CN101157580B - 一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料及其生产方法，利用碳化法生产碳酸氢铵工艺，将浓氨水中加入氢氧化钾(或碳酸钾)，而后在碳化塔内对氢氧化铵和氢氧化钾(或碳酸钾)用变换气中的二氧化碳进行共碳化，最终得到学名X个碳酸氢铵合Y个碳酸氢钾的钾碳铵混晶复合肥料。

Description

一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料及其生产方法

技术领域

本发明属于化肥技术领域，涉及一种复合肥料，尤其是一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料(XNH₄HCO₃·YKHCO₃)及其制造方法。

背景技术

碳酸氢铵是我国自力更生发展起来的民族工业产品。随着社会的发展，作为稳定性较差的单一养分化肥品种已经不能完全适应市场的需要。近年来，我国的化肥行业竞相研制了以碳铵为基肥的复混肥料，旨在克服上述缺陷。但由于这种以物理方法加工而成的复混肥料掺合不均匀，挤压造粒过程中有一定的热量产生，会使碳铵分解而造成氨的损失，加之肥料的混合效应，潮湿气候较易吸湿等缺点，仍然不能奏效。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料及其生产方法，本发明利用碳酸氢铵和碳酸氢钾可以类质同像的特性，对碳酸氢铵改性，生产植物需要的钾碳铵混晶复合肥料。这种复合肥料稳定性、养分含量均比碳铵有了较大改善，增加了氧化钾的成分，提高了肥效，可以促进农作物增产。不仅可以作为基肥，而且也可以作为追肥(包括根外施肥)施用。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料，其特征在于，制得的该钾碳铵混晶复合肥料的分子式为：NH₄HCO₃·0.25KHCO₃或NH₄HCO₃·0.125KHCO₃。

上述类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料的制备方法，其特征在于，该方法利用碳化法生产碳酸氢铵工艺，在吸收工段增加一台溶钾地下槽，将固体氢氧化钾或碳酸钾按照消耗定额比例溶解在溶钾地下槽内，加入稀氨水配制成溶液，使得配制成的溶液中K⁺≧100克/升，而后用钾液泵将溶液打入钾液贮坛内，与母液、稀氨水共同制备浓氨水，浓氨水储坛溶液最终控制的指标：生产NH₄HCO₃·0.25KHCO₃时，K⁺％＝8.46-8.90，氨水浓度＝14.95％-15.50％；生产NH₄HCO₃·0.125KHCO₃时，K⁺％＝5.1-5.6，氨水浓度＝15.5-16.0％；冬夏季可作适当调整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而后在碳化塔内利用变换气中的二氧化碳进行共碳化，过饱和后可生成钾碳铵混晶复合肥料，其余操作同碳化法生产碳酸氢铵工艺。

与现有的技术相比，本发明带来的技术效果是：

1.现有技术只能生产碳酸氢铵，本发明可以生产含钾碳铵。产品由单一养分变成了多种养分。根据“碳基营养计量”的观点，作物及土壤缺乏碳营养是当前的主要矛盾，充分利用二氧化碳制造碳氮比高的商品化学肥料是减少二氧化碳排放、缓解温室效应的开发方向。化学肥料尿素、碳铵既是氮肥，又是碳肥，而尿素的碳氮比为0.43，碳铵为0.86，钾碳铵NH₄HCO₃·0.25KHCO₃则为1.07，是目前利用二氧化碳最好的肥料，其社会效益不言而喻。

