CN105669311B - 一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法 - Google Patents

一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，将利用烧碱装置制备的氢氧化钾溶液和来源于尿素生产单元的二氧化碳作为集约化原料制备碳酸钾溶液，然后加入聚磷酸铵、磷酸二氢钾、硝酸铵、尿素、中微量元素肥料和植物营养调节剂，搅拌加热至沸腾反应即得清液型大量元素水溶肥料。采用尿素生产过程中二氧化碳为原料，生产碳酸钾溶液，提高了原料的利用率，而且防止二氧化碳的大量排放，减少了蒸发浓缩等工序，进一步降低了能耗。溶解及反应均在沸腾状态下，极大提高了溶解度，且沸腾状态下一些原料如聚磷酸盐、磷酸二氢钾可发生聚合反应，生成高溶解度的聚合物，即使冷却后也不会出现结晶现象，保证了生产出的产品均一清澈、外观好。

Description

一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法
技术领域
本发明涉及大量元素水溶肥料的生产方法，尤其涉及一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法。
背景技术
中国用占世界9％的耕地、6％的淡水资源，生产出占世界26％的农产品，“缺水”比“缺地”更严峻。水肥一体化技术是将土肥技术、农艺技术与节水灌溉技术紧密结合，以水为载体，灌溉的同时完成了施肥。
大量元素水溶肥料有固体(大多为粉末状)、液体两种形态，目前我国市场上流通的95％以上的水溶肥料是固体(粉末)形态，固体形态水溶肥生产工艺是将含有氮、磷、钾等速溶原料简单物理混配生产，技术含量较低，肥料利用率差，易吸潮结块，溶解慢，水不溶物严重超标，易堵塞滴喷灌的喷头，不能用于滴灌水肥一体化，且价格相对较高，农户施用成本高。液体肥料方面，在世界一些农业发达的国家，如美国、以色列等，液体类水溶肥大多以UAN、液氨、低浓度液体肥为主；在我国常见的液体类水溶肥料大多为含腐植酸水溶肥及尿素硝酸铵溶液(UAN)，不符合我国肥料发展复合化、长效化、高效化、高浓度、功能化的发展趋势。水溶肥料是一种完全溶于水的多元素肥料，更容易被作物吸收，且利用率相对较高；更为关键的是，它可以应用于喷、滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到省水、省肥、省工和增产的效果，所以发展高浓度大量元素水溶肥料前景十分广阔。
在国内外常见的大量元素水溶肥料液体产品中相关报道较为少见，特别是有关富含N、P2O5、K2O及中、微量元素、植物营养调节剂等多营养于一身的大量元素水溶肥料清液型产品未见报道。其中专利CN104591930A、CN103641577A、CN101665390A、CN 104402603A分别公开提供一种悬浮型液体复合肥料的制备方法，由于添加悬浮剂、增稠剂等难溶于水的原料，施用过程中易堵塞设施喷头，且长期储存易发生分层等现象；专利CN 104151006A提供一种高浓度大量元素液体水溶肥料，生产过程使用原料焦磷酸钾、甲酸钾等高价值原料，生产成本相对较高，且甲酸钾属于强碱弱酸盐，在液体肥PH值较低情况下，长期放置易发生水解，不稳定；专利CN102942412B公开了一种大量元素水溶肥料及其制备方法，其组成原料有磷酸氢二钾、动物毛发、羽毛等，此专利以酸水解羽毛生产，酸的使用增加了生产过程的危险性；CN104446761A公开提供一种高磷高钾液体复合肥料的制备方法，该制备方法中不含氮素。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，产生的水肥均一清澈、外观好，成本低。
一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，将利用烧碱装置制备的氢氧化钾溶液和来源于尿素生产单元的二氧化碳作为集约化原料制备碳酸钾溶液，然后加入聚磷酸铵、磷酸二氢钾、硝酸铵、尿素、中微量元素肥料和植物营养调节剂，搅拌加热至沸腾反应即得清液型大量元素水溶肥料。
