CN105431396A - 用于生产颗粒氮钾肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明可以应用于使用硝酸铵和氯化钾生产复合矿物肥料的化学工业。用于生产颗粒氮钾肥的方法通过以下步骤进行：将硝酸铵浓溶液与氯化钾和氨混合、对所得混合物进行造粒、以及干燥产物。在造粒工艺中，所得颗粒产物具有施用于其的浓度为按质量计24％至30％的硫酸镁水溶液，所述硫酸镁水溶液的量使得最终产物中的硫酸镁含量按MgO计不低于0.5质量％。肥料颗粒的强度因此增加并且其在长期储存期间的结块减少。此外，通过使最终产物中的MgO保持在0.5质量％至1.0质量％，实现了硫酸镁的最低消耗。
Description
技术领域
本发明涉及用于基于硝酸铵和氯化钾来生产在农业中使用的氮钾肥的方法；本发明可以用于化学工业中的矿物肥料制造。
背景技术
已知一种用于生产颗粒氮钾肥的方法，其包括：将浓硝酸铵溶液与氯化钾混合、将混合物与镁盐一起进行造粒、以及干燥产物(俄罗斯联邦专利RU2225384C1，IPCC05G1/00、C05C1/00、C05D1/00，2004年3月10日公布)。在该已知方法中，将镁盐(硝酸镁)添加至混合物或浓溶液中以减少颗粒产物结块。然而，产物的结块在其储存期间增多。由于在最终产物中，原料的转化过程(硝酸铵和氯化钾转化为硝酸钾和氯化铵)继续进行，因此产物的性能特性(颗粒强度和结块能力)较差。
另一种已知的用于生产氮钾肥的方法包括：将硝酸铵熔体与氯化钾混合、在圆筒造粒机中对包含硫酸镁的混合物进行造粒、以及干燥产物(俄罗斯联邦专利RU2154620C1，IPCC05C1/02、C05D1/00、C05G1/06、C05D5/00，2000年8月20日公布)。由于设备因为被产物堵塞以及阻塞而频繁停机以进行清理，因此用于基于硝酸铵和氯化钾来生产氮钾肥的方法的特征在于生产力不足。通过该已知方法生产的颗粒产物具有低强度颗粒和高结块能力；长期储存使得形成粘结的团聚物；粉末部分的含量在长期运输期间因为压碎颗粒而增加；并且原料(硝酸铵和氯化钾)的转化过程在最终产物中继续进行。
对于所要求保护的发明，最接近的现有技术是一种用于生产颗粒氮钾肥的方法，其包括：将浓硝酸铵溶液与氯化钾和氨混合，在圆筒造粒机中对混合物进行造粒，以及干燥产物(俄罗斯联邦专利RU2275347C1，IPCC05C1/02、C05D1/00、C05G1/00，2006年4月27日公开(原型))。该已知方法的特征在于硝酸铵和氯化钾分别转化成硝酸钾和氯化铵的高转化程度，从而为所生产的颗粒氮钾肥提供了高的农用化学品特性。然而，因为产物颗粒的强度不足，所以细粒部分的比例在长期运输期间增加，从而增加了长期储存期间的结块。
发明内容
所要求保护的方法的目的在于基于钾铵硝石型的硝酸铵和氯化钾来提供颗粒氮钾肥。本发明的主要技术效果在于提高肥料颗粒的强度和减少其长期储存期间的结块。
主要技术效果的实现由于以下过程而得以确保：在用于生产颗粒氮钾肥的方法(其中所述方法包括将硝酸铵的浓溶液与氯化钾和氨混合、对混合物进行造粒、以及干燥产物)的造粒步骤中，将浓度为按重量计24％至30％的硫酸镁水溶液以使最终产物中硫酸镁的含量按MgO计不低于0.5重量％的量施用在所产生的分散产物上。此外，最终产物中MgO的含量保持在0.5重量％至1.0重量％的范围内。
所提出的方法允许颗粒的受控结构的形成。为了此目的，将硫酸镁施用在由造粒产生的分散产物上。分散产物由在造粒的初始步骤中当循环产物与混合物(浆料、进料)接触时所形成的产物颗粒组成，所述混合物在搅拌硝酸铵和氯化钾并使其转化时得到。分散产物预先由已经形成的颗粒和正在形成的颗粒组成。当落在分散产物的颗粒表面上时，硫酸镁水溶液引起颗粒表面层的结构化，提高其在进一步的造粒和最终产物的储存中的强度。这使得能够更完整地保持充当结构形成添加剂的硫酸镁的特性，以及能够显著增加最终产物的颗粒强度。
硫酸镁在水溶液中的重量分数保持在24重量％至30重量％(或按MgO计8重量％至10重量％)的浓度，以优化干燥工艺期间的能耗，以及向溶液提供其应用所需的流变特性。已经发现，当硫酸镁的量少于24重量％(按MgO计8重量％)时，颗粒中的含水量增加，导致干燥工艺的能耗增加；而当溶液中硫酸镁的量多于30重量％(按MgO计多于10重量％)时，溶液的粘度增加，使得其难以运输和应用。
硫酸镁溶液以使得其在最终产物中的含量按MgO计不低于0.5重量％的量添加。当产物中MgO的量少于0.5重量％时，颗粒的强度降低至原型中的固有水平，并且肥料的结块在最终产物的长期储存中增多。与0.5重量％至1.0重量％的范围(0.5重量％至1.0重量％，包括值0.5％和1.0％(本文中“至”以相同的方式用于表明百分比和其他变量的数值限))相比，最终产物中的MgO含量增加到多于1重量％没有使得肥料颗粒的强度显著增加。在长期储存期间，包含按MgO计至少0.5重量％硫酸镁的肥料颗粒的强度显著增加，达到的颗粒强度值为原型中的2倍，同时保持极少的结块。当施用硫酸镁水溶液直至其在最终产物中的量达到0.5重量％至1.0重量％(按MgO计)时，硫酸镁被高效地(经济地)使用(这是本发明的一个附加技术结果)，即，当最终产物包含多于1.0重量％的MgO时，硫酸镁在流水作业中的消耗增加。
