PL231753B1

PL231753B1 - Granulowany nawóz potasowy o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy oraz sposób wytwarzania granulowanego nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy

Info

Publication number: PL231753B1
Application number: PL414911A
Authority: PL
Inventors: Sylwester Żelazny
Original assignee: Politechnika Krakowska Im Tadeusza Kosciuszki
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2019-03-29
Also published as: PL414911A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest granulowany nawóz potasowy o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, w którym to nawozie zawartość potasu w przeliczeniu na K2O zawiera się w granicach od 5 do 20% wag. Nawóz ten stanowi wysuszony w temperaturze do 200°C, granulat wilgotnej mieszaniny lub pulpy zawierającej przynajmniej popiół ze spalania biomasy, w ilości nie mniejszej niż 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt, kwas siarkowy o stężeniu 30 - 98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu ze spalania biomasy, a ponadto ewentualnie produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, przy czym wielkość ziaren granulatu wynosi 1 do 6 mm, a pH odcieku wodnego z gotowego produktu wynosi 4,5 do 9. W zgłoszeniu ujawniono również sposób wytwarzania nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, obejmujący formowanie granulek w granulatorze mechanicznym obrotowym z mieszaniny zawierającej popiół ze spalania biomasy oraz suszenie uformowanych granulek.

Description

Przedmiotem wynalazku jest granulowany nawóz potasowy o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy w kotle fluidyzacyjnym, a ponadto sposób wytwarzania granulowanego nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy w kotle fluidyzacyjnym.

Pod pojęciem popiołu ze spalania biomasy rozumie się w niniejszym opisie popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego. Nie wchodzą w zakres tego pojęcia inne frakcje popiołu ze spalania fluidyzacyjnego, jak np. popiół denny.

Znane jest co najmniej od starożytności stosowanie popiołu ze spalania biomasy jako czynnika poprawiającego warunki wegetacji roślin ze względu na zawartość w popiele pierwiastków, które są niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin w szczególności potasu oraz fosforu, oraz pierwiastków stanowiących mikroelementy.

Popiół ze spalania biomasy w kotle ze złożem fluidyzacyjnym, zwłaszcza w kotle energetycznym, zawiera wprawdzie pierwiastki nawozowe jak potas i fosfor, lecz różni się on od popiołu powstałego podczas spalania biomasy w paleniskach stałych (np. rusztowych) zarówno składem jak i strukturą kryształów.

Podczas spalania biomasy w złożu fluidyzacyjnym występuje zjawisko aglomeracji. Zjawisko to dotyczy głównie biomasy charakteryzującej się wysoką zawartością sodu i potasu. Jako złoże fluidyzacyjne wykorzystuje się piasek kwarcowy, którego głównym składnikiem jest SiO2. Jego temperatura mięknięcia wynosi ok. 1550°C, lecz w wyniku reakcji tlenków metali alkalicznych z SiO2 powstaje w temperaturze pracy kotła eutektyczna mieszanka o temperaturze mięknięcia ok. 800°C. W tych warunkach tworzą się fazy krzemianowe, które aglomerują potas tworząc krzemiany potasowo wapniowe. Powstałe związki trudno rozpuszczają się w wodzie. Powoduje to, że w przypadku użycia ich jako składnika nawozowego, uwalniane są do gleby powoli, co skutkuje wydłużeniem czasu działania tego składnika nawozu. Zjawisko opisane powyżej praktycznie nie zachodzi podczas spalania biomasy w paleniskach bez stosowania piasku kwarcowego jako złoża, np. w paleniskach stałych rusztowych.

Wiadomo, że zawartość potasu w popiele ze spalania biomasy jest różna w zależności od biopaliwa, które zostaje spalane w kotle i waha się w granicach od kilku do kilkunastu procent masowych (K2O) z czego ok. 50% wag. jest dobrze rozpuszczalne w wodzie. Krzemionka stanowi ok. 50% masy popiołu, pochodzi w większości ze złoża fluidyzacyjnego, a ponadto związki wapnia w ilości kilkunastu procent, oraz związki magnezu, glinu, żelaza, miedzi i sodu. Odciek wodny z powstałego popiołu posiada odczyn silnie zasadowy, a jego pH przekracza 11.

