CN104761297A

CN104761297A - 一种多元复合肥的制备工艺

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Publication number: CN104761297A
Application number: CN201510207053.5A
Authority: CN
Inventors: 张政勤; 李国富; 国彬; 罗文贱; 文伟发
Original assignee: Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS; Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: CN104761297B

Abstract

一种多元复合肥的制备工艺，包括以下步骤：a)将原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水通入管式反应器（1）中混合反应，得到混合料浆和蒸汽；b)将步骤a）得到的混合料浆和蒸汽进行分离；c)将步骤b)分离得到的混合料浆通入混合槽中并与混合槽中已有的基础肥料进行混合；d)将步骤b)分离得到的蒸汽通入管式反应器（2）中，与通过管道通入的雾化后的酸液在一定温度下进行混合反应；e)将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂混合造粒；f)将造粒后得到的复合肥颗粒风干冷却、干燥后筛分即得。利用本发明提供的制备工艺可以根据需要灵活的设计营养配方，制得含氮量高达28%、成球率90%以上的多元复合肥。

Description

一种多元复合肥的制备工艺

技术领域

本发明涉及复合肥的生产技术领域，具体为一种多元复合肥的制备工艺。

背景技术

复合肥是同时含有两种或两种以上的营养元素（N、P、K、Ca、Mg、S等）的化学肥料，它克服了传统单质肥料（只含N、P、K其中的一种要素）含量单一的缺点，可以根据土壤的酸碱性，不同地区土壤中营养要素含量的不同进行配方制得。

制备复合肥的方法主要物理、化学两种方法。常见的物理方法有熔体塔式造粒法、团粒法和料浆法；化学方法为氨酸法。采用团粒法和料浆法生产复合肥时，一般都需要在原料中加入6%-10%的水以满足造粒的需要，导致造粒过程能耗大，另外制得的复合肥颗粒不均匀、成球率低于90%。采用料浆法生产高氮复合肥时，经常以尿素作为氮源，造粒温度过高时，尿素易缩聚成缩二脲、缩三脲，这样制得的化肥在施用过程中很容易造成烧苗。

专利申请CN1293171A中介绍了一种通过氨酸法制备硫磷铵复合肥的方法。该方法是利用硫酸、磷酸水溶液在一定温度压力下和氨气发生中和反应来制得复合肥的方法。这种方法充分利用氨酸反应放出的热量，省去了磷酸浓缩生产装置，降低了投资费用和操作费用。但这种方法主要适用于含磷量高的复合肥，工艺的适应范围有限。

专利申请CN201210235604公开了一种利用高塔管式反应方法生产复合肥的方法。该方法利用混酸和氨气在管式反应器中反应后进行高塔造粒制得复合肥的方法。该方法解决了高塔造粒复合肥中磷的重量百分比难以达到15%的问题。但它将工艺工程中分离出的氨蒸汽进行洗涤，未将其充分用于整个化肥制备工艺，从而造成氮资源的浪费。

碳酸钙作为一种无机钙盐，由于原料来源广，加工成本低、无毒性，目前主要用于橡胶、塑料和涂料等工业生产的原料。在化肥生产领域也有广泛的应用。本申请人在早期公开的化肥造粒方法中就直接将碳酸钙用作原料。但因为碳酸钙水溶性差，由其直接制得的复合肥见效慢，不适合在短期内为农作物快速补钙。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多元复合肥的制备工艺，以便解决

复合肥生产成本高，生产过程中氮素养分流失的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多元复合肥的制备工艺，其具体步骤如下：a)将原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水按比例通入管式反应器1中混合反应，得到混合料浆和蒸汽，其中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:0.01-100:50-300；管式反应器内的温度控制在50-200^oC，压力为0.2-0.5MPa；

b)将步骤a）得到的混合料浆和蒸汽分离；

c)将步骤b)分离得到的混合料浆通入混合槽中并与混合槽中已有的钾肥、磷肥、中微量元素中的一种或多种进行混合；

d)将步骤b)分离得到的蒸汽通入管式反应器2中，与通过管道通入的雾化后的酸液进行混合反应；

e)将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂混合造粒；

f)将造粒后得到的复合肥颗粒风干冷却、干燥后筛分即得。

在步骤a)中,原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水按比例加入管式反应器1中后，先在温度为50-80^oC的条件下反应40-100min，保证反应充分进行，然后将温度升至100-200^oC反应60-120min，保证体系中的水以蒸汽的形式存在的同时保证反应产物碳酸氢铵分解，得到由氨气、二氧化碳和水蒸汽组成的蒸汽和成分为磷酸一氢钙的料浆。该步骤发生的化学反应的原理用化学反应式表示如下：

