Разработка технологии азотно-серного жидкого удобрения на основе местного сырья

АННОТАЦИЯ

Известно, что жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) являются более перспективными и  экономичными.  Они не пылятся, не слеживаются, легко текучи, из-за отсутствия энергоемких стадий (упаривания, гранулирования, сушки, затаривания) процесс их производства менее сложен. Кроме того, с ЖКУ можно одновременно вводить в почву микроэлементы, ростовые вещества, гербициды и инсектофунгициды.  При использовании ЖКУ обеспечивается их высокая равномерность распределения в почве.

В статье приведены результаты по разработке новых видов серосодержащих удобрений на основе местного сырья. Определено, что новый вид азотно-серного удобрения с содержанием серы 2,4 % можно получить без добавления воды. Дальнейшее повышение серы в жидком удобрении приводит к неполному растворению сульфата аммония. Определены реологические свойства полученных азотно-серных удобрений в зависимости от температуры. Установлено, что с повышением температуры  снижается вязкость и плотность жидких азотно-серных удобрений.  Приведены расходные коэффициенты и материальный баланс для получении 1 т азотно-серного удобрения.

ABSTRACT

It is known that liquid complex fertilizers (LCF) are more promising and economical. They do not gather dust, do not cake, easily flow, due to the absence of energy-intensive stages (evaporation, granulation, drying, packing), their production process is less complicated. In addition, microelements, growth substances, herbicides and insectofungicides can be simultaneously introduced into the soil with LCF. When using ZhKU, their high uniformity of distribution in the soil is ensured.

The article presents the results of the development of new types of sulfur-containing fertilizers based on local raw materials. It was determined that a new type of nitrogen-sulfur fertilizer with a sulfur content of 2.4% can be obtained without adding water. A further increase in sulfur in liquid fertilizer leads to incomplete dissolution of ammonium sulfate. The rheological properties of the obtained nitrogen-sulfur fertilizers were determined depending on the temperature. It was found that with an increase in temperature, the viscosity and density of liquid nitrogen-sulfur fertilizers decrease. Consumption coefficients and material balance for obtaining 1 ton of nitrogen-sulfur fertilizer are given.

Ключевые слова: сложное удобрение, питательные вещества, листовой аппарат, внекорневое питание, сера, КАС-28, сульфат аммония.

Keywords: compound fertilizer, nutrients, leaf apparatus, foliar nutrition, sulfur, UAN-28, ammonium sulfate.

Введение: Как известно, растения способны усваивать некоторую часть питательных веществ непосредственно через листовой аппарат. Внекорневое питание позволяет в течение всего вегетационного периода целенаправленно снабжать растения питательными веществами в нужное время, стимулирует повышение потребления питательных веществ корнями растений дать растению недостающие элементы в требуемых количествах и соотношениях. При этом коэффициент усвоения растениями питательных веществ намного выше, чем при внесении в почву. Такое стимулирование потребления питательных веществ корнями растений позволяет снизить гектарную норму вносимых минеральных удобрений на 10-20 %.

Жидкие комплексные удобрения по сравнению с твердыми туками отличаются простотой производства, и полностью удовлетворяет требования сельскохозяйственного производства. При его производстве исключаются из технологического процесса энергоемкие стадии – упаривание, сушка, грануляция, классификация и другие, сокращаются пылегазовые выбросы в атмосферу.

За последние годы в мировой практике наблюдается увеличение объемов производства и применения жидких удобрений. Наибольший объем производства жидких удобрений среди развитых стран достигнут в США, Англии, Франции. По прогнозам специалистов, объем производства ЖКУ и их потребление в сельском хозяйстве в ближайшие 5-10 лет в развитых странах увеличивается в 2-4 раза.