Popiół lotny z palenisk fluidyzacyjnych ma formę pylistą, co uniemożliwia jego bezpośredni, efektywny rozsiew na pola uprawne ze względu na duże pylenie.

Odpad popiołu lotnego ze spalania biomasy stanowi znaczny kłopot dla producentów energii z biopaliw, przykładowo w Elektrowni Połaniec z bloku energetycznego na biopaliwo (Zielony Blok) rocznie docelowo będzie powstawać ok. 50 tysięcy ton tego odpadu.

Stworzenie z niego pełnowartościowego nawozu mineralnego wydaje się być korzystnym rozwiązaniem.

Z opisów patentowych nr: KR 20140069619, CN 102942394, CN 102674996, HU 0600390 znane jest stosowanie popiołu lotnego ze spalania biomasy do produkcji nawozu organicznego.

W opisach patentowych CZ 303546 i CZ 303270 przedstawiono stosowanie wapna (CaO) jako środka wspomagającego granulację popiołu lotnego ze spalania biomasy.

W opisie CZ 304631 ujawniono organiczno-mineralny nawóz dla roślin, zawierający popiół lotny ze słomy z pszenicy, żyta lub słomy jęczmiennej, ewentualnie w mieszaninie z popiołem ze słomy z paleniska rusztowego. Nawóz ma postać granulatu, zawierającego od 58 do 60% wagowych popiołu lotnego z dodatkiem mokrych trocin w ilości od 13 do 15% wagowych, w przeliczeniu na całkowitą masę mieszaniny i organicznego naturalnego środka wiążącego, jak dekstryny lub karboksy-metylo-celuloza. W celu uzyskania wymaganej wartości pH nawozu według potrzeby gleby lub roślin, do mieszaniny dodaje się roztwory soli sodowej kwasów huminowych i ewentualnie roztwory siarczanu żelaza, o uprzednio wybranym stężeniu. Granulki nawozu są po uformowaniu suszone w powietrzu przez około 24 godz. i pakowane w worki.

W opisach patentowych CN 101565264, US 4615711 i w zgłoszeniu patentowym JP 2003073668 ujawniono otrzymywanie nawozu mineralnego w wyniku kompaktowania popiołu lotnego z biomasy z dodatkiem wody.

PL 231 753 B1

Wiadomo, że nawozy potasowe (w tym także te o przedłużonym działaniu), zawierające zwykle 5-20% wag. potasu w przeliczeniu na K2O, są niewystarczające dla kompleksowego nawożenia gleby pod uprawę roślin ze względu na brak w ich składzie mikroelementów takich jak: żelazo, mangan, cynk, miedź, bor, molibden, siarka.

Wyniki badań przeprowadzonych przez Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach, opublikowane w artykule: Wróbel S., Potrzeby nawożenia roślin uprawnych mikroelementami, Stosowanie agrochemikaliów, materiały szkoleniowe 90, IUNG, Puławy 2004 wskazują, że do 75% gleb polskich wykazuje niedobór boru, 39% miedzi, 20% molibdenu, natomiast w przypadku cynku i manganu wynosi on 10%. W skali światowej ponad 50% gruntów przeznaczonych pod uprawy zbożowe wykazuje deficyt cynku, a 30% żelaza.

Stwierdzono, że niedogodności związane z niedoborem w glebie mikroelementów nawozowych jak żelazo, mangan, cynk, miedź, bor, molibden, siarka, będzie można ograniczyć w przypadku stosowania w uprawach roślin nawozu według wynalazku na bazie popiołu lotnego ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, zawierającego wspomniane mikroelementy z tego tytułu, że wchodziły one w skład spalonej biomasy z której powstał popiół.