2.据【慧聪网化工行业频道】报道：从2003年开始，美国的科学家们开始对中国特有的化肥—碳酸氢铵利用二氧化碳的机理产生了极大的兴趣，并认为它有可能是在用的最好的吸收碳的载体。但最初研制的碳酸氢铵80％挥发了，我国历经40多年的技术改造，投入科研力量2万人，现在生产上的节能、大颗粒的造颗上取得成果，但在控制挥发上一直没有取得太大进展。申请人作过钾碳铵混晶NH₄HCO₃·0.25KHCO₃与同种养分的碳酸氢钾和碳酸氢铵的混合物、以及单纯的碳酸氢铵三种物质的稳定性试验，历时一个月，碳酸氢钾和碳酸氢铵的混合物损失三分之二，碳酸氢铵损失三分之一，而钾碳铵混晶NH₄HCO₃·0.25KHCO₃或NH₄HCO₃·1.25KHCO₃则几乎没有任何损失。这说明钾碳铵产品的稳定性较碳酸氢铵有了明显提高，35℃±2℃，24小时碳酸氢铵的分解率为19.8％，而NH₄HCO₃·0.25KHCO₃或NH₄HCO₃·1.25KHCO₃的分解率只有2.46％。

3.碳酸氢钾不仅作为碳基钾肥，欧盟等发达国家还将其作为杀虫剂使用，所以本发明制备的产品可作为药肥施用。

4.以碳酸氢铵为基础肥料的混配肥料存在掺合不均匀，挤压造粒过程中有一定的热量产生，造成氨损失。加之肥料的混合效应，潮湿气候易吸潮分解。以本发明制备的产品作为基础肥料的混配肥料，可以减少氨损失。

5.氮、钾复合肥料，可以更有效的促进作物增产。重要的是氮钾复合肥料使用效果远远大于单施氮肥的效果。浙江省农科院的试验表明，在一定量磷肥的基础上，氮钾肥配合比单施氮肥有显著的增产效果，在氮肥用量高时，氮钾配合施用尤为重要。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺简图。

以下结合附图和本发明的原理对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的技术构思：利用我国传统的碳化法生产碳酸氢铵工艺，在吸收工段的浓氨水储槽中，补入适量的氢氧化钾(或碳酸钾，也可用氯化钾和碳酸氢铵离子交换制成碳酸氢钾，但要增加较多的设备)，而后在碳化塔内利用变换气中的二氧化碳进行共碳化，鉴于钾离子和铵离子可以互相置换，溶液过饱和后可生成XNH₄HCO₃·YKHCO₃，其中，X＝1，Y＝0.25或0.125。俗称钾碳铵混晶复合肥料。

钾碳铵混晶复合肥料可制备的种类繁多，本发明以NH₄HCO₃·0.25KHCO₃和NH₄HCO₃·0.125KHCO₃这两种分子式的制造钾碳铵混晶复合肥料的工艺进行描述。根据申请人所作的检索，目前国内外尚没有这种复合肥料。

一.本发明的理论基础：

1.碳酸氢铵与碳酸氢钾化学性质近似，均为酸式盐、单斜晶型，构成酸式盐的阳离子NH₄ ⁺和K⁺，其半径分别为1.48

和1.33

，两者小于15％，符合生成完全类质同像的三个必要条件，因此可以制备的钾碳铵复合肥料的种类繁多。

2.可以利用碳化法生产碳酸氢铵工艺，在碳化塔内对碳酸铵(或氢氧化铵)和碳酸钾(或氢氧化钾)用变换气中的二氧化碳进行共碳化。

二.本发明的化工计算

(一)：复合肥料的原料消耗计算

1.生产1000千克NH₄HCO₃·0.25KHCO₃复合肥料的原料消耗化学反应方程式如下：

NH₃+H₂O+CO₂＝NH₄HCO₃   (1)

K₂CO₃+CO₂+H₂O＝2KHCO₃  (2)

为了得到NH₄HCO₃·0.25KHCO₃的复合肥料，将(2)式两端分别乘以0.125，即：

0.125K₂CO₃+0.125CO₂+0.125H₂O＝0.25KHCO₃  (3)

(1)式和(3)式相加，得：

NH₃+H₂O+0.125K₂CO₃+1.125CO₂+0.125H₂O＝NH₄HCO₃·0.25KHCO₃  (4)

17              17.25               104

y               x                   1000

x＝165.87(碳酸钾的量)-折合钾离子93.75千克

y＝163.5(氨的用量)-折合铵离子173.1千克

即生产1吨NH₄HCO₃·0.25KHCO₃消耗的K₂CO₃量等于165.87千克，折合K⁺＝165.87千克×78/138＝93.75千克，或者折合KOH％＝93.75千克×56/39＝134.6千克。

