專利名稱：一步法化學(xué)合成尿基氮磷鉀復(fù)合肥新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬化肥工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
二、現(xiàn)有技術(shù)狀況據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社應(yīng)用化學(xué)與“三農(nóng)”讀物出版中心，于2000年9月出版發(fā)行[京]新登字039號(hào)的“復(fù)混肥和功能性肥料生產(chǎn)新工藝及應(yīng)用技術(shù)叢書(shū)”第一分冊(cè)《生產(chǎn)工藝技術(shù)》中第181頁(yè)和第233～240頁(yè)的書(shū)中介紹獲知尿素-過(guò)磷酸鈣工藝最初是由法國(guó)巴黎采礦學(xué)院研究部開(kāi)發(fā)的，后由法國(guó)格朗德-帕羅瓦斯/AZF公司于1994年進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了尿素-過(guò)磷酸鈣流程(該流程簡(jiǎn)稱USP流程)。該工藝先是在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模作小試研究，進(jìn)一步在100kg/h的中試裝置里開(kāi)發(fā)，然后投入到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模15噸/小時(shí)的廠內(nèi)示范，運(yùn)行狀況良好。該工藝的顯著優(yōu)點(diǎn)1.新工藝無(wú)廢液排放，磷礦中帶入的氟全部進(jìn)入產(chǎn)品中，基本無(wú)氟廢氣逸出，去除了原有普鈣生產(chǎn)的氟鹽加工工序，改善了環(huán)境。
2.新工藝直接用濃硫酸，不象生產(chǎn)普鈣要把濃硫酸稀釋到70％～75％，粉狀尿素過(guò)磷酸鈣產(chǎn)品含水為3％～4％，而傳統(tǒng)的普鈣產(chǎn)品含水為10％～12％，故新工藝節(jié)能，若將粉狀尿素過(guò)磷酸鈣造粒，則單位P2O5可節(jié)省40％的干燥能耗。
3.尿素過(guò)磷酸鈣產(chǎn)品的原料(硫酸、磷礦、尿素)費(fèi)用低，較之用尿素、磷酸、硫酸銨、氨來(lái)生產(chǎn)“20～10”規(guī)格的復(fù)肥費(fèi)用要低10％～30％。
4.可以利用現(xiàn)有的過(guò)磷酸鈣或重鈣生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
5.粉狀尿素過(guò)磷酸鈣可以作為復(fù)合肥料廠生產(chǎn)氮磷或氮磷鉀復(fù)混肥的原料。
上?；ぱ芯吭横槍?duì)中國(guó)磷礦的特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了適合于國(guó)內(nèi)原料的尿素過(guò)磷酸鈣生產(chǎn)工藝。于1999年報(bào)道了一種以“料漿法工藝一步法生產(chǎn)顆粒尿素氮磷鉀復(fù)合肥的新技術(shù)“。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)1.尿基氮磷鉀復(fù)合肥新工藝，針對(duì)我國(guó)目前主要的兩個(gè)磷肥品種普鈣和鈣鎂磷肥，最大的氮肥品種尿素，通過(guò)有機(jī)結(jié)合，一步法生產(chǎn)的新型粒狀復(fù)合肥料產(chǎn)品，符合肥料發(fā)展的方向。
2.尿基氮磷復(fù)合肥和尿基氮磷鉀復(fù)合肥料屬于新的肥料品種，它的物理性質(zhì)較好，產(chǎn)品達(dá)到復(fù)混肥國(guó)標(biāo)GB15063～94的要求。產(chǎn)品中氮素的主要組為四尿素硫酸鈣，因此，可以有效地控制尿素的釋放，提高了化肥的利用率，增加了肥效。產(chǎn)品中水溶性磷、枸溶性磷比例適宜，即可提供作物特定的生長(zhǎng)周期中對(duì)磷元素的大量需求，又能滿足作物全生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)磷元素的持續(xù)需要，兼具化肥速效性與農(nóng)家肥持久性的特點(diǎn)。
3.尿基氮磷鉀復(fù)合肥新工藝無(wú)三廢排放，工藝過(guò)程中基本無(wú)氟廢氣逸出，生產(chǎn)和操作環(huán)境好，屬清潔生產(chǎn)工藝，除此之外，顆粒產(chǎn)品不易結(jié)塊，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸，并可滿足機(jī)械化施肥的要求。
