8/22/2019 high nitrogen mixed fertilizer

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3 , 1 1 9 , 6 8 1 3a n . 2 8 , 1964 J . P . KEALY ETALHIGH NITROGEN COMPLETE MIXED EEETILIZERS

Filed March 1 0 , 1960m m

R M J O O Qm .L \m \ m

m m mL o j o mm i k o1

8/22/2019 high nitrogen mixed fertilizer

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U n i t e d S t a t e s P a t e n t Ol

3 , 1 1 9 , 6 8 3HIGH NITROGEN COMPLETE MIXEDFERTILIZERS` l o s e p h l . K e a l y a n d K l a u s H. E g g e r s , C a l u m e t C i t y , I l l . ,a s s i g n o r s t o S w i f t & Company, C h i c a g o , l l l . , a c o r p or a t i o n o f I l l i n o i sF i l e d M a r . 1 0 , 1 9 6 0 , S e r . No. 1 4 , 1 2 6S C l a i m s . ( C l . 71-29)The p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s i n g e n e r a l t o p r e p a r a t i o no f a mixed f e r t i l i z e r p r o d u c t c o n t a i n i n g u r e a - f o r m a l d eh y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s . More s p e c i f i c a l l y , t h e i nv e n t i o n i s d i r e c t e d t o a p r o c e s s f o r p r e p a r i n g f r e e - f l o w i n gmixed f e r t i l i z e r s c o n t a i n i n g u r e a f o r m u n d e r c o n d i t i o n ss u c h t h a t a n i m p r o v e d p r o d u c t w i t h h i g h a v a i l a b l e n i t r o

gen c o n t e n t i s f o r m e d .l t i s t h e a i m o f most f e r t i l i z e r m a n u f a c t u r e r s t o prod u c e a m i x t u r e o f f e r t i l i z e r m a t e r i a l s h a v i n g l a r g e amountso f n i t r o g e n i n a g r o n o m i c a l l y a v a i l a b l e f o r m . To h i s e n d ,p h o s p h a t i c m a t e r i a l s , s u c h a s s u p e r p h o s p h a t e a n d t r i p l es u p e r p h o s p h a t e , a r e o f t e n t r e a t e d w i t h ammoniacal s u bs t a n c e s , s u c h a s anhydrous ammonia, aqua ammoni, s ol u t i o n s o f urea a n d o f ammonium i t r a t e , e t c . S u ch amm o n i a t i o n i n c r e a s e s t h e n i t r o g e n c o n t e n t o f t h e p h o s p h a t e s .C e r t a i n s a l t s w h i c h c o n t a i n n i t r o g e n i n a n a g r o n o m i c a l l ya v a i l a b l e form c a n be added t o , o r produced i n , s u p e rphosphate m i x t u r e s . P a r t i c u l a r l y s u i t a b l e a s a s o u r c e o fn i t r o g e n i n f e r t i l i z e r mixtures-either a l o n e o r i n c onj u n c t i o n w i t h o t h e r n i t r o g e n - s u p p l e m e n ti n g m a t e r i a l s - i st h e c l a s s o f r e s i n o u s m a t e r i a l s known, i n t e r c h a n g e a b l y , a s u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s , u r e a f o r m , o r w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e p o l y m e r s . T h e s et e r m s a p p l y t o t h e a c i d c a t a l y z e d r e a c t i o n p r o d u c t o f u r e aa nd formaldehyde having a m o l a t i o o f urea t o formaldehyde o f a t l e a s t l t o l . Th e p r o d u c t c o n t a i n s n i tr o g e n i na w a t e r - i n s o l u b l e b u t s l o w l y a v a i l a b l e f o r m ; and i s t h e r ef o r e n o t l e a c h e d o u t i n t h e s o i l i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g a pp l i c a t i o n t o g r o w i n g p l a n t s . A u r t h e r a d v a n t a g e o u s f e at u r e o f t h e w a t e r - i n s o l u b l e ureaform polymer a s a n i t r o g e ns o u r c e i n f e r t i l i z e r m i x t u r e s i s i n t h e f a c t t h a t i t shows not e n d e n c y t o b u r n p l a n t l e a v e s t h r o u g h p l a s m o l y s i s . Ma nyo f t h e c o m m o n l y used f e r t i l i z e r s a l t s e f f e c t a burn o r d i sc o l o r a t i o n a n d a d e b i l i t a t i o n o f p l a n t s w hen a p p l i e d t h e r et o . A i s c u s s i o n o f which c h e m i c a l s o u r c e s o f n i t r o g e nc a u s e p l a s m o l y s i s w i l l b e f o u n d i n U n i t e d S t a t e s P a t e n tNo. 2 , 8 2 7 , 3 6 8 , E v e r e t t N. Mortenson e t a l . i s s u e d M a r c h1 8 , 1 9 5 8 , e n t i t l e d N o n - B u r n i n g P l a n t F e r t i l i z e r . A c o m m o n l y e m p l o y e d p r o c e d u r e f o r m a n u f a c t u r i n gf e r t i l i z e r c o n t a i n i n g ureaform h a s been t o f i r s t c o n d e n s et h e urea a n d f or ma l d e h yd e i n a n a qu e ous s o l u t i o n ( f o r example i n t h e m a n n e r d e t a i l e d by C l a r k e t a l . i n I n d . andE n g . C h e m . , v - o l . 4 0 , p . l , 1 7 - 8 ( 1 9 4 8 ) ) a n d s u b s e q u e n t l yadmix t h e r e s i n s o formed w i t h a d d i t i o n a l f e r t i l i z e r s o l i d s ,s u c h a s s u p e r p h o s p h a t e s ( u s u a l l y a m m o n i a t e d ) , p o t a s s i u mn i t r a t e , p o t a s s i u m s u l f a t e , ammonium n i t r a t e , p o t a s s i u mc h l o r i d e o r any o f t h e c o m m o n l y u t i l i z e d f e r t i l i z e r i n g r ed i e n t s .Another method f o r . i n c o r p o r a t i n g ureaform i n I a mixedc h e m i c a l f e r t i l i z e r i s t o form t h e p r o d u c t i n s i t u w h e nf o r m u l a t i n g t h e f e r t i l i z e r m i x t u r e , a n d p r e f e r a b l y a t t h et i m e w hen s u p e r p h o s p h a t e s a r e b e i n g a m - m o n ia t e d . I nt h i s p r o c e d u r e u r e a i s c h a r g e d i n t o a chamber c o n t a i n i n gs u p e r p h o s p h a t e s and a s o u r c e o f formaldehyde i s i n j e c t e di n t o t h e c h a m b e r . Th e a c i d i t y o f t h e p h o s p h a t i c s u b s t r a t eand t h e h e a t t h e r e i n i n i t i a t e s t h e u r e a - f o r m a l d e h y d e cond e n s a t i o n r e a c t i o n i n t h e m i x i n g c h a m b e r . The h e a t fromt h e e x o t h e r r n i c n e u t r a l i z a t i on r e a c t i o n which o c c u r s i f t h es u p e r p h o s p h l a t e s a r e s i m u l t a n e o u s l y l b e i n g y a m m o n i a t e da l s o a i d s c o n t i n u a t i o n o f t h e c o n d e n s a t i o n r e a c t i o n ( w h i c hi s e x o t h e r m i c i t s e l f ) . Wh e n f o r m i n g w a t e r - i n s o l u b l e u r e af o r m a l d e h y d e p o l y m e r s i n s i t u , t h e p H o f t h e s u b s t r a t e ,p r o d u c t t e m p e r a t u r e , and m o l r a t i o o f u r e a t o f o r m a l d e

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3 , 1 1 9 , 6 8 3P a t e n t e d J a n . 2 8 , 1964n r 'ICC2h y d e d i c t a t e t h e q u a l i t y o f t h e p o l y m e r f o r m e d w i t h r es p e c t t o i t s n i t r o g e n a v a i l a b i l i t y a n d , t h e r e f o r e , i t s a g r onomic u s e f u l n e s s . Th e i m p o r t a n c e o f t h e s e v a r i a b l e s a n d