Известно, что жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) являются более перспективными и  экономичными.  Они не пылятся, не слеживаются, легко текучи, из-за отсутствия энергоемких стадий (упаривания, гранулирования, сушки, затаривания) процесс их производства менее сложен. Кроме того, с ЖКУ можно одновременно вводить в почву микроэлементы, ростовые вещества, гербициды и инсектофунгициды.  При использовании ЖКУ обеспечивается их высокая равномерность распределения в почве. ЖКУ можно вносить при вспашке, культивации, посеве и уходе за посевом, а также вместе с поливной водой при орошении. Результаты статистических исследований в области производства и потребления жидких удобрений свидетельствуют о все возрастающей их роли в сельском хозяйстве. Это объясняется тем, что ЖКУ имеют ряд преимуществ перед твердыми удобрениями. ЖКУ не пылят, не слеживаются, отличаются свободной текучестью, а неблагоприятные климатические условия не оказывают существенного влияния на их качественные показатели. Оборудование и технология ЖКУ весьма просты. Их производство не требует строительства цехов по выпарке, гранулированию, сушке и затирке продукта. В процессе получения ЖКУ отсутствует проблема улавливания пыли и паров, которые всегда выделяются при гранулировании твердых удобрений. Насосы и трубопроводы, используемые для транспортирования жидких удобрений, значительно дешевле, чем транспортные средства для твердых удобрений, как по капитальным, так и эксплуатационным затратам. Простота аппаратурного оформления и исключение из технологического процесса вспомогательных операций (сушка, гранулирование и др.) почти в 3 раза снижает удельные капитальные затраты, а также снижает стоимость переработки сырья в расчете на 1 т удобрений в натуре. Благодаря простоте технологической схемы и возможности полной механизации и автоматизации процесса в 3-4 раза сокращается численность обслуживающего персонала. Стоимость операций по хранению, внесению в почву и по загрузке при транспортировании ЖКУ значительно ниже, чем твердых удобрений. В отличие от процессов получения гранулированных удобрений, для достижения высоких экономических показателей производства ЖКУ не требуется создания агрегатов большой мощности.

Но в настоящее время в Республике практически отсутствуют технологии получения сложных препаратов универсального действия, как для корневой, так и для внекорневой подкормки, являющихся эффективными удобрениями.

В связи с этим возникает настоятельная необходимость по разработке и организации в опытно-промышленном масштабе производства новых видов жидких комплексных удобрений, обладающих высокой агрохимической эффективностью. Создание такого типа комплекснодействующих химических удобрительных средств является новым актуальным направлением в области химизации сельского хозяйства.

Исследованиями доказано, что применение комплексных препаратов, содержащих наряду с основными элементами питания (азот, фосфор, калий, кальций, магний и серу), физиологически активные вещества и средства защиты растений позволяет улучшить рост и развитие, увеличить урожайность растений, повысить их устойчивость к заболеваниям, позволяет полнее использовать основные элементы минерального питания и освобождает от лишних затрат на их индивидуальное внесение под культуру.

В смеси с ЖКУ возможно эффективное применение микроэлементов, гербицидов и инсектицидов, которые вводятся непосредственно в жидкие удобрения. Если результаты почвенно-растительной диагностики свидетельствуют о недостатке серы, применяются серосодержащие удобрения. Существует большое количество хороших серусодержащих удобрений, которые используются для удовлетворения потребностей растений в сере.

Серосодержащие удобрения – удобрительные вещества,  содержащие химический элемент серу (S) в виде различных химических соединений. Применяются в основное и припосевное внесение, а также для корневых и внекорневых подкормок в течение вегетационного периода. Практически все сельскохозяйственные культуры хорошо отзываются на серу при фоне, достаточно удобренном другими макроэлементами, и при систематическом внесении в севооборот азотно-фосфорно-калийных удобрений. При применении серосодержащих удобрений не только увеличивается урожайность, но и повышается качество растительной продукции: значительно повышается содержание белковых веществ, сухого вещества, крахмалистых соединений в клубнях картофеля, возрастает доля товарной продукции.

Использование серосодержащих удобрений позволяет оптимизировать азотное питание и повысить отзывчивость сельскохозяйственных культур на высокие нормы азотных удобрений, предостерегает вылегание зерновых-колосовых, повышает коэффициент использования азота из удобрений, локально повышает доступность фосфора, кальция, магния и микроэлементов из почвы и внесённых под основное внесение минеральных удобрений. Научно доказана высокая потребность в сере (SO₄^2-) растений для которых высокое содержание серы в клетках растений является физиологически необходимой потребностью. Использование серусодержащих удобрений позволяет оптимизировать азотное питание и повысить отзывчивость сельскохозяйственных культур на высокие нормы азотных удобрений, предостерегает вылегание зерновых колосовых при повышенных нормах азота. Серусодержащие удобрения непосредственно влияют на повышение коэффициента использования азота из удобрений, локально повышают доступность фосфора из труднорастворимых трикальцийфосфатов и улучшают качество продукции растениеводства. Использование серусодержащих азотных удобрений положительно влияет на качество горчицы, рапса, кукурузы, зерновых культур, овощной продукции (томатов и всех видов капусты). Так, например, на формирование 1 т кондиционных семян рапс, в среднем, потребляет 50 кг/га азота, 24 кг/га фосфора, 60 кг/га калия и до 20 кг/га серы в форме сульфата-иона (SO₄^2-). Т.е. по выносу на единицу продукции элементов питания, сера приближается к выносу фосфора и является важным макроэлементом питания данной культуры, непосредственно влияет на рост и развитие, а также формирование урожая и качество продукции. Это позволяет вывести роль серы из определения как мезо- и микроэлемента в ранг важного макроэлемента – неотъемлемой основы формирования полноценного урожая.