将氨添加至混合物中加速了硝酸铵和氯化钾的转化过程，并提供了在混合和干燥工艺期间的火灾爆炸安全性。在混合时将混合物的pH保持在6.5至7.5的范围内确保了氨的最佳作用。在混合浆料和干燥高氮肥料(包含硝酸钠和硝酸钾)的工艺期间，火灾和爆炸的风险在pH值低于6.0时增加，但是在pH值高于8.0时，干燥时氨的损失增加。
所要求保护的方法提供了各种品级的氮钾肥，其氮(N)的总含量为15重量％至22重量％，钾(K2O)的总含量为17重量％至32重量％。
本发明如下进行。混合工艺在反应器-中和器中进行，所述反应器-中和器装载有量为33重量％至69重量％的呈浓溶液形式(包括呈熔体形式)的硝酸铵(其中NH4NO3的重量分数为80％至96％)，以及量为22重量％至65重量％的氯化钾，并且同时以确保混合物的pH在6.0至8.0范围内的量来添加气态氨。将混合物在80℃至130℃的温度下搅拌45至60分钟，同时添加水和吸收性废物(肥料水溶液)以使混合物的水分保持在5重量％至20重量％的范围内。将混合物通过喷嘴供应至GDD或AG设备用于造粒，向所述设备以单独流添加浓度为24重量％至30重量％的硫酸镁水溶液。将硫酸镁溶液喷洒在分散产物上。
对获得的产物颗粒进行干燥、冷却并使其经历分选。将颗粒大于4mm的产物压碎并使其与颗粒小于1mm的产物一起作为循环产物返回造粒工艺。在造粒机中硫酸镁水溶液的消耗被设定为使得最终产物中MgO的含量在0.5重量％至1.0重量％的范围内。产物中硫酸镁或MgO的实际含量在最终产物中检验。
根据以下反应由稀硫酸和含镁原料(菱镁矿苛性粉末等)在反应器中制备硫酸镁水溶液：
MgO+H2SO4＝MgSO4+H2O(1)
所要求保护的方法用于通过其中使用圆筒造粒机-干燥机(GDD)或喷浆造粒机、或者加氨机-造粒机(AG)的工作流程来制造氮钾肥。
具体实施方式
本发明的工业适用性由在中试生产条件下进行的实施例来支持。
实施例1.根据本发明制备肥料品级NK17：28
向混合装置以23.1吨/小时的速率装载80重量％的硝酸铵溶液(48重量％的硝酸铵)、以18吨/小时的速率装载氯化钾(46重量％)、并装载气态氨。将混合物在100℃下搅拌60分钟；通过供应氨(以0.2吨/小时的速率)使混合物的pH保持在6.0。将所获得的混合物递送至AG型圆筒造粒机(长度为8m，直径为4m)，并在9rpm的圆筒转速下进行造粒工艺。将混合物喷洒在循环产物上。然后将浓度为按重量计24％(按MgO计8重量％)的硫酸镁水溶液在距离喷洒混合物的中心3.2m的距离处喷洒在造粒后获得的分散产物上。对从造粒机中输出的产物通过烟气进行干燥、对其进行冷却并使其经历分选。待喷洒的硫酸镁水溶液的速率被设定为使得最终产物中的硫酸镁达到按MgO计0.5重量％。混合物由商品级氯化钾(GOST4568-95)和通过硝酸的氨化所制备的硝酸铵来制备。用于喷洒的硫酸镁溶液根据反应(1)来制备。
氮钾肥的产率为38吨/小时，该肥料包含17重量％的N、28重量％的K2O、0.5重量％的MgO和0.8重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为95％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为64kgf/cm2(6.4N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例2.根据本发明制备肥料品级NK17：28
向混合装置以19.3吨/小时的速率装载96重量％的硝酸铵熔体(48重量％硝酸铵)、以18吨/小时的速率装载氯化钾(46重量％)、并装载气态氨。将混合物在100℃下搅拌50分钟；通过供应氨(以0.3吨/小时的速率)使混合物的pH保持等于7.0。将所获得的混合物递送至AG型圆筒造粒机。此外，该实施例以类似于实施例1的方式进行。与实施例1的不同之处在于：将27重量％的硫酸镁水溶液(按MgO计9.0重量％)喷洒在分散产物上以使最终产物中的MgO浓度达到0.7重量％。
氮钾肥的产率为38吨/小时，该肥料包含17重量％的N、28重量％的K2O、0.7重量％的MgO和0.8重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为95％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为79kgf/cm2(7.9N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例3.根据本发明制备肥料品级NK17：28
向混合装置以19.3吨/小时的速率装载96重量％的硝酸铵熔体(48重量％硝酸铵)、以18吨/小时的速率装载氯化钾(46重量％)、并装载气态氨。将混合物在100℃下搅拌45分钟；通过供应氨(以0.4吨/小时的速率)使混合物的pH保持等于8.0。
将所获得的混合物递送至AG型圆筒造粒机。此外，该实施例以类似于实施例1的方式进行。与实施例1的不同之处在于：将30重量％的硫酸镁水溶液(按MgO计10.0重量％)喷洒在分散产物上以使最终产物中的MgO浓度达到0.8重量％。
