CN107324305B - 一种无机铵盐的生产方法、该无机铵盐和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无机铵盐的生产方法、该无机铵盐和应用，属于精细磷化工领域。该生产方法将缩合剂、含氮物质与磷酸混于聚合反应器中进行聚合反应，其中，所述缩合剂是五氧化二磷或尿素，磷酸浓度为75%至125%，缩合剂、含氮物质与磷酸的质量比为1.0：（0.5‑2.0）：（2.0‑7.0）。本发明所生产的铵盐产品为固体，在生产过程控制，储存运输方面与液体产品比较具有极其明显的优势。

Description

一种无机铵盐的生产方法、该无机铵盐和应用
技术领域
本发明涉及一种铵盐的生产方法，尤其是一种无机铵盐的生产方法，还涉及该无机铵盐和应用，属于精细磷化工领域。
背景技术
水溶性聚磷酸铵(WSAPP)外观为白色粉末，是一种含氮和磷的聚磷酸盐，当聚合度n小于20时，为水溶性，称为短链APP或WSAPP，当n大于20时，为难溶性，称为长链APP。
聚合度2-20的聚磷酸铵(WSAPP)具有氮、磷养分含量高、全水溶、应用方便、pH值呈中性、使用安全、鳌合能力强、易于吸收利用、在土壤中逐步水解、缓释长效等优点，符合当前化学肥料高效化、液体化、缓效化、专用化、多成分化和多功能化的发展趋势，是目前国内外高浓度水溶肥和复肥的重要原料，是我国化肥产业升级和产品结构调整需要大力发展的核心基础原料品种之一。此外，水溶性聚磷酸铵盐具有磷氮协同、全水溶、稳定性好、低烟、无卤无毒的特点，在纤维、木材、纸张、水性防火涂料的阻燃处理中得到广泛应用，市场需求快速增长，这在本领域内众所周知。
水溶性聚磷酸铵是美国田纳西流域管理局(TVA)在上世纪60年代进行开发，并于70年代初实现了大规模工业化生产。TVA工艺是在管式反应器中由高度浓缩的湿法磷酸在300℃左右高温下与氨气反应，生成聚磷酸铵液体，产品的规格为11-37-0和10-34-0两种。目前，全球仅美国、比利时、法国、俄罗斯等国家有规模化生产，中国只有为数不多的几家企业生产，产量极小，质量参次不齐。
由于水溶性聚磷酸铵的优异性能，近年来，我国逐渐开始重视水溶性聚磷酸铵的研究和应用，重点集中在水溶性聚磷酸铵的生产技术研究和以其为基础的高浓度全水溶性复合肥料的产品开发。目前，国内水溶性聚磷酸铵(WSAPP)的生产技术主要有磷酸尿素缩合法、磷酸铵盐尿素缩合法、磷酸铵盐五氧化二磷聚合法以及聚磷酸和氨气氨化法等4种。
中国专利CN201210119676.3公开了由108％的磷酸、水和碳酸氢铵生产聚磷酸铵水溶液产品的叙述，在不断搅拌的情况下，同时连续加入水、碳酸氢铵、107％的多聚磷酸进行中和反应，经过4小时后，产品含氮为11.2％，含五氧化二磷38.6％，密度1.4，PH值为5.6，以二聚物(焦磷酸铵)为主，聚合程度为70％左右。该方法聚合程度低，pH值呈酸性，只能生产水溶液，不能得到固体产品，且只有70％的二聚物，致使鳌合能力减弱，缓释性能变差。
中国专利CN201410781455.1中公开描述了一种用湿法磷酸制取全水溶性聚磷酸铵水溶液的方法，通过采用浓度在30％到80％的湿法磷酸与氨气加热反应制取全水溶低聚合度聚磷酸铵水溶液。该方法能耗较高，只能生产水溶液，不能得到固体产品，且水不溶物较多。
中国专利CN201511000601.3公开了一种全水溶性固体聚磷酸铵的制备方法。该法将磷酸二氢铵熔融得到熔融料浆，将所制得熔融料浆加入尿素搅拌反应得到反应料浆，随后将反应料浆加入到水溶性固体聚磷酸铵反应完成得到聚合固化物，反应过程中反应体系温度降温至80℃以下得到水溶性固体聚磷酸铵。该方法原料消耗较高，反应时间过长，管道容易堵塞，生产控制困难。
中国专利CN201510923064.3公开了一种利用湿法磷酸与黄磷为原料来制取聚磷酸铵的新型生产技术。该方法采用以折P2O5含量为30％到55％的湿法磷酸与黄磷、液氨为主要原料来制取水溶性好的低聚合度聚磷酸铵产品，可直接生产固体和液体两种形态的产品，聚合度为2到10，聚合率为40％到80％。该方法聚合率低，鳌合能力减弱，缓释性能差。