До недавнего времени при разработке системы удобрений вопросам питания растений серой особого значения не придавали, поскольку в применяемых удобрениях сера содержалась в достаточном количестве в качестве сопутствующего элемента. Однако переход сельского хозяйства на комплексные удобрения, не содержащие серу, и увеличение выноса питательных элементов из почвы в связи с ростом урожайности, а также некоторые другие причины поставили вопрос о внесении в почву серусодержащих удобрений.

К серусодержащим удобрениям относятся, как правило, комплексные удобрения, содержащие серу в виде иона SO₄^2-.

К минеральным серусодержащим удобрениям относят - простой суперфосфат, сульфат аммония, сульфат аммония-натрия, сульфат калия, калимагнезия, сульфат магния, азотосульфат, сульфоаммофос и другие.

Объекты и методы исследования: Для получения новых видов серосодержащих жидких удобрений использованы следующие компоненты:

- сульфат аммония (ГОСТ 9097-82) содержит не менее 21 % азота и не менее 24 % серы. Он взрыво-  и пожаробезопасен. Вызывает раздражение верхних дыхательных путей, раздражает слизистую оболочку верхних дыхательных путей. Класс опасности по ГОСТ 12.1.005-88 – 3. ПДК в воздухе рабочей  зоны 6 мг/м³;

- раствор КАС - жидкое азотное удобрение. Он не является пожароопасным и термически устойчив. КАС получается на основе смешивания 68-71,2 %-ного раствора карбамида  и 89-91 %-ного раствора аммиачной селитры, нетоксичная жидкость, но при длительном воздействии может вызвать раздражение кожи. ПДК смеси паров и аэрозоля КАС в воздухе рабочей зоны производственных помещений – 25 мг/м³. По степени воздействия на организм КАС относятся к веществам 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.

Результаты и их исследование: Для синтеза в лабораторной модельной установке нового вида жидкого удобрения использовали жидкое удобрение КАС-28 (АО «Farg’onaazot»), содержащее 40,20 % NH₄NO₃, 30,00 % CO(NH₂)₂ и 29,80 % Н₂О и сульфат аммония. Азотно-серное удобрение (таблицы 1,2) получено путем растворения кристаллического сульфата аммония в растворе КАС. Установлено, что из раствора КАС-28 можно получить без добавления воды новое жидкое удобрение с содержанием 2,4 % серы. При дальнейшем  повышении содержания серы в жидком удобрении наблюдается неполное растворение сульфата аммония.   Азотно-серное удобрение, полученное из 95 % КАС и 5 % сульфата аммония, содержит 27,70 % общего азота, из них   находится 47,98 % в амидной, 24,12 %  в нитратной, а 27,91 % в аммиачной форме, 1,20 % серы в виде сульфата-иона и 28,31 % воды. Для получения азотно-серного удобрения с повышенным содержания серы при растворении сульфата аммония в раствор КАС добавили минимальное количество воды. Например, жидкое удобрение, содержащее 22,80 % азота и 3,60 % серы, состоит в основном из 70 % раствора КАС (28,14 % NH₄NO₃, 21,00 % CO(NH₂)₂ и 20,86 % Н₂О), 15 % сульфата аммония и 44,80 % воды, из них 15 % воды израсходована для полного растворения сульфата аммония.

Таблица 1.

Химический состав жидкого азотно-серного удобрения на основе КАС, сульфата аммония и воды, %

Примечание СА - (NH₄)₂SO₄

Таблица 2.

Солевой состав жидкого азотно-серного удобрения на основе КАС, сульфата аммония и воды, %

Определены реологические свойства (таблица 3) полученных азотно-серных удобрений в зависимости от температуры (20 – 30 ^оС). Установлено, что с повышением температуры  снижается вязкость и плотность жидких азотно-серных удобрений.

Таблица 3.

Реологические свойства жидкого азотно-серного удобрения на основе КАС, сульфата аммония и воды

В таблице 4 и на рисунке 1 приведены расходные коэффициенты и материальный баланс при получении 1 т азотно-серного удобрения, содержащего 19,28-27,70 % N и 1,2-6,0 % S, на основе раствора КАС и сульфата аммония

Таблица 4.

Расходные коэффициенты при получении жидкого азотно-серного удобрения, кг

Рисунок 1. Материальный баланс производство жидкого сложного азотно-серного удобрения на основе КАС

Заключение: Для разработки рекомендации по организацию опытно-промышленного производства жидких удобрений на модельной лабораторной установке синтезированы новые виды препаратов - жидкие азотно-серные удобрения.

