Innowacje w badaniach i technologiach nawozowych z wykorzystaniem technik granulacji.

Transkrypt

1 Innowacje w badaniach i technologiach nawozowych z wykorzystaniem technik granulacji. Piotr Rusek Sebastian Schab XI Ogólnopolskie Sympozjum GRANULACJA 2018 Stan techniki oraz nowe zastosowania procesów i aparatów do granulacji Nałęczów 9 11 maja 2018 r.

2 Źródła finansowania badań Projekty Prace dla przemysłu Działalność statutowa i prace własne Krajowe (NCBiR) Biostrateg, Międzynarodowe (UE) H2020 Projekty ( innochem, i inne) Umowy badawcze i wdrożeniowe Prace doktorskie Inne

3 Smart fertilizers Badania i rozwój inteligentnych nawozów (ang. smart fertilizers) skupiają się na poprawie wydajności wykorzystania azotu (ang. nitrogen use efficiency NUE). Efektywność wykorzystania azotu z mocznika, głównego nawozu azotowego, obecnie wynosi tylko średnio 30% do 40% ze względu na jego ulatnianie się (straty gazowe), denitryfikację i wymywanie. Inteligentne nawozy które minimalizują te procesy to: Nawozy o spowolnionym i/lub kontrolowanym uwalnianiu Nawozy zawierające inhibitory nitryfikacji Nawozy zawierające inhibitory ureazy Nawozy wzbogacone w mikroorganizmy

4 Główne mechanizmy kontrolujące uwalnianie azotu to: Mechanizm spowolnienia i kontrolowania osiągany jest przez kontrolowaną rozpuszczalność w wodzie przez półprzepuszczalne otoczki, okluzje, materiały białkowe i inne chemiczne formy, powolną hydrolizę wodnorozpuszczalnych związków niskocząsteczkowych Inhibitory nitryfikacji substancje które inhibitują biologiczne utlenianie azotu amonowego do azotanu azotanowego Inhibitory ureazy substancje które inhibitują hydrolityczne działanie enzymu ureazy na mocznik Inteligentne nawozy azotowe posiadają mechanizm kontrolujący uwalnianie azotu w oparciu o wymagania roślin uprawnych. Ta funkcja zmniejsza nieprodukcyjne straty takie jak wymywanie i emisje do atmosfery, jednocześnie zwiększając efektywność wykorzystania składników pokarmowych i plony.

5

6 Technologiczne postępy w nawożeniu fosforem to produkty nawozowe, które zwiększają dostępność fosforu w glebie w celu lepszego pobrania go przez rośliny. Inteligentne nawozy fosforowe wykorzystują mikroorganizmy (bakterie, grzyby), które stymulują uwalnianie związanego fosforu z gleby w celu polepszonego pobrania go przez rośliny lub zastosowanie otoczki polimerowej po to aby zmniejszyć ich wytracanie się lub adsorpcję i poprawić odzysk fosforu przez rośliny w ciągu przyszłych miesięcy i lat. Innowacje dotyczą również nawozów przeznaczonych do dolistnego dokarmiania roślin uprawnych. W ostatnich latach bardzo szybko w Polsce wzrasta podaż płynnych nawozów mikroelementowych, w tym chelatów do dolistnego dokarmiania roślin. Produkcja nawozów płynnych wykorzystuje syntetyczne związki kompleksowe i aktualnie należy do najczęściej stosowanych rozwiązań w produkcji nawozów mikroelementowych. Zastosowanie związków kompleksowych w produkcji nawozów płynnych umożliwia otrzymywanie trwałych, stabilnych, wielokleszczowych chelatów z mikroelementami. Wytwarzane w ten sposób płynne nawozy zawierające mikroelementy w ilościach skorelowanych z potrzebami konkretnego gatunku roślin.

7 Projekt AZOMAIS 1. Opracowanie formuły i wyprodukowanie nawozu azotowo-fosforowo-potasowego z dodatkiem mikroelementów w postaci supergranul. 2. Opracowanie siewnika do siewu i bezpośredniej aplikacji nawozu. 3. Opracowanie technologii produkcji nawozu w postaci supergranul.

