Композиция для кондиционирования минеральных удобрений и способ кондиционирования

Композиция для кондиционирования минеральных удобрений и способ кондиционирования

Реферат

Изобретение относится к производству композиции для минеральных удобрений и может быть использовано для кондиционирования азот-, фосфор- и/или калийсодержащих удобрений и продуктов на основе этих удобрений.

Для уменьшения слеживаемости минеральных удобрений широко используются кондиционеры (индивидуальные вещества или композиции), образующие на поверхности частиц удобрений гидрофобную адсорбционную защитную пленку. Варианты нанесения кондиционера достаточно хорошо известны специалистам. К одному из наиболее распространенных методов следует отнести процесс распыления/разбрызгивания кондиционера над слоем удобрений. Поэтому наряду с эффективностью кондиционирования предлагаемых композиций весьма важен учет экологических аспектов в процессе нанесения.

Известен кондиционер, представляющий собой амин с формулой RNH₂ или RNH(СН2)₃NH₂, где R-остаток алифатического углеводорода C₈-C₂₂ и/или соли этих аминов с соляной, уксусной кислотой или жирными кислотами С₆-С₂₂ или со смесями этих аминов (ФРГ 1075642, приоритет 20.05.1958). Обработка удобрений кондиционером проводится при температуре 65-121°С. К недостаткам такого кондиционера и способа его применения следует отнести следующие:

- применение в качестве кондиционера индивидуальных веществ, а не композиции. Для алифатических аминов и их солей зависимость изменения вязкости от температуры (в пределах от температуры нанесения кондиционера до температуры хранения и применения обработанных удобрений) не обеспечивает равномерности адсорбционной защитной пленки;

- высокая температура обработки приводит к повышенной концентрации аминов в воздухе. Амины относятся к опасным веществам, воздействующим на кожные покровы и дыхательную систему человека, поэтому для обеспечения требований защиты окружающей среды, охраны здоровья и экологической безопасности необходимо проведение специальных мероприятий.

Также известен кондиционер для гранул аммиачной селитры (ЕР 0113687, приоритет 06.01.83). Кондиционер представляет собой композицию, состоящую из продукта (5-30%), полученного как минимум частичной нейтрализацией вторичного алкоксилированного амина (аминов) кислым эфиром (эфирами) фосфорной кислоты, минерального масла (25-70%), твердого парафина крупнокристаллического (10-50%) и микрокристаллического (5-25%).

К недостаткам предлагаемой композиции следует отнести:

- узкий спектр марок удобрений, для обработки которых применяется композиция;

- включение в ее состав компонентов малодоступных и имеющих высокую стоимость:

алкоксилированные амины являются продуктами конденсации соответствующих аминов с оксидами этилена, пропилена или бутилена;

микрокристаллический парафин извлекается из остатков нефти или из фракций смазочных нефтяных масел, полученных при вакуумной перегонке.

Наиболее близкой к заявляемой композиции является композиция, раскрытая в патенте RU 2240297, приоритет 28.10.2003. Композиция имеет следующий состав, мас.%: амины (10-25), парафиновые углеводороды фракции С₁₄-С₁₇ (30-60), неионогенные ПАВ (1-3), твердые углеводороды (20-40), низкомолекулярные полиизобутилены с молекулярной массой 5000-30000 (5-15). Подходящими аминами являются первичные алифатические амины с длиной углеводородной цепи С₁₇-С₂₀ или талловые амины.

К недостаткам предлагаемого кондиционера следует отнести:

- включение в его состав комбинации исходных компонентов, имеющих высокую летучесть при температуре применения (парафиновые углеводороды фракции С₁₄-С₁₇ и первичные алифатические амины или талловые амины), что приводит к образованию в воздухе рабочей зоны аэрозоля при распылении кондиционера над удобрениями. Обеспечение требований охраны здоровья и экологической безопасности требует проведения специальных мероприятий;

- использование первичных алифатических аминов с длиной углеводородной цепи С₁₇-С₂₀ или талловых аминов, которые являются достаточно агрессивными агентами по отношению к материалам (резинам) транспортерных лент, по которым перемещаются обработанные удобрения.