Изучены химические и солевые составы, а также определены реологические свойства жидких азотно-серных удобрений на основе раствора КАС и сульфата аммония. Жидкие удобрения в зависимости от соотношения компонентов содержат 19,28 % азота в аммиачной, нитратной и амидной формах, и 1,2 -6,0 % серы в виде сульфат-иона.

Совместно со специалистами АО «Farg’onaazot» проведены технологические испытания получения новых видов жидких комплексных удобрений, установлены оптимальные технологические параметры, рассчитан материальный баланс, разработаны технологическая схема и проекты НТД (технологический регламент, технические условия и др.). Разработка будет внедрена после установления агрономической эффективности и определения маркетинговых исследований потребности рынка.

Список литературы:

1. Кочетков В.Н. Производство жидких комплексных удобрений. М.: Изд-во «Химия», 1978. – 240 с.
2. Патент RU 2114092. С05 С9/00, С05 С13/00, опубл. 27.06.1998 г. Способ  получения жидкого азотного удобрения с пониженным содержанием аммиака / Шафрановский А.В., Старшинов М.С.
3. Патент ЧССР N 217661, C 05 C 9/00, 1/00 Способ получения жидкого азотного удобрения.
4. Набиев М.Н., Ибрагимова У.И., Ильясов А.И. и др. Жидкие сложные удобрения на основе азотнокислотной переработки фосфатов. –Ташкент.: Наука, 1965. - 404 с.
5. Набиев М.Н., Глаголева А.Ф. Жидкие сложные удобрения на основе азотнокислотного разложения фосфатов // Узб. хим. ж., 1960.- № 4.
6. Беглов В.М., Набиев М.Н. Изучение фильтрации в процессе получения жидких сложных удобрений СУМ-УЖ из фосфоритов Каратау на опытной установке // Минеральные и органоминеральные удобрения, структурообразователи почв и гербициды: В. сб.  – Ташкент: ФАН, 1967. – 135-147 с.
7. Круглова Е.К., Киселев А.В., Алиев А.Т. и др. О применении сложных жидких удобрений на серозе­мах под хлопчатник, овощные и зерновые культуры // Химия и технология ми­неральных удобрений: В. сб.  – Ташкент.: Фан, 1971. – 204-218 с.
8. Roziqova D.A., Sobirov M.M., Nazirova R.M., Hamdamova Sh.SH.// Obtaining Nitrogen-Phosphoric-Potassium Fertilizers Based on Waste Thermal Concentrate, Ammonium Nitrate and Potassium Chloride// International Journal of AdvancedResearch in Science, Engineering and Technology. Vol. 7, Issue 7 , July 2020. page 14501-14504.
9. Назирова Р.М., Таджиев., Мирсалимова С.Р., Кодирова М.Р//Сложные удобрения на основе азотнокислотной переработки необогащённой фосфоритной муки в присутствии нитрата аммония// Universum: технические науки: научный журнал. – № 6(75). Часть 3. М., Изд.  «МЦНО»,  2020.  –  стр 18-22.  –  Электрон.  версия  печ.  публ.-http://7universum.com/ru/tech/archive/category/675.
10. Nazirova R.M., Khoshimov A.A., Tadjiyev S.M., Mirsalimova S.R. //Investigation of solubility kinetics and interaction of stabilizing additive in production of complex fertilizers based on granular nitrate and stabilizing additives//Academicia an international multidisciplionary research journal. 2020. vol 10.issue 5,may page 657-664.
11. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Хошимов А.А., Мирсалимова С.Р.// Изучение физико-химических свойств добавок при производстве новых видов сложных стабилизированных удобрений// Universum: технические науки: научный журнал. – № 5(74). Часть 2. М., Изд.  «МЦНО»,  2020.  –  стр 69-73.  –  Электрон.  версия  печ.  публ.-http://7universum.com/ru/tech/archive/category/574.
12. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Мирсалимова С.Р., Хамдамова З.// Интенсификация  процесса получения комплексных удобрений на основе местного сырья//Научно-методический журнал ”Наука, техника и образование” - 2019-№ 9 (62) с.8-12.
13. Собиров М.М., Икрамов М.Х., Таджиев С.М.// Суспендированное сложное NPК-удобрение на основе местного сырья// Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 1(55). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6779
14. Собиров М.М., Икрамов М.Х., Таджиев С.М.// Суспендированное сложное NPK-удобрение на основе кальцийсодержащего шлама// Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 1(55). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6739