8 Projekt AZOMAIS

9

10 Recykling pierwiastków biogennych w gospodarstwach bydlęcych 8 konkurs ERA-NET Bioenergy, Integrated Biorefinery Concepts Cradle to cattle farming 10

11 Konsorcjum Koordynator Cornelissen Consulting Services B.V. Holandia ProfiNutrients Holandia Maatschap Nijkamp- Marsman Holandia Instytut Nowych Syntez Chemicznych Polska Centre for Ecology and Hydrology Wielka Brytania SGGiW Polska

12 MgCl 2 NaOH Idea projektu poferment z gnojowicy Strącanie PO 4 i NH 4 w postaci struwitu MgNH 4 PO4. 6H 2 O NaOH NH 3 H 2 SO 4 Odpędzanie NH 3 absorpcja NH 3 Chodowla rzęsy wodnej roztwór (NH 4 ) 2 SO4 rzęsa wodna (na paszę dla bydła) oczyszczony roztwór (na pole lub do rzeki) 12

13 Udział INS: Zadanie 1. Sposób oczyszczania pofermentu i odzysku składników pokarmowych Określenie skuteczności procesu usuwania fosforanów i amoniaku z roztworów po fermentacji metanowej gnojowicy bydlęcej - pofermentu Określenie wydajności wytwarzania struwitu i siarczanu amonu Określenie składu chemicznego i własności fizykochemicznych strumieni ciekłych po oddzieleniu struwitu i strippingu amoniaku a także wód pochodzących z hodowli rzęsy wodnej. 13

14 Zadanie 2. Badania jakości produktów nawozowych Określenie przydatności nawozowej uzyskiwanych produktów ubocznych zawierających struwit i siarczan amonu. Produkt stały wilgotny: straty suszenia 50 o C: 37,1% skład suchego produktu: 4% N og 22% P2O5 7% Mg 5% Ca Zanieczyszczenia -niski poziom, ppm: <0,002Hg, < 2 As, <1 Cd, 5,3 Pb, 2,5 Ni, 9,8 Cr, 1,3% TOC 14

15 udział objętościowy, % rozmiary cząstek: 10,8 um<80% <972 um , średnica cząstki, μm 15

16 Badania przetwarzania struwitu i siarczanu amonu na nawozy mineralne Badania granulacji metodą kompaktowania 16

17 Granulat z kompaktora: NPKMg: 7,8% N 13,9%P 2 O 5 13%K 2 O 9%MgO 17

18 Badania granulacji metodą talerzową Granulat z talerza: Skład %: 7 N, 11 P 2 O 5, 13 K 2 O, 6 MgO, 26 SO 3 wytrzymałość na zgniatanie >60N/granulę 18

19 Opracowanie technologii innowacyjnych nawozów mineralnych wzbogaconych mikrobiologicznie (BIO-FERTIL) Termin realizacji: , Budżet: 15 mln zł. Konsorcjum: Instytut Ogrodnictwa (Lider), Instytut Nowych Syntez Chemicznych, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa, Instytut Agrofizyki PAN, Grupa Azoty ZAP. Kierownik projektu: dr hab. Lidia Sas-Paszt, prof. IO Cele projektu: Wytworzenie nawozów mineralnych zawierających pożyteczne mikroorganizmy oraz substancje humusowe poprawiające parametry biofizykochemiczne gleb. Rola INS: Opracowanie sposobu wprowadzania mikroorganizmów do masy nawozów w sposób zapewniający ich wysoką przeżywalność, Wytworzenie partii próbnych bionawozów do badań laboratoryjnych oraz badań rolniczych, Opracowanie projektu procesowego produkcji bionawozów dla Grupy Azoty.

20 Mocznik (ZA Puławy) Polifoska 6 (ZCh Police) Super FosDar 40 (GA Fosfory ) Pożyteczne mikroorganizmy glebowe (bakterie rizosferyczne, grzyby saprofityczne, drożdże, promieniowce, pierwotniaki, nicienie) zostaną wytypowane z SYMBIO Banku (IO Skierniewice), Jako nośnik oraz biostymulator będą stosowane kwasy humusowe produkowane z krajowego węgla brunatnego, Planowane jest także zastosowanie dodatków i technologii poprawiających przeżywalność mikroorganizmów w gotowym produkcie.