Основной задачей, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, является получение композиции, имеющей низкую летучесть при температуре нанесения, не агрессивной к материалу транспортерных лент, используемых для транспортировки обработанного композицией продукта и в то же время дешевой, эффективной для широкого спектра минеральных удобрений за счет обеспечения равномерной защитной пленки на поверхности удобрения.

Поставленная задача решается следующим образом: в состав предлагаемой композиции для кондиционирования минеральных удобрений включают активный компонент, углеводородный растворитель и специальные модификаторы. Активный компонент представляет собой продукт частичной или полной нейтрализации первичных алифатических аминов С₁₀-С₂₀ карбоновыми кислотами С₂-С₃₀ с варьируемой долей нейтрализованного амина, углеводородный растворитель представляет собой очищенные дистиллятные или остаточные минеральные масла или смесь дистиллятных и остаточных минеральных масел, имеющих основную фракцию (не менее 85%) с температурой кипения выше 350°С, модификатор температуры потери текучести представляет собой твердые углеводороды с температурой плавления не ниже 50°С при следующем их содержании в композиции, мас.%:

Активный компонент	10-25
Углеводородный растворитель	40-80
Модификатор температуры
потери текучести	1-20

При необходимости заявляемая композиция может содержать модификатор вязкости в количестве не более 15 мас.%, который представляет собой реологический полимерный загуститель и/или катионактивные или анионактивные, или неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве не более 3 мас.%.

Особенностью настоящего изобретения является то, что конечные свойства композиции, необходимые для достижения заявленной цели, могут быть реализованы множеством комбинаций свойств и содержания компонентов в композиции. Оптимальные составы композиций в рамках заявленной формулы существуют для конкретных удобрений и условий их обработки.

Первичные алифатические амины, на основе которых получается активный компонент путем полной или частичной нейтрализации, могут быть любого происхождения и степени переработки - синтетические, природные, негидрированные, гидрированные. Комбинация свойств выбранных первичного алифатического амина и карбоновой кислоты, а также доля нейтрализованного амина позволяют:

- придать активному компоненту свойства модификатора (вязкости, потери текучести, поверхностных свойств);

- значительно снизить:

опасность воздействия на кожные покровы и дыхательные пути человека;

агрессивность воздействия на материал транспортерных лент.

Выбор комбинации первичного алифатического амина и карбоновой кислоты, а также доли нейтрализованного амина определяется на основании конкретных параметров композиции (вязкость, температура потери текучести) и марки обрабатываемых удобрений.

Углеводородный растворитель, представляющий собой очищенные дистиллятные или остаточные минеральные масла или смесь дистиллятных и остаточных минеральных масел, имеющих основную фракцию (не менее 85%) с температурой кипения выше 350°С, обеспечивает получение однородной композиции с низкой летучестью при температуре нанесения.

Для обеспечения свойств композиции (вязкость, температура потери текучести, поверхностно-активные свойства) наличия модифицирующих свойств у активного компонента недостаточно. Поэтому в состав композиции вводят специальные модификаторы, количество которых снижено за счет того, что сам активный компонент обладает такими свойствами. В качестве модификаторов вязкости могут быть использованы любые подходящие для этой цели полимерные загустители, например полиизобутиленовые, или полиакриловые, или каучуковые, или другие, обеспечивающие вязкость композиции при температуре нанесения. В качестве модификатора температуры потери текучести могут быть использованы твердые углеводороды с температурой плавления не ниже 50°С, например, парафины или церезины, или стеарины, или нефтяные остатки, или другие. В качестве ПАВ могут быть использованы катионактивные или анионактивные, или неионогенные ПАВ. Выбор конкретного модификатора обусловлен:

- параметрами выбранного активного компонента;

- параметрами композиции (вязкость, температура потери текучести);

- поверхностными свойствами обрабатываемого удобрения (катион-, анионактивные, неионогенные).

Заявленный способ кондиционирования минеральных удобрений представляет собой поверхностную обработку гранул удобрения при температуре 70-100°С заявленным составом с заданными свойствами, с вязкостью 5-50 мПа·с и температурой потери текучести 20-60°С, в количестве 0,02-0,2% от массы обрабатываемого удобрения.