优选的，所述的步骤c)中的钾肥为硫酸钾、碳酸钾、氯化钾、硝酸钾和磷酸氢钾中的一种或多种，钾元素占基础肥料的质量百分比为6%-29%；

磷肥为磷酸二氢钾、过磷酸钙、重过磷酸钙和钙镁磷肥中的一种或多种，磷元素占基础肥料的质量百分比为4%-18%；

中微量元素为硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸锌、硫酸锌、硫酸铜、硼砂、硼酸、硒酸钠和钼酸钠中的一种或多种，中微量元素占基础肥料的质量百分比为0.3%-20%;

优选的，基础肥料的组成按重量份计为钾肥51-522份，磷肥62-702份，中微量元素4-198份；

此外，所述步骤c)中的基础肥料不限于以上所列的钾肥、磷肥和中微量元素，还可以根据复合肥营养成分的需要加入氮肥，如尿素、硝酸铵、硫酸铵和氯化铵等。

优选的，所述的步骤d)中的酸液为硫酸、硝酸、磷酸和盐酸中的一种，

酸液的质量百分浓度为35%-98%。

优选的，所述的步骤e)中的粘合剂为硅藻土、膨润土、水玻璃、滑石粉、棒土、钙土和粘土中的一种。

作为优选实施方式，步骤d)中的碳酸钙:磷酸二氢铵:酸液的摩尔比为1:0.01-100:0.01-100，反应温度控制在60-110^oC。

相比现有技术，本发明具有以下几个技术效果：1.通过复合反应将磷、钙元素引入复合肥，提供了一种新的制备磷钙肥的方法。另外将水溶性的碳酸钙作为反应原料，降低了生产成本，且制得的复合肥可以在较短时间内为作物提供营养元素钙。

2.利用酸液中和制备过程中产生的氨气，一方面避免因氨气泄漏造成的环境污染和营养流失，还可以制得高含氮量的多元复合肥，含氮量可高达28%。

3.因制备工艺中的反应是在含水体系中反应后以高温浆料的形式进入造粒机，因此在造粒过程中无需另外通入水蒸汽，这样减少了造粒过程中的能耗，而且通过这种方式得到的复合肥成球效果好，粒度均匀，成球率可达到90%以上。

4.本发明将复合肥营养元素的引入形式多样化，引入途径上有化学反应引入和直接原料引入，制备工艺上分多个步骤引入，这样可以根据实际生产的需要进行灵活的设计，满足现代农业复合肥品种多样化、营养元素配方化的需要。

附图说明

图1为本发明制备多元复合肥的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明提供的一种多元复合肥的制备工艺具体步骤如下：

a)将原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水按比例通入图1中管式反应器1中混合反应，得到混合料浆和蒸汽，其中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:0.01-100:50-300；管式反应器内的温度控制在50-200^oC，压力为0.2-0.5MPa；

b)将步骤a）得到的混合料浆和蒸汽分离；

c)将步骤b)分离得到的混合料浆通入混合槽中并与混合槽中已有的钾肥、磷肥和中微量元素中的一种或多种进行混合；

f)将造粒后得到的复合肥颗粒风干冷却、干燥后筛分即得。

其中步骤a)中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水按比例加入管式反应器（1）中后，先在温度为50-80^oC的条件下反应40-100min，保证反应充分进行，然后将温度升至100-200^oC反应60-120min，保证体系中的水以蒸汽的形式存在的同时保证反应产物碳酸氢铵分解，得到由氨气、二氧化碳和水蒸汽组成的蒸汽和成分为磷酸一氢钙的浆料。原料碳酸钙为工业级碳酸钙。

步骤c)中的钾肥为硫酸钾、碳酸钾、氯化钾、硝酸钾和磷酸氢钾中的一种或多种，钾元素占基础肥料的质量百分比为6%-29%；

中微量元素为硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸锌、硫酸锌、硫酸铜、硼砂、硼酸、硒酸钠和钼酸钠中的一种或多种，中微量元素占基础肥料的质量百分比为0.3%-4%;