Dodatkowo stwierdzono, że nawóz według wynalazku będzie charakteryzował się znacznie niższą rozpuszczalnością części związków potasu niż znane dotychczas nawozy mineralne, w związku z zachodzącym w paleniskach fluidalnych procesem aglomeracji i powstawaniem trudno rozpuszczalnych soli glinokrzemianowych, zawierających w swojej strukturze potas, wapń, magnez, co we współdziałaniu z pozostałymi składnikami dobrze rozpuszczalnymi w wodzie pozwoli uzyskać nawóz o przedłużonym działaniu.

Zgodnie z wynalazkiem, granulowany nawóz potasowy o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, w którym to nawozie zawartość potasu w przeliczeniu na K2O zawiera się w granicach od 5 do 20% wag., charakteryzuje się tym, że stanowi go wysuszony w temperaturze do 200°C, a korzystnie 40 do 200°C, granulat uformowany z wilgotnej mieszaniny lub pulpy zawierającej przynajmniej:

- popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, w ilości nie mniejszej niż 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt,

- kwas siarkowy o stężeniu 30-98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu,

- oraz ewentualnie produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, takie jak nawozy potasowe, siarczan potasu lub chlorek potasu, popiół ze spalania osadów ściekowych, odpad przemysłowy powstały w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, roztwory poprodukcyjne zawierające potas, zwłaszcza odpadowy roztwór z produkcji polioli polieterowych (PAG), lub ich mieszaniny, przy czym wielkość ziaren granulatu wynosi 1 do 6 mm, a pH odcieku wodnego z gotowego produktu wynosi 4,5 do 9.

Korzystnie, jako produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, granulowany nawóz zawiera siarczan potasu lub chlorek potasu jako sole techniczne lub pochodzące z odpadów.

Wartość pH nawozu jest regulowana za pomocą dodawanego kwasu siarkowego o stężeniu od 30 do 98%, tak aby uzyskać pH odcieku wodnego z gotowego produktu w zakresie 4,5-9.

Sposób wytwarzania granulowanego nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, obejmujący formowanie granulek w granulatorze mechanicznym obrotowym, z mieszaniny zawierającej popiół ze spalania biomasy oraz suszenie uformowanych granulek, charakteryzuje się tym, że do granulatora talerzowego wprowadza się pylistą mieszaninę, zawierającą popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, w ilości co najmniej 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt i zrasza się ją podczas granulacji wodnym roztworem, zawierającym kwas siarkowy o stężeniu 30-98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu, a ponadto ewentualnie dodaje się do granulowanej mieszaniny produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, takie jak nawozy potasowe, siarczan potasu lub chlorek potasu, popiół ze spalania osadów ściekowych, odpad przemysłowy powstały w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, roztwory poprodukcyjne zawierające potas, zwłaszcza odpadowy roztwór z produkcji polioli polieterowych (PAG), lub ich mieszaniny.

Następnie uzyskany granulat o wielkości ziaren 1 do 6 mm suszy się, najlepiej w suszarce bębnowej, w temperaturze w temperaturze do 200°C, a korzystnie od 40 do 200°C.

PL 231 753 B1

Korzystnie, jako produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, dodaje się do granulowanej mieszaniny siarczan potasu lub chlorek potasu jako sole techniczne lub pochodzące z odpadów.

Alternatywnie, sposób wytwarzania granulowanego nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, obejmujący formowanie granulek w granulatorze mechanicznym obrotowym z mieszaniny zawierającej popiół ze spalania biomasy oraz suszenie uformowanych granulek, charakteryzuje się tym, że do granulatora bębnowego lub talerzowego wprowadza się wilgotną mieszaninę lub pulpę, która powstaje w wyniku zmieszania pylistej mieszaniny zawierającej popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, w ilości co najmniej 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt oraz roztworu wodnego, zawierającego kwas siarkowy o stężeniu 30-98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu, a ponadto ewentualnie produktów, które zawierają potas w formie nadającej się do nawożenia roślin, takich jak nawozy potasowe, siarczan potasu lub chlorek potasu, popiół ze spalania osadów ściekowych, odpad przemysłowy powstały w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, roztwory poprodukcyjne zawierające potas, zwłaszcza odpadowy roztwór z produkcji polioli polieterowych (PAG), lub ich mieszaniny.