4.產(chǎn)品富含作物生長(zhǎng)必需的鈣、鎂、硫、硅等中量元素，并可根據(jù)土壤、作物、氣候等條件或客戶要求添加硼、銅、鉬、鋅等微量元素能全面維持土壤養(yǎng)份均衡保持作物良好生長(zhǎng)的特點(diǎn)。
5.該工藝適應(yīng)性強(qiáng)，裝置通用性好，即可以按料漿法生產(chǎn)，也可以按團(tuán)粒法生產(chǎn)復(fù)合肥產(chǎn)品。
發(fā)明申請(qǐng)人就上述“料漿法工藝一步法生產(chǎn)顆粒尿素氮磷鉀復(fù)合肥新技術(shù)”中“氮、磷、鉀”三種主要元素物料體系在復(fù)合肥的生產(chǎn)工藝過(guò)程(步驟)而言，認(rèn)為應(yīng)分為兩步第一步是將顆粒尿素溶解到硫酸中形成一種酸性硫酸脲溶液后，去分解磷礦粉，粉-液經(jīng)混合反應(yīng)后生成二元(氮磷)體系作物料漿，其化學(xué)反應(yīng)式為
式中a+b＝1上述工藝過(guò)程與法國(guó)格朗德-帕羅瓦斯/AZF公司于1994年開(kāi)發(fā)成功的“USP”流程工藝技術(shù)內(nèi)容基本雷同，無(wú)多大創(chuàng)新之處。
第二步鉀元素物料是在料漿造粒過(guò)程中按體系總養(yǎng)份規(guī)格要求，計(jì)量后添加進(jìn)去達(dá)到增加一種主要營(yíng)養(yǎng)元素肥料的目的，顯然同國(guó)內(nèi)重多復(fù)混肥廠在生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合肥品種時(shí)所采用的方式一樣，屬混配形式，而不同于第一步中氮磷兩種元素物料是直接通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形式合成制取的。
三、發(fā)明的目的在促進(jìn)我國(guó)大力推進(jìn)先進(jìn)科技生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化及發(fā)展大道中，全力貢獻(xiàn)出自己微不足道之發(fā)明的同時(shí)，努力使自身在各個(gè)方面也同步得到一定的提高和發(fā)展為目的。四、發(fā)明的內(nèi)容1、生產(chǎn)工藝過(guò)程將225kg±1kg、89％±1％的H2SO4經(jīng)高位計(jì)量罐放入帶夾套保溫加熱層的敞口罐(Φ2200×800)式混合化成器中，通蒸汽加熱，當(dāng)化成器中H2SO4溶液加熱到50℃±5℃時(shí)(夾套溫度嚴(yán)格控制在85-90℃之間)，啟動(dòng)攪拌(攪拌線速3-5M/S)后，將430kg±1kg尿素在2-3min內(nèi)投入化成器中，攪均溶解后，控制尿基液(硫酸脲溶液)溫度在75℃-80℃時(shí)，將330kg±1kg磷礦粉(通過(guò)1.0-0.5mm篩網(wǎng))均勻地投入化成器中，同時(shí)將夾套保溫層的溫度迅速升至100℃-102℃(蒸汽表壓約P≤0.045MPa)完畢后，攪拌反應(yīng)(此時(shí)應(yīng)增大攪拌線速在5-7M/S使之更有利于充分?jǐn)噭蚝图涌煳锪系姆磻?yīng))2-3min后，投加50％的R·SO3Na(或C18H23SO3Na)溶液15-20kg(投加量為反應(yīng)物總量的0.2％-1.2％)攪勻后，再迅速均勻地將100kg±1kg粉狀K2SO4(通過(guò)1.5-2.0mm篩網(wǎng))投入化成器中，攪勻(2-3min即可)，投料和攪拌結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)入固化化成，時(shí)間45-50min內(nèi)化成結(jié)束后出料……。制得外觀為淺黃色疏松結(jié)晶狀的細(xì)顆粒尿基氮磷鉀三元復(fù)合肥。
工藝過(guò)程要點(diǎn)在物料反應(yīng)后期的整個(gè)固化化成中，必須嚴(yán)格控制物料的反應(yīng)溫度在100℃±2℃之間，這樣不僅有利于物料加快反應(yīng)，特別是對(duì)提高磷礦粉有效磷的轉(zhuǎn)化率非常重要，而且還有利于在工藝規(guī)定的固化化成時(shí)間內(nèi)排出大量(約物料中2.5％-3.5％)的水份；另一方面，可防止溫度偏高(105℃以上時(shí))導(dǎo)致反應(yīng)物中的養(yǎng)份物質(zhì)發(fā)生退化、分解及破壞體系本處于良好的結(jié)晶固化化成狀態(tài)。