t h e i r i n t e r r e l a t i o n s h i p a r e d i s c l o s e d and e x p l a i n e d i n U . S .P a t e n t N o . 2 , 9 5 5 , 9 3 0 , i s s u e d O c t o b e r 1 1 , 1 9 6 0 , t o J o s e p hP . K e a l y , t h e d i s c l o s u r e o f w h i c h i s i n c o r p o r a t ed h e r e i nb y r e f e r e n c e .One p r o b l e m t h a t a r i s e s when p r e p a r i n g t h e u r e a - f o r ma l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s i n s i t u by s p r a y i n g asource of f or ma l d e h yd e i n t o a phosphatic s u b s t r a t e cont a i n i n g u r e a i s t h e l a r g e amount o f f r e e u r e a r e m a i n i n g i nt h e f i n i s h e d p r o d u c t - o f t e n above 1 0 % o f t h e t o t a l u r e a .Uncondensed, o r f r e e , u r e a t e n d s t o burn l e a f y p l a n t sw h e n a p p l i e d t h e r e t o . I n t h i s r e g a r d w e have found t h a tn o m o r e than about 10% of t h e t o t a l urea should b e u ncondensed. F r e e urea a l s o p r o v i d e s urea i n a s o l u b l e f o r mr a t h e r t h a n t h e d e s i r a b l e W a t e r - i n s o l u b l e b u t s l o w l ya v a i l a b l e f o r m . l n t h i s form t h e u r e a n i t r o - g e n i s r e a d i l yl e a c h a b l e , and s o m e n i t r o - g e n m a y b e l o s t from t h e f e r t il i z e r by l i b e r a t i o n o f ammonia. A u r t h e r d i s a d v a n t a g eo f l a r g e a mounts o f f r e e urea s i n t h e f a c t t h a t i t i s i n d i c at i v e t h a t t h e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n h a s n o t b e e na t t h e mol r a t i o c h o s e n w i t h t h e r e s u l t t h a t , o t h e r v a r i ab l e s ( s u c h a s pH nd t e m p e r a t u r e ) b e i n g c o n s t a n t , u r e aform w i l l b e p r e p a r e d whose a v a i l a b i l i t y i n d e x i s l e s s t h a nt h a t s o u g h t . Th e p r e s e n c e o f f r e e u r e a i s due t o t h e f a c tt h a t t h e urea m u s t be i n aqueous s o l u t i o n t o r e a c t witht h e formaldehyde and s u f f i c i e n t w a t e r i s n o t a v a i l a b l e i nt h e s y s t e m ( i f a d r y mixed f e r t i l i z e r i s t o be p r e p a r e d )t o p u t t h e u r e a i n s o l u t i o n . I t i s n o t c o n s i d e r e d p r a c t i c a b l et o a d d a urea s o l u t i o n per s e t o t h e s o l i d s because a highlys a t u r a t e d s o l u t i o n must b e k e p t a t e x c e e d i n g l y h i g h temp e r a t u r e s t o p r e v e n t t h e u r e a c r y s t a l l i z i n g o u t o f s o l u t i o n .Th e a d d e d h e a t t o g e t h e r w i t h h e a t s o f r e a c t i o n makes p r od u c t i o n o f a f e r t i l i z e r p r o d u c t c o n t a i n i n g u r e a f o r m o fh i g h a v a i l a b i l i t y i n d e x d i f f i c u l t . S i n c e one o f t h e d i f f i c u lt i e s i n p r o d u c i n g h i g h a v a i l a b i l i t y i n d e x u r e a f o r m i n t h ep r e s e n c e o f a p h o s p h a t i c s u b s t r a t e i s t h e problem o f h e a tr e m o v a l , i t i s a p p a r e n t t h a t a s y s t e m where h e a t i s addedi s n o t d e s i r a b l e . A e s s s a t u r a t e d u r e a s o l u t i o n need n o tb e i n t r o d u c e d a t t h e v e r y h i g h t e mp e r a t u r es r e q u i r e d i nt h e h i g h l y c o n c e n t r a t e d s o l u t i o n s , b u t t h e i n c r e a s e da mounts o f water c a u s e formation o f an u n d e s i r a b l e t h i c ks l u r r y r a t h e r t h a n a f i n a l d r y d i s c r e t e m i x t u r e . F u r t h e rm o r e , s e p a r a t e i n j e c t i o n o f l i q u i d u r e a a n d f o r m a l d e h y d ed o e s n o t p r o d u c e i n t i m a t e m i x i n g and r e a c t - i o n betweent h e components; s o m e o f t h e urea w i l l s a l t out a n d a g a i nt h e problem o f u n d e s i r a b l e amounts o f f r e e u r e a o c c u r s .An o b j e c t o f o u r i n v e n t i o n i s t o e l i m i n a t e t h e abovem e n t i o n e d p r o b l e m s b y p r o v i d i n g a n i m p r o v e d m e t h o df o r i n t r o d u c i n g u r e a and formaldehyde i n t o s o l i d f e r t i l i z e ri n g r e d i e n t s s u c h t h a t o n l y s m a l l amounts o f f r e e u r e a( a b o u t 1 0 % o r l e s s o f t h e t o t a l u r e a ) remain i n t h e r es u l t a n t f e r t i l i z e r m i x t u r e and l a r g e amounts o f u r e a f o r mo f h i g h a v a i l a b i l i t y i n d e x a r e f o r m e d .An d d i t i o n a l o b j e c t o f our i n v e n t i o n i s t o p r o v i d e am e t h o d whereby a g r e a t e r p e r c e n t a g e o f t h e urea i s cond e n s e d t h a n i s g e n e r a l l y p o s s i b l e w i t h p r e s e n t p r o c e s s e st h a t p r e p a r e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s i ns i t u .S t i l l a n o t h e r o b j e c t o f our i n v e n t i o n i s t o p r o v i d e am e t h o d w h e r e b y t h e c u r i n g t i m e r e q u i r e d t o p o l y m e r i z et h e u r e a - f o r m a l d e h y d e r e a c t i o n p r o d u c t s t o t h e d e s i r a b l ew a t e r - i n s o l u b l e r e s i n o u s form can be s u b s t a n t i a l l y reducedw h i l e m a i n t a i n i n g a n a v a i l a b i l i t y i n d e x o f t h e w a t e r - i n s o l ub l e r e s i n o f a t l e a s t a b o u t 4 0 .As has been mentioned ( a n d a s - i s d i s c u s s e d m o r et h o r o u g h l y i n t h e a f o r e m e n t i o n e d P a t e n t No. 2 , 9 5 5 , 9 3 0 ) ,t h e t e m p e r a t u r e o f t h e f e r t i l i z e r m i x t u r e c o n t a i n i n g u r e aform i s an i m p o r t a n t f a c t o r i n p r o d u c i n g an a g r o n o mi c a l l y u s e f u l p r o d u c t . Th e f i r s t 2 4 h o u r s c u r e a f t e r f o rm u l a t i o n o f t h e mixed f e r t i l i z e r i s t h e most r i t i c a l p e r i o d

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3 , 1 1 9 , 6 8 33s i n c e t h e r i s e i n f e r t i l i z e r p i l e t e m p e r a t u r e d u r i n g t h a tp e r i o d i s r a p i d a n d s u b s t a n t i a l , l e v e l i n g o i f a f t e r t h e i i r s td a y i n s t o r a g e . I t i s i m p o r t a n t t h a t t h e p i l e t e m p e r a t u r ea f t e r t h e c r i t i c a l 2 4 - h o u r p e r i o d b e no h i g h e r t h a n a b o u t1 6 4 F . a n d t h i s t e m p e r a t u r e i s s a f e o n l y i f h i g h pH n du r e a t o f o r m a l d e h y d e m o l r a t i o a r e u s e d . I f t h e pH ft h e mixture i s o n t h e lo w er e nd of t h e r a n g e 3 . 0 t o 6 . 5and/or t h e u r e a t o formaldehyde r a t i o i s c l o s e r t o e q u imolar t h a n t h e up t o 2 . 7 5 t o 1 r a t i o t h a t i s p r a c t i c a b l e ,t h e t e m p e r a t u r e o f t h e p i l e a f t e r t h e f i r s t 2 4 h o u r s m a yhave t o b e s u b s t a n t i a l l y l e s s t h a n 1 6 4 F . , and a s l ow a sa b o u t 7 5 F . i n o r d e r t o p r o d u c e a g r o n o m i c a l l y u s e f u lu r e a f o r m n i t r o g e n o f a v a i l a b i l i t y i n d e x no l e s s t h a n a b o u t4 0 .

Th e p r o b l e m o f c o n t r o l l i n g t e m p e r a t u r e b e c o m e s mor ea c u t e a s g r e a t e r a m o u n t s o f u r e a f or m n i t r o g e n are prep a r e d i n a f e r t i l i z e r s u b s t r a t e t o produce e r t i l i z e r p r o d u c t sh a v i n g l a r g e p e r c e n t a g e s o f n i t r o g e n . T h i s i s d u e t o t h ee x o t h e r m i c n a t u r e o f t h e c o n d e n s a t i o n r e a c t i o n betweenu r e a and f o r m a l d e h y d e .S i n c e t e m p e r a t u r e c o n t r o l i s e x t r e m e l y i m p o r t a n t , i tw i l l b e a p p r e c i a t e d t h a t a method whereby t e m p e r a t u r ec o u l d b e c o n t r o l l e d p r i o r t o e n t r y o f t h e f e r t i l i z e r p r o d u c ti n t o s t o r a g e ( t h e c u r e p e r i o d ) would b e a d e s i r a b l ea d v a n c e i n t h e f e r t i l i z e r m a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y . T h i swould e l i m i n a t e t h e n e c e s s i t y f o r a d j u s t i n g t h e t e m p e r at u r e o f t h e p r o d u c t s u c h a s by p h y s i c a l l y moving t h e p i l ewh i c h o f t e n a mounts t o 1 00-500 t o n s o f p r o d u c t . MOVi n g s u c h a mass o f p r o d u c t n e c e s s a r i l y i n v o l v e s e x p e n d it u r e o f time an d l a b o r , a n d n e c e s s i t a t e s e x t r a space r eq u i r e m e n t s . A n a d d i t i o n a l , a n d p r i n c i p a l , o b j e c t o f o u ri n v e n t i o n i s t o p r o v i d e s u c h a t e m p e r a t u r e c o n t r o l . Ou rt e m p e r a t u r e c o n t r o l a l l o w s f o r c o n t i n u o u s p r o c e s s i n gs i n c e t h e r e i s n o ne e d t o rehandle o r o t h e r w i s e r e m o v eh e a t from t h e f i n i s h e d m i x e d f e r t i l i z e r once i t h a s e x i t e dt h e b a t c h o r c o n t i n u o u s s y s t e m e q u i p m e n t . I t a l s o p r o

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3 , 1 1 9 , 6 8 3h e l d a t t h e r e a c t i o n t e m p e r a t u r e ( l 8 0 - 2 3 0 F . w i t ha n 8 2 . 5% u r e a s o l u t i o n mixed w i t h U F ~ 8 5 t o p r o v i d ea 1 . 9 U/F m o l r a t i o ) f o r a b o u t 45 m i n u t e s t o an hourb e f o r e e x c e s s i v e p r e c i p i t a t i o n o f w a t e r - i n s o l u b l e r e s i np r e v e n t s pumping o f t h e s o l u t i o n . Th e u r e a - f o r m s o l ut i o n can be c o o l e d a nd h e l d f o r an a d d i t i o n a l p e r i o d o ft i m e w i t h o u t e n c o u n t e r i n g e x c e s s i v e w a t e r - i n s o l u b l e r e s i nf o r m a t i o n . T h i s a d d i t i o n a l h o l d i n g p e r i o d d e p e n d s u p o nc o n c e n t r a t i on , r e a c t i o n t e m p e r a t u r e , a n d h ow l o n g t h em i x t u r e i s h e l d a t t h e r e a c t i o n t e m p e r a t u r e b e f o r e c o o li n g . I n c e r t a i n c a s e s i t i s p o s s i b l e t o h o l d t h e s o l u t i o nf o r an hour or more. G e n e r a l l y i t i s p o s s i b l e t o holdt h e s o l u t i o n f o r a l o n g e r p e r i o d i f i t i s c o o l e d s u b s t a n t i a ll y i m m e d i a t e l y a f t e r t h e 3 0 - 6 0 s e c o n d r e a c t i o n p e r i o d .I t i s a l s o g e n e r a l l y p o s s i b l e t o c o o l t h e s o l u t i on t o l o w e rt e m p e r a t u r e s i f t h e i n i t i a l u r e a - f o r m a l d e h y d e r e a c t i o n temp e r a t u r e i s on t h e l o w e r end o f t h e 1 7 0 - 2 5 0 F . r a n g e ,e . g . 1 7T-21 0 F . , and i f c o o l i n g i s c a r r i e d o u t s u b s t a nt i a l l y i m m e d i a t e l y a f t e r t h e r e a c t i o n p e r i o d. F o r e x a m p l e ,a urea-form s o l u t i o n h a v i n g a r e a c t i o n t e m p e r a t u r e belowa b o u t 200 F . can - b e c o o l e d below a b o u t 3 0 F . b e f o r ew a t e r - i n s o l u b l e r e s i n f o r m a t i o n o c c u r s ; w h e r e a s , i f t h er e a c t i o n t e m p e r a t u r e i s 220-250 F . t h e s o l u t i o n cann o t be c o o l e d m u c h below 1 0 0 F .T a b l e I g i v e s i l l u s t r a t i v e h o l d i n g t i m e s f o r an 82.5%u r e a s o l u t i o n mixed w i t h U F - 8 5 i n p r o p o r t i o n s s u c h t h a ta 1 . 9 U/F m o l r a t i o r e s u l t s .

