CN102358726A - 硫酸脲及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及的是一种化肥产品及其制备方法，主要是指硫酸脲及其制备方法。本发明是在75℃～117℃的熔融温度、60℃～100℃的预热温度以及尿素溶液与硫酸溶液的质量比为11.83∶1～2∶1的条件下，反应制得的氮、硫质量比为10∶1～1∶1的硫酸脲颗粒。本发明主要克服了传统肥料的不足，提供既能增加产量、又对产物质量、环境无影响的一种硫酸脲制备方法及其产品，同时该产品在制备中具有突出的节能节支优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种肥料及其制备方法，具体是指一种硫酸脲及其制备方法。
背景技术
通常尿素与硫酸混合制备硫酸脲的生产工艺复杂，产生的硫酸脲颗粒附着于设备中，影响生产产量，而且产生的硫酸脲颗粒性质不稳定。并且传统肥料进行施肥时，通常都是“量增效减，产增污更增”的施肥模式，传统上产物的产量增加了，提高了经济效益，但却影响产品的质量，增添了环境的污染，不仅对现在人们的身体健康有所影响，同时也为我们的后代带来不可估计的危害。
发明内容
本发明的目的主要是用于克服传统肥料的不足，提供既能增加产量、又对产物质量、环境无影响的一种节能节支突出的肥料产品及其制备方法，即硫酸脲及其制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种硫酸脲，其特征在于，其氮、硫质量比为10∶1～1∶1。
作为优选，所述氮、硫质量比为3∶1。
进一步，所述的硫酸脲中还含有游离酸、缩二脲、水、中量元素及微量元素。所述中量元素为Mg；所述微量元素为Zn、Cu、Fe、Mn等。
更进一步地，所述氮、硫质量比为10∶1时，其0.1mol/L溶液的pH值为8.6，其氮的质量分数≥40％、硫的质量分数≥4％、游离酸的质量分数≤0.03％。
所述氮、硫质量比为3∶1时，其0.1mol/L溶液的pH值为7.2，其氮的质量分数≥30％、硫的质量分数≥10％、游离酸的质量分数≤0.05％。
所述氮、硫质量比为1∶1时，其0.1mol/L溶液的pH值为6.5，其氮的质量分数≥21.5％、硫的质量分数≥21.5％、游离酸的质量分数≤0.2％。
在以上所有的硫酸脲中，所述缩二脲的质量分数≤1.5％、水的质量分数≤1％、中量元素单一成分的质量分数≥2％、微量元素单一成分的质量分数≥0.02％。所述中量元素单一成分是指Mg；所述微量元素单一成分是指Zn、Cu、Fe、Mn中的任一种。
本发明生产的硫酸脲，其粒度为1.18mm～3.35mm。
一种硫酸脲的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)用温度为150℃、压强为0.5Mpa的蒸气将尿素溶液加热到75℃～118℃，同时将硫酸溶液预热到60℃～100℃；
(2)按照质量比为11.83∶1～2∶1的比例将加热后的尿素溶液与预热后的硫酸溶液送入反应槽中生成硫酸脲料浆；
(3)将生成的硫酸脲料浆进行造粒、干燥、冷却，筛选出粒度为1.18mm～3.35mm的硫酸脲颗粒即可。
为了达到更好的利用效果，所述步骤(3)后还包括：将粒度大于3.35mm的硫酸脲颗粒破碎并与粒度小于1.18mm的硫酸脲颗粒一起返回造粒工序重新造粒。
为了节约能源，经过步骤(2)反应后产生的尾气返回步骤(1)作为二次蒸汽对尿素溶液进行加热，其余步骤的尾气经沉降分离、洗涤沉降后净化排空。
为了更好的实现本发明，尿素溶液与硫酸溶液的质量比优选为11.83∶1、3.19∶1、2∶1。尿素溶液的熔融温度优选为115℃～118℃、90℃～91.5℃、75℃～78℃；硫酸溶液的预热温度优选为90℃～100℃、70℃～80℃或60℃～70℃。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、因本发明的原料来源广泛、加工条件温和、节能节支突出，其性价比和市场竞争力都优于传统肥料。
2、本发明克服了传统肥料施肥时采用的“量增效减，产增污更增”的施肥模式，对产品质量和环境无影响，实现高效节能环保的农业安全新型肥料。
