CN100348550C

CN100348550C - 一种尿基复合肥的生产方法

Info

Publication number: CN100348550C
Application number: CNB2004100392199A
Authority: CN
Inventors: 武四海; 王金铭; 杨合乐; 郭鸿志; 佟宏宇; 杨旭; 石学勇
Original assignee: HEBEI TOPRUN CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: HEBEI TOPRUN CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: CN1651359A

Abstract

本发明涉及一种尿基氮磷钾复合肥的生产方法，将尿素与硫酸、水按一定比例进行反应生成硫酸脲溶液，再将硫酸脲溶液送入造粒机内，与通入造粒机内的氨进行中和反应，与此同时与进入造粒机内部的其它含氮、磷、钾的基础肥料通同回转成粒，经干燥、筛分、冷却、包裹等工序，最终形成合格产品。本发明合理利用了各种反应热，大大降低了生产能耗，同时由于硫酸脲的生成反应是在较低温度(60℃～80℃)下进行，尿素的水解及缩合反应很少，使最终产品的缩二脲含量很低。使产品质量能得到根本的保证。本发明工艺简单，生产成本更低，易移植于目前的复合肥生产装置。

Description

一种尿基复合肥的生产方法

技术领域

本发明涉及一种复合肥料的生产方法，更确切的说涉及一种尿基复合肥的生产方法。

背景技术

尿素作为目前含氮量最高的固体肥料，应用于农作物已经很久，但长期以来，由于尿素较为特殊的性质，与其他基础肥料共同造粒生产复合肥时，产品易吸湿，给造粒和后处理带来困难，特别在夏季生产中，由于温度高、湿度大，造粒环路很易湿化、结疤、堵塞，造成生产不畅。为克服这些不足，多年来各国化学专家致力于探索尿基复合肥的生产技术和适宜的操作参数。

尿基复合肥的传统生产工艺，是将尿素及其它基础肥料分别破碎，加入到造粒系统中团聚成粒，该工艺虽然简单，但由于造粒温度较低，造粒出料水份含量大，从而加大了干燥负荷，并且产品的颗粒强度较低。中国专利CN1280969A公开了一种采用尿素溶液直接制取氮磷钾复合肥料的方法，该工艺采用尿素生产厂家浓度为65.0～99.7％、温度为80～140℃的尿素溶液，喷入造粒机中与其它基础肥料团聚成粒，该工艺合理利用了尿素装置生产的尿素溶液，提高了造粒温度，但此工艺更适合于有尿素装置的厂家，因此有一定的局限性。另外还有尿素熔融工艺，即将固体尿素在110～120℃下，制成～95％的尿素熔融液，将此尿素熔融液喷入造粒机中与其它基础肥料团聚成粒，该工艺利用尿素熔融液的热能，提高了造粒温度，改善了粒子的性能，但是由于将尿素熔融使蒸汽能耗增加，并且尿素在较高的温度下，易水解，特别是易生成对农作物生长有害的缩二脲杂质，使复合肥产品质量不能得到完全的保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高操作弹性、低返料、低能耗、缩二脲含量低、成本低、品质高的尿基复合肥的生产方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种尿基复合肥的制备方法，其步骤如下：