TABLEU - F R e a c t i o n C o o l i n g C o n d it i o n s Condition o f M i xA f t e r Holding f o r T i m eMi x T e m p . , T i m e , C o o l e d H o l d i n g I n d i c a t e dn F . M i n . t o F . T i m e ,M i n.

1 ______ __ Viscousbutpumpable.1.5.... _ DoF r o ze s o l i d as u r c ac r y s t a l l i z e d o u t .2 0 sc c_ __ Urea r ysta l l i z e d out.. 7 5 . . . . _ C l e a r watery i q u i d ..5 _____ _ Liquid.20 sec_ _ Do35 s ec_ __ Do.5 0 s e c - __ Do.6 C l e a r w a t e r y l i q u i d .D o .Do.L i q u i d .C l o u d y l i q u i d .L i q u i d .V i s c o u s b u t p u m p a b l e .C l o u d y l i q u i d .

o.Vi s c o u s b u t pumpablco.

o.C l o u d y u i d .V i s c o u s b u t p u m p a b l c ._ Cloudy i qui d .L i q u i d ._ Pumpable (cloudy).i q u i d .C l e a r i i u i d .10_________ . 4195-200 ______ _ 30 sec- __ 24hours.

Th e u r e a - f o r m s o l u t i o n s h o u l d b e i n t r o d u c e d t o t h ef e r t i l i z e r s o l i d s b e f o r e w a t e r - i n s o l u b l e r e s i n f o r m a t i o n o cc u r s t h e r e i n a nd b e f o r e i t b e c o m e s t o o v i s c o u s t o p u m p .Th e f o r e g o i n g t a b l e w i l l s e r v e a s a p a r t i a l g u i d e a s t o holdup t i m e s p r i o r t o i n t r o d u c t i o n t o t h e a c i d i c f e r t i l i z e rs o l i d s . A m a x i m u m h o l d - u p t i m e from p r e p a r a t i o n o ft h e u r e a - f o r m s o l u t i o n t o e n t r y t h e r e o f i n t o t h e f e r t i l i z e rs o l i d s o f a b o u t 2 0 m i n u t e s i s p r e f e r r e d . At l o w e r temp e r a t u r e s and mo l r a t i o s an d c o n c e n t r a t i o n s t h a t a r en o t s e v e r e , t h e h o l d - u p t i m e can be i n c r e a s e d s u b s t a nt i a l l y , f o r example a t 1 2 0 F . s o l i d ureaform d o e s n o tb e g i n t o a p p e a r i n t h e s o l u t i o n f o r a b o u t 2 - 4 h o u r s .F r o m t h e a b o v e d e s c r i p t i o n o f t h e u r e a - f o r m s o l u t i o nand i t s method o f p r e p a r a t i o n , i t w i l l b e a p p a r e n t t h a tb a t c h e s o f t h e s o l u t i o n can be p r e p a r e d ` a n d h e l d f o r ap e r i o d o f t i m e , o r , a l t e r n a t i v e l y a n d p r e f e r a b l y , t h e u r e aform s o l u t i o n c a n b e p r e p a r e d c o n t i n u o u s l y a s n e e d e d

15

20

50

60

6 5

7 0

6and s u b s t a n t i a l l y i m m e d i a t e l y m e t e r e d i n t o a f e r t i l i z e rmixer ( b a t c h o r c o n t i n u o u s s y s t e m ) i n t h e amount r eq u i r e d t o p r o d u c e t h e ` d e s i r e d : a m o u n t o f u r e a f o r m n i t r og e n i n t h e f i n i s h e d mixed f e r t i l i z e r . Those s k i l l e d i n t h ea r t w i l l s e e t h a t i t i s s u b s t a n t i a l l y m o r e p r a c t i c a l froma n o p e r a t i o n a l s t a n d p o i n t t o p r e p a r e t h e u r e a - f o r m s o l ut i o n c o n t i n u o u s l y a s n e e d e d and i n t r o d u c e i t s u b s t a n t i a l l yi m m e d i a t e l y t o t h e a c i d i c s u b s t r a t e . For e x a m p l e , b yo p e r a t i n g c o n t i n u o u s l y , i f a s t o pp a g e s h o u l d o c c u r i np r o d u c t i o n , h o l d - u p t i m e a n d t h e p o s s i b i l i t y o f f o r m i n ga n unpumpable s o l u t i o n whose e a c t a n t s h a v e p o l y m e r i z e dt o t h e w a t e r - in s o l u b l e r e s i n i s n o t a p r o b l e m .Th e f o r m a l d e h y d e s o u r c e i s p r e f e r a b l y a c o n c e n t r a t e dm e t h y l o l u r e a s o l u t i o n h a v i n g a mo l r a t i o o f f o r m a l d ehyde t o u r e a s u b s t a n t i a l l y g r e a t e r t h a n 1 - t o 1 . Examplesa r e t h e c o m m e r c i a l l y l a v a i l a b l e p r o d u c t c o n t a i n i n g a pp r o x i m a t e l y 2 4% u r e a , 61% f o r m a l d e h y d e a n d 15%w a t e r known u n d e r t h e t r a d e d e s i g n a t i o n UF-85, anda p r o d u c t c o n t a i n i n g a b o u t 2 0 % u r e a , 5 1 % f o r m a l d ehyde a n d 2 9 % w a t e r known u n d e r t h e t r a d e d e s i g n a t i o n U F - 7 l . Other formaldehyde s o u r c e s can be usedp r o v i d e d i t i s p o s s i b l e t o p r o d u c e t h e r e w i t h a s o l u t i o n o fu r e a and l f o r m a l d e h y d e r e a c t i o n p r o d u c t s i n t h e m o lr a t i o o f 1 . 0 - 2 . 7 5 mols u r e a t o 1 m ol f o r m a l d e h y d e , s a i ds o l u t i o n c o n t a i n i n g no m o r e than about 25% a t e r .By f o l l o w i n g o u r p r o c e d u r e f o r i n c o r p o r a t i n g u r e a a n dy f o r m a l d e h y d e i n s u b s t a n t i a l l y d r y f e r t i l i z e r s o l i d s , i t i s a l s op o s s i b l e t o c o n t r o l t h e t e m p e r a t u r e o f t h e mixed f e r t i l i z e rp r o d u c t s o t h a t i t w i l l e x i t from t h e f e r t i l i z e r mixer a t as u f f i c i e n t l y l o w t e m p e r a t u r e t h a t a d j u s t m e n t o f t e m p e r at u r e d u r i n g o r a f t e r t h e c r u c i a l t e m p e r a t u r e r i s e p e r i o d( t h e f i r s t 2 4 h o u r s o f s t o r a g e ) i s n o t r e q u i r e d t o o b t a i na p r o d u c t c o n t a i n i n g e x t r e m e l y l a r g e amounts o f u r e a f o r mn i t r o g e n o f h i g h a v a i l a b i l i t y i n d e x , i e . n o t l e s s t h a n 4 0 .We have found t h a t h e a t c a n e f f e c t i v e l y b e removedfrom t h e mixed f e r t i l i z e r p r o d u c t by r e m o v i n g i t fromt h e u r e a - f o r m s o l u t i o n c o n t a i n i n g t h e u n p o l y m e n i z e du r e a and f o r m a l d e h y d e r e a c t i o n p r o d u c t s p r i o r - t o i n t r od u c i n g t h a t s o l u t i o n t o t h e f e r t i l i z e r s o l i d s s u b s t r a t e . Fore x a m p l e , i n p r e p a r i n g a 1 2 - 5 - 7 g r a d e f e r t i l i z e r h a v i n g1 0 . 5 u n i t s o f ureaform n i t r o g e n , a d r o p o f 5 F . i n t h es o l u t i o n t e m p e r a t u r e w i l l l o w e r t h e p r o d u c t t e m p e r a t u r ea b o u t 4 F . I n t h i s g r a d e o f p r o d u c t t h e r e i s a p p r o x im a t e l y 7 2 0 l b s . / t o n u r e a f o r m l i q u i d p e r 1 3 0 0 l b s . / t o ns o l i d s . I n a 16-8-4 g r a d e f e r t i l i z e r where t h e r e i s a b o u t94 0 l b s / t o n ureaform l i q u i d p e r 1 0 6 0 l b s / t o n s o l i d s , a5 F . t e m p e r a t u r e d r o p w i l l l o w e r 4 t h e p r o d u c t t e m p e r at u r e a b o u t 5 F .S i n c e t h e urea-form s o l u t i o n s a l t s o u t t o a t h i c k v i s c o u sm u s h a t 30-120 F . , depending on mo l r a t i o u s e d , te mp e r a t u r e a n d l e n g t h o f r e a c t i o n , i t i s n o t f e a s i b l e t o l o w e rt h e t e m p e r a t u r e o f t h i s s o l u t i o n below a b o u t t h a t t e r np e r a t u r e . H o w e v e r , wh e n t i s remembered t h a t e a c h d eg r e e F . o f heat taken out w i l l r e m o v e . 8 - l F . heat i n t h ef i n a l p r o d u c t a n d t h a t t h e s o l u t i o n t e m p e r a t u r e i s o r i g i na l l y about 170-250 F . o r mor e , i t i s s e e n t h a t a t l e a s ta b o u t 40-220 F . c a n be removed from t h e p r o d u c t i nt h i s f a s h i o n . T h i s w i l l amply c o m p e n s a t e f o r t h e 2 5 8 0 F . r i s e d u r i n g t h e r s t 2 4 h o u r s i n t h e s t o r a g e p i l e . ( I ts h o u l d b e n o t e d t h a t t h e e x p e c t e d t e m p e r a t u r e r i s e o f t h ep i l e i n t h e r s t 2 4 h o u r s v a r i e s d i r e c t l y w i t h t h e amounto f u r e a f o r m n i t r o g e n x e d i n t h e p r o d u c t . ) For e x a m p l e ,a p r o d u c t c o n t a i n i n g 1 0 . 5 u n i t s s o l i d u r e a f o r m n i t r o g e nw i l l r i s e a b o u t 4 0 5 0 F . ; a p r o d u c t c o n t a i n i n g 1 4 . 2 5u n i t s s o l i d u r e a f o r m p o l y m e r ( 1 6 - 8 - 4 g r a d e p r o d u c t ) w i l lr i s e a b o u t 6 0 8 0 F . We r e f e r t o c o o l t h e s o l u t i o ns u f i c i e n t l y t h a t p r o d u c t e n t e r s s t o r a g e a t 50-l00 F .C o o l i n g t h e s o l u t i o n t o a b o u t 1 0 0 F . w i l l n o r m a l l y b e

s u i i c i e n t .Heat c a n b e removed from t h e u r e a - f o r m s o l u t i o n bym e a n s o f a ny c o n v e n t i o n a l t y p e h e a t e x c h a n g e r , such a s as i m p l e c o n c e n t r i c p i p e t y p e u n i t w h e r e i n t h e f l u i d t o b ec o o l e d i s p a s s e d t h r o u g h o n e p i p e a n d c o o l a n t i s c i r c ul a t e d t h r o u g h t h e o t h e r . A l s o i l l u s t r a t i v e o f a t y p e o fh e a t e x c h a n g e r u s a b l e i n o u r method i s one k n o w n under