Korzystnie, jako produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, wilgotna mieszanina lub pulpa zawiera siarczan potasu lub chlorek potasu jako sole techniczne lub pochodzące z odpadów.

Wspomniane wyżej produkty, zawierające potas w formie nadającej się do nawożenia roślin, które zawarte są w wilgotnej mieszaninie lub pulpie, pozwalają skorygować zawartość potasu w wytwarzanym nawozie.

Zaletą nawozu według wynalazku jest możliwość zagospodarowania szeregu substancji odpadowych, między innymi popiołu ze spalania osadów ściekowych, odpadu powstającego w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, odpadowego roztworu z produkcji polioli polieterowych (PAG), który zawiera związki potasu.

Nowością w technologii wytwarzania nawozu jest dodatek do popiołu lotnego ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, roztworu kwasu siarkowego, który w reakcji ze związkami wapnia, magnezu, potasu, sodu tworzy in situ sole, które powodują zlepianie się drobin popiołu i umożliwią jego granulację. Dodatkowo, korzystnie dodaje się do układu sole potasowe, co w razie konieczności korekty składu może wspomóc proces granulacji.

Granulację prowadzi się w granulatorze mechanicznym obrotowym, korzystnie talerzowym, wprowadzając do niego suchy popiół i natryskując go roztworem o określonym wyżej składzie, bądź wprowadzając do niego wcześniej przygotowaną wilgotną masę lub pulpę o określonym wyżej składzie. Zgranulowany produkt poddaje się suszeniu.

Nawóz według wynalazku oraz sposób jego wytwarzania, został przedstawiony poniżej w przykładach, których nie należy jednak uważać za ograniczające rozwiązanie, czy też zawężające zakres ochrony, bowiem stanowią one jedynie ilustrację rozwiązania.

P r z y k ł a d 1

Do popiołu lotnego ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego (1000 g), umieszczonego w reaktorze, wprowadzono roztwór wodny kwasu siarkowego w ilości: 580 g wody, 120 g 98% H2SO4 oraz chlorek potasu w ilości 35 g. Kwas siarkowy uregulował odczyn pH nawozu do wartości ok. 8 odcieku wodnego zgranulowanego nawozu, a dodatek chlorku potasu zwiększył udział potasu w gotowym nawozie do 15% wag. (w przeliczeniu na K2O).

Wilgotną mieszaninę poddano granulacji w granulatorze bębnowym, gdzie otrzymano granule od 1 mm do 6 mm, które wysuszono w temperaturze ok. 150°C.

P r z y k ł a d 2

Popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego (1000 g),w trakcie granulowania w granulatorze talerzowym natryskiwano roztworem wodnym kwasu siarkowego oraz siarczanu potasu (150 g 98% H2SO4, 550 g wody oraz 42 g K2SO4). Kwas siarkowy uregulował odczyn pH nawozu do wartości ok. 7 odcieku wodnego zgranulowanego nawozu, a siarczan potasu uzupełnił udział potasu w gotowym nawozie do poziomu 15% wag. (w przeliczeniu na K2O).

PL 231 753 B1

Proces granulacji prowadzono w granulatorze talerzowym, gdzie otrzymano granule o wielkości od 1 mm do 6 mm, które wysuszono w temperaturze ok. 120°C.

P r z y k ł a d 3

Do popiołu lotnego ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego (1000 g), umieszczonego w reaktorze, wprowadzono odpad z cementowni w ilości 300 g, który powstaje w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów. Odpad zawiera ok. 20% wag. K2O. Ponadto wprowadzono roztwór wodny kwasu siarkowego zawierający 650 g wody oraz 250 g 98% H2SO4. Kwas siarkowy uregulował odczyn pH nawozu do wartości ok. 6 odcieku wodnego zgranulowanego nawozu. Odpad z cementowni uzupełnił udział potasu w gotowym nawozie w wysokości ok. 15% wag. (w przeliczeniu na K2O).