(1)先将尿素与硫酸、水反应生成硫酸脲溶液；

(2)将所得硫酸脲溶液和液氨分别加入装有含氮、磷、钾的基础肥料的造料装置内进行氨化反应，并与基础肥料共同造粒形成物料；

(3)所得物料经干燥、冷却、筛分；得颗粒状尿基复合肥料。

所述步骤(1)中所述尿素与所述硫酸、水的摩尔比为1.6∶1∶1-4.5∶1∶1；最好为1.8∶1∶1或3.6∶1∶1。

所述步骤(2)中所述硫酸脲溶液的加入量为加入肥料总实物重量的10～60％。

所述加入肥料总实物包括硫酸脲、含氮、磷、钾的基础肥料、液氨等。

所述硫酸脲溶液经喷嘴喷洒到所述造粒装置的料床上造粒。

对于某些品种肥料，根据配方的需要，为减少固体物料加入量及提高造粒温度，则所述的硫酸脲溶液也可以与外加硫酸和/或磷酸混合后经喷嘴喷洒到所述造粒装置的料床上造粒。

所述液氨可以先与硫酸或磷酸和洗涤液在中和槽或管式反应器中反应，再输送、喷入造粒装置料床，与其它物料一起进行造粒。

所述洗涤液为含有硫酸铵、磷铵及其它粉尘的水溶液。

所述硫酸脲在所述造粒装置内与从喷氨轴或喷氨管喷出的液氨发生中和反应，称为氨化反应。

所述氨化反应的时间为3～10分钟。

所述造粒的温度为60～90℃，最好为65～75℃。

所述造粒的时间为3～20分钟。

所述的含氮、磷、钾的基础肥料是磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硫酸铵、普钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、氯化钾、硫酸钾、硝酸钾中的一种或一种以上的混合物。

所述造粒装置中还可加入一定量的填料；所述的填料为粉末状的膨润土、高岭土、瓷土、陶土、磷石膏、粉煤灰、滑石粉或白土中的一种或一种以上的混合物；其加入量为总实物重量的1％～20％。

所述干燥通过热空气作为干燥介质，进入干燥装置的热空气温度一般控制在40～140℃。

通过冷却循环水控制所述硫酸脲的反应温度在60～80℃。

所述含氮、磷、钾的基础肥料在加入造粒装置前破碎成小于1毫米的粉状物料。

本发明的原理是：尿素与硫酸反应能形成硫酸脲，当反应体系有水存在时，反应产物将十分稳定。通过资料显示及实验验证，尿素、硫酸、水在不同的的摩尔比下能反应生成不同结构及物性的产物，在尿素、硫酸、水的摩尔比为1.8∶1∶1和3.6∶1∶1时，形成的硫酸脲产品具有较低的结晶温度(10℃左右)，特别是在摩尔比为3.6∶1∶1时，不仅其结晶点最低，并且生成硫酸脲的反应更容易控制。

尿素、硫酸、水生成硫酸脲的反应为放热反应，控制反应温度在适宜的范围内至关重要，应采用有效的冷却系统，将此反应热及时移出，本发明提供两种冷却控温手段：

1、在反应槽中加入内冷换热器，以冷却循环水作为冷却介质。

2、将反应产物通入外部换热器，以冷却循环水作为冷却介质，换热后的反应产物返回反应槽。

3、上述冷却循环水的温度≤28℃。

硫酸脲制备时的反应温度控制在60～80℃，最好控制在65～75℃，这样既保证了反应的速度，又保证了反应体系在安全、适中的条件下顺利进行，并且在此温度范围内，尿素水解及缩二脲的生成微乎其微。

由上述反应形成的硫酸脲产品不仅性能稳定，在温度为60℃～80℃时，其粘度较高(20～60cps)，流动性很好，并且具有较强的酸性(PH值在1.2～1.4)，与氨(液氨、气氨)能发生快速的中和反应。

硫酸脲氨化反应时，当PH在2.0左右时，开始析出晶体，反应达终点时，PH在5.0左右。通过对硫酸脲氨化产物的X衍射图谱分析，硫酸脲氨化产物的主要物相为硫酸铵和尿素，另有少量未反应的硫酸脲，说明与尿素结合的硫酸已基本上转化为硫酸铵。

物料经过干燥机后，进入后续的筛分、破碎、冷却、包裹等工序，最后合格产品称量包装。

通过上述所有工序得到产品外观圆润、颗粒强度较高、缩二脲含量极低(≤0.5％)的尿基复合肥产品。

本发明较现有尿基复合肥生产方法相比具有以下优点：

1、由于尿素与硫酸、水反应形成硫酸脲的反应为放热反应，不需加热固体尿素即能形成易流动的硫酸脲液体，相对尿素熔融法可以节省大量的蒸气消耗，并且该反应温度控制在60～80℃，温度较低，尿素的水解极少，尿素缩合生成的缩二脲生成量极低，养分的损失少、产品的品质能得到完全的保证。