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3 , 1 1 9 , 6 8 3t h e t r a d e d e s i g n a t i o n H e l o f l o w We a v e f o u n d i t p r e fe r a b l e w h e n maximum c o o l i n g i s d e s i r e d t o u s e a heate x c h a n g e r h a v i n g a h i g h v e l o c i t y f l o w . Th e h i g h v e l o c i t yo w h e l p s t o p r e v e n t a ? i l m o f urea-form s o l u t i o n fromf o r m i n g on t h e h e a t e x c h a n g e r w a l l s . O b v i o u s l y , l mformation r e t a r d s heat t r a n s f e r . F o r example, w e h a v ef o u n d that a t a i l o w r a t e o f 7 f eet/minute a 2 3 0 F. solut i o n w i l l form f i l m s o f 1 , 5 5 t o 1 / s " and t h a t a f t e r t h r e eh o u r s r u n n i n g a t t h i s f l o w i t was i m p o s s i b l e t o c o o l t h es o l u t i o n below a b o u t 1 5 5 F . I t i s a l s o p r e f e r a b l e t oc o o l t h e urea-form s o l u t i o n a s soon a s p o s s i b l e a f t e r i ti s f o r m e d . Any u b s t a n t i a l h o l d i n g p e r i o d b e f o r e c o o l i n gp r o d u c e s a h i g h e r v i s c o s i t y . I t i s m o r e d i i c u l t t o c o o la v i s c o u s s o l u t i o n . I t i s a l s o d e s i r a b l e t h a t t h e heat exc h a n g e r u s e d be o f a t y p e t h a t w i l l a l l o w a l l v ol umes o ft h e e x c h a n g e r t o b e p o s i t i v e l y d i s p l a c e d by n e w i n c r e m e n t so f f l o w o f u r e a - f o r m s o l u t i o n o r - w h e n washing ou t-ofwate r .

I t i s p o s s i b l e t h a t i t w o u l d n o t be n e c e s s a r y t o r e m o v eh e a t from t h e urea-form s o l u t i o n i n o r d e r t o c a u s e t h ef e r t i l i z e r product t o e n t e r s t o r a g e a t a temperature s u f f ic i e n t l y l o w t h a t t h e t e m p e r a t u r e r i s e w i l l n o t r a i s e t h ep r o d u c t t e m p e r a t u r e a b o v e t h e s a f e s t o r a g e t e m p e r a t u r ew h i c h , w h e n c o r r e l a t e d w i t h mol r a t i o a n d pH i l l i n s u r ea f e r t i l i z e r c o n t a i n i n g s o l i d u r e a f o r m polymer h a v i n g n o tl e s s t h a n 40 A . I . F a c t o r s which have a b e a r i n g u p o n t h ep r o d u c t s t o r a g e e n t r y t e m p e r a t u r e a r e : ( 1 ) o u t s i d e temp e r a t u r e ; ( 2 ) t h e c o o l i n g c a p a c i t y o f t h e s y s t e m ( L e . b a t c hv s . c o n t i n u o u s , c o n t i n u o u s s y s t e m s r e m o v i n g a b o u t5 0 7 5 F . from t h e p r o d u c t d u r i n g t h e d r y i n g and c o o li n g p h a s e s o f t h e s y s t e m ) ; ( 3 ) t h e r e a c t i o n t e m p e r a t u r e sw i t h i n t h e f e r t i l i z e r m i x e r ( i e . ammoniation f c a r r i e d o u t ,a n d t h e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n r e a c t i o n ) , ( 4 )t h e t e m p e r a t u r e o f t h e u r e a - f o r m s o l u t i o n c o n t a i n i n g t h eu n p o l y m e r i z e d u r e a a n d f o r m a l d e h y d e r e a c t i o n p r o d u c t s ,and ( 5 ) t h e amount o f ureaform n i t r o g e n t o b e i n c o r p or a t e d by t h i s method i n t o t h e f i n a l p r o d u c t , I t m a y W e l lb e t h a t t h e c o n d i t i o n s u n d e r which o n e i s working ( e g .p r o d u c t i o n o f r e l a t i v e l y l o w n i t r o g e n c o n t e n t p r o d u c t b ya c o n t i n o u u s p r o c e s s on a r a t h e r c o o l d a y u s i n g pH a ndmo l r a t i o t h a t w i l l a l l o w f i n a l s t o r a g e t e m p e r a t u r e a t t h eupper end o f t h e 75-164 F . r a n g e ) w i l l be s u c h t h a tt h e t e m p e r a t u r e o f t h e u r e a - f o r m s o l u t i o n need n o t b el o w e r e d . N e v e r t h e l e s s , i t i s a p p a r e n t t h a t t h i s a s p e c t o four i n v e n t i o n a l l o w s f o r m u c h g r e a t e r e x i b i l i t y i n s e l e ct i n g mol r a t i o s and pH and a l l o w s f o r c o m p l e t e t e m p e r a ~t u r e c o n t r o l a t an y v a r i a b l e chosen a nd i n whichever t y p es y s t e m ( b a t c h o r c o n t i n u o u s ) i s e m p l o y e d .When our m e t h o d f o r i n j e c t i n g t h e urea a nd formaldehyde i n t o a p h o s p h a t i c s u b s t r a t e i s f o l l o w e d , t h e u r e aform n i t r o g e n h a s an a v a i l a b i l i t y i n d e x (Al.) a s t h a tt e r m i s d e f i n e d by methods p u b l i s h e d i n t h e 1 9 5 5 E d .O i c i a l Methods o f A n a l y s i s , A s s o c i a t i o n o f O i c i a l A g r ic u l t r a l C h e m i s t s , p a g e 1 4 , p a r a g r a p h 2 . 3 2 and p a g e 1 6 ,

p a r a g r a p h s 2 . 3 7 and 2 . 3 8 , o f a t l e a s t 40 p e r c e n t . D u e t ot h e i n c r e a s e d f l e x i b i l i t y i n c h o o s i n g v a r i a b l e s ( s i n c e temp e r a t u r e can b e a c c u r a t e l y c o n t r o l l e d i n t h e s y s t e m ) , i t i sp o s s i b l e , f o l l o w i n g o u r m e t h o d , t o p r o d u c e a p r o d u c th a v i n g an A . I . s u b s t a n t i a l l y above 40 and o f t e n abovea b o u t 50 w i t h o u t u s i n g e x t r e m e s o f pH and mol r a t i oc o n t r o l . A l s o l a r g e amounts o f ureaform n i t r o g e n o fh i g h A . I . c a n b e i n c o r p o r a t e d i n t h e f e r t i l i z e r a c c o r d i n gt o our m e t h o d w h i l e s t i l l p r e p a r i n g a f r e e - f l o w i n g comp l e t e mixed f e r t i l i z e r .Th e mixed f e r t i l i z e r i s n o r m a l l y k e p t i n a s t o r a g e p i l ef o r a p e r i o d o f t i m e o f between a b o u t 1 - 3 weeks b e f o r ei t i s b a g g e d and s o l d . T h i s p e r i o d ( o f t e n r e f e r r e d t o a st h e c u r e p e r i o d ) i s r e q u i r e d t o a l l o w t h e f e r t i l i z e r t obecome e l a t i v e l y s t a b l e . F o r e x a m p l e , d u r i n g t h i s p e r i o d( a n d e s p e c i a l l y t h e f i r s t 2 4 h o u r s t h e r e o f ) t h e u r e af o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n r e a c t i o n w i l l b e c o n t i n u i n gu n t i l s u b s t a n t i a l l y a l l o f t h e u r e a and formaldehyde r e a ct i o n p r o d u c t s p o l y m e r i z e t o t h e d e s i r a b l e w a t e r - i n s o l u b l er e s i n o u s f o r m . S i n c e s u b s t a n t i a l l y a l l o f t h e u r e a andf o r m a l d e h y d e h a v e r e a c t e d t o t h e e x t e n t o f f o r m i n g t h e