采用上述“USPK”工藝技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的尿基氮磷鉀復(fù)合肥，當(dāng)天采樣分析鮮肥的總養(yǎng)份含量NPK≥31.5，其中N≥19.5％、P2O5≥7.5％、K2O≥4.6％、水份≤2.5％；顆粒度1.0-2.8mm粒徑的占其總肥料量的55％左右，無(wú)需造粒干燥。余下的45-50％細(xì)顆粒(0.5-0.25mm)因具有松軟和低水份含量的特點(diǎn)和自身粘度好，不需添加其它粘接助劑，可直接擠壓造粒包裝入庫(kù)。
2、原輔輔材料規(guī)格要求1)H2SO4工業(yè)級(jí)93％-98％的商品酸，注需加水配制成89％±1％的稀H2SO42)CO(NH2)2農(nóng)用級(jí)N≥46.3％、H2O≤1％3)Ca3(PO4)2(貴州開(kāi)陽(yáng)產(chǎn))P2O5≥33％、H2O≤2％粉狀，細(xì)度80-100目。
4)R·SO3Na(或C18H23SO3Na)(日化)工業(yè)級(jí)需加水配制成50％-70％的稀溶液。
5)K2SO4農(nóng)用級(jí)K2O≥50％、H2O≤2％粉狀。
注該項(xiàng)發(fā)明使用的Ca3(PO4)2(磷礦粉)是貴州開(kāi)陽(yáng)縣金鐘鎮(zhèn)產(chǎn)的黃白色磷礦粉。若生產(chǎn)時(shí)改用成都什仿礦、云南尖山礦、云南江川礦、湖北宜昌礦或江蘇錦屏礦時(shí)，其H2SO4的用量、濃度及投礦粉時(shí)，尿基溶液需要控制的溫度值、攪拌強(qiáng)度和時(shí)間等工藝參數(shù)，均需作出相應(yīng)的調(diào)整。五、該項(xiàng)發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果發(fā)明人開(kāi)發(fā)成功的一步法“USPK”工藝合成尿基氮、磷、鉀復(fù)合肥新技術(shù)是在法國(guó)格朗德-帕羅瓦斯/AZF公司和上?；ぱ芯吭合群箝_(kāi)發(fā)成功的尿基-過(guò)磷酸鈣簡(jiǎn)稱(“USP”流程)新工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)一年多的反復(fù)實(shí)驗(yàn)和重大改進(jìn)后，于2002年2月下旬，在小型工業(yè)化裝置上，以4-5噸/小時(shí)(間隙式工藝流程)的試產(chǎn)規(guī)模中，將氮(尿素)、磷(磷礦粉)、鉀(硫酸鉀或氯化鉀)三種主要元素物料分批投入到同一個(gè)(敞口的)罐式混合化成器中，開(kāi)發(fā)成功了氮、磷、鉀等三種主要元素物料通過(guò)一步化學(xué)反應(yīng)后，制得“尿基氮、磷、鉀復(fù)合肥料的新工藝技術(shù)”。
該項(xiàng)發(fā)明(簡(jiǎn)稱“USPK”流程)與前述的“USP”流程及上?；ぱ芯吭洪_(kāi)發(fā)成功的“料漿法工藝一步法生產(chǎn)顆粒尿素-氮磷鉀復(fù)合肥新技術(shù)”相比較，除具備同樣的所有優(yōu)點(diǎn)外“USPK”流程更具有其自身的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)和顯著優(yōu)勢(shì)1、生產(chǎn)工藝裝置更為簡(jiǎn)化(不需破粹機(jī)和干燥機(jī)等)，投資費(fèi)用更低、效率更高。
2、生產(chǎn)工藝過(guò)程更為簡(jiǎn)單(物料反應(yīng)→擠壓造?！?jì)量包裝入庫(kù)三道工藝)，能源消耗和生產(chǎn)費(fèi)用更低。
3、生產(chǎn)中各種(氮、磷、鉀)養(yǎng)份含量值的調(diào)節(jié)范圍(N5-20％、P2O55-12％、K2O4-10％)更寬、更簡(jiǎn)便。
4、肥料體系中的“氮、磷、鉀”整體質(zhì)量的均一同等性，是其它通過(guò)混配形式制成的同系規(guī)格肥料所無(wú)法相比的。
5、從工業(yè)化大規(guī)模推廣實(shí)施的發(fā)展前景相比較“USPK”流程新工藝技術(shù)在優(yōu)化我國(guó)化肥行業(yè)的資源配置、降低綜合能源消耗、節(jié)省建設(shè)投資費(fèi)用及減少對(duì)環(huán)境的污染等方面，“USP”流程和“料漿法工藝一步法生產(chǎn)顆粒尿基氮磷鉀復(fù)合肥新技術(shù)”更具顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和重大的現(xiàn)實(shí)意義。六、 實(shí)現(xiàn)發(fā)明的最好方式