2、本发明所生成的硫酸脲溶液流动性好，结晶温度较低(10～15℃)，采用普通的伴热及保温措施即可满足液体输送的要求，可大大节约设备及管道投资。并且，也可有效的防止管道高温拌热造成水解及缩二脲的生成。

3、硫酸脲液体粘度较高，在60℃可达50cps，喷入造粒机中与其它基础肥料更易成粒，产品外观圆润。

4、充分利用了尿素、硫酸、水生成硫酸脲溶液的反应热，以及硫酸脲的氨化反应热，使能耗降低；并且由于硫酸脲溶液中水的含量很低，使得粒子系统水分含量较低，也大大降低了干燥机的热风负荷；对于某些配方可实现无干燥或少干燥即可达到水分含量的要求。

5、本发明中可解决造粒过程中，粉状硫酸铵成粒难的问题，特别是当品种要求硫酸铵加入量较多时。

6、本发明中，利用硫酸脲的生成反应热及硫酸脲的氨化反应热，可使造粒温度达到70℃左右，使粒子强度较传统造粒工艺要高，如果外加管式反应器喷浆造粒使粒子强度更高。

7、本发明更易实现连续化自动操作，无论硫酸脲配制还是氨化造粒，均具有较高的操作弹性，容易控制。

8、本发明中，硫酸脲的氨化产物及与其它基础肥料混合成粒后产品粒子的临界相对湿度可达60％以上，即使在高温、高湿的夏季生产也能通畅的运行，结疤现象不严重，特别是生产高氮肥料时，效果更加明显。

下面通过实施例对本发明做进一步阐述，但并不意味对本发明保护范围的限制。

具体实施方式

实施例1

将162公斤尿素(含N46％)、79公斤浓硫酸(98％)、8公斤水分别同时加入到带有搅拌器的配制槽，在加入的过程中，密切注意配制槽温度的变化，通过冷却循环水将反应温度控制在60～80℃，经约40分钟，反应完毕，生成澄清的硫酸脲溶液。

将上述配制的硫酸脲溶液在混合器中与63.7公斤的浓硫酸(98％)均匀混合，混合后一起经喷嘴喷洒到造粒机内。

造粒机内有粉状磷铵(含N 11％、P₂O₅ 44％)341公斤，氯化钾(含K₂O 60％)250公斤，膨润土64公斤，同时打开喷氨轴(或喷氨管)液氨阀门，向造粒机内喷送46公斤液氨。

经过约5分钟造粒，造粒温度约70℃，造粒物料出造粒机口的水份含量约1.5％，成球率95％。

造粒后的物料用温度约110℃的热风在干燥机中干燥，干燥后的物料经冷却、筛分，便得到粒度为1～4mm的复合肥料。

肥料产品分析结果：N 15.04，P₂O₅14.92，K₂O 15.12％，总有效养分(N+P₂O₅+K₂O)＝45.08％，肥料水份为0.8％，缩二脲含量0.2％，强度为35牛顿，成球率93％。

实施例2：

将383公斤尿素(含N46％)、188公斤浓硫酸(93％)、18.4公斤水分别同时加入到带有搅拌器的配制槽，在加入的过程中，密切注意配制槽温度的变化，通过冷却循环水将反应温度控制在60～80℃，经约20分钟，反应完毕，生成澄清的硫酸脲溶液。

将上述配制的硫酸脲溶液经喷嘴喷洒到造粒机内。

与此同时将29.1公斤液氨、14.8公斤浓硫酸(93％)、210.5公斤磷酸(含P₂O₅47.5％，水23.4％)经计量输送至管式反应器，反应后喷入造粒机内。

造粒机内有氯化钾(含K₂O 60％)167公斤，同时打开喷氨轴(或喷氨管)液氨阀门，向造粒机内喷送61.0公斤液氨。

经过约5分钟造粒，造粒温度约75℃，造粒物料出造粒机口的水份含量约1.4％，成球率96％。

肥料产品分析结果：N 25.12，P₂O₅10.04，K₂O 9.89％，总有效养分(N+P₂O₅+K20)＝45.05％，肥料水份为0.7％，缩二脲含量0.2％，强度为29牛顿，成球率93％。

