полученная в двухвальном смесителе влажная шихта непрерывно поступает в гранулятор - шнековый экструдер. Полученная в двухвальном смесителе влажная шихта непрерывно поступает в гранулятор-экструдер. Эффективное перемешивание компонентов и получение однородной шихты обеспечивает равномерное распределение органо-минеральных удобрений в почве по всей засеваемой площади поля.

Влажные, откалиброванные гранулы поступают на сушку. После высушивания гранулы из сушильного аппарата поступают в холодильник для охлаждения и, далее, подаются в бункер готовой продукции, после чего готовое гранулированное органоминеральное удобрение расфасовывается [3].

Заключение

В данной работе была рассмотрена технология производства гуминовых кислот из бурого и каменного угля и дальнейшее производство органоминеральных удобрений на их основе.

Список литературы

1. Органоминеральные удобрения. Теория и практика их получения и применения./ Мельников Л.Ф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 305 с.

2. Способ производства органоминеральных удобрений: патент 2435749 РФ/ Ю.И. Зелепукин, Н.И. Бирюкова; Заявитель и патентообладатель - Ю.И. Зелепукин, Н.И. Бирюкова, заявл. 03.10.2010, опубликовано. 10.12.2011.

3. Способ производства концентрата гуминовой кислоты из бурого угля и линия для производства концентрата гуминовой кислоты: патент 2473527 РФ/ Н.В. Проселков, В.И. Фильянов; Заявитель и патентообладатель - Н.В. Проселков, В.И. Фильянов, заявл. 12.06.2010, опубликовано. 27.11.2011.

Размещено на Allbest.ru