30

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8m o n o m e r i c u r e a - f o r m s o l u t i o n p r i o r t o e n t e r i n g t h e z o n ec o n t a i n i n g t h e a c i d i c s u b s t r a t e and a l l t h a t r e m a i n s t o b ea c c o m p l i s h e d i n s t o r a g e i s c o m p l e t i o n o f t h e p o l y m e r i z at i o n t o t h e w a t e r ~ i n s o l u b l e r e s i n , i t i s p o s s i b l e t o s u b s t a nt i a l l y r e d u c e c u r i n g t i m e w i t h o u r p r o c e s s w h i l e m a i n t a i ni n g t h e a v a i l a b i l i t y index of t h e w a t e r - i n s o l u b l e r e s i n a tl e a s t about 4 0 . V i / e h a v e f ound t h a t b y f o l l o w i n g ` o u rm e t h o d t h e product can be f u l l y cured i n a s l i t t l e a s aboute i g h t h o u r s .R e f e r r i n g t o t h e f i g u r e , s o l u t i o n A t h e h o t c o n c e n t r a t e du r e a s o l u t i o n ) p a s s e s t h r o u g h c o n d u i t 1 0 and i s m e t e r e dt h r o u g h v a l v e i 1 t o m i x i n g T 2 . S o l u t i o n B ( t h e s o l ut i o n c o n t a i n i n g f o r m a l d e h y d e , a n d p r e f e r a b l y UF-85 a n dp r e f e r a b l y h e a t e d ) p a s s e s t h r o u g h c o n d u i t 1 3 a n d i sm e t e r e d t h r o u g h v a l v e 14 t o m i x i n g T 2 . V a l v e s 1 1 and1 1 - are controlled so a s t o m e t e r s u i c i e n t s o l u t i o n A n ds o l u t i o n B , r e s p e c t i v e l y , t o T 2 t o m a i n t a i n a m o l r a t i oo f urea t o formaldehyde i n t h e r e s u l t a n t m i x o f aboutl t o l up t o about 2 . 7 5 t o 1 . Th e m i x t u r e o f s o l u t i o n sA nd B e x i t s T 12 i n t o c o n d u i t 1 7 . Length and s i z e o fp i p e a nd i i o w r a t e c o n t r o l s t h e a m o u nt o f t i m e t h e mi xt u r e r e m a i n s i n l i n e 1 7 . Th e p e r i o d i n l i n e 1 7 s h o u l d b es u f c i e n t t o c omb ine t h e u r e a a nd formaldehyde b u t n o ts u i i i c i e n t l y l o n g t o p o l y m e r i z e t h e r e a c t i o n p r o d u c t s a n dn o r m a l l y a b o u t 30 s e c o n d s t o o n e m i n u t e . For e x a m p l e ,7 0 o f 2" p i p e g i v e s about a one minute r e a c t i o n t i m ei n l i n e 17 w h e n t h e f l o w r a t e i s l 5 g a l l o n s p e r minute a t1 2 t o n s p e r hour o f f e r t i l i z e r p r o d u c e d . Three-way v a l v e13 can be used t o d i v e r t t h e s o l u t i o n t o a holding u n i t( n o t shown) t o c l e a r l i n e s 1 0 , 1 3 and 1 7 i f n e c e s s a r y . I fn o t d i v e r t e d , t h e m i x t u r e o f s o l u t i o n s merely p a s s e st h r o u g h v a l v e 1 8 i n t o l i n e 1 9 .

At t h i s p o i n t ( L e . w h e n t h e u r e a - f o r m s o l u t i o n e x i t sv a l v e i 3 ) i t s ` t e m p e r a t u r e w i l l b e i n t h e n e i g h b o r h o o d o f1 7 6 t o 250 F . I f t h e u r e a t o fo rm aldehy de m o l r a t i o ,pH o b e m a d e i n t h e f e r t i l i z e r m i x e r , t h e a m o u nt o f u r e aform n i t r o g e n , and t h e o u t s i d e t e m p e r a t u r e a r e s u c h t h a ts o l u t i o n a t t h i s t e m p e r a t u r e can be i n t r o d u c e d i n t o t h ef e r t i l i z e r s o l i d s a nd s t i l l o b t a i n a s a f e product s t o r a g et e m p e r a t u r e a f t e r t h e i i r s t 2 4 ~ h o u r p e r i o d , o r , i f f a c i l i t i e sa r e s u c h ( i e . s p a c e , l a b o r , e t c . ) t h a t t h e s t o r a g e p i l ecan be m o v e d t o c o o l i t i f t h e t e m p e r a t u r e i s p r o h i b i t i v e l yh i g h , s o l u t i o n C c a n b e ` m e t e r e d ( b e f o r e w a t e r - in s o l u b l eu reafo rm c o m m e n c e s t o apear i n t h e s o l u t i o n a n d b e f o r ev i s c o s i t y i n c r e a s e s t o a d e g r e e t h a t i t i s n o t pumpa b l e )t h r o u g h 3-way v a l v e s 2 t ? a n d 2 1 d i r e c t l y i n t o e i t h e r , o rb o t h , t h e c o n t i n u o u s f e r t i l i z e r m i x i n g s y s t e m g e n e r a l l y23 o r t h e ` b a t c h system g e n e r a l l y 2 4 . Th e v a l v e s a r e co nt r o l l e d t o meter ` i n s u t l i c i e n t s o l u t i o n t o p r o v i d e t h e d es i r e d n u m b e r o f ureaform n i t r o g e n u n i t s . - I f i t i s d e s i r e dt o g e t l g r e a t e r f l e x i b i l i t y o f v a r i a b l e s i n t h e s y s t e m , t h et e m p e r a t u r e o f s o l u t i o n C an b e l o w e r e d by p o s i t i o n i n g3-way v a l v e 2o t o d i v e r t t h e s o l u t i o n from l i n e 19 t ol i n e 26 and i n t o h e a t e x c h a n g e r 2 7 . When h e s o l u t i onh a s b e e n c o o l e d t o t h e d e s i r e d d e g r e e ( 3 W - 1 6 0 F . ) v a l v e28 w i l l a l l o w i t t o e x i t i n t o l i n e ` l 5 " w h e r e i t can p a s st h r o u g h v a l v e 2 - 1 m r e v i o u s l y m e n t i o n e d .i f s o l u t i o n C a s s e s t h r o u g h v a l v e 2 1 and i n t o c o n t i n uo u s s y s t e m 2 . 3 i t i s c h a n n e l e d f i r s t t h r o u g h l i n e 3@ i n t oa conventiond f e r t i l i z e r mi x e r 3 1 1 . M i x e r 31 c o n t a i n ss u b s t a n t i a l l y s o l i d f e r t i l i z e r i n g r e d i e n t s s u c h a s s u p e r p h o sp h a t e s , p o t a s s i u m n i t r a t e , p o t a s s i u m s u l f a t e , e t c . , a n dm a y c o n t a i n s u b s t a n t i a l a m o u n t s , b y v o l u m e , o f b u l k i n gm a t e r i a l s s u c h a s s o y a b e a n h u l l m e a l , r i c e h u l l s , p e a n u th u l l s , c o r n c o b f r a c t i o n , p e r l i t e , v e r m i c u l i t e , e t c . T h e s eb u l k - i n g a g e n t s p r o v i d e t h e a d d i t i o n a l a d v a n t a g e o f a l l o wi n g f o r m a t i o n o f a f r e e - i i o w i n g mixed f e r t i l i z e r w i t h o u ta r e c y c l e o r d r y i n g o p e r a t i o n e v e n a t t h e r e l a t i v e l y h i g hr a t i o o f l i q u i d I t o s o l i d s u s e d w hen i n c o r p o r a t i n g l a r g ea mounts o f s o l u t i o n C n t o t h e s y s t e m .Line 3 2 I i n d i c a t e s a n a m m o n i a f e e d t o be used i f t h es u p e r p h o s p h a t e s a r e y t o be am m o n iat ed; 33 i n d i c a t e s al i n e f o r f e e d i n g i n a n o n a m m o n i a c a l b a s e t h a t c a n b eu s e d i n c o n j u n c t i o n 4 w i t h t h e a m m o n i a i f i t i s d e s i r e dat o form a non-burning f e r t i l i z e r . I n f or mi ng a n o n

8/22/2019 high nitrogen mixed fertilizer

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3 , 1 1 9 , 6 8 3b u r n i n g p r o d u c t , o n l y s u f f i c i e n t ammonia t o s a t i s f y t h es t o i c h i o m e t r i c r e q u i r e m e n t s - f o r c o n v e r t i n g t h e f r e e p h o sp h o r i c a c i d . a n d m o n o c a l c i u m p h o s p h a t e o f t h e s u p e r p h o sp h a t e s t o monoarnmonium p h o s p h a t e a n d d i c a l c i u m p h o sp h a t e i s u s e d . Of c o u r s e , w h e n f o r m i n g a n o n - b u r n i n gp r o d u c t t h e a c i d - i c s u b s t r a t e s h o u l d n o t c o n t a i n p l a s m o l ys i s - p r o d u c i n g n i t r o g e n o u s m a t e r i a l s ( r e f e r e n c e i s a g a i nma d e t o M o r t e n s o n P a t e n t No. 2 , 8 2 7 , 3 6 8 ) . Th e pH st h e n a d j u s t e d t o t h a t d e s i r e d b y a d d i t i o n o f a n o n a mm o n i a c a l y i b a s e . An y s o l u b l e b a s i c m a t e r i a l ( o t h e r t h a na n a r m n o n i a c a l m a t e r i a l ) t h a t d o e s n o t r e a c t w i - t h any o ft h e o t h e r i n g r e d i e n t s p r e s e n t i n t h e mix t o f o r m ` a b u r n i n gco m p o u n d s s u i t a b l e t o r a i s e t h e pH. S o m e e x a m p l e s a r et h e a l k a l i m e t a l 4 a n d a l k a l i n e e a r t h m e t a l h y d r o x i d e s t h a ta r e n o n t o x i c t o p l a n t s . P r e f e r a b l y c a l c i u m h y d r o x i d e ,p o t a s s i u m h y d r o x i d e , c a l c i n e d d o l o m i t e , o r m a g n e s i u moxide a r e u s e d . Addition o f a nona mr noni a c a l base t oa d j u s t t h e pH n t h e mi x i s s e t o u t i n m o r e d e t a i l i n t h ea f o r e m e n t i o n e d Kealy a p p l i c a t i o n . I f i t i s n o t d e s i r e d t oammoniate t h e s u p e r p h o s p h a t e s , t h e n o n a m m o n i a c a l b a s ec a n b e u s e d a l o n e t o a d j u s t t h e pH upwardly t o w i t h i n3 . 0 - 6 . 5 .D u e t o t h e h e a t l a n d a c i d pH n t h e mixer 3 1 , w a t e ri n s o l u b l e u r e a f o r m r e s i n w i l l b e g i n t o form t h e r e i n a f t e rs o l u t i o n C i s i n j e c t e d . The m i x t u r e , p r e f e r a b l y a r nm o n i a t e d , a nd c o n t a i n in g t h e u r e a a n d ` f o r m a l d e h y d e i st h e n c h a n n e l e d t h r o u g h l i n e 3 5 i n t o d r y e r 3 - 6 Where a dd i t i o n a l w a t e r i s d r i v e n o f f o f t h e p r o d u c t and i s c o o l e dand i t i s t h e n p a s s e d t h r o u g h l i n e 37 i n t o c o o l e r 38 t of u r t h e r l o w e r t h e t e m p e r a t u r e o f t h e p r o d u c t . Th e mixedf e r t i l i z e r e x i t s t h e c o o l e r - a t 3 9 and i s p l a c e d i n a s t o r a g ep i l e , a s a t 4 0 .As i - s s h o w n i n t h e d r a w i n g , t h i s s y s t e m can a l s o beu s e d t o c h a n n e l s o l u t i o n C from l i n e 3 0 i n t o t h e b a t c hs y s t e m c o m p r i s i n g m i x e r 3 1 ' , a m m o n - i a s o u r c e 3 2 ' , a n dnonammoniacal b a s e s o u r c e 3 3 . I n t h e b a t c h s y s t e mt h e mixed f e r t i l i z e r e x i t s d i r e c t l y from t h e m i x e r t o t h es t o r a g e p i l e 4 0 w i t h o u t a ny r e c y c l i n g o r c o o l i n g o p e r at i o n s . I t i s s e e n t h a t i n c e r t a i n i n s t a l l a t i o n s i t w o u l d bep o s s i b l e t o f e e d s o l u t i o n C o b o t h t y p e s o f s y s t e m s a t t h esame t i m e , t h e s o l u t i o n b e i n g c o n t i n u o u s l y p r e p a r e db y m i x i n g s o l u t i o n s A and B , which s o l u t i o n s c a n bep r e v i o u s l y p r e p a r e d a n d s t o r e d , o r ( p a r t i c u l a r l y i n t h ec a s e o f s o l u t i o n A) ca n l b e p r e p a r e d c o n t i n u o u s l y w h e nneeded. F o r example, a n 80% u rea s o l u t i o n can b ep r e p a r e d b y p l a c i n g a b o u t ` 4 0 pounds o f h o t I w a t e r i n at a n k a n d , w i t h l i v e s t e a m p u r g i n g i n t o t h e t a n k , a d d i n g1384 l b s . o f u r e a . Th e m i x t u r e s h o u l d be h e a t e d t o a b o u t 200 F . Th e - s o l u - t i o n t h u s formed can be i n t r odu ced i n t o l i n e 1 0 . Urea, ste a m a n d Water c an b e c o nt i n u o u s l y f e d i n t o t h e t a n k t o k e e p t h e 2 0 0 F . t e m p e ra t u r e and 8 0 % u r e a c o n c e n t r a t i o n . Th e a p p r o x i m a t ef l o w s f o r p r o d u c i n g s u c h an 80% u r e a s o l u t i o n a t 20t o n s p e r hour f l o w through t h e s y s t e m a r e : 150 lbs/min.u r e a , 22 lbs/min. steam ` a n d 16 lbs/min. W a t e r . Th ef o l l o w i n g l i s t w i l l i l l u s t r a - t e t h e t e m p e r a t u r e a t whichv a r i o u s p r e f e r r e d c o n c e n t r a t i o n s o f u r e a w i l l s t a r t t oc r y s t a l l i z e Temperature a t s t a r tPercent urea sol uti on- of c r y s t a l l i z a t i o n , F .