3、对本发明产品用途广泛，农业上用作肥料，特别适用于追肥。复肥工业上硫酸脲粉末用作生产复混肥料、冲施肥料的原料；硫酸脲粒状可作掺混肥料的基础原料。工业上用于制造药物、染料、树脂、压塑粉等的原料。也用于橡胶的硫化促进剂，金属矿物浮选剂。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式并不限于此。
硫酸脲是由尿素溶液与硫酸溶液进行化学反应而制得，其总反应式为：
H2SO4+CO(NH2)2＝H2SO4·CO(NH2)2
由于反应的温度及尿素溶液与硫酸溶液的质量比不同，因此所制得的硫酸脲的氮、硫质量比不同，其物化性质也不相同。为了便于说明，本发明采用以下不同温度，以及不同的质量比来进行相关说明。
实施例1
如图1所示，本发明的硫酸脲制备步骤如下：
(1)在117.7℃的熔融温度下经熔融槽制备出浓度为46％的尿素溶液。为了确保制备效果，在该尿素溶液的制备过程中需要通入温度为150℃、压强为0.5Mpa的蒸汽进行加热。该蒸气优先以无烟煤为燃料在锅炉内制备而成。
与此同时，在95℃的预热温度下经预热槽制备出浓度为98％的硫酸溶液。
其中，硫酸溶液的预热温度设置为95℃是为了与加热后的尿素溶液混合时能达到结晶的效果，从而得到更好的造粒效果。水蒸汽的设置是为了促进尿素溶液与硫酸溶液的结合，使其更容易生成硫酸脲。
(2)按质量比为11.83∶1的比值将尿素溶液与硫酸溶液分别通过计量泵送入酸脲溶液反应槽，经充分搅拌后生成硫酸脲料浆。
(3)由喷枪将该硫酸脲料浆喷入转鼓造粒机内，制成硫酸脲颗粒。喷枪将硫酸脲料浆喷入转鼓造粒机内时，该硫酸脲料浆呈雾状飞沫状。此时，该硫酸脲料浆雾状飞沫则涂布于返料颗粒下落时所形成的帘幕上，即这些硫酸脲料浆雾状飞沫会涂布在返料颗粒上，并在转鼓造粒机的转动下不断裹附变大，从而形成不同粒度范围的硫酸脲颗粒。将该硫酸脲颗粒通过回转干燥机及回转冷却机进行干燥和冷却，并筛选出粒度为1.18mm～3.35mm硫酸脲颗粒。
由于步骤(3)中生成的硫酸脲颗粒的粒度范围不同，因此该硫酸脲颗粒中既有粒度小于1.18mm的硫酸脲颗粒，又有间于1.18mm～3.35mm的硫酸脲颗粒，还有大于3.35mm的硫酸脲颗粒，而本发明所制备的硫酸脲的颗粒粒度值需要在1.18mm～3.35mm之间。
为了确保粒度小于1.18mm的硫酸脲颗粒和大于3.35mm的硫酸脲颗粒能被重复利用，因此本发明的硫酸脲制备过程中还需要对经筛选后的小于1.18mm的硫酸脲颗粒和大于3.35mm的硫酸脲颗粒进行破碎重复生成步骤，即粒度大于3.35mm的硫酸脲颗粒需要再次经碎机破碎成粒度范围不等的硫酸脲颗粒，而这些重新破碎的硫酸脲颗粒以及粒度小于1.18mm的硫酸脲颗粒将被重新送回到步骤(3)中的转鼓造粒机内，从而再次形成粒度不同硫酸脲颗粒以备筛选。而这些重新被破碎的硫酸脲颗粒则为步骤(3)中所述的返料颗粒。
其中，生成的硫酸脲颗粒需要首先在回转干燥机中进行干燥，而采用的干燥剂则是纯度为70％的CaO或90％的Ca(OH)2。本实施例中优先采用纯度为90％的Ca(OH)2来实现，通过该Ca(OH)2的作用，不仅可以很好的干燥硫酸脲颗粒，而且还可以有效的吸收反应过程中所释放的SO2气体，以达到净化蒸汽的目的。
干燥后的硫酸脲颗粒需要通过回转冷却机的冷却，然后才能由筛分机进行选取。在由上述步骤制备成的硫酸脲产品过程中，不仅无废水排放，而且经步骤(2)产生的废蒸汽还可以作为二次蒸汽利用，节约能源。其余步骤产生的气体则经过经沉降分离、洗涤沉降后净化排空。
本实施例采用上述方式所制备的硫酸脲产品为白色有光泽透明针状晶体，其氮、硫质量比为10∶1，其0.1mol/L的硫酸脲溶液pH值为8.6。由于该硫酸脲产品中还含有诸如游离酸、缩二脲、水、中量元素及微量元素等副产物。因此只要其氮的质量分数≥40％、硫的质量分数≥4％、游离酸的质量分数≤0.03％、缩二脲的质量分数≤1.5％、水的质量分数≤1％、中量元素单一成分的质量分数≥2％、微量元素单一成分的质量分数≥0.02％、该硫酸脲颗粒平均抗压碎力≥20N即为合格产品。
实施例2
本实施例同实施例1相比，其硫酸脲的制备流程均相同，其不同点在于反应时的温度和尿素溶液与硫酸溶液的质量比不同。本实施例中所采用的尿素溶液与硫酸溶液的质量比为3.19∶1，其尿素熔融温度为91.5℃，硫酸的预热温度为75℃，因此制备出的硫酸脲产品为白色有光泽透明棱柱状晶体，其氮、硫质量比为3∶1。