本发明采用尿素生产过程中产生大量的二氧化碳富裕气体为原料，生产碳酸钾溶液，一方面充分利用了原料，提高了原料的利用率，而且防止二氧化碳的大量排放，以实现节能减排；另一方面生产的碳酸钾溶液直接用于生产液体肥，减少了蒸发浓缩等工序，进一步降低了能耗；本发明所述方法尤其适用于离子膜烧碱生产、尿素生产的工厂，对于原料利用有效整合，提高整体效益。同时，本发明在溶解及反应均在沸腾状态下，各生产原料在沸腾状态下的溶解度最大，溶解度大有助于生产高浓度液体肥，且沸腾状态下一些原料如聚磷酸盐、磷酸二氢钾可发生聚合反应(特别是磷酸氢二钾)，生成高溶解度的聚合物，即使冷却后也不会出现结晶现象，从而保证了生产出的产品均一清澈、外观好。
优选的，步骤如下：
(1)将氯化钾溶液通入至烧碱装置中，利用离子膜电解技术产生氢氧化钾溶液，然后将来自于尿素生产单元的二氧化碳通入氢氧化钾溶液中，得到碳酸钾溶液；
(2)向碳酸钾溶液加入聚磷酸铵加热至沸腾，保持沸腾依次加入磷酸二氢钾、硝酸铵、尿素、中微量元素肥料和植物营养调节剂，搅拌至全部溶解；
(3)保持沸腾，反应1-1.5小时，加入柠檬酸调节溶液为碱性；
(4)冷却、包装。
进一步优选的，所述氯化钾溶液为超纯去离子水制备的氯化钾溶液。防止产生杂质影响最终产品的外观。
进一步优选的，所述步骤(1)的具体步骤为：
(1-1)将氯化钾溶液输送至电解槽电解，在阴极生成的氢氧化钾溶液；
(1-2)将氢氧化钾溶液送至蒸发单元浓缩至质量分数为48％；
(1-3)通入来自于尿素生产单元的二氧化碳，制备碳酸钾溶液。
进一步优选的，所述步骤(2)和(3)中各组分的质量份数为：碳酸钾溶液(59％)400-520份，聚磷酸铵溶液(11-37-0)200-320份，磷酸二氢钾120-190份，尿素50-100份，硝酸铵80-135份，植物营养调节剂1-3份，中微量元素肥料15-35份，柠檬酸50-70份。
这种配比的作用是：(1)作物，特别是经济作物，大多喜欢高钾(钾含量≥20％或者200g/L)的肥料产品，用户施肥习惯也是喜欢用高钾的肥料产品，符合用户施肥习惯需要；(2)我国农业用土壤普遍存在过量施用氮肥，磷肥富足，钾肥投入不足的现象，所以生产钾元素高的产品，符合我国农业发展需要；(3)可以充分发挥园区装置生产碳酸钾的优势，低成本生产且提高公司装置运行周期。
更进一步优选的，所述中微量元素肥料是主要组成为硫酸盐、锌盐、硼盐、镁盐的混合物。
进一步优选的，所述步骤(3)中碱性的pH值为8-10。能够有效改良土壤，适用范围广。
进一步优选的，所述步骤(4)中冷却之后的温度小于45℃。方便进行灌装。
利用上述生产方法制备的清液型大量元素水溶肥料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明制备的产品为清液型产品，全部溶于水，有利于喷、滴灌等设施施用；有效解决了固体水溶肥吸潮、结块、溶解性差、残渣多的不足，生产产品稳定。
2、本发明采用沸腾状态下添加物料，不仅促进了物料间的聚合反应，且增加了养分溶解度；
3、本发明集氮、磷、钾、中微量元素、植物营养调节剂于一身，养分全面；
4、液体水溶肥pH值显碱性(pH值9左右)，有效改良土壤，特别适用于复种指数高的设施大棚农业种植区。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体说明。
实施例1
100-205-225+TE
按照下述重量份准备原料：
碳酸钾溶液400份
聚磷酸铵溶液300份
磷酸二氢钾190份
尿素80份，
硝酸铵100份，
植物营养调节剂3份，
八硼酸钠8份
一水硫酸锌10份
硫酸镁15份
柠檬酸52份
具体制备方法：
(1)采用尿素合成气CO2，利用烧碱装置，采用离子膜电解技术，生产碳酸钾溶液；
(2)计量称取碳酸钾、聚磷酸铵溶液，加热并保持沸腾状态；
(3)往步骤(2)添加磷酸二氢钾沸腾状态下全部溶解完毕后，保持沸腾状态下，依次添加硝酸铵、尿素，搅伴至全部溶解；
(4)添加植物营养调节剂、中微量元素，至全部溶解，反应1-1.5小时后用柠檬酸调节pH值；
(5)待温度冷至＜45℃进行定量包装储存。
实施例2
102-180-258+TE
按照下述重量份准备原料：
碳酸钾溶液500
聚磷酸铵溶液250份
磷酸二氢钾170份
尿素80份，
硝酸铵110份，
植物营养调节剂3份，
八硼酸钠8份
一水硫酸锌10份
硫酸镁15份
柠檬酸60份
具体制备方法：
(1)采用尿素合成气CO2，利用烧碱装置，采用离子膜电解技术，生产碳酸钾溶液；
(2)计量称取碳酸钾、聚磷酸铵溶液，加热并保持65℃；
(3)往步骤(2)添加磷酸二氢钾沸腾状态下全部溶解完毕后，保持沸腾状态下，依次添加硝酸铵、尿素，搅伴至全部溶解；
(4)添加植物营养调节剂、中微量元素，至全部溶解，反应1-1.5小时后用柠檬酸调节pH值。