氮钾肥的产率为38吨/小时，该肥料包含17重量％的N、28重量％的K2O、0.8重量％的MgO和0.8重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为95％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为90kgf/cm2(9.0N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例4.根据本发明制备肥料品级NK17：28
向混合装置以19.3吨/小时的速率装载96重量％的硝酸铵熔体(48重量％硝酸铵)、以18吨/小时的速率装载氯化钾(46重量％)、并装载气态氨。将混合物在100℃下搅拌50分钟；通过供应氨(以0.3吨/小时的速率)使混合物的pH保持等于7.0。将所获得的混合物递送至AG型圆筒造粒机。此外，该实施例以类似于实施例1的方式进行。与实施例1的不同之处在于：将30重量％的硫酸镁水溶液(按MgO计10.0重量％)喷洒在分散产物上以使最终产物中的MgO浓度达到1.0重量％。
氮钾肥的产率为38吨/小时，该肥料包含17重量％的N、28重量％的K2O、1.0重量％的MgO和0.8重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为95％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为91kgf/cm2(9.1N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例5.根据本发明制备肥料品级NK21：21
向混合装置以19.6吨/小时的速率装载96重量％的硝酸铵熔体(61重量％硝酸铵)、以11吨/小时的速率装载氯化钾(35重量％)、并装载气态氨。将混合物在110℃下搅拌50分钟；通过供应氨(以0.6吨/小时的速率)使混合物的pH保持等于7.0。将所获得的混合物递送至AG型圆筒造粒机。此外，该实施例以类似于实施例1的方式进行。
氮钾肥的产率为31吨/小时，该肥料包含21重量％的N、21重量％的K2O、0.5重量％的MgO和0.7重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为96％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为66kgf/cm2(6.6N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例6.根据本发明制备肥料品级NK21：21
向混合装置以19.6吨/小时的速率装载96重量％的硝酸铵熔体(61重量％硝酸铵)、以11吨/小时的量装载氯化钾(35重量％)、并装载气态氨。将混合物在110℃下搅拌50分钟；通过供应氨(以0.6吨/小时的速率)使混合物的pH保持在7.0。将所获得的混合物递送至AG型圆筒造粒机。此外，该实施例以类似于实施例1的方式进行。与实施例1的不同之处在于：将24重量％的硫酸镁水溶液(按MgO计8.0重量％)喷洒在分散产物上以使最终产物中的硫酸镁浓度按MgO计达到1.0重量％。
氮钾肥的产率为31吨/小时，该肥料包含21重量％的N、21重量％的K2O、1.0重量％的MgO和0.9重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为96％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为93kgf/cm2(9.3N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例7.根据本发明制备肥料品级NK17：28
向混合装置以21吨/小时的速率装载80重量％的硝酸铵浓溶液(48重量％硝酸铵)、以16.3吨/小时的速率装载氯化钾(46重量％)、并装载气态氨。将混合物在100℃下搅拌60分钟；通过供应氨(以0.3吨/小时的速率)使混合物的pH保持等于7.0。将所获得的混合物递送至圆筒造粒机-干燥机。将混合物喷洒在循环产物的帘幕上。在喷洒后所形成的循环产物的混合物上喷洒24重量％的硫酸镁溶液(按MgO计8重量％)。对从GDD设备中输出的产物进行冷却并使其经历分选。混合物由商品级氯化钾(GOST4568-95)和通过硝酸的氨化所制备的硝酸铵来制备。在喷洒中，使用根据反应(1)制备的硫酸镁水溶液。在硫酸镁的喷洒期间，最终颗粒产物中的MgO含量通过供应硫酸镁溶液直至达到0.5重量％的MgO含量来控制。
所生产的氮钾肥包含17重量％的N、28重量％的K2O、0.5重量％的MgO和1重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为35吨/小时；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为47kgf/cm2(4.7N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例8.根据本发明制备肥料品级NK17：28