Изобретение может быть лучше понято с помощью сравнительных и не ограничивающих область изобретения примеров, которые приведены ниже.

Пример 1.

Композиции (таблица 1) получали путем нагрева до 80°С и перемешивания до однородной массы смесей, состоящих из активного компонента, углеводородного растворителя, модификаторов вязкости и температуры потери текучести, ПАВ. Во всех указанных вариантах композиции в качестве углеводородного растворителя использовали минеральное масло с кинематической вязкостью при 50°С 51 сСт, в качестве модификатора температуры потери текучести - церезин-75.

Таблица 1
Состав композиций
N	Наименование компонента композиции	Количество, масс.%	Динамическая вязкость, мПа.сек	Температура потери текучести, °С
1	активный компонент (2-этилгексанат стеариламина)	20
	углеводородный растворитель	72	12	48
	модификатор температуры потери текучести	8
2	активный компонент (ацетат таллового амина)	20
	углеводородный растворитель	76	7	29
	модификатор температуры потери текучести	4
3	активный компонент (ацетат стеариламина)	20
	углеводородный растворитель	78	5	40
	модификатор температуры потери текучести	2
4	активный компонент (ацетат гидрогенизированного	20
	таллового амина)
	углеводородный растворитель	73
	модификатор температуры	4	27	44
	потери текучести
	модификатор вязкости (низкомолекулярный полиизобутилен)	3
5	активный компонент (2-этилгексанат стеариламина)	20
	углеводородный растворитель	68
	модификатор температуры потери текучести	10	10	50
	модификатор вязкости (низкомолекулярный полиизобутилен)	3
4	активный компонент (ацетат гидрогенизированного таллового амина)	20
	углеводородный растворитель	76
	модификатор вязкости (низкомолекулярный полиизобутилен)	3	26	43
	ПАВ (оксиэтилированные амиды жирных кислот)	1
5	активный компонент (2-этилгексанат стеариламина)	20
	углеводородный растворитель	67
	модификатор температуры	10
	потери текучести		27	49
	модификатор вязкости (низкомолекулярный полиизобутилен)	2
	ПАВ (оксиэтилированные амиды жирных кислот)	1
6	активный компонент (ацетат стеариламина)	20
	углеводородный растворитель	66
	модификатор температуры потери текучести	10	25	49
	модификатор вязкости	2,5
	ПАВ (неонол АФ) (полиакриловый загуститель)	1,5

Пример 2.

Композицию, имеющую температуру 80-90°С, наносили распылением на поверхность гранулированного удобрения. При распылении определяли в воздухе рабочей зоны содержание аэрозоля минеральных масел и алифатических аминов. В аналогичных условиях проводили испытания прототипа. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2
Результаты измерении воздушной среды при распылении кондиционера с температурой 80-90°С
Композиция	Содержание вещества в воздушной среде, мг/м3
алифатические амины	аэрозоль минеральных масел
Композиция 1 (см.пример 1)	<0,5	<2,0
Композиция 7 (см.пример 1)	<0,5	<2,0
Прототип	>1	2,5

Пример 3.

Оценка агрессивности воздействия композиций на материал конвейерных лент проводилась на основании результатов изменения массы материала при времени воздействия композиции 72 часа и температуре 50°С. Методики определения изменения массы материала хорошо известны специалистам. В качестве материала для испытаний была выбрана бутадиеннитрильная резина, которая применяется для изготовления конвейерных лент, используемых для транспортировки удобрений. Полученные результаты изменения массы резины при воздействии на нее композиции приведены в таблице 3.

Таблица 3
Изменение массы образцов бутадиеннитрильной резины при воздействии на нее композиции (время 72 часа, температура 50°С)
Композиция	Получено изменение массы резины (%) при испытаниях
композиция содержит 20% 2-этилгексаната амина	снижение массы на 0,6
композиция содержит 20% ацетата стеариламина	увеличение массы на 1,4
прототип	увеличение массы на 6,9

Пример 4.