(5)待温度冷至＜45℃进行定量包装储存。
实施例3
116-189-261+TE
按照下述重量份准备原料：
碳酸钾溶液500
聚磷酸铵溶液260份
磷酸二氢钾180份
尿素100份，
硝酸铵120份，
植物营养调节剂3份，
八硼酸钠8份
一水硫酸锌10份
硫酸镁15份
柠檬酸66份
具体制备方法：
(1)采用尿素合成气CO2，利用烧碱装置，采用离子膜电解技术，生产碳酸钾溶液；
(2)计量称取碳酸钾、聚磷酸铵溶液，加热并保持65℃；
(3)往步骤(2)添加磷酸二氢钾沸腾状态下全部溶解完毕后，保持沸腾状态下，依次添加硝酸铵、尿素，搅伴至全部溶解；
(4)添加植物营养调节剂、中微量元素，至全部溶解，反应1-1.5小时后用柠檬酸调节pH值；
(5)待温度冷至＜45℃进行定量包装储存。
本发明的稳定性实验：
分别取实施例1-3的产品100ml于若干个锥形瓶中分别放置在5℃、15℃、25℃、35℃和40℃环境中，放置90天后的观察结果如表1，
表1 90天后100ml实施例1-3的产品的外观
分别取实施例1-3的产品100ml于若干个锥形瓶中分别放置在5℃、15℃、25℃、35℃和40℃环境中，放置90天后，利用浊度仪测定的浊度如表2，
表2 90天后100ml实施例1-3的产品的浊度
5℃/NTU 15℃/NTU 25℃/NTU 35℃/NTU 40℃/NTU
自来水 1.0 1.1 1.0 1.1 1.1
实施例1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.2
实施例2 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
实施例3 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
通过表1和表2证明，本发明能够生产出均一透明的溶液肥料，从而解决了悬浮液水溶肥施用过程中易堵塞设施喷头的问题，而且本发明生产的溶液肥料长期储存不分层、不水解。同时，本发明生产的溶液肥料中各原料质量份总和大于500份，符合大量元素水溶肥料液体产品技术指标(NY1107-2010)要求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，其特征是，步骤如下：
(1)将氯化钾溶液通入至烧碱装置中，利用离子膜电解技术产生氢氧化钾溶液，然后将来自于尿素生产单元的二氧化碳通入氢氧化钾溶液中，得到碳酸钾溶液；
(2)向碳酸钾溶液加入聚磷酸铵加热至沸腾，保持沸腾依次加入磷酸二氢钾、硝酸铵、尿素、中微量元素肥料和植物营养调节剂，搅拌至全部溶解；
(3)保持沸腾，反应1-1.5小时，加入柠檬酸调节溶液为碱性；
(4)冷却、包装；
所述步骤(2)和(3)中各组分的质量份数为：浓度为59％的碳酸钾溶液400-520份，型号为11-37-0的聚磷酸铵溶液200-320份，磷酸二氢钾120-190份，尿素50-100份，硝酸铵80-135份，植物营养调节剂1-3份，中微量元素肥料15-35份，柠檬酸50-70份。
2.如权利要求1所述的一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，其特征是，所述氯化钾溶液为超纯去离子水制备的氯化钾溶液。
3.如权利要求1所述的一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，其特征是，所述步骤(1)的具体步骤为：
(1-1)将氯化钾溶液输送至电解槽电解，在阴极生成的氢氧化钾溶液；
(1-2)将氢氧化钾溶液送至蒸发单元浓缩至质量分数为48％；
(1-3)通入来自于尿素生产单元的二氧化碳，制备碳酸钾溶液。
4.如权利要求1所述的一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，其特征是，所述中微量元素肥料是主要组成为硫酸盐、锌盐、硼盐、镁盐的混合物。
5.如权利要求1所述的一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，其特征是，所述步骤(3)中碱性的pH值为8-10。
6.如权利要求1所述的一种清液型大量元素水溶肥料的生产方法，其特征是，所述步骤(4)中冷却之后的温度小于45℃。
7.利用权利要求1-6任一所述的生产方法制备的清液型大量元素水溶肥料。
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