[1]Область техники, к которой относится изобретение
[2]Настоящее изобретение относится к способу получения безводного порошка нитрата кальция. Нитрат кальция обозначается как CN и имеет химическую формулу Ca(NO3)2.
[3]Данное изобретение относится также к безводному порошку нитрата кальция, более конкретно, к порошку, полученному упомянутым выше способом.
[4]Настоящее изобретение относится также к применению промышленной турбосушилки для получения такого безводного порошка нитрата кальция.
[6]Нитрат кальция стал крупномасштабным и ценным продуктом в области производства удобрений, а также в других областях техники, таких как обработка сточных вод, производство бетона и т.п.
[7]Твердый кристаллический нитрат кальция обычно существует в виде гидратов, таких как Ca(NO3)2⋅4H2O, Ca(NO3)2⋅3H2O и Ca(NO3)2⋅2H2O. Ca(NO3)2⋅4H2O является распространенной солью с температурой плавления 42°C. Он содержит 68-69 вес. % нитрата кальция и примерно 30 вес. % воды.
[8]Традиционный способ получения тетрагидрата нитрата кальция [Ca(NO3)2⋅4H2O] состоит в кристаллизации раствора с высоким содержанием нитрата кальция, который охлаждают до температуры ниже температуры насыщения тетрагидратом нитрата кальция. Затем раствор отфильтровывают, благодаря чему влажные кристаллы тетрагидрата нитрата кальция отлагаются на фильтре. Эти кристаллы удаляют с фильтра и сушат в вакууме при температуре ниже 40°C.
[9]Коммерчески доступным является приллированный или гранулированный нитрат кальция. Этот материал обычно содержит между 77 и 80 вес. % Ca(NO3)2, между 6 и 8 вес. % нитрата аммония (AN) и между 14 и 17 вес. % кристаллизационной воды. В этом продукте соль AN*5CN*10H2O, обозначаемая как 1:5:10, составляет основную часть.
[10]Приллированный или гранулированный нитрат кальция получается при образовании частиц (например, сферических частиц, гранул) из расплава нитрата кальция нитрата аммония и воды. Обычно такой расплав помимо нитрата кальция содержит воду в количестве между 15 и 18 вес. % и нитрат аммония в количестве между 5 и 8 вес. %. Нитрат аммония и вода необходимы для образования расплава при температуре примерно 100-110°C. Нитрат аммония необходим для достижения быстрого затвердевания расплава. Если нитрат аммония удалить, процесс затвердевания протекает так медленно, что способы обычного приллирования или гранулирования не могут быть применены.
[11]В заявке WO 2004/039722 описан способ получения нитрата, содержащего продукты из недоохлажденных расплавов. Более конкретно, для отверждения частиц применяется охлаждающий ленточный транспортер. Этот способ используют для получения нитрата кальция в виде сферических частиц, гранул или пластинок наряду с прочими продуктами. Этот способ не применяется для получения чистого нитрата кальция без кристаллизационной воды, так как температура плавления чистого безводного нитрата кальция составляет более 500°C.
[12]Однако в некоторых областях существует необходимость в наличии чистого безводного нитрата кальция, то есть, нитрата кальция, не содержащего нитрата аммония, любых других солей и кристаллизационной воды.
[13]В патенте GB 392,531 описан способ получения неслипающихся удобрений, содержащих нитрат кальция, согласно которому растворы нитрата кальция выпаривают до получения консистенции песчаной пасты, в которой содержится примерно 90-95% нитрата кальция (в расчете на безводный нитрат кальция), и затем осуществляют превращение концентрированного продукта без дальнейшего получения гранулированной формы путем механической дезагрегации в массе при температуре практически выше температуры окружающей среды, примерно при 50-100°C. В примере 1 некоторое количество тетрагидрата нитрата кальция расплавляют в пластикаторе, приспособленном для нагрева, где впоследствии этот расплав выпаривают в вакууме до содержания нитрата кальция равного 94%, в то время как температуру повышают до 90°C. Расплав, вначале едва жидкий, быстро загущается и сразу же после этого превращается в массу с консистенцией песчаной пасты. Затем эту массу охлаждают до 80°C и ее можно легко превратить в гранулированную форму путем механической дезагрегации при температуре 80°C.
[14]Однако недостаток способа, описанного в GB 392,531, состоит в том, что он приводит к осаждению соли на поверхности оборудования и образованию чешуйчатого измельченного продукта. Следовательно, этот способ не совсем подходит для крупномасштабного производства нитрата кальция.
[15]Патент CS 151689 В1 относится к получению растворов порошкообразного нитрата кальция, которые высушивают горячим воздухом, раствор, имеющий концентрацию нитрата кальция равную от 15 до 70 вес. %, сушат в потоке горячего воздуха с температурой входа 130-500°C и температурой выхода, составляющей по меньшей мере 80°C.
[16]Заявка WO 2007/012951 А1 относится к способу получения безводного нитрата кальция, безводного нитрата магния или их смеси, который включает получение раствора нитрата кальция, нитрата магния или их смеси и удаление из него воды в сушилке с пульсирующим горением.
