CN105175155A - 氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置及方法，所述装置包括脲甲醛反应罐、甲醛贮存罐、脲甲醛贮存罐、氯化铵罐、碱罐、脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头和转鼓造粒机，所述脲甲醛反应罐包括带有减速器和电动搅拌机的反应罐、蒸汽管和夹套；所述甲醛贮存罐、氯化铵罐和碱罐与脲甲醛反应罐的进料口相连，脲甲醛反应罐的出料口与脲甲醛贮存罐的进料口相连，脲甲醛贮存罐的出料口经脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头与转鼓造粒机相连。本发明将制备好的脲甲醛悬液经搅拌泵至储罐，再泵至滚筒造粒机进行复合肥造粒，脲甲醛悬液无需干燥，节省了大量能源，通过对氨酸复合肥生产线进行适当的改造，适应脲甲醛复合肥的生产。

Description

氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置及方法

技术领域

本发明是对现有氨酸复合肥生产线的改造，涉及一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置及方法。

背景技术

我国很多大中型复合肥生产企业都采用了氨酸法生产工艺，即在复合肥生产过程中加入部分的酸(磷酸、硫酸)和氨作为原料，利用氨酸中和反应产生的热量提高造粒物料的温度，提高物料成粒率，又减少了能耗。但随着我国农业的迅速发展，由于化肥释放速度太快、利用率低、流失严重、污染环境、土壤板结等缺点日益凸显，高端的缓控释肥料由于其自身的诸多优点，如养分释放与作物生长基本一致、利用率高、损失小等，逐渐占领越来越大的市场份额。

脲甲醛肥料(英文缩写UF)是一种长效有机氮肥。脲甲醛根据反应过程的不同，可以是液体或固体；液体脲甲醛又分为澄清液体和悬浮液体；固体脲甲醛为粉状、片状或颗粒状，白色，无味，在通常条件下易保存，不吸湿。脲甲醛肥料是缓释肥料的先驱产品，但在我国未得到发展。早在1924年德国的BASF公司获得了脲甲醛缩合肥料的第1个专利；1947年，脲甲醛肥料获得专利。1955年，美国开始固体脲甲醛商品化生产，应用于农业生产，同年北美官方分析化学师协会(AOAC)颁布了检定方法。1995年世界脲甲醛20多万吨，现在已达约150万吨。20世纪80年代，尿醛类缓释肥料被产业化并推广应用，主要应用于非农经济作物。1984年，前苏联利用硫酸钾和U/F＝3的脲甲醛生产脲醛复混肥料，改良沙土。20世纪90年代以后，研究尿素－醛类缩合物缓释肥料及其缓释机理。美国、欧洲、日本及俄罗斯等国商品化脲醛肥料生产较早，脲甲醛肥料是世界上最早商品化的缓释肥料，也是最主要的缓释肥料品种，占缓释肥料总量的一半以上。脲甲醛是世界上使用量最大的缓释肥料。

脲甲醛肥料是以尿素和一定量的甲醛经化学反应而合成的一系列化合物(混合物)。尿素和甲醛在碱性条件下发生加成(羟基化)反应，生成羟甲基脲；再经酸性条件发生缩合(亚甲基化)反应，生成甲基脲和聚甲基脲，即为脲甲醛。随尿素与甲醛的摩尔比U/F、pH值、温度和反应时间等反应条件的不同，可制得聚合度不同的脲甲醛肥料。当U/F＞2时，生成全水溶性产品；当U/F＜1时，生成全不溶于水的产品(塑料、黏合剂等)；当U/F在1～2时，生成部分或大部分不溶于水的产品。生产脲甲醛肥料，U/F摩尔比一般为1.2～1.4。脲甲醛肥料主要成分为：一羟甲基脲：N31.11％，溶于水；亚甲基二脲(MDU)：N42.41％，微溶(2.18g/100g水)；二亚甲基三脲(DMTU)：N41.17％，微溶(0.14g/100g水)；三亚甲基四脲(TMTU)：N40.57％，微溶(0.018g/100g水)；四亚甲基五脲(TMPU)：N40.22％，微溶。缩合度越高，分子链越长，在水中的溶解度越小，缓释期越长。

近年来，我国脲甲醛缓释肥料也逐渐应用到大田作物，需求量不断增加。因此，越来越多的厂家开始改造现有生产线，进行缓控释肥料的生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置及方法，通过对氨酸复合肥生产线进行适当的改造，适应脲甲醛复合肥的生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，包括脲甲醛反应罐、甲醛贮存罐、脲甲醛贮存罐、氯化铵罐、碱罐、脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头和转鼓造粒机，其中：