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Granulowany nawóz potasowy o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, w którym to nawozie zawartość potasu w przeliczeniu na K2O zawiera się w granicach od 5 do 20% wag., znamienny tym, że stanowi go wysuszony w temperaturze do 200°C, a korzystnie 40 do 200°C, granulat wilgotnej mieszaniny lub pulpy zawierającej przynajmniej popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, w ilości nie mniejszej niż 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt i kwas siarkowy o stężeniu 30-98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu, a ponadto ewentualnie produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, takie jak nawozy potasowe, siarczan potasu lub chlorek potasu, popiół ze spalania osadów ściekowych, odpad przemysłowy powstały w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, roztwory poprodukcyjne zawierające potas, zwłaszcza odpadowy roztwór z produkcji polioli polieterowych, lub ich mieszaniny, przy czym wielkość ziaren granulatu wynosi 1 do 6 mm, a pH odcieku wodnego z gotowego produktu wynosi 4,5 do 9.

2. Granulowany nawóz według zastrz. 1, znamienny tym, że jako produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, zawiera siarczan potasu lub chlorek potasu jako sole techniczne lub pochodzące z odpadów.

3. Sposób wytwarzania granulowanego nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, obejmujący formowanie granulek w granulatorze mechanicznym obrotowym z mieszaniny zawierającej popiół ze spalania biomasy oraz suszenie uformowanych granulek, znamienny tym, że do granulatora talerzowego wprowadza się pylistą mieszaninę, zawierającą popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego, rolnego, meblowego lub spożywczego, w ilości co najmniej 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt i zrasza się ją podczas granulacji roztworem wodnym, zawierającym kwas siarkowy o stężeniu 30-98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu, a ponadto ewentualnie dodaje się do granulowanej mieszaniny produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, takie jak nawozy potasowe, siarczan potasu lub chlorek potasu, popiół ze spalania osadów ściekowych, odpad przemysłowy powstały w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, roztwory poprodukcyjne zawierające potas, zwłaszcza odpadowy roztwór z produkcji polioli polieterowych, lub ich mieszaniny, po czym uzyskany granulat o wielkości ziaren 1 do 6 mm suszy się, najlepiej w suszarce bębnowej, w temperaturze do 200°C, a korzystnie od 40 do 200°C.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, dodaje się do granulowanej mieszaniny siarczan potasu lub chlorek potasu jako sole techniczne lub pochodzące z odpadów.

5. Sposób wytwarzania granulowanego nawozu potasowego o przedłużonym działaniu na bazie popiołu ze spalania biomasy, obejmujący formowanie granulek w granulatorze mechanicznym obrotowym z mieszaniny zawierającej popiół ze spalania biomasy oraz suszenie uformowanych granulek, znamienny tym, że do granulatora bębnowego lub talerzowego wprowadza się wilgotną mieszaninę lub pulpę, która powstaje w wyniku zmieszania pylistej mieszaniny zawierającej popiół lotny ze spalania fluidyzacyjnego bioodpadów z przemysłu drzewnego,

PL 231 753 B1 rolnego, meblowego lub spożywczego, w ilości co najmniej 50% wag. w przeliczeniu na gotowy produkt oraz roztworu wodnego, zawierającego kwas siarkowy o stężeniu 30-98% w ilości od 50 do 300 g H2SO4 na 1 kg popiołu, a ponadto ewentualnie produktów, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, takich jak nawozy potasowe, siarczan potasu lub chlorek potasu, popiół ze spalania osadów ściekowych, odpad przemysłowy powstały w wyniku odprowadzenia z pieca cementowego nadmiaru alkaliów, roztwory poprodukcyjne zawierające potas, zwłaszcza odpadowy roztwór z produkcji polioli polieterowych, lub ich mieszaniny, po czym uzyskany granulat o wielkości ziaren 1 do 6 mm suszy się, najlepiej w suszarce bębnowej, w temperaturze do 200°C, a korzystnie od 40 do 200°C.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako produkty, które zawierają potas w formie przyswajalnej przez rośliny, wilgotna mieszanina lub pulpa zawiera siarczan potasu lub chlorek potasu jako sole techniczne lub pochodzące z odpadów.