[17]Недостаток способов по CS 151689 В1 и WO 2007/012951 А1 заключается в том, что полученный порошок нитрата кальция может быть слишком влажным/крупным или слишком сухим/пылеобразным.
[18]Цель настоящего изобретения состоит в получении безводного нитрата кальция, имеющего концентрацию CN (называемого также "чистым" безводным нитратом кальция) от высокой до очень высокой, который может быть смешан с другими порошковыми системами без разделения. Другая цель данного изобретения заключается в получении безводного порошка нитрата кальция с заданным целевым размером частиц между 0.05 и 1.5 мм с предпочтительным содержанием воды между 0.1 и 8 вес. % и с содержанием нитрата кальция равным 92-99.9 вес. %. Еще одна цель данного изобретения состоит в получении порошка нитрата кальция, в котором содержание влаги составляет величину, подходящую для технологической обработки. Дальнейшая цель настоящего изобретения заключается в создании способа получения порошка нитрата кальция, в котором не происходит забивания частицами во время проведения процесса. Еще одна цель данного изобретения заключается в получении такого высококонцентрированного безводного нитрата кальция, который способен быстро растворяться.
[19]Раскрытие изобретения
[20]Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусматривается способ получения безводного порошка нитрата кальция, причем этот способ включает стадию сушки раствора нитрата кальция с содержанием воды равным от 70 до 15 вес. % и с содержанием нитрата кальция между 30 и 80 вес. %,
[21]при этом раствор нитрата кальция подвергают сушке в промышленной турбосушилке, что приводит к образованию безводного порошка нитрата кальция, имеющего
[22]- содержание нитрата кальция между 92 и 99.9 вес. %;
[23]- содержание воды между 0.1 и 8 вес. %; и
[24]- размер частиц между 0.05 и 1.5 мм.
[25]Промышленная турбосушилка обычно используется для снижения содержания влаги в различных типах древесных отходов, таких как багасса, кокосовое волокно, джут, древесная сердцевина и другие. Например, может быть использована турбосушилка (называемая также турбоконцентратором), описанная в ЕР 0749772 и производимая компанией VOMM Impianti е Processi, Rozzano (MI). Это устройство в основном включает полый цилиндр (называемый также барабаном), имеющий горизонтальную ось и закрытый на обоих концах. Эти концы снабжены отверстиями для ввода жидкой смеси, которая должна быть обработана, и потока сухого воздуха, проходящего в том же направлении. Кроме того, в полом цилиндре предусмотрены обогревающая рубашка для нагрева внутренней стенки трубчатого тела до заданной температуры и вращающийся ножевой барабан. Окружная скорость ножевого барабана равна величине между 30 и 50 м/с.
[26]Согласно предпочтительному способу в соответствии с данным изобретением стадию сушки осуществляют при температуре между 200 и 300°C, более предпочтительно, между 240 и 280°C.
[27]Для того, чтобы избежать кристаллизации и не расходовать слишком много энергии для выпаривания воды, согласно благоприятному способу по данному изобретению раствор нитрата кальция содержит воду в количестве между 45 и 50 вес. % и содержание нитрата кальция находится между 55 и 50 вес. %.
[28]Согласно предпочтительному способу в соответствии с данным изобретением безводный порошок нитрата кальция содержит нитрат кальция в количестве между 96 и 99.9 вес. % и воду в количестве между 0.1 и 4 вес. %, наиболее предпочтительно, содержание нитрата кальция составляет величину между 95 и 99.9 вес. % и содержание воды равно величине между 0.1 и 5 вес. %.
[29]Согласно предпочтительному способу в соответствии с данным изобретением безводный порошок нитрата кальция имеет размер частиц между 0.1 и 1 мм, и, наиболее предпочтительно, между 0.08 и 1 мм.
[30]Для того, чтобы получить безводный "чистый" порошок нитрата кальция, согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения раствор нитрата кальция очищают перед стадией сушки, например, путем фильтрации.
[31]В соответствии с другим аспектом данного изобретения предусматривается безводный порошок нитрата кальция, имеющий
[32]- содержание нитрата кальция между 92 и 99.9 вес. %;
[33]- содержание воды между 0.1 и 8 вес. %; и
[34]- размер частиц между 0.05 и 1.5 мм,
[35]при этом содержание нитрата кальция и содержание воды в сумме составляют 100 вес. %.
[36]Более конкретно, безводный нитрат кальция согласно данному изобретению получают способом по изобретению, описанным выше.
[37]В соответствии с последним аспектом данного изобретения предусматривается применение промышленной турбосушилки для получения безводного порошка нитрата кальция, имеющего
[38]- содержание нитрата кальция между 92 и 99.9 вес. %;
[39]- содержание воды между 0.1 и 8 вес. %; и
[40]- размер частиц между 0.05 и 1.5 мм,
[41]исходя из раствора нитрата кальция, имеющего содержание воды между 70 и 15 вес. % и содержание нитрата кальция между 30 и 85 вес. %.
[42]Более предпочтительно, это применение предусматривает способ с использованием промышленной турбосушилки по изобретению, описанный выше.