中国专利CN201610454531.7公开了一种湿法净化磷酸制备水溶聚磷酸铵的生产方法，湿法净化磷酸浓度为70-85％，与尿素在40-100℃下预混合后，控制混合物料反应温度为130℃-200℃，经20-120分钟聚合反应，反应产物经冷却得到水溶性聚磷酸铵固体产品。其产品中N、P2O5总养分大于70％，水不溶物小于0.5％。该方法原料消耗较高，反应时间过长，生产控制困难，分散度较大，产品极易吸湿，质量不稳定，废气处理负荷大。
中国专利CN201610078512.9公开了一种聚磷酸铵颗粒的制备方法，将磷化剂及氨化剂的温度加热至20℃-160℃，控制加热后的磷化剂中P2O5与氨化剂中NH3的质量比为0.9-4.1:1，将所述磷化剂与氨化剂在管式反应器或搅拌槽内反应0.1-60s，得反应产物，控制反应产物的温度为150-400℃，保温1-180min后，通过常规造粒机的喷枪将其喷洒在所述造粒机的平板上形成液滴，冷却，液滴形成颗粒，将颗粒从平板上脱落，即得聚磷酸铵颗粒产品。该方法反应温度较高，工艺流程复杂，反应进程缓慢，产品分散度较大。
此外，US3382059报道了用商品湿法磷酸浓缩成过磷酸，在管式反应器中与氨反应，生成熔融态高浓度聚磷酸铵，加水冷却成商品级10-34-0(氮磷钾质量分数)的液体肥料产品。日本公开特许昭49-30356报道了采用正磷酸铵盐(如磷酸二氢铵)与尿素混合加热脱水来制取水溶性聚磷酸铵产品的方法，由于其反应进程缓慢，生产控制困难，产率低，能耗高，从而影响了其工业化的实施推广。
总的来说，上述技术或多或少的存在以下不足：工艺流程复杂，反应进程缓慢，设备腐蚀严重，管道容易堵塞，生产控制困难，反应温度较高，能耗大杂质多，产品平均聚合度小，聚合率较低，分散度较大，总养分低，极易吸湿，溶解度小，不溶物过多，质量不稳定，废气处理负荷大，生产环境差，环保压力较大。
随着业内多年来对水溶性聚磷酸铵优异性能的逐步认可，以及水肥一体化的实施发展，在木材、纸张、水性涂料的阻燃处理中得到广泛应用，水溶性聚磷酸铵市场需求已被激发，预计未来几年水溶性聚磷酸铵的生产与应用将会出现快速增长。国内企业因对水溶性聚磷酸铵生产技术的认识不统一，产品质量差异较大，产量较小，无法满足市场需求，每年都需进口。
因此，本领域急需一种聚合度适中，具有良好鳌合能力和缓释性能，储运方便的固体水溶性聚磷酸铵产品生产技术。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种固体水溶性聚磷酸铵盐的生产技术，使用含氮物质与磷酸，在缩合剂存在下，于聚合反应器中发生缩聚反应，通过聚合条件控制，生成不同品质的低聚合度磷酸铵盐颗粒状固体产品。本发明公开的生产技术流程简短，产品质量稳定，过程环保。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无机铵盐的生产方法，将缩合剂、含氮物质与磷酸混于聚合反应器中进行聚合反应，其中，所述缩合剂是五氧化二磷或尿素，磷酸的质量浓度为75％至125％，缩合剂、含氮物质与磷酸的质量比为1.0：(0.5-2.0)：(2.0-7.0)。
进一步地，所述含氮物质包括氨气﹑磷酸一铵﹑尿素﹑碳酸铵﹑碳酸氢铵或氨基甲酸铵。
进一步地，所述的聚合反应的压力为0.2Mpa-30Mpa。
进一步地，所述的聚合反应的温度为60℃-180℃。
进一步地，所述的聚合反应的时间为30min-300min。
本发明涉及的上述无机铵盐的生产方法得到的无机铵盐，所述无机铵盐为粒状固体水溶性聚磷酸铵。
本发明涉及的无机铵盐的应用，所述的无机铵盐用于肥料、木材、纸张以及特殊液体的阻燃。
本发明所述的产品含氮≥16.0％，含五氧化二磷≥57.0％，密度1.6，pH值≥6.5，平均聚合度≥3.5，聚合率≥99％。
与现有技术相比，本发明具有如下明显优点：
1、流程简短，过程安全环保，原料和能源消耗低。
2、产品是固体，非常方便储存﹑运输和使用。
3、产品质量稳定，pH值呈中性，聚合度高，聚合率大，分散度较小，聚合反应较完全；鳌合能力强，缓释性能优秀。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中的聚合反应器为脱挥双螺杆聚合反应器，也可以是其他常规的聚合反应器。
实施例1
称取75％的磷酸780公斤，液氨310公斤和五氧化二磷430公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在120℃左右，压力为0.4Mpa，进行90min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1480公斤。