所述脲甲醛反应罐包括带有减速器和电动搅拌机的反应罐、蒸汽管和夹套，反应罐上部敞口，蒸汽管由上部敞口通入底部，反应罐底部留有下料口和阀门；反应罐外层有夹套，夹套上部有进蒸汽口和上排水口，夹套下部有下进水口和下排水口；

所述甲醛贮存罐、氯化铵罐和碱罐与脲甲醛反应罐的进料口相连，脲甲醛反应罐的出料口与脲甲醛贮存罐的进料口相连，脲甲醛贮存罐的出料口经脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头与转鼓造粒机相连。

一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的方法，包括如下步骤：

一、在脲甲醛反应罐中加入2500～3500kg甲醛溶液，再加入一定量固体氯化铵或氯化铵饱和溶液调节pH值呈强酸性(pH为3.5～4.0)，搅拌均匀；

二、分2～3次加入740～800kg尿素，继续不断搅拌，不需要加热，反应放热自动升温至80～90℃，反应约20～30分钟；

三、当透明的清液逐渐有白雾状出现，立即加氢氧化钾碱溶液调酸度至pH为8～8.5，即可终止反应；再加入尿素300～500kg，保温20～40分钟，通冷却水降温，冷却至40℃以下；

四、通过阀门调节并依靠重力使其进入脲甲醛贮存罐中，最后经脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头喷淋至转鼓造粒机内的固体物料床上；

五、按照复合肥的配方将氮磷钾原料进行计量、混合，然后输送至转鼓造粒机中，使其与喷淋的脲甲醛溶液进行滚动混合团聚黏结成粒；

六、出造粒机的颗粒物料经烘干、冷却、筛分，筛分后的合格颗粒经防结块包膜工序处理后进行计量、包装入库，即得脲甲醛复合肥。

本发明具有如下优点和效果：

(1)本发明将制备好的脲甲醛悬液经搅拌泵至储罐，再泵至滚筒造粒机进行复合肥造粒，脲甲醛悬液无需干燥，节省了大量能源。

(2)肥效长，不易流失、利用率高，一次施用就能在一定程度上满足作物全生育期各阶段对氮素的需要。

(3)可以减少施肥次数，省工省力。

(4)最适合作基肥，不会出现烧苗现象，还可以减少氨的挥发、淋失及反硝化损失。

(5)成球率高，颗粒强度大(＞18N/颗)，外观好。

(6)能被微生物完全分解、无残留、对环境友好，符合发展绿色生态农业要求。

(7)如果仅用脲甲醛肥料作基肥一次性施用，作物生长前期往往显得氮素不足，因此须配合施用一些速效氮肥。而使用本发明的脲甲醛复混肥则不必担心这一点，复混肥中一般按照作物养分吸收规律，进行科学的氮素配比，既有速效的氮肥，也有长效的氮肥。

附图说明

图1为氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的工艺流程图；

图2为氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置示意图；

图3为脲甲醛反应罐的结构简图；

图中：1-脲甲醛反应罐，2-甲醛贮存罐，3-氯化铵罐，4-碱罐，5-脲甲醛贮存罐，6-脲甲醛输送泵，7-转鼓造粒机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

下述方法如无特别说明，均为常规方法。

下述百分含量(％)如无特别说明，均为质量百分含量。

1、原料

尿素(使用前粉碎)、甲醛37％水溶液、20～40％氢氧化钾溶液、固体氯化铵或氯化铵饱和溶液。

2、强酸介质中快速制备脲甲醛的方法

具体步骤：在装有电动搅拌器的5000L脲甲醛反应罐中，加入3000kg37％甲醛水溶液，再加入一定量固体氯化铵或饱和氯化铵溶液调节pH值呈强酸性(pH为3.5～4.0)，搅拌均匀，夏季不需要加热，秋冬季室温较低时可加热至30～40℃；分2～3次加入740～800kg尿素，继续不断搅拌，不需要加热，反应放热自动升温至80～90℃，反应约20～30分钟；由透明的清液逐渐有白雾状出现，加氢氧化钾碱溶液调酸度至pH为8，即可终止反应。再加入尿素400kg，保温30分钟，通冷却水降温，冷却至40℃以下，打开反应罐下口阀门，依靠重力使其放入脲甲醛贮存罐中，最后经脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头喷淋至转鼓造粒机内的固体物料床上，反应装置如图2所示。