基础肥料的组成按重量份计为钾肥51-522份，磷肥62-207份，中微量元素4-198份；

步骤d)中的酸液为硫酸、硝酸、磷酸、盐酸中的一种，酸液的质量百分浓度为35%-98%。

步骤d)中的酸液为硫酸，硫酸的质量百分浓度为86%-98%；

步骤d)中的酸液为硝酸，硝酸的质量百分浓度为60%-68%；

步骤d)中的酸液为磷酸，磷酸的质量百分浓度为83%-98%；

步骤d)中的酸液为盐酸，盐酸的质量百分浓度为35%-37%；

步骤d)中的酸液和步骤b)中分离得到的蒸汽中的氨气发生中和反应，得到氮肥硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵和氯化铵中的一种，并作为基础肥料送入到造粒机中进行造粒。因步骤b)中的蒸汽由步骤a)中的碳酸钙和磷酸二氢铵反应产生，所以加入的酸液的量根据碳酸钙和磷酸二氢铵的比例，通过微量进样器控制进样。

作为优选实施方式，步骤d)中的碳酸钙：磷酸二氢铵：酸液的摩尔比为1:0.01-100:0.01-100，反应温度控制在60-110^oC。

步骤e)中的粘合剂为硅藻土、膨润土、水玻璃、滑石粉、棒土、钙土和粘土中的一种，其中，所述粘合剂与复合肥的重量比为0.05-3:1000。

f)将造粒后得到的复合肥颗粒风干冷却、干燥后筛分即得。

上述制备工艺中步骤c）中所述已有的基础肥料是指基础肥料在步骤b）中分离得到的混合料浆进入混合槽之前加入，同理，步骤e)中造粒机中已有的粘合剂是指在步骤c)和d)中的料浆进入造粒机之前加入粘合剂。

实施例1.一种多元复合肥的制备工艺，具体步骤为： a)原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:0.01:50；将管式反应器1内的温度和压力分别控制在50^oC、0.2MPa下反应40min，然后升温至100^oC继续反应60min，使碳酸钙和磷酸二氢铵充分反应，得到由磷酸一氢钙和碳酸钙组成的混合料浆和由氨气、二氧化碳和水组成的蒸汽。

b)将步骤a)中得到的混合料浆和蒸汽通过蒸汽分离器进行分离。

c) 从步骤b)分离得到的混合料浆通入混合槽中，并与混合槽中已有的基础肥料充分混合，其中基础肥料中的各成分按重量份计为硝酸钾101份、硫酸钾522份、过磷酸钙702份、硼酸124份；基础肥料中钾、磷、中微量元素的质量百分比分别为19%、13%、2%；基础肥料通过微量进样器控制加入。

d) 将步骤b)分离得到的由氨气、二氧化碳、和水组成的蒸汽通入管式反应器2中，与通过管道通入的雾化后的质量百分浓度为35%的盐酸溶液在温度为60^oC时进行混合反应20min，其中碳酸钙:磷酸二氢铵:盐酸的摩尔比为1:0.01:0.01。

e) 将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂硅藻土混合造粒，其中硅藻土和复合肥的重量比为4:1000。

f)将造粒后得到的复合肥颗粒风干冷却、干燥后筛分即得。

通过该实施方式制得的复合肥成球率为91%，各组分及含量具体见表1。

实施例2.与实施例1的步骤相同，不同之处在于：步骤a)中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:1:160；将管式反应器内的温度和压力分别控制在75^oC、0.3MPa下反应55min，然后升温至155^oC继续反应90min。

b) 基础肥料中的各成分按重量份计为尿素696份， d) 将步骤b)分离得到的由氨气、二氧化碳和水组成的蒸汽通入管式反应器2中，与通过管道通入的雾化后的质量百分浓度为68%的硝酸溶液

在温度为80^oC时进行混合反应50min，其中碳酸钙:磷酸二氢铵:硝酸的摩尔比为1:1:1。

e) 将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂水玻璃混合造粒，其中水玻璃和复合肥的重量比为1:1000。

通过该实施方式制得的复合肥成球率为90%。

实施例3. 与实施例1的步骤相同，不同之处在于：步骤a)中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:100:300；将管式反应器内的温度和压力分别控制在70^oC、0.5MPa下反应60min，然后升温至200^oC继续反应120min。

b) 基础肥料中的各成分按重量份计为碳酸钾207份、重过磷酸钙126份、钙镁磷肥62份，硫酸镁10份，基础肥料中钾、磷、中微量元素的质量百分比分别为钾29%，磷9%，镁0.5%。

d) 将步骤b)分离得到的由氨气、二氧化碳、和水组成的蒸汽通入管式反应器2中，与通过另一管道通入的雾化后的质量百分浓度为90%的磷酸溶液在温度为70^oC时进行混合反应60min，其中碳酸钙:磷酸二氢铵:盐酸的摩尔比为1:100:33。

e) 将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂滑石粉混合造粒，其中膨润土和复合肥的重量比为0.08:1000。