实施例3

将上述配制的硫酸脲溶液经喷嘴喷洒到造粒机内。

与此同时将29.1公斤液氨、210.5公斤磷酸(含P₂O₅47.5％，水23.4％)经计量输送至中和槽，反应后喷入造粒机内。

肥料产品分析结果：N 25.12，P₂O₅ 10.04，K₂O 9.89％，总有效养分(N+P₂O₅+K₂O)＝45.05％，肥料水份为0.7％，缩二脲含量0.2％，强度为29牛顿，成球率93％。

实施例4

将277公斤尿素(含N46％)、210公斤浓硫酸(98％)、33.6公斤水分别同时加入到带有搅拌器的配制槽，在加入的过程中，密切注意配制槽温度的变化，通过冷却循环水将反应温度控制在60～80℃，经约40分钟，反应完毕，生成澄清的硫酸脲溶液。

将上述配制的硫酸脲溶液在混合器中与56公斤的磷酸(P₂O₅含量50％)均匀混合，混合后一起经喷嘴喷洒到造粒机内。

造粒机内有粉状磷铵(含N 11％、P₂O₅44％)50公斤，氯化钾(含K₂O 60％)168公斤，高岭土180公斤，同时打开喷氨轴(或喷氨管)液氨阀门，向造粒机内喷送82公斤液氨。

肥料产品分析结果：N 20.14，P₂O₅5.02，K₂O 10.13％，总有效养分(N+P₂O₅+K₂O)＝45.08％，肥料水份为0.8％，缩二脲含量0.15％，强度为30牛顿，成球率93％。

上述实施例中，复合肥料各分析项目及分析方法按照国家复混肥质量标准GB15063-2001；复混肥料中缩二脲的检测采用原子吸收法。

Claims

1、一种尿基复合肥的制备方法，其步骤如下：

(1)先将尿素与硫酸、水反应生成硫酸脲溶液；所述尿素与硫酸、水的摩尔比为1.6∶1∶1～4.5∶1∶1；反应温度控制在60～80℃；

(2)将所得硫酸脲溶液和液氨分别加入装有含氮、磷、钾的基础肥料的造料装置内进行氨化反应，并与基础肥料共同造粒形成物料；所述硫酸脲溶液的加入量为加入肥料总实物重量的10～60％；所述造粒的温度为60～90℃；所述造粒的时间为3～20分钟；

(3)所得物料经干燥、冷却、筛分；得颗粒状尿基复合肥料；所述干燥时的热风温度为60～140℃。

2、如权利要求1所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述硫酸脲溶液先与硫酸和/或磷酸混合，再加入所述造粒装置。

3、如权利要求1所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述液氨先与硫酸或磷酸以及含有硫酸铵、磷铵及其它粉尘的洗涤液在中和槽或管式反应器中反应，再加入所述造粒装置。

4、如权利要求1所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述加入肥料总实物包括硫酸脲、含氮、磷、钾的基础肥料、液氨和/或硫酸、磷酸以及含有硫酸铵、磷铵及其它粉尘的洗涤液。

5、如权利要求1所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述造粒的温度为65～75℃。

6、如权利要求1～4中任一项所述尿基复合肥料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述的含氮、磷、钾的基础肥料为磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硫酸铵、普钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、氯化钾、硫酸钾或硝酸钾中的一种或多种的混合物。

7、如权利要求1所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述尿素、硫酸、水的摩尔比为1.8∶1∶1或3.6∶1∶1。

8、如权利要求1所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：通过冷却循环水控制所述步骤(1)所述硫酸脲的反应温度在65～75℃。

9、如权利要求1～3中任一项所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述造粒装置中加入填料。

10、如权利要求9所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述的填料为粉末状的膨润土、高岭土、瓷土、陶土、磷石膏、粉煤灰、滑石粉或白土中的一种或多种的混合物。

11、如权利要求9所述尿基复合肥的制备方法，其特征在于：所述的填料的量为加入肥料总实物重量的1％～20％。