注意：这种方法条件控制极严格，控制不当则极易出现凝胶反应。加入尿素时应该分次缓慢加入，否则易出现爆沸，溅出热液伤人，这时应该往夹套内通冷水降温。

3、生产工艺过程

如图1所示，在配料系统中，将尿素、磷酸一铵、氯化钾、填料等粉状固体物料进行计量、混合，然后输送至转鼓造粒机中，使其与喷淋的脲甲醛溶液进行滚动混合团聚黏结成粒；出造粒机的颗粒物料经烘干、冷却、筛分，筛分后的大颗粒余料经破碎后与小颗粒物料一起返回造粒机内重新造粒；筛分后的合格颗粒经防结块包膜工序处理后进行计量、包装入库；造粒、烘干、冷却工序排放的尾气经旋风除尘器、箱式沉降室或水洗除沫器处理后达标排放。

本发明中，氮磷钾原料配比可以根据产品和原料的不同进行配比，属复合肥生产中常规方法。

4、技术特点

(1)脲甲醛生产采用酸性条件一次反应，极大缩短了反应时间，提高了生产效率，这种方法国内还没有其他厂家采用。

(2)将转鼓氨酸蒸汽造粒复混肥的生产工艺与脲甲醛的生产工艺进行有机结合，开发出脲甲醛缓释复合肥料新产品。

(3)对转鼓氨酸蒸汽造粒复混肥生产装置进行改造，增加脲甲醛反应罐、甲醛贮罐、斗式提升机、电磁流量计、脲甲醛喷头，项目改造简单易行。

(4)使用脲甲醛溶液为粘结剂，使物料易于团聚成粒，无需使用蒸汽及黏结剂，降低了生产成本。

(5)该工艺的优点为:物料成球率高，液相少，减轻了烘干负荷，提高了装置产能，降低了能源消耗；产品水分含量低，颗粒强度高。该方法在现有复混肥生产装置上改造，具有改造易行、流程简单、投资省、施工周期短、配置方便、生产成本低等优点。

5、产品特点与性能

(1)脲甲醛缓释复合肥料的养分释放周期可达50～70天，能够达到一次施足底肥，无需追肥，即可满足作物不同生长时期的养分所需。

(2)肥料中尿素可提供速效养分以满足作物苗期需求；肥料中的脲甲醛经土壤微生物分解后可提供中效和长效养分，满足作物全部生长期的养分需求。

(3)由于氮素缓慢释放，从而减少养分流失，达到养分被作物充分吸收和提高肥料利用率的目的。

(4)由于脲甲醛能被微生物分解，无残留，养分不易流失，利用率高，释放完全，因此实现了绿色环保，符合国家倡导发展绿色生态型农业的要求。

6、主要设备

(1)脲甲醛反应罐：材质为8～12mm厚不锈钢，高1.7米，底部直径1.9米，容积约5立方米，可自制，带减速器、电动搅拌机(锚式，框架式，叶轮式，十字桨式等)，蒸汽管可由上部敞开口通入底部。反应罐底部留有下料口和阀门；反应罐外层有夹套，通蒸汽加热和通冷水冷却用，夹套上部有2个进出口(进蒸汽口和上排水口)，夹套下部有2个进出口(下进水口，下排水口)。反应罐四周有支架。简图如图3。

(2)甲醛贮存罐和脲甲醛贮存罐：材质为8～12mm厚不锈钢，或塑料(外面有铁框架)高1.7米，底部直径1.9米，容积约5立方米，可自制，储存罐上部有盖，底部留有下料口和阀门；四周有支架。

(3)水罐：塑料材质，铁质必须内部防锈。容积约5立方米，可自制。

(4)氯化铵罐、碱罐：塑料材质，1立方左右。

(5)输液泵：离心泵、往复泵或齿轮泵，越精确越好。

(6)电子显示温度计，手持酸度计，粘度计。

7、设备布局

如果空间允许，脲甲醛反应罐可以放置在脲甲醛贮存罐上方，反应完成后，可以通过重力，直接将脲甲醛放入脲甲醛贮存罐，节约动力；

水罐、氯化铵罐、碱罐等最好安置在与脲甲醛反应罐有高度差的位置，可以利用重力，节电。

8、注意事项

(1)严格控制反应中的酸度pH值，密切注意酸度变化，防止反应中酸度降低过多；pH值必须控制在3.5～6.0，调酸过酸会形成了亚甲基脲和聚亚甲基脲，导致沉淀或絮凝成胨，使之流动性差，无法使用；