88 ______________________________________ 21285 _____________________________________ 19883 _____________________________________ 189'82. 5 ____________________________________ 18780 _____________________________________ 17677 _____________________________________ 164

I t i s , t h e r e f o r e , s e e n t h a t a i c o n t i n u o u s m e t h o d f o r formings o l u t i o n A h e n needed i s m o r e p r a c t i c a l t h a n p r e p a r i n gi t b e f o r e h a n d a n d h o l d i n g i t a t h i g h t e m p e r a t u r e s i n o r d e rt o p r e v e n t t h e u r e a from c r y s t a l l i z i n g o u t .

E x a m p l e II n t h i s e x a m p l e a mixed f e r t i l i z e r c o n t a i n i n g a p p r o x im a t e l y 1 2 u n i t s o f n i t r o g e n , 5 u n i t s o f p h o s p h o r u s c a l c u

10

1 5

20

25

35

40

45

50

55

60

65

7 0

7 5

10l a t e d l a s P205 and 7 u n i t s o f p o t a s s i u m c a l c u l a t e d a s K2 Ow a s prepared a s f o l l o w s :Th e f o l l o w i n g s o l i d s W i t h t h e n o t e d N-P -K v a l u e s werec h a r g e d i n t o a c o n v e n t i o n a l r o t a r y t y p e f e r t i l i z e r m i x e r :S o l i d f e e d - l b s / t o n

Triple supenphosphate ( 0 - 4 6 - 0 ) ___________ __ 2 2 9P o t a s s i u m nitrate ( 1 3 . 5 - 0 - 4 6 ) ____________ _ 43P o t a s s i u m sulfate (0-0-52)______________ _ 200Hydrated l i m e __________________________ _ 20Nel ( m i n o r e l e m e n t b a s e ) ________________ __ 1 0S o y a b e a n h u l l m e a l ( L 7 - 0 _ 2 ) ____________ __ 7 7 5

A c o n c e n t r a t e d urea s o l u t i o n maintained a t 190-200F . a n d c o n t a i n i n g a p p r o x i m a t e l y 42 0 l b s / t o n u r e a ( 4 50 - 0 ) and 1 0 5 l b s / t o n W a t e r Wa s mixed w i t h 204 l b s / t o nU F-85 ( 1 1 . 1 - 0 - 0 ) , ` 6 1 1 % f o r m a l d e h y d e . Th e U F85s o l u t i o n h a d a temperature o f 70 F . A f t e r about on em i n u t e t h e r e s u l t a n t u r e a - f o r m a l d e h y d e - w a t e r s o l u t i o n( h a v i n g a U - F mol r a t i o o f 1 . 9 f t o l , a p p r o x i m a t e l y 18.6%w a t e r , ` a n d a t e m p e r a t u r e o f 1 7 0 - 1 8 0 v F . ) w a s added t ot h e mixer c o n t a i n i n g t h e s o l i d s . While t h e s o l u t i o n wasa d d e d , a p p r o x i m a t e l y 1 7 . 4 l b s / t o n a n h y d r o u s ammonia( 8 2 . 3 5 - 0 - 0 ) | w a s i n j e c t e d t o ammoniate t h e s u p e r p h o sp h a t e s . Th e pH n t h e m i x e r was 5 . 9 . A f t e r t u m b l i n g i nt h e s o l i d s bed f o r a p e r i o d o f t i m e t h e f e r t i l i z e r e x i t e d a t. 1 6 0 F . i n t o a d r y e r wh e r e i t wa s a g a i n tumbled f o r ap e r i o d o f t i m e . The p r o d u c t e x i t e d t h e d r y e r a t 1 3 0 F .a nd e n t e r e d a c o o l e r from w hich i t e x i t e d a t 90 F . , e n t e ri n g t h e s t o r a g e p i l e a t t h a t t e m p e r a t u r e . I t i s s e e n t h a t s u bs t a n t i a l h e a t i s removed from t h e mixed f e r t i l i z e r p r o d u c tw h e n p u t t h r o u g h t h e a b o v e t y p e o f c o n t i n u o u s p r o c e s s .The t o n n a g e r a t e o f t h e f e r t i l i z e r t h r o u g h t h i - s s y s t e m Wa s20 t o n s per h o u r .T a b l e I I l i s t s t h e s t o r a g e p i l e t e m p e r a t u r e s o f t h e f e rt i l i z e r p r o d u c t m a d e i n t h e f o r e g o i n g manner:

TABLE I F .

S t o r a g e e n t r y_________________________________ 904 hours o l d ________________________________ _ 998 h o u r s o l d ________________________________ _ 1 1 616 hours o l d _______________________________ _ 12524 hours o l d _______________________________ _ 1392 d a y / s I o l d _________________________________ _ 1 413 d a y s ol d_________________________________ _ 1414 days o l d _________________________________ _ 1 4112 days o l d ________________________________ _ 140

From h i s d a t a i t can b e s e e n t h a t t h e i i n a l s t o r a g e te mp e r a t u r e i s a p p r o x i m a t e l y 1 4 1 F . , a s a f e t e m p e r a t u r e a tt h e p I - I and mo l r a t i o u s e d t o o b t a i n a p r o d u c t o f a tl e a s t 4 0 A _ I . ( R e f e r e n c e i s a g a - i n m a d e t o t h e KealyP a t e n t No. 2 , 9 5 5 , 9 30 , W h e - r e t h e s a f e s t o r a g e t e m p e r at u r e s a t v a r i o u s c o m b i n a t i o n s o f pH a n d m o l r a t i o a r es e t f o r t h . ) I t can a l s o y b e s e e n t h a t t h e product i s f a i r l ys t a b l e a f t e r 2 d a y s c u r i n g , i n d i c a t i n g t h a t t h e n o r m a lc u r i n g t i m e c a n be r e d u c e d i f d e s i r e d .T a b l e I I ' I g i v e s t h e p r o - d u c t a n a l y s i s o n t h e 1 2 - : d a y o l df e r t i l i z e r p r o d u c t made i n a c c o r d a n c e w i t h t h i s e x a m p l e .

TABLE I I IA v a i l a b l e WaterM o i s t u r e N i t r o g e n P h o s p h o r i c KZO NH3N I n s o l u b l e AJ .Acid Nitr og e n

1 0 . l 5 1 1 . 6 0 6 . 6 8 . 0 1 . 2 3 . 8 5 5 2

Example I lI n t h i s e x a m p l e a f e r t i l i z e r c o n t a i n i n g a n a p p r o x i m a t e

8/22/2019 high nitrogen mixed fertilizer

7/8

3 , 1 1 9 , 6 8 31 1N-P2O5-K2O a n a l y s i s o f 16-8-4 wa s p r e p a r e d a sf o l l o w s :Solids- L b s . / t o n

Triple s u p e r p h o s p h a t e ( 0 - 4 6 - 0 ) __________ __ 348Potassium nitrate (13.5-0-46) ______________ 43Potassium sulfate (O_O-50) ________________ 104Hydrated lime____________________________ 2OMinor elements___________________________ `1 0Bulk-ing a g e n t ( 1 . 7 - 0 - 1 . 5 ) ________________ _ 5 2 . 2Dye __________________________________ _ . 2