通过该实施方式制得的复合肥成球率为92%。

实施例4. 与实施例1的步骤相同，不同之处在于：步骤a)中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙：磷酸二氢铵：水=1:50:100;将管式反应器内的温度和压力分别控制在60^oC、0.3MPa下反应50min，然后升温至130^oC继续反应65min。

b) 基础肥料中的各成分按重量份计为磷酸二氢钾171份、硫酸亚铁4份，基础肥料中钾、磷、中微量元素的质量百分比分别为钾23%，磷18%，铁4%。

d) 将步骤b)分离得到的由氨气、二氧化碳和水组成的蒸汽通入管式反应器（2）中，与通过管道通入的雾化后的质量百分浓度为98%的硫酸溶液在温度为110^oC时进行混合反应20min，其中碳酸钙:磷酸二氢铵:硫酸的摩尔比为1:50:25。

e) 将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂膨润土混合造粒，其中彭润土和复合肥的重量比为2:1000。

通过该实施方式制得的复合肥成球率为90%。

实施例5与实施例1的步骤相同，不同之处在于：步骤a)中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:100:300；将管式反应器内的温度和压力分别控制在70^oC、0.5MPa下反应60min，然后升温至110^oC继续反应100min。

b) 基础肥料中的各成分按重量份计为硝酸钾51份、钙镁磷肥62份，钼酸钠198份，基础肥料中钾、磷、中微量元素的质量百分比分别为钾6%，磷4%，钼0.3%。

d) 将步骤b)分离得到的由氨气、二氧化碳和水组成的蒸汽通入管式反应器2中，与通过管道通入的雾化后的质量百分浓度为70%的硝酸溶液在温度为85^oC时进行混合反应50min，其中碳酸钙:磷酸二氢铵:硝酸的摩尔比为1:100:100。

e) 将步骤c)和d)得到的料浆送入转鼓造粒机，并与造粒机中已有的粘合剂膨润土混合造粒，其中膨润土和复合肥的重量比为1:1000。

通过该实施方式制得的复合肥成球率为93%。

表1为实施例1～5中所制得的各复合肥的组分及含量。

Claims

1.一种多元复合肥的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

a)将原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水按比例通入管式反应器（1）中混合反应，得到混合料浆和蒸汽,其中原料碳酸钙、磷酸二氢铵和水的摩尔比为，碳酸钙:磷酸二氢铵:水=1:0.01-100:50-300；管式反应器内的温度控制在50-200^oC，压力为0.2-0.5MPa；

b)将步骤a）得到的混合料浆和蒸汽进行分离；

c)将步骤b)分离得到的混合料浆通入混合槽中并与混合槽中已有的基础肥料钾肥、磷肥和中微量元素中一种或多种进行混合；

d)将步骤b)分离得到的蒸汽通入管式反应器（2）中，与通过管道通入的雾化后的酸液在一定温度下进行混合反应；

f)将造粒后得到的复合肥颗粒风干冷却、干燥后筛分即得。

2.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤c)中的钾肥为硫酸钾、碳酸钾、氯化钾、硝酸钾和磷酸氢钾中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤c)中的磷肥为磷酸二氢钾、过磷酸钙、重过磷酸钙和钙镁磷肥中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤c)中的中微量元素为硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸锌、硫酸锌、硫酸铜、硼砂、硼酸、硒酸钠和钼酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于：所述的步骤c)中的基础肥料钾肥、磷肥和中微量元素按重量份计为钾肥51-522份，磷肥62-702份，中微量元素4-198份。

6.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤d)中酸液为硫酸、硝酸、磷酸和盐酸中的一种。

7.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤d)中的酸液的质量百分浓度为35%-98%。

8.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤a)中的碳酸钙、磷酸二氢铵和步骤d)中的酸液的摩尔比为1:0.01-100:0.01-100。

9.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于:所述的步骤d)中的混合反应温度控制在60-110^oC。

10.根据权利要求1所述的多元复合肥的制备工艺，其特征在于：所述的步骤e)中的粘合剂为硅藻土、膨润土、水玻璃、滑石粉、棒土、钙土和粘土中的一种。