该实施例以类似于实施例7的方式进行。与实施例7的不同之处在于：在将混合物喷洒在循环产物上之后所形成的分散产物上，喷洒27重量％的硫酸镁水溶液(按MgO计9重量％)，直至最终产物中的MgO含量达到0.8重量％。
生产的氮钾肥包含17重量％的N、28重量％的K2O、0.8重量％的MgO和0.8重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为35吨/小时；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为87kgf/cm2(8.7N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例9.根据本发明制备肥料品级NK17：28
该实施例以类似于实施例7的方式进行。与实施例7的不同之处在于：在通过将混合物喷洒在循环产物上所获得的分散产物上，喷洒30重量％的硫酸镁溶液(按MgO计10重量％)，直至最终产物中的MgO含量达到1.0重量％。
生产的氮钾肥包含17重量％的N、28重量％的K2O、1.0重量％的MgO和0.7重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为35吨/小时；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为88kgf/cm2(8.8N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例10.根据本发明制备肥料品级NK21：21
向混合装置以18.6吨/小时的速率装载96重量％的硝酸铵熔体(60重量％硝酸铵)、以11吨/小时的速率装载氯化钾(35重量％)、并装载气态氨。将混合物在110℃下搅拌60分钟；通过供应氨(以0.4吨/小时的速率)使混合物的pH保持在7.0。将所获得的混合物递送至圆筒造粒机-干燥机。将混合物喷洒在循环产物的帘幕上。在通过将混合物喷洒在循环产物上所获得的分散产物上，通过GDD喷嘴喷洒27重量％的硫酸镁溶液(按MgO计9重量％)。在硫酸镁的喷洒期间，最终颗粒产物中的MgO含量通过供应硫酸镁溶液直至达到0.5重量％的MgO含量来控制。
混合物由商品级氯化钾(GOST4568-95)和通过硝酸的氨化所制备的硝酸铵来制备。在喷洒中，使用根据反应(1)制备的硫酸镁水溶液。
生产的氮钾肥包含21重量％的N、21重量％的K2O、0.5重量％的硫酸镁(按MgO计)和0.7重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物适用部分的产率为30％；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为56kgf/cm2(5.6N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例11.根据本发明制备肥料品级NK21：21
该实施例以类似于实施例10的方式进行。不同之处在于：将硫酸镁溶液喷洒在分散产物上直至最终产物中的MgO含量达到0.8重量％。
生产的氮钾肥包含21重量％的N、21重量％的K2O、0.8重量％的硫酸镁(按MgO计)和0.9重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物的产率为30吨/小时；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为91kgf/cm2(9.1N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
实施例12.根据本发明制备肥料品级NK21：21
该实施例以类似于实施例10的方式进行。不同之处在于：将硫酸镁溶液喷洒在分散产物上直至最终产物中的MgO含量达到1.0重量％。
生产的氮钾肥包含21重量％的N、21重量％的K2O、1.0重量％的硫酸镁(按MgO计)和0.9重量％的H2O。分选后，尺寸为1mm至4mm的产物的产率为30吨/小时；肥料的结块为0％；并且颗粒的强度为93kgf/cm2(9.3N/m2)。储存六个月后，肥料的结块为0％，并且颗粒的强度为100kgf/cm2(10.0N/m2)。
工业适用性
本发明可以在生产矿物肥料的工厂中用于制造氮钾肥。
Claims (2)
1.一种颗粒氮钾肥的生产方法，包括将浓硝酸铵溶液与氯化钾和氨混合、对混合物进行造粒、以及干燥产物，其特征在于，在造粒步骤中，将浓度为按重量计24％至30％的硫酸镁水溶液以使得最终产物中硫酸镁的含量按MgO计不低于0.5重量％的量施用在所产生的分散产物上。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，使所述最终产物中MgO的含量保持在0.5重量％至1.0重量％之间。
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