即可算出生产1吨NH₄HCO₃·0.25KHCO₃复合肥料需消耗氨163.5千克，折合NH₄ ⁺＝173.1千克。

2.生产1000千克NH₄HCO₃·0.125KHCO₃复合肥料的原料消耗化学反应方程式如下；

NH₃+H₂O+CO₂＝NH₄HCO₃   (1)

K₂CO₃+CO₂+H₂O＝2KHCO₃  (2)

为了得到NH₄HCO₃·0.125KHCO₃复合肥料，将(2)式两端分别乘以0.0625，即：

0.0625K₂CO₃+0.0625CO₂+0.0625H₂O＝0.125KHCO₃  (3)

(1)式和(3)式相加，得：

NH₄OH+0.0625K₂CO₃+1.0625CO₂+0.0625H₂O＝NH₄HCO₃·0.125KHCO₃  (4)

17              8.625             91.5

y               x                 1000

x＝94.26(碳酸钾的量)-折合钾离子53.28千克

y＝185.79(氨的用量)-折合铵离子196.72千克

即生产1吨NH₄HCO₃·0.125KHCO₃复合肥料消耗的K₂CO₃量等于94.26千克，折合K⁺＝94.26千克×78/138＝53.28千克，或者折合KOH％＝53.28千克×56/39＝76.51千克。

即可算出生产1吨NH₄HCO₃·0.125KHCO₃复合肥料需消耗氨185.79千克，折合NH₄ ⁺＝196.72千克。

(二)、实际操作指标：

1.生产NH₄HCO₃·0.25KHCO₃

1)根据氨水-二氧化碳结晶像图，必须保证氨水浓度在15％左右才能保证产品全部生成碳酸氢铵。否则会有其它铵盐生成，这些铵盐并不能与碳酸氢钾类质同像同晶。

2)原合格浓氨水含氨为15％以上，取16.4％作为基准，即1000克溶液中含164克氨，添加93.75克钾离子以后，两种介质的浓度分别为：

$K^{+}\%=\frac{93.75}{1000+93.75}=8.57$

${\mathrm{NH}}_3\%=\frac{164}{1000+93.75}=15$

显而易见，上述指标的氨浓度既可以保证100％生成碳酸氢铵，也能满足碳酸氢钾的生成。

3)这样一来，生产钾碳铵的新工艺，浓氨水指标变化为：

K⁺％＝8.57

NH₃％＝15.0(折合NH₄ ⁺％＝15.88)

4)对比构成混晶两种原料投入的重量比

值：

按照消耗定额： $\frac{B}{A}=\frac{93.75}{173.1}=0.5416$

按照新操作指标： $\frac{B}{A}=\frac{8.57}{15.88}=0.5396$

只所以产生这样的差距，新的操作指标是在原碳酸氢铵的基础上套用的参考指标，并不一定与钾碳铵的生产实际消耗指标完全吻合，如果能够将氨水指标适当修正，达到既不影响碳酸氢铵的生成，又不做大的调整.那么将铵离子指标调整为 $\frac{8.57}{0.5416}=15.82,$ 即氨水浓度为14.95％，那么按照新操作指标： $\frac{B}{A}=\frac{8.57}{15.82}=0.5417,$ 两者的值几乎完全一致。

2.生产NH₄HCO₃·O.125KHCO₃

1)根据氨水-二氧化碳结晶像图，必须保证氨水浓度在15％左右才能保证产品全部生成碳酸氢铵。否则会有其它铵盐生成，这些铵盐并不能与碳酸氢钾类质同像同晶。

2)原合格浓氨水为15％以上，取16.4％作为基准，即1000克溶液中含164克氨，添加53.28克钾离子以后，两种介质的浓度分别为：

$K^{+}\%=\frac{53.28}{1000+53.28}=5.06$

${\mathrm{NH}}_3\%=\frac{164}{1000+93.75}=15$

显而易见，上述指标的氨浓度既可以保证100％生成碳酸氢铵，也能满足碳酸氢钾的生成。

3)这样一来，生产钾碳铵的新工艺，浓氨水指标变化为：

K⁺％＝5.06

NH₃％＝15.0(折合NH₄ ⁺％＝15.88)