此时，整个硫酸脲产品的0.1mol/L的溶液pH值为7.2，其氮的质量分数≥30％、硫的质量分数≥10％、游离酸的质量分数≤0.05％、缩二脲的质量分数≤1.5％、水的质量分数≤1％、中量元素单一成分的质量分数≥2％、微量元素单一成分的质量分数≥0.02％、该硫酸脲颗粒平均抗压碎力≥25N。
实施例3
本实施例同实施例1相比，其硫酸脲的制备流程均相同，其不同点在于反应时的温度和尿素溶液与硫酸溶液的质量比不同。本实施例中所采用的尿素溶液与硫酸溶液的质量比为2∶1，其尿素熔融温度为78℃，硫酸的预热温度为65℃，因此制备出的硫酸脲产品为微黄色有光泽透明斜棱柱状晶体，其氮、硫质量比为1∶1。
此时，整个硫酸脲产品的0.1mol/L溶液的pH值为6.5，其氮的质量分数≥21.5％、硫的质量分数≥21.5％。、游离酸的质量分数≤0.2％、缩二脲的质量分数≤1.5％、水的质量分数≤1％、中量元素单一成分的质量分数≥2％、微量元素单一成分的质量分数≥0.02％、该硫酸脲颗粒平均抗压碎力≥35N。
为了便于对实施例1、实施例2和实施例3中的相关参数进行说明，因此在表1中列出了整个反应过程中硫酸脲的消耗定额，在表2中列出了该硫酸脲产品的相关测量参数，如表1和表2所示：
表1
根据实施例得到的产品，对该产品的性质进行了检测，检测结果如表2：
表2
故，只要制备出的硫酸脲产品的氮、硫质量比为10∶1～1∶1就能满足本发明的需求。
如上所述，便可以较好的实现本发明。
Claims (10)
1.一种硫酸脲，其特征在于，其氮、硫质量比为10∶1～1∶1。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸脲，其特征在于：所述氮、硫质量比为3∶1。
3.根据权利要求1或2所述的一种硫酸脲，其特征在于：该硫酸脲中还含有游离酸、缩二脲、水、中量元素及微量元素。
4.根据权利要求3所述的一种硫酸脲，其特征在于：所述氮、硫质量比为10∶1时，其0.1mol/L溶液的pH值为8.6，其氮的质量分数≥40％、硫的质量分数≥4％、游离酸的质量分数≤0.03％。
5.根据权利要求3所述的一种硫酸脲，其特征在于：所述氮、硫质量比为3∶1时，其0.1mol/L溶液的pH值为7.2，其氮的质量分数≥30％、硫的质量分数≥10％、游离酸的质量分数≤0.05％。
6.根据权利要求3所述的一种硫酸脲，其特征在于：所述氮、硫质量比为1∶1时，其0.1mol/L溶液的pH值为6.5，其氮的质量分数≥21.5％、硫的质量分数≥21.5％、游离酸的质量分数≤0.2％。
7.根据权利要求4～6任一项所述的一种硫酸脲，其特征在于：所述缩二脲的质量分数≤1.5％、水的质量分数≤1％、中量元素单一成分的质量分数≥2％、微量元素单一成分的质量分数≥0.02％。
8.一种硫酸脲的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)用温度为150℃、压强为0.5Mpa的蒸气将尿素溶液加热到75℃～118℃，同时将硫酸溶液预热到60℃～100℃；
(2)按照质量比为11.83∶1～2∶1的比例将加热后的尿素溶液与预热后的硫酸溶液送入反应槽中生成硫酸脲料浆；
(3)将生成的硫酸脲料浆进行造粒、干燥、冷却，筛选出粒度为1.18mm～3.35mm的硫酸脲颗粒即可。
9.根据权利要求8所述的一种硫酸脲的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)后还包括：将粒度大于3.35mm的硫酸脲颗粒破碎并与粒度小于1.18mm的硫酸脲颗粒一起返回造粒工序重新造粒；以及步骤(2)反应后产生的尾气返回步骤(1)，其余步骤的尾气经沉降分离、洗涤沉降后净化排空。
10.根据权利要求9所述的一种硫酸脲的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的尿素溶液的熔融温度为115℃～118℃、90℃～91.5℃或75℃～78℃；硫酸溶液的预热温度为90℃～100℃、70℃～80℃或60℃～70℃；步骤(3)中所述的尿素溶液与硫酸溶液的质量比为11.83∶1、3.19∶1或2∶1。
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