实施例2
称取75％的磷酸1570公斤，尿素580公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在130℃左右，压力为1.8Mpa，进行120min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1452公斤。
实施例3
称取75％的磷酸1180公斤，磷酸一铵350公斤和尿素500公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在150℃左右，压力为1.0Mpa，进行150min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1494公斤。
实施例4
称取85％的磷酸1385公斤，尿素542公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在130℃左右，压力为1.4Mpa，进行120min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1486公斤。
实施例5
称取85％的磷酸695公斤，五氧化二磷215公斤，磷酸一铵350公斤和液氨258公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在150℃左右，压力为1.6Mpa，进行180min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1448公斤。
实施例6
称取105％的磷酸1121公斤，尿素186公斤，液氨210公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在90℃左右，压力为0.6Mpa，进行90min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1418公斤。
实施例7
称取105％的磷酸680公斤，五氧化二磷340公斤，液氨312公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在100℃左右，压力为0.9Mpa，进行80min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1413公斤。
实施例8
称取116％的磷酸578公斤，尿素207公斤，液氨300公斤加入聚合反应器中，启动反应，控制温度在80℃左右，压力为1.7Mpa，进行70min的聚合反应，经冷却﹑破碎得到粒状固体水溶性聚磷酸铵产品1048公斤。
实施例1-8的粒状固体水溶性聚磷酸铵产品可用作肥料，以及木材、纸张、特殊液体(例如涂料、电解液)的阻燃。
实施例所得固体水溶性聚磷酸铵产品质量指标表1所示。
表1-固体水溶性聚磷酸铵产品质量指标
Figure BDA0001338398510000061
注*Ca2+测试条件40℃PH＝7，Fe3+测试条件95℃PH＝7。
以上仅为本发明设计构思的一些具体实施例证，虽然已经给出并描述了优选的实施方案，在不违背本发明的精神和范围的情况下，可以对上文描述的方法进行如在权利要求中的各种改变，因此，应理解为在此通过举例描述而非限制本发明。
本发明的方法与产品已通过较佳实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (1)

1.一种无机铵盐的生产方法，其特征在于：将缩合剂、含氮物质与磷酸混于聚合反应器中进行聚合反应，聚合反应的压力为0.05MPa-30 MPa，聚合反应的温度为60℃-180℃，时间为30min-300min，其中，所述缩合剂是五氧化二磷，磷酸的质量浓度为75%至125%，缩合剂、含氮物质与磷酸的质量比为1.0：（0.5-2.0）：（2.0-7.0）；聚合反应器为脱挥双螺杆聚合反应器；所述的含氮物质为磷酸一铵。
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