21 Przewidywane korzyści z realizacji projektu: Wzrost plonowania roślin o 20%; Zmniejszenie zużycia nawozów mineralnych o ok % poprzez zwiększenie efektywności; Zwiększenie żyzności gleby, połączone z intensyfikacją życia biologicznego w glebie; Ochrona środowiska naturalnego i zdrowia ludzkiego poprzez organicznie emisji zanieczyszczeń chemicznych do gleby, wody i powietrza o 30%; Zwiększenie o 10% podaży rynkowej nawozów mikrobiologicznych przeznaczonych do produkcji rolnej; Obniżenie kosztów produkcji rolnej; Wzrost konkurencyjności polskich producentów nawozów na rynku europejskim i światowym.

22 Innovative bio-based fertilisers from a sustainable technology supported by on-line feedstock database: A solution to implement circular bioeconomy in agriculture Acronym: Bio-Based TOPIC: BBI 2017.D4: INNOVATIVE BIO-BASED FERTILISING PRODUCTS TO INCREASE THE SUSTAINABILITY OF FERTILISING PRACTICES IN AGRICULTURE Biomass-Based Micronutrient Fertilisers (BBMF) Protein Hydrolysate-Based Fertilisers (PHBF) Animal Faeces -Based Fertilisers (AFBF) Slaughter By-Products-Based Fertilisers (SBBF)

23 Konsorcjum: WUST, POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Poland, ALBI, ARMINES ECOLE DES MINES ALBI,France, NTUA, NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF ATHENS, Greece, LUKE, NATURAL RESOURCES INSTITUTE, Finland, GA ZAK, GRUPA AZOTY ZAK, Poland, AGROKNOW, AGROKNOW IKE, Greece INS, NEW CHEMICAL SYNTHESES INSTITUTE, Poland, ETIA, ÉVALUATIONTECHNOLOGIQUE INGÉNIERIE & APPLICATIONS S.A., France, ADBA, ANAEROBIC DIGESTION AND BIORESOURCES ASSOCIATION LTD, UK, BBIA, BIO-BASED AND BIODEGRADABLE INDUSTRIES ASSOCIATION LTD, UK, PRA, PRAYON S.A., Belgium.

24

25 Badania nad ograniczeniem gazowych strat amoniaku z nawozów mineralnych zawierających azot amidowy

26 Cel badań Potwierdzenie skuteczności inhibitorów ureazy z nowymi nawozami zawierającymi azot amidowy Propozycja składów nawozów z inhibitorami urazy dla naszych partnerów z przemysłu Wdrożenie opracowanych rozwiązań do produkcji

27 Przebadane nawozy azotowe i inhibitory Nawozy: Mocznik (Pulrea) RSM RSMS Pulaska Saletromocznik USP Testy strat gazowych zostały przeprowadzone w laboratoryjnej instalacji do pomiarów strat gazowych Stosowane inhibitory: 2-NPT NBPT ATS ATS + APP

28 Planowane prace Dalsze prace badawcze przy użyciu instalacji laboratoryjne w celu sprecyzowania ilości substancji modyfikującej. Wytworzenie w skali półtechnicznej nawozów o sprecyzowanym w skali laboratoryjnej składzie. Przeprowadzenie 2-3 letnich prób polowych (w toku)

29 Opracowanie technologii wytwarzania granulowanej mechanicznie saletry amonowej o zawartości azotu min. 33% dla warunków Grupa Azoty Zakłady Azotowe Kędzierzyn S.A. Celem umowy jest opracowanie technologii wytwarzania granulowanej mechanicznie saletry amonowej o zawartości azotu min. 33%, a najkorzystniej 33,5%, na istniejącej instalacji produkcyjnej nawozów saletrzanych w Grupie Azoty Zakłady Azotowe Kędzierzyn S.A., możliwej do wdrożenia i komercyjnej eksploatacji w instalacjach produkcyjnych obu Zamawiających w Kędzierzynie i w Puławach.