4)对比构成混晶两种原料投入的重量比

值：

按照消耗定额： $\frac{B}{A}=\frac{53.28}{173.1}=0.3078$

按照新操作指标： $\frac{B}{A}=\frac{5.06}{15.88}=0.3186$

只所以产生这样的差距，新的操作指标是在原碳酸氢铵的基础上套用的参考指标，并不一定与钾碳铵的生产实际消耗指标完全吻合，如果能够将氨水指标适当修正，达到既不影响碳酸氢铵的生成，又不做大的调整.那么将铵离子指标调整为 $\frac{5.06}{0.3078}=16.44,$ 即氨水浓度为15.53％，按照新操作指标： $\frac{B}{A}=\frac{5.06}{16.44}=0.3078,$ 两者的

值完全一致。

结论：

1.生产NH₄HCO₃·0.25KHCO₃复合肥料

(1)产品NH₄HCO₃·0.25KHCO₃复合肥料的消耗定额：

钾离子消耗定额93.75千克/吨产品，折合碳酸钾165.87千克/吨；

氨离子消耗定额173.1千克/吨，折合氨的消耗定额163.5千克/吨。

(2)产品NH₄HCO₃·0.25KHCO₃复合肥料的实际操作指标：

浓氨水的钾离子指标：8.46％-8.90％

浓氨水的氨含量指标：14.95％-15.50％(冬夏季可作适当调整)

浓氨水的二氧化碳指标：可维持原70-80毫升/毫升不变。考虑到加入碳酸钾或氢氧化钾以后，容易引起氨的挥发，所以本指标也可适当提高到75-90毫升/毫升。

(3)产品出厂质量指标：

产品名称：钾碳氨

化学表达式：NH₄HCO₃·0.25KHCO₃

物理形态：白色颗粒结晶

养分含量：N％≧12.5；KO₂％≧12.5；CO₂％≧50

水分含量：H₂O％≦3.O

2.生产NH₄HCO₃·0.125KHCO₃复合肥料

(1)产品NH₄HCO₃·0.125KHCO₃复合肥料的消耗定额：

钾离子消耗定额53.28千克/吨产品，折合碳酸钾94.26千克/吨；

铵离子消耗定额196.72千克/吨，折氨的消耗定额185.79千克/吨。

(2)产品NH₄HCO₃·0.125KHCO₃的实际操作指标：

浓氨水的钾离子指标：5.1％～5.6％

浓氨水的氨含量指标：15.5％～16.0％(冬夏季可作适当调整)

浓氨水的二氧化碳指标：可维持原70毫升/毫升～80毫升/毫升不变。考虑到加入碳酸钾或氢氧化钾以后，容易引起氨的挥发，所以本指标也可适当提高到75毫升/毫升～90毫升/毫升。