[43]Осуществление изобретения
[44]Настоящее изобретение относится к способу получения безводного порошка нитрата кальция путем осуществления стадии сушки, проводимой в промышленной турбосушилке, причем эта стадия является непрерывным процессом. Для того, чтобы получить чистый конечный продукт, раствор нитрата кальция предпочтительно очистить путем фильтрации.
[45]Промышленная турбосушилка состоит из горизонтального барабана с нагреваемыми стенками. В качестве нагревающей среды предпочтительно используют масло. В продольном направлении барабана установлен вращающийся вал с лопастями. Лопасти простираются от стенки барабана только на 5 мм. Во время работы вал вращается с большой скоростью и создает сильную турбулентность. Путем изменения угла наклона лопастей можно менять время нахождения материала в барабане. Жидкий раствор нитрата кальция подается в барабан при помощи теплого воздуха, а безводный порошок нитрата кальция извлекается из потока воздуха, выходящего из барабана, при помощи циклона.
[46]Величина температуры, применяемой в промышленной сушилке, предпочтительно находится между 200 и 300°C, и более предпочтительно, между 240 и 280°C.
[47]Исходный раствор нитрата кальция содержит воду в количестве между 15 и 70 вес. % и нитрат кальция в количестве между 30 и 85 вес. %, более предпочтительно, содержание воды находится между 45 и 50 вес. % и содержание нитрата кальция находится между 55 и 50 вес. %, наиболее предпочтительно, оно составляет примерно 50 вес. % и содержание нитрата кальция составляет примерно 50 вес. %.
[48]Воздействие на раствор нитрата кальция в турбосушилке, описанное выше, позволяет обеспечить почти полное удаление нитрата кальция, растворенного в растворе нитрата кальция, что приводит к получению безводного порошка нитрата кальция, имеющего
[49]- содержание нитрата кальция между 92 и 99.9 вес. %;
[50]- содержание воды между 0.1 и 8 вес. %; и
[51]- размер частиц между 0.05 и 1.5 мм.
[52]Полученный безводный порошок нитрата кальция, более предпочтительно, имеет содержание нитрата кальция между 96 и 99.9 вес. % и содержание воды между 0.1 и 4 вес. %, и наиболее предпочтительно, содержание нитрата кальция между 95 и 99.9 вес. % и содержание воды между 0.1 и 5 вес. %.
[53]Для того, чтобы измерить размер частиц, можно провести сегрегацию образца по размеру частиц. При сегрегации частиц твердые частицы стремятся разделиться за счет разницы в размере, а также физических свойств, таких как объем, плотность, форма, и другие свойства частиц, из которых состоит порошок. В следующем примере полученные частицы были разделены в сотрясательном сите, использующем ряд сит из тканой проволочной сетки с размером ячеек сита 2 мм, 1.5 мм, 1 мм, 0.5 мм, 0.1 мм и 0.05 мм, соответственно. Для достижения дополнительного разделения можно использовать дополнительные сита.
[54]Безводный порошок нитрата кальция предпочтительно имеет размер частиц между 0.1 и 1 мм, и, наиболее предпочтительно, между 0.08 и 1 мм.
[56]2000 л очищенного раствора нитрата кальция, содержащего воду и нитрат кальция в количестве 50 вес. %, например, очищенного раствора Nutriox®, производимого компанией Yara, имеющего плотность 1.482 кг при 22°C и величину рН 6.0, закачивали в пилотную турбосушилку, выпускаемую итальянской фирмой VOMM. Скорость подачи барабаном в этой турбосушилки находилась между 70 и 80 литрами в час. Используя температуру равную примерно 270° в турбосушилки фирмы VOMM, получали безводный порошок нитрата кальция со скоростью от 35 до 40 кг в час. Полученный безводный порошок нитрата кальция собирали и анализировали. Результаты этого анализа можно найти в Таблице 1 ниже.
[57]
[58]
[59]Полученный безводный порошок нитрата кальция имеет содержание кальция 23.5-24 вес. % и содержание азота примерно 16.5 вес. %.
[60]Порошковая рентгеновская дифракция полученного порошка нитрата кальция показала, что порошок в основном состоит из чистого сухого Са(NO3)2 со следами Са(NO3)2⋅2H2O и Са(NO3)2⋅3H2O. СаО и Са(ОН)2 не были обнаружены. Однако является вероятным, что образовалось некоторое количество в м.д. этих последних компонентов, ответственных за повышение величины рН.
[61]Полученный безводный порошок нитрата кальция быстро растворяется в воде и образует прозрачный раствор с содержанием нитрата кальция до 10-15 вес. %. При дальнейшем увеличении содержания нитрата кальция раствор нитрата кальция становится слегка мутным, вероятно, из-за наличия некоторого количества м.д. СаО и Са(ОН)2.
[62]Для хранения безводного порошка нитрата кальция по изобретению в течение более длительного промежутка времени, по меньшей мере в течение года, этот безводный порошок нитрата кальция должен храниться в полностью герметичных, непроницаемых для паров мешках. Безводный порошок нитрата кальция по изобретению может быть переработан в гранулы с использованием различных уплотняющих установок.