Th e a b o v e d r y i n g r e d i e n t s were s c a l e d o u t s e p a r a t e l ybatchwise o n a t im ed c y c l e a n d t h e n milled t o pass a n8 mesh s c r e e n . A f t e r m i l l i n g , t h e : d r y i n g r e d i e n t s wereb l e n d e d by t u m b l i n g i n a b a t c h - t y p e f e r t i l i z e r m i x e r .Th e i n g r e d i e n t s w e r e t h e n d u m p e d i n t o a s u r g e hopper4 a n d fe d therefrom a t a steady r a t e b y a c o n t r o l l e d b e l tf e e d e r t o a r o t a r y continuous t u b e c m i x e r . As t h e streamo f s o l i d s p a s s e s through t h e t u b e m ixer 3 2 l b s / t o n ` anh y d r o u s a mmoni a ( 8 2 . 2 5 ~ 0 - 0 ) i s p r o p o r t i o n e d i n t o t h es o l i d s , a m m o n i a t i n g t h e s u p e r p h o s p h a t e s a n d r a i s i n g t h eo v e r - a l l I p l - I of t h e s o l i d s t o a l e v e l o f from 5 . 5 t o 6 . 5 .Ureaform s o l u t i o n ( p r e p a r e d by m i x i n g 6 8 0 l b s / t o nof a n 8 2 . 5 % urea s o l u t i o n ( 3 7 . 5 - 0 - 0 ) a t 210 F . with266 l b s . / t o n U F - 8 5 ( l l . 1 - 0 - 0 ) ) i s i n j e c t e d o r s p r a y e d i nt h e r o l l i n g b ed o f s o l i d s i n any c o n v e n i e n t manner. Wep r e f e r t o h a v e t h e s o l u t i o n s p r a y e d t h r o u g h m u l t i p l e o r i c e s t o g e t m a x i m u m d i s t r i b u t i o n t h r o u g h o u t t h e s u b ~s t r a t e .A f t e r t h e d r y a n d l i q u i d i n g r e d i e n t s b e c a m e t h o r o u g h l yi n t e r i m i x e d i n t h e t u b e m i x e r , t h e c o m b i n a t i o n o f f e rt i l i z e r i n g r e d i e n t s wa s p a s s e d a t 1 4 0 F . i n t o a c o o l e rwhere i t tumbled u n t i l r e a c h i n g a t e m p e r a t u r e o f 8 0 F .Th e c o o l e d p r o d u c t f w a s ` p l a c e d i n s t o r a g e and a f t e r 1 0d a y s a n a l y z e d a s f o l l o w s :

TABLE IVTotal n it ro g en - as N ______________ __percent-- 15.80A v a i l a b l e p h o s p h o r i c acid~as P205 ____ _ \ d o _ _ _ _ 1 2 . 9 0Available p o t a s h - a s K2O ___________ __d o____ 4 . 9 4Ammoniacal nitrogen ________________ __do ____ 1 . 1 5N i t r a t e nitrogen _______________________do____ 1.60Water-insoluble nitrogen ______________ __d0 ____ 3.00A v a i l a b i l i t y index _____________________do____ 41.7C h l o r i d e c o n t e n t - a s Cl ______________ __do ____ 0 .49Free urea __________________________ __do____ 2 . 4 2pH ______________________________________ 5.4Bulk d e n s i t y 3 6 . 4 l b s / c u . f t .

Example I l lTh e f o l l o w i n g m i x t u r e o f i n g r e d i e n t s was `compoundedt o p r e p a r e a nonburning f r e e - f l o w i n g mixed f e r t i l i z e r :

I n g r e d i e n t l b s / t o nT r i pl e s u p e r p h o s p h a t e ___________________ _ 229Potassium n i t r a t e________________________ __ 43Potassium s u l f a t e _________________________ 200Anhydrous ammonia ____________________ __ 1 7 . 4Calcium hydroxide______________________ __ 20Minor elements_________________________ __ 10Soyabean h u l l - m e a l _____________________ _ 775Urea _________________________________ _ 420UF~85 _______________________________ _ 204Water ________________________________ _ 10Dye ____________________________________ .5

Th e s o l i d s were p r e p a r e d a s o u t l i n e d i n Example I I . Th epH f t h e a c i d i c s u b s t r a t e so f o r m e d w a s 4 5 . 5 T h e u reaa n d Wat e r -were m i x e d t o p r e p a r e a concentrated u r e as o l u t i o n . Th e s o l u t i o n wa s t h o r o u g h l y mixed w i t h t h eU17-85 and a f t e r r e a c t i n g t o g e t h e r f o r one minute t h eurea-form s o l u t i o n s o forme d wa s passed through 3 Helio, f l o w u n i t s e a c h h a v - i n g 20 s q . f t . h e a t i n g s u r f a c e . Th eurea-form s o l u t i o n w a s cooled t o t h e e x t e n t t h a t i t w a sinrporated i n t o t h e a c i d i c s u b s t r a t e a t 9 6 F . Th e f e rt i l i z e r i n g r e d i e n t s e x c i t e d t h e m ixer a nd went i n t o s t o r

10

20

25

30

40

45

50

55

60

7 0

7 5

12a g e a t 95-100 F . Th e t e m p e r a t u r e o f t h e p i l e r o s et o 1 5 0 F . and analyzed a s f o l l o w s :TABLE V

W a t e r - i n s o l u b l e n i t r o g e n ____________________ _ 8.40A v a i l a b i l i t y i n d e x _________________________ __ 60F r e e `urea ________________________ percent . 8T o t a l n i t r o g e n ____________________________ __ 1 1 . 4 5

O b v i o u s l y , m a n y m o d i f i c a t i o n s and v a r i a t i o n s o f t h ei n v e n t i o n a s h e r e i n b e f o r e s e t f o r t h may b e m a d e w i t ho u t d e p a r t i n g from t h e s p i r i t a n d s c o p e t h e r e o f and t h e r e .f o r e o n l y s u c h l l i m i t a t i o n s s h o u l d b e imposed ` a s a r e i n d ic a t e d i n t h e appended c l a i m s .We l a i m :1 . Th e method o f p r e p a r i n g a ` f r e e - f l o w i n g , mixed f e rt i l i z e r c o m p o s i t i o n , w h i c h c o m p r i s e s : i n t r o d u c i n g a n

aqueous s o l u t i o n o f u r e a a nd f o r m a l d e h y d e , i n proport i o n s s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e d i n t h e f i n a l p r o d u c t , i n t o: s u b s t a n t i a l l y d r y a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s , s a i d s o l u t i o n h a vi n g been y c o o l e d t o a t e m p e r a t u r e between a b o u t 3 0 F .and 1 6 0 F . an d h a v i n g a u r e a - f o r m a l d e h y d e m o l r a t i oo f a b o u t ` 1 - 2 . 7 5 : l , a pH b o v e a b o u t 6 . 0 , a n d c o n t a i n i n gs u i i i c i e n t water t o s o l u b i l i z e t h e u r e a ; a nd a l l o w i n g s a i ds o l u t i o n t t o r e a c t W h i l e i n c o n t a c t with s a i d f e r t i l i z e rs o l i d s l w h e r e b y t o form a f r e e - o w i n g mixed f e r t i l i z e rc o m p o s i t i o n c o n t a i n i n g w a t e r i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d eh y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s h a v i n g a n ` a v a i l a b i l i t y i n d e xof a t l e a s t about 4 0 a n d a maximum of about 10% u nc o m b i n e d u r e a .

2 . The method o f p r e p a r i n g a f r e e - f l o w i n g mixed f e rt i l i z e r c o m p o s i t i o n , w h i c h c o m p r i s e s : i n t r o d u c i n g a s o l ut i o n c o n s i s t i n g e s s e n t i a l l y o f w a t e r and u r e a and f o r m a l d eh y d e , i n p r o p o r t i o n s s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e d i n t h e n a lp r o d u c t , i n t o s u b s t a n t i a l l y d r y a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s , s a i ds o l u t i o n h a v i n g b e e n c o o l e d t o a t e m p e r a t u r e o f betweenabout 3 0 F . and 1 6 0 F . and h a v i n g a u r e a - f o r m a l d ehyde mol r a t i o o f a b o u t l - 2 . 7 5 : 1 , a pH f b e t w e e n a b o u t6 - 7 . 2 , a n d b e i n g s u b s t a n t i a l l y y f r e e f r o m w a t e r i n s o l u b l eu r e a - f o r m a l d e h y d e p o l y m e r s ; a n d a l l o w i n g s a i d s o l u t i o nt o r e a c t w h i l e i n c o n t a c t w i t h s a i d f e r t i l i z e r s o l i d s wherebyt o form a f r e e - f l o w i n g m i x e d f e r t i l i z e r c o m p o s i t i o n cont a i n i n g w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o np r o d u c t s h a v i n g a n a v a i l a b i l i t y i n d e x o f a t l e a s t a b o u t 40a n d a maximum f about 10% u n c o m b i n e d u r e a .3 . The method o f p r e p a r i n g a f r e e - f l o w i n g , mixed f e rt i l i z e r c o m p o s i t i o n , w h i c h c o m p r i s e s : i n t r o d u c i n g a s o l ut i o n c o n s i s t i n g e s s e n t i a l l y o f w a t e r and u r e a a nd f o r m a l d eh y d e , i n p r o p o r t i o n s s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e d i n t h e f i n a lp r o d u c t , i n t o s u b s t a n t i a l l y d r y a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s , s a i ds o l u t i o n h a v i n g b e e n c o o l e d t o b e t w e e n a b o u t 3 0 F .and 1 6 0 F . and h a v i n g a u r e a - f o r m a l d e h y d e mol r a t i oo f about 1 - 2 . 7 5 1 , a pH f bet w een about 6 - 7 . 2 a n d cont a i n i n g a b o u t 10-25% w a t e r b y w e i g h t , a n d b e i n g s u b s t a n

t i a l l y f r e e f r o m w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e p o l ym e r s ; a nd a l l o w i n g s a i d s o l u t i o n t o r e a c t w h i l e i n c o n t a c tw i t h s a i d f e r t i l i z e r s o l i d s whereby t o form a f r e e - f l o w i n gm i x e d f e r t i l i z e r c o m p o s i t i o n c o n t a i n i n g w a t e r - i n s o l u b l eu r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s h a v i n g a n a v a i la b i l i t y i n d e x o f a t l e a s t about 40 a nd a maximum o fabout 10% u n c o m b i n e d u r e a .4 . The method o f p r e p a r i n g a f r e e - f l o w i n g , mixed f e r ~t i l i z e r c o m p o s i t i o n , w h i c h c o m p r i s e s : i n t r o d u c i n g a s o l ut i o n c o n s i s t i n g e s s e n t i a l l y r o f w a t e r and u r e a and f o r m a l d eh y d e , i n p r o p o r t i o n s s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e d i n t h e n a lp r o d u c t , i n t o s u b s t a n t i a l l y d r y a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s h a vi n g a pH b e twe e n a b o u t 3 . 0 and 6 . 5 , s a i d s o l u t i o n h a v i n gbeen c o o l e d t o between a b o u t 3 0 F . t o 1 6 0 F . andh a v i n g a u r e a - f o r m a l d e h y d e mol r a t i o o f a b o u t 1 - 2 . 7 5 : l ,a pH f between a b o u t 6 a nd 7 . 2 and c o n t a i n i n g a b o u t10-25% w a t e r b y w e i g h t , a n d b e i n g s u b s t a n t i a l l y f r e efrom w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e p o l y m e r s ; a l l o wi n g s a i d s o l u t i o n t o r e a c t w h i l e i n c o n t a c t w i t h s a i d f e rt i l i z e r s o l i d s t o form f r e e - f l o w i n g mixed f e r t i l i z e r ; a n dm a i n t a i n i n g t h e t e m p e r a t u r e o f s a i d m i x e d f e r t i l i z e r b e l o w