就印證該項(xiàng)發(fā)明技術(shù)的真實(shí)性、直觀性、可靠性及可行性而言，只需具備下列條件和按下述操作步驟進(jìn)行，即可實(shí)現(xiàn)其目的1、材料a、H2SO4(89％±1％)450gb、CO(NH2)2860gc、Ca3(PO4)2(粉狀)460gd、R·SO3Na(或c18H23SO3Na)(溶液50％) 40ge、K2SO4(粉狀) 200g2、器具a、加熱器一臺(tái)(天然氣灶或液化石油氣灶均可，不可用電爐加熱)。
b、水溶保溫裝置一臺(tái)(可用Φ320-400mm、高h(yuǎn)＝200-250mm的鋁鍋或其它盛水用的鍋具均可)。
c、混合化成器一個(gè)(可用5000ml的玻璃燒杯代替)。
d、溫度計(jì)0-150℃(水銀計(jì))2支。
e、攪拌棒長(zhǎng)350-400mm、Φ8-10mm2支。
3、小試操作步驟(需一人操作一人配合)a、準(zhǔn)確稱取上述各種材料備用配制89％H2SO4時(shí)應(yīng)特別小心，帶好耐酸手套和防護(hù)鏡，嚴(yán)格按濃H2SO4稀釋方法的程序操作，防止意外事故發(fā)生。
b、水浴加熱至85-90℃時(shí)(鍋底放入一個(gè)用鐵絲制成的鐵圈，用于防止水沸騰時(shí)燒杯晃動(dòng)和杯底局部受熱)，將預(yù)先配制好的89％±1％H2SO4倒入燒杯，將燒杯放入水浴中，待杯中酸溫達(dá)到來(lái)50℃±5℃時(shí)投CO(NH2)2攪均溶解后備用。
c、當(dāng)杯中硫酸脲溶液溫度達(dá)到75℃-80℃時(shí)，投加Ca3(PO4)2粉充分?jǐn)嚲瑫r(shí)快速將水浴溫度升至沸點(diǎn)(100℃)此溫度條件需一直保持到反應(yīng)物反應(yīng)結(jié)束時(shí)為止。
d、當(dāng)杯中物料溫度為70℃-75℃時(shí)，加入R·SO3Na(或C18H23SO3Na)助劑，并快速充分?jǐn)嚲?，隨后迅速將粉狀K2SO3投入杯中快速充分?jǐn)嚲?，插入溫度?jì)、控制物料反應(yīng)溫度在100℃±2℃之間(一般需40-45min后才能達(dá)到這一溫度值)。
e、當(dāng)杯中固化化成時(shí)間達(dá)到45-50min時(shí)，取出燒杯稍冷卻(90℃以下)后，用布帕包住杯子，小心用力振搖幾下，即可到出物料，杯壁用瓢具鏟出，物料冷卻至40℃以下時(shí)，用薄膜塑料袋封好，小樣備查，小試完畢。
注操作步驟中，投加R·SO3Na(或C18H23SO3Na)助劑后，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，只要充分?jǐn)嚲纯?，以防止物料便稠發(fā)生固化使H2SO4無(wú)法攪均或投入。
權(quán)利要求
一步法化學(xué)合成“USPK”復(fù)合肥工藝技術(shù)是在“USP”復(fù)合肥工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入表面活性劑AS或滲透BX后，利用其優(yōu)良的滲透性能和發(fā)泡性質(zhì)，促使“USPK”反應(yīng)體系易于固化化成和結(jié)晶的化學(xué)原理為主要技術(shù)特征。
全文摘要
一步法化學(xué)合成尿基氮磷鉀復(fù)合肥新技術(shù),屬化肥工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。解決的技術(shù)問(wèn)題用最簡(jiǎn)單的一步法(簡(jiǎn)稱“USPK”流程)工藝方法，解決了氮、磷、鉀等三種主要元素物料直接通過(guò)化學(xué)反應(yīng)方式合成出尿基氮磷鉀復(fù)合肥料的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。“USPK”工藝技術(shù)的主要化學(xué)反應(yīng)式如圖主要技術(shù)特征和用途1.技術(shù)特征一步法“USPK”工藝技術(shù)是在“USP”工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入表面活性劑AS或滲透劑BX后，利用其優(yōu)良的滲透性能和發(fā)泡性質(zhì)，促使“USPK”反應(yīng)體系易于同化化成和結(jié)晶的化學(xué)原理，從而達(dá)到更進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)備、節(jié)省投資和降低能耗為主要技術(shù)特征。2.用途農(nóng)業(yè)用化肥。
文檔編號(hào)C05G3/00GK1445201SQ0210763
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2002年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月18日
發(fā)明者田紹明 申請(qǐng)人:田紹明