(3)产品出厂质量指标：

产品名称：钾碳铵

化学表达式：NH₄HCO₃·0.125KHCO₃

物理形态：白色颗粒结晶

养分含量：N％≧14.8；KO₂％≧6.0；CO₂％≧52

水分含量：H₂O％≦3.0

以上两种钾碳铵产品的养分质量均符合ZBG21002-87国家复混肥标准。

本发明是一种用化学方法加工成的氮、钾复合肥料。产品的商品名称为钾碳铵，学名X个碳酸氢铵合Y个碳酸氢钾，分子式：XNH₄HCO₃·YKHCO₃。钾碳铵的种类繁多，如碳酸氢铵与碳酸氢钾摩尔比等于1∶1的钾碳铵混晶复合肥料NH₄HCO₃·KHCO₃，含N％＝7.82，K₂O％＝26.26，适合于烟草等经济作物；碳酸氢铵与碳酸氢钾摩尔比等于1∶0.5的钾碳铵混晶NH₄HCO₃·0.5KHCO₃，含N％＝10.85，K₂O％＝18.22，适合于水果、蔬菜等高钾需求作物；碳酸氢铵与碳酸氢钾摩尔比等于1∶0.25的钾碳铵混晶NH₄HCO₃·0.25KHCO₃，含N％＝12.5，K₂O％＝12.5，适合于一般的经济作物；碳酸氢铵与碳酸氢钾摩尔比等于1∶0.125的钾碳铵混晶NH₄HCO₃·0.125KHCO₃，含N％＝14.8，K₂O％＝6.0，适合于水稻、小麦、玉米等粮食作物；碳酸氢铵与碳酸氢钾摩尔比等于1∶0.02的钾碳铵混晶NH₄HCO₃·0.02KHCO₃，含N％＝16.8，K₂O％＝1.0，可以满足GB3559-83农用碳酸氢铵国家标准的要求。

实现发明的最好实现方式：见工艺流程图(附图1)

本说明书以生产NH₄HCO₃·0.25KHCO₃产品为例，生产NH₄HCO₃·0.125KHCO₃与NH₄HCO₃·0.25KHCO₃产品工艺相同，只是生产NH₄HCO₃·0.125KHCO₃时，K⁺％＝5.1-5.6，氨水浓度＝15.5-16.0％。

参照附图，在氮肥厂碳化车间吸收工段工艺流程中，生产碳酸氢铵的设备包括：碳化主塔1、预碳化塔2、综合塔3、清洗塔4、气水分离器5、碳铵液泵6、浓氨水泵7、清水泵8、稠厚器9、离心机10、母液储坛11、吸氨泵12、稀氨水储坛13、高位吸氨器14、吸氨水冷排管15、浓氨水储坛16。

在上述的稀氨水储坛13旁边增加溶钾地下槽17和一台钾液泵18及钾液贮槽19。具体操作如下：

将工业固体氢氧化钾(或者碳酸钾)按照消耗定额比例溶解在溶钾地下槽17内，溶剂来自稀氨水储坛13的稀氨水，配制成的溶液中K⁺≥100克/升，而后用钾液泵18将溶液打入钾液贮坛19内，与来自母液储坛11的母液和稀氨水储坛13的稀氨水共同制备浓氨水。浓氨水储坛16内的溶液最终控制指标：K⁺％＝8.46-8.90，氨水浓度＝14.95-15.50％，冬夏季可作适当调整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而后在碳化塔内利用变换气中的二氧化碳进行共碳化，过饱和后可生成钾碳铵混晶复合肥料，其余操作同碳化法生产碳酸氢铵工艺。

Claims (2)

1.一种类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料，其特征在于，制得的该钾碳铵混晶复合肥料的分子式为：X NH₄HCO₃·Y KHCO₃，其中X＝1，Y＝0.25或0.125。

2.权利要求1所述的类质同像合成的钾碳铵混晶复合肥料的制备方法，其特征在于，该方法利用碳化法生产碳酸氢铵工艺，在吸收工段增加一台溶钾地下槽，将固体氢氧化钾或碳酸钾按照消耗定额比例溶解在溶钾地下槽内，加入稀氨水配制成溶液，使得配制成的溶液中K⁺≧100克/升，而后用钾液泵将溶液打入钾液贮坛内，与母液、稀氨水共同制备浓氨水，浓氨水储坛溶液最终控制的指标：生产NH₄HCO₃·0.25KHCO₃时，K⁺％＝8.46-8.90，氨水浓度＝14.95％-15.50％；生产NH₄HCO₃·0.125KHCO₃时，K⁺％＝5.1-5.6，氨水浓度＝15.5-16.0％；冬夏季可作适当调整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而后在碳化塔内利用变换气中的二氧化碳进行共碳化，过饱和后可生成钾碳铵混晶复合肥料，其余操作同碳化法生产碳酸氢铵工艺。