8/22/2019 high nitrogen mixed fertilizer

8/8

3 , 1 1 9 , 6 8 31 3a b o u t 1 6 4 F . whereby t o form a f r e e - f l o w i n g , mixed f e rt i l i z e r c o m p o s i t i o n c o n t a i n i n g w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o rm a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s h a v i n g a n a v a i l a b i l i t yi n d e x o f a t l e a s t about 4 0 and a maximum f about 1 0 %uncombined urea. 5 . Th e method o f p r e p a r i n g a f r e e - f l o w i n g , mixed f e rt i l i z e r , which c o m p r i s e s : m i x i n g a q u e o u s u r e a , s a i d a q u eo u s u r e a having a t e m p e r a t u r e above t h e t e m p e r a t u r e a twhich t h e u r e a w i l l c r y s t a l l i z e o u t , w i t h a formaldehydes o u r c e s e l e c t e d from t h e group c o n s i s t i n g o f aqueousf o r m a l d e h y d e and a n a q u e o u s m i x t u r e o f f o r m a l d e h y d ea nd u r e a , s a i d a qu e ous urea a n d s a i d fo rm aldehy de s o u r c eh a v i n g a r a t i o s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e d i n t h e i i n a l p r o d u c ta nd being m i x e d i n p r o p o r t i o n s s o a s t o f o r m a s o l u t i o nh a v i n g a u r e a - f o r m a l d e h y d e mol r a t i o o f 1 - 2 . 7 5 : 1 , s a i ds o l u t i o n having a pH f bet w een about 6 . 0 t o 7 . 2 , a te mp e r a t u r e between a b o u t 1 6 0 F . and 250 F . and cont a i n i n g a b o u t 1 0 - 2 5 % a t e r , a n d b e i n g s u b s t a n t i a l l y f r e ef r o m w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e p o l y m e r s ; c o o li n g t h e t e m p e r a t u r e o f s a i d s o l u t i o n t o between a b o u t3 0 F . and 1 6 0 F . ; and r e a c t i n g s a i d s o l u t i o n i n admixt u r e w i t h a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s whereby t o form a f r e ei i o w i n g mixed f e r t i l i z e r c o n t a i n i n g w a t e r - i n s o l u b l e u r e af o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s h a v i n g an a v a i l a b i li t y i n d e x o f a t l e a s t about 40 and a maximum f about10% u n c o m b i n e d u r e a .6 . I n t h e p r e p a r a t i o n o f a f r e e - f l o w i n g , mixed f e r t i l i z e rw h e r e i n w a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o np r o d u c t s a r e p r o d u c e d i n a d m i x t u r e w i t h s u b s t a n t i a l l yd r y , a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s h a v i n g a pH e t w e e n a b o u t 3 . 0and 6 . 5 and a m a x i m u m o f about 1 0 % u n c o m b i n e d u r e a ,t h e improvement c o m p r i s i n g : m i x i n g a q u e o u s u r e a , cont a i n i n g 7 5 - 9 5 % u r e a by w e i g h t and h a v i n g a t e m p e r a t u r ea b ov e t h a t a t w h i c h t h e urea w i l l c r y s t a l l i z e o u t , w i t h aformaldehyde s o u r c e c o m p r i s i n g a s o l u t i o n o f formaldeh y d e , urea a nd w a t e r , s a i d aqueous u r e a a nd s a i d formaldehyde s o u r c e h a v i n g a r a t i o s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e d i nt h e f i n a l p r o d u c t and b e i n g mixed i n p r o p o r t i o n s s u c ht h a t t h e m o l r a t i o o f u r e a t o formaldehyde i n t h e m i x t u r ew i l l b e b e t w e e n a b o u t 1 ~ 2 . 7 5 : 1 , r e a c t in g t h e s o - f o r m e dm i x t u r e s f o r a t l e a s t 30 seconds t o f o r m a urea-formaldehyde s o l u t i o n h a v i n g a pH f a b o u t 6 . 0 t o 7 . 2 , a temperat u r e between a b o u t 1 6 0 F . and 250 F . ; and t h e r e a f t e rc o o l i n g s a i d u r e a - f o r m a l d e h y d e s o l u t i o n t o a t e m p e r a t u r eo f between a b o u t 3 0 F . and 1 6 0 F .7 . ' T h e method o f p r e p a r i n g a f r e e - f l o w i n g , mixed f e rt i l i z e r , w h i c h c o m p r i s e s : m i x i n g a c o n c e n t r a t e d a q u e o u su r e a s o l u t i o n , c o n t a i n i n g 7 5 - 9 5 % u r e a by w e i g h t a n dh a v i n g a t e m p e r a t u r e o f b e t w e e n 1 6 0 F . t o 2 4 5 F . , w i t ha s o u r c e o f fo rm aldehy de s e l e c t e d f rom t h e group c o n s i s ti n g o f aqueous formaldehyde a nd an aqueous mixture o fu r e a and f o r m a l d e h y d e , s a i d s o u r c e o f formaldehyde havi n g a t e m p e r a t u r e o f between a b o u t 4 0 F . t o 1 4 0 F . ,s a i d aqueous urea s o l u t i o n a nd s a i d s o u r c e o f formaldeh y d e b e i n g m i x e d i n p r o p o r t i o n s s u b s t a n t i a l l y a s d e s i r e di n t h e f i n a l p r o d u c t s u c h t h a t t h e m o l r a t i o o f u r e a t 0

10

1 5

2 0

25

30

3 5

40

45

14f o r m a l d e h y d e w i l l b e b e t w e e n a b o u t 1 : 1 and 2 . 7 5 l ;r e a c t i n g t h e s o - f o r m e d m i x t u r e f o r a t l e a s t 3 0 s e c o n d s t oform a u r e a - f o r m a l d e h y d e s o l u t i o n h a v i n g a p H f b e t w e e nabout 6 . 0 a nd 7 . 2 , a water c o n t e n t o f between 1 0 t o 2 5 %,and a t e m p e r a t u r e between a b o u t 1 6 0 F . and 250 F . ;c o o l i n g t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s a i d u r e a - f o r m a l d e h y d es o l u t i o n t o between a b o u t 3 0 F . a nd 1 6 0 F . ; a nd m i xi n g s a i d u r e a - f o r m a l d e h y d e s o l u t i o n w i t h s u b s t a n t i a l l yd r y a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s h a v i n g a pH e t w e e n a b o u t 3 . 0and 6 . 5 whereby t o p r o d u c e a f r e e - f l o w i n g mixed f e rt i l i z e r c o n t a i n i n g s u b s t a n t i a l amounts o f w a t e r - i n s o l u b l eu r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s h a v i n g a n a v a i la b i l i t y i n d e x a b o v e a b o u t 40 and a m a x i m u m o f a b o u t10% u n c o m b i n e d u r e a .8 . I n t h e p r e p a r a t i o n o f mixed f e r t i l i z e r s c o n t a i n i n gw a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t sa n d s u b s t a n t i a l l y d r y f e r t i l i z e r c o n s t i t u e n t s , s a i d f e r t i l i z e r sc o n t a i n in g a m a x i m u m o f a b o u t 1 0 % uncombined u r e a ,t h e improvement c o m p r i s in g : p r e p a r i n g a m i x t u r e o f u r e aa n d f o r m a l d e h y d e i n p r o p o r t i o n s s u b s t a n t ia l l y a s d e s i r e di n t h e f i n a l p r o d u c t t o b e t h e r e a f t e r added t o s u b s t a n t i a l l yd r y a c i d i c f e r t i l i z e r s o l i d s , s a i d m i x t u r e b e i n g p r e p a r e dby mixing aqueous u r e a h a v i n g a t e m p e r a t u r e o f b etwe e n 160 F . a n d 245 F . with a source of f or ma l d e h yd ec o m p r i s i n g a c o n c e n t r a t e d m e t h y l o l u r e a s o l u t i o n h a v i n ga f o r m a l d e h y d e -u r e a mol r a t i o o f g r e a t e r t h a n 1 , s a i daqueous u r e a a nd s a i d s o u r c e o f formaldehyde b e i n gm i x e d i n such p r o p o r t i o n s so a s t o f o r m a urea-formaldehyde mo l r a t i o o f between a b o u t 1 : 1 and 2 . 7 5 : 1 ; r e a c ti n g t h e s o - f o r m e d m i x t u r e f o r a p e r i o d o f t i m e s u i c i e n tt o f o r m a urea-formaldehyde s o l u t i o n but i n s u f f i c i e n t t oform W a t e r - i n s o l u b l e u r e a - f o r m a l d e h y d e c o n d e n s a t i o np r o d u c t s , s a i d u r e a - f o r m a l d e h y d e s o l u t i o n h a v i n g a pHo f about 6 . 0 and 7 . 2 , a t e m p e r a t u r e o f between about1 6 0 F . t o 2 5 0 F . , a n d c o n t a i n i n g 10 - 2 5% w a t e r ; andt h e r e a f t e r c o o l i n g s a i d u r e a - f o r m a l d e h y d e s o l u t i o n t o at e m p e r a t u r e o f b e t w e e n a b o u t 3 0 F . t o 1 0 0 F .

R e f e r e n c e s C i t e d i n t h e f i l e o f t h i s p a t e n tUNITED S TATES PATENTS

2 , 2 5 5 , 0 2 7 Keenen t a l ___________ __ S e p t . 2 , 19412 , 4 1 5 , 7 0 5 R o h n e r e t a l ___________ __ F e b . 1 1 , 19472,592,809 Kr a l o v e c e t a 1 _________ __ Apr. 1 5 , 195 22,618,546 Dav enp ort ___________ __ N o v . 1 8 , 19522,766,283 Darden ________________ __ Oct. 9 , 1 9 5 62,810 ,710 Long _________________ __ Oct. 2 2 , 195 72,864,685 W at ers e t a l ___________ __ D e c . 1 6 , 19582,955,930 K e a l y ________________ __ Oct. 1 1 , 1960

FOREIGN PATENTS5 39,596 Canada ______________ __ A p r . 1 6 , 1957

OTHER REFERENCESWinsor e t a l . : J o u r n a l o f t h e S c i e n c e o f F o o d andA g r i c u l t u r e , v o l . 9 , A p r i l 1 9 5 , p a g e s 1 8 5 t o 1 9 4 . ( C o p yi n L i b r a r y . )