Композицию, имеющую температуру 80-90°С, наносили распылением на поверхность гранулированного удобрения. Эффективность композиции определяли по изменению усилий, необходимых для разрушения сформированных известным способом брикетов удобрений (слеживаемость). Поглощение влаги и пылимость оценивали по стандартным методикам. В аналогичных условиях проведены испытания прототипа. Результаты по эффективности обработки удобрений композициями приведены в таблицах 4 и 5.

Таблица 4
Эффективность обработки композицией NPK МОР 16:16:16 (доля композиции 0,07-0,08% от массы удобрения)
Наименование	Эффективность, % (в сравнении с необработанным продуктом)
Снижение пылимости	Снижение слеживаемости	Снижение влагопоглощения
Композиция 4 (см.пример 1) с показателями: динамическая вязкость 27 мПа·сек, температура потери текучести 44°С	95	83	31
Композиция 6 (см.пример 1) с показателями: динамическая вязкость 26 мПа·сек, температура потери текучести 43°С	81	95	30
Композиция 7 (см.пример 1) с показателями: динамическая вязкость 27 мПа·сек, температура потери текучести 49°С	79	80	30
Прототип	75	95	41

Таблица 5
Эффективность обработки композицией аммиачной селитры (доля композиции 0,08% от массы удобрения)
Наименование	Снижение слеживаемости удобрения (в сравнении с необработанным продуктом), %
Композиция 1 (см.пример 1) с показателями: динамическая вязкость 12 мПа·сек, температура потери текучести 48°С	88
Композиция 5 (см.пример 1) с показателями: динамическая вязкость 10 мПа·сек, температура потери текучести 50°С	75
Прототип	80

Механизм действия композиции на другие виды удобрений, содержащие азот, фосфор и калий, и продукты на основе этих удобрений аналогичен описанному выше.

Таким образом, при распылении заявляемой композиции над удобрениями, количество образующегося в воздушной среде аэрозоля ниже. Композиция не агрессивна по отношению к материалу конвейерных лент. Применение заявляемой композиции для кондиционирования гранулированных удобрений, содержащих азот, фосфор и калий, и продуктов на основе этих удобрений приводит к улучшению их физико-химический показателей (снижению их слеживаемости на 80-97%, пылимости - до 95% и влагопоглощения - на 30%).

1. Композиция для кондиционирования минеральных удобрений, включающая активный компонент на основе первичных алифатических аминов, углеводородный растворитель, модификатор потери текучести - твердые углеводороды с температурой плавления не ниже 50°С, отличающаяся тем, что в качестве активного компонента композиция содержит продукт частичной или полной нейтрализации первичных алифатических аминов С₁₀-С₂₀ карбоновыми кислотами С₂-С₃₀ с варьируемой долей нейтрализованного амина, углеводородный растворитель представляет собой очищенные дистиллятные или остаточные минеральные масла или смесь дистиллятных и остаточных минеральных масел, имеющих основную фракцию не менее 85% с температурой кипения выше 350°С при следующем содержании в композиции, мас.%:

Активный компонент	10-25
Углеводородный растворитель	40-80
Модификатор температуры
потери текучести	1-20

2. Композиция для кондиционирования минеральных удобрений по п.1, отличающаяся тем, что композиция содержит модификатор вязкости в количестве не более 15 мас.%.

3. Композиция для кондиционирования минеральных удобрений по п.1, отличающаяся тем, что композиция содержит катионактивные, или анионактивные, или неионогенные ПАВ в количестве не более 3 мас.%.

4. Композиция для кондиционирования минеральных удобрений по п.1, отличающаяся тем, что алифатические амины могут быть синтетические или природные, негидрированные или гидрированные.

5. Композиция для кондиционирования минеральных удобрений по п.1, отличающаяся тем, что в качестве модификатора вязкости используют полиизобутилены или полиакриловые, или каучуковые загустители.

6. Способ кондиционирования минеральных удобрений, включающий поверхностную обработку гранул удобрений композицией, отличающийся тем, что поверхностную обработку гранул удобрений осуществляют композицией, имеющей состав, указанный в п.1, с вязкостью 5-50 мПа·с при температуре нанесения 70-100°С и температурой потери текучести 20-60°С, композицию наносят в количестве 0,02-0,2% от массы обрабатываемого удобрения.