(2)严格控制步骤一中甲醛溶液和氯化铵后的温度，初始温度最好应在40℃左右，温度太高，反应太快，不易控制；反应过程开始时尿素溶解吸热，然后反应开始后放热，不需要加热或稍微加热，自然升温至80～90℃，反应约20～30分钟；当透明的清液逐渐有白雾状出现，立即加氢氧化钾碱溶液调酸度至pH为8～8.5，即可终止反应。需立即通冷水降温，反应过程温度应降低，35～40℃。反应过程如果温度太高，反应则进行太快，不易控制，可能产生絮凝；

(3)反应过程中，搅拌机一直在工作，不能停止；

(4)反应时间：随着酸度变化和温度不同，所需反应时间也不一样。温度高则反应加快，如果反应中逐渐有白雾状出现，即可终止反应，就需要加碱液调酸度至8～8.5直接终止反应并通冷水降温冷却至40℃以下。

9、脲甲醛缓释肥料的应用效果

脲甲醛缓释复合肥料在我国近几年才有所发展，相关的田间试验还不是很多，但只要配方合理，质量合格，脲甲醛缓释肥料及其复混肥料都将具有很好的效果。根据试验结果，脲甲醛缓释复混肥作水稻基肥，配合蘖肥、穗肥，能显著提高水稻氮肥利用率，达48.7％；比其他高10个百分点。产量增加11％以上。脲甲醛缓释复混肥作玉米一次性基肥，比一次性普通复混肥或掺混肥作基肥的氮肥利用率提高8～22％，产量增加9％以上。

Claims (8)

1.一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，其特征在于所述装置包括脲甲醛反应罐、甲醛贮存罐、脲甲醛贮存罐、氯化铵罐、碱罐、脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头和转鼓造粒机，其中：

所述脲甲醛反应罐包括带有减速器和电动搅拌机的反应罐、蒸汽管和夹套，反应罐上部敞口，蒸汽管由上部敞口通入底部，反应罐底部留有下料口和阀门；反应罐外层有夹套，夹套上部有进蒸汽口和上排水口，夹套下部有下进水口和下排水口；

所述甲醛贮存罐、氯化铵罐和碱罐与脲甲醛反应罐的进料口相连，脲甲醛反应罐的出料口与脲甲醛贮存罐的进料口相连，脲甲醛贮存罐的出料口经脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头与转鼓造粒机相连。

2.根据权利要求1所述的氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，其特征在于所述脲甲醛反应罐的材质为8～12mm厚不锈钢。

3.根据权利要求1所述的氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，其特征在于所述电动搅拌机为锚式、框架式、叶轮式或十字桨式。

4.根据权利要求1所述的氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，其特征在于所述甲醛贮存罐和脲甲醛贮存罐的材质为8～12mm厚不锈钢或塑料。

5.根据权利要求1所述的氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，其特征在于所述氯化铵罐和碱罐为塑料材质。

6.根据权利要求1所述的氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的装置，其特征在于所述脲甲醛输送泵为离心泵、往复泵或齿轮泵。

7.一种氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、在脲甲醛反应罐中加入2500～3500kg甲醛溶液，再加入固体氯化铵或氯化铵饱和溶液调节pH值呈强酸性，搅拌均匀；

二、分2～3次加入740～800kg尿素，继续不断搅拌，不需要加热，反应放热自动升温至80～90℃，反应20～30分钟；

三、当透明的清液逐渐有白雾状出现，立即加氢氧化钾碱溶液调酸度至pH为8～8.5，即可终止反应；再加入尿素300～500kg，保温20～40分钟，通冷却水降温，冷却至40℃以下；

四、通过阀门调节并依靠重力使其进入脲甲醛贮存罐中，最后经脲甲醛输送泵、电磁流量计、造粒喷头喷淋至转鼓造粒机内的固体物料床上；

五、按照复合肥的配方将氮磷钾原料进行计量、混合，然后输送至转鼓造粒机中，使其与喷淋的脲甲醛溶液进行滚动混合团聚黏结成粒；

六、出造粒机的颗粒物料经烘干、冷却、筛分，筛分后的合格颗粒经防结块包膜工序处理后进行计量、包装入库，即得脲甲醛复合肥。

8.根据权利要求7所述的氨酸复合肥生产线改造生产脲甲醛复合肥的方法，其特征在于所述步骤一中，pH为3.5～4.0。