30 Zakres pracy badawczej Badania podstawowe ocena wpływu wypełniaczy i dodatków na bezpieczeństwo wytwarzania nawozowej saletry amonowej. Badania laboratoryjne nad określeniem wpływu poszczególnych dodatków na własności fizykochemiczne saletry amonowej wytwarzanej w warunkach laboratoryjnych. Badania półtechniczne wytwarzania granulowanej mechanicznie saletry amonowej o zawartości azotu 33,5% w skali półtechnicznej. Próby przemysłowe wytwarzania granulowanej mechanicznie saletry o zawartości azotu min. 33% na bazie stopu azotanu amonu oraz dodatkowych surowców. 30

31 Badania nad wprowadzeniem mikroelementów do nawozów w postaci związków nieorganicznych cynku, manganu, żelaza, miedzi i molibdenu oraz nad wprowadzeniem mikroelementów do nawozów w postaci chelatów cynku, manganu, żelaza i miedzi Celem pracy było określenia możliwości wprowadzenia mikroelementów w postaci związków nieorganicznych oraz w postaci wybranych chelatów mikroelementów, do nawozów typu CAN, wytwarzanych według technologii stosowanej od lat w GA ZAK S.A. Podejmując się wykonania niniejszego zadania zakładano, że wprowadzenie nowych składników do nawozów saletrzanych nie powinno spowodować znaczącego pogorszenia ich jakości, a także nie powinno znacznie zwiększyć zagrożenia bezpieczeństwa ich wytwarzania.

32 Badania możliwości uruchomienia w ZAK produkcji nawozów wieloskładnikowych o wysokiej zawartości azotu na bazie azotanu amonu Celem pracy było określenie możliwości zapełnienia niszy na krajowym rynku nawozowym w zakresie, tak zwanych, nawozów wiosennych (o zawartości azotu powyżej 12 %) oraz zapełnienie niszy w zakresie, tak zwanych, wysoko azotowych nawozów wieloskładnikowych (o zawartości powyżej 20 % N). Przeprowadzone badania wykazały, że wykorzystując azotan amonu oraz inne surowce, półprodukty i produkty dostępne w Grupie Azoty można wytwarzać nawozy wieloskładnikowe o wysokiej zawartości azotu. Część asortymentu takich nawozów mogłyby wytwarzać GA ZAK S.A. przy wykorzystaniu fosforanów amonu z GA ZCh Police S.A.

33 Przeprowadzenie testów porównawczych produkcji nawozów NPK i NS z wykorzystaniem stężonego roztworu mocznika W pracy przedstawiono wyniki realizacji testów oraz ocenę wpływu wprowadzenia części mocznika w formie roztworu wodnego do węzła granulacji na proces wytwarzania nawozów NPK oraz Polifoska 21. Testy granulacji wymienionych nawozów przeprowadzono w 4 wariantach. Pierwszy wariant polegał na granulacji surowców nawozowych w odpowiednich proporcjach w formie mieszanki sypkiej przy użyciu roztworu kwasu siarkowego, gazowego amoniaku oraz wody technologicznej. Pozostałe warianty polegały na wprowadzeniu dodatkowo do procesu granulacji części mocznika w formie roztworu wodnego (odpowiednio 30, 50 i 70% mas. całkowitej ilości mocznika w formie roztworu).

34 Realizacja testów granulacji siarczanu żelaza (II) pod nazwami handlowymi Fespol 14 oraz Fespol 28 W pracy przedstawiono wyniki testów granulacji siarczanu żelaza (II) przeprowadzonych metodami ciśnieniowymi przy użyciu prasy stemplowej i kompaktora oraz metodami bezciśnieniowymi w talerzu granulacyjnym i bębnie granulacyjnym. Ponadto przedstawiono charakterystykę fizykochemiczną produktów wejściowych Fespol 14 i Fespol 28 oraz opracowano schemat ideowy procesu granulacji wraz z propozycją rozwiązań aparaturowych ciągu technologicznego.

35 Badania nad granulacja mechaniczną bentonitów Przedmiotem całej pracy jest przeprowadzenie badań nad granulacją bentonitów w skali laboratoryjnej i ½ technicznej oraz opracowanie części technologicznej projektu procesowego granulacji bentonitów.