CN109071373A - 喷涂包膜肥料组合物 - Google Patents

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Abstract

一种肥料组合物，包括种子颗粒，其用包括可溶性肥料和微粒化硫颗粒的肥料材料喷涂包膜。一种生产肥料组合物的方法，包括以下步骤：生产种子颗粒；制备可喷涂的悬浮液，包括溶于水的肥料材料、悬浮的不溶性肥料材料和分散剂的溶液；以及使用悬浮液在种子颗粒上喷涂包膜可溶性和不溶性肥料材料的混合物层。

Description

喷涂包膜肥料组合物
技术领域
本发明涉及肥料组合物，并更具体地涉及由喷涂包膜颗粒形成的肥料。
背景技术
植物的旺盛生长需要主要大量营养素以及次要大量营养素和微量营养素。主要大量营养素包括碳、氢、氧、氮、磷和钾。次要大量营养素包括钙、硫和镁，且通常所需量比主要大量营养素小。微量营养素的所需量非常小，且包括锌、钙、镁、锰、铁、铜、钼、硒、硼、氯、钴和钠。
如果大部分硫在施用季节氧化为植物可用的硫酸盐形式，则任何包括元素硫的肥料都是可取的。然而，硫在土壤中氧化缓慢，因为它依赖于微生物的定殖和活性。如果硫颗粒变小，由于可用于微生物定殖的表面面积增加，则氧化速率增加。因此，适宜使用微粒化硫颗粒。
通常使用通过造粒、粒化或压实的方法形成的固体肥料颗粒将大量和微量营养素补充进土壤中。造粒通常使用本领域熟知的造粒机完成，包括喷涂干燥造粒机、滚筒造粒机、桨式混合器(搅拌机)、流化床、制粒机或盘式造粒机。例如，可以将肥料混合物进料并分布在滚筒造粒机内的材料的滚动床上。可以将水和/或蒸汽送入造粒机以控制造粒过程的温度和湿度。然后将颗粒干燥并筛选，将筛上颗粒和筛下材料(所谓的不合规格的细粒)循环回造粒机。在送回造粒机中之前，可以首先将筛上材料破碎或研磨。筛下的和破碎的筛上材料提供了种子颗粒以促进在造粒机内的颗粒形成并形成到造粒机的循环流。
本领域中需要生产包括主要肥料和微粒化硫的肥料组合物的替代方法。
发明内容
在一个方面，本发明包括肥料组合物，其包括种子颗粒和包膜层，其包括可溶性主要大量营养素肥料和微粒化硫颗粒。种子颗粒可以包括主要大量营养素肥料，并且也可包括微粒化硫颗粒。种子颗粒可以是任何所需形状或尺寸的固体，且可以通过任何合适的方法诸如造粒或压实形成。
在一种实施方式中，种子颗粒可以包括尿素、MAP、DAP、微粒化硫、钾盐或其混合物。包膜层可以包括尿素、MAP、DAP、微粒化硫、钾盐或其混合物。包膜层主要大量营养素组成可以与种子颗粒主要大量营养素组成相同或不同。
在一种实施方式中，组合物可以在种子颗粒或包膜层或两者中包括分散剂。分散剂可以包括阴离子、阳离子、两性或非离子型表面活性剂或其混合物。
在一种实施方式中，微粒化硫颗粒可以具有小于约30微米的平均直径，并优选地小于约10微米。
在另一方面，本发明可以包括生产肥料组合物的方法，该方法包括以下步骤：
(a)生产种子颗粒；
(b)制备可喷涂的悬浮液，包括溶于水的肥料材料、悬浮的不溶性肥料材料和分散剂的溶液；
(c)使用悬浮液在种子颗粒上喷涂包膜可溶性和不溶性肥料材料的混合物层。
在一种实施方式中，种子颗粒本身包括肥料材料。优选地，使用种子颗粒在包膜设备诸如旋转滚筒、盘式造粒机或流化床造粒机中形成床层，并通过机械或流体手段连续地搅动床层。优选地，通过使用热空气加热床层材料来将种子颗粒加热到所需温度。
优选地，可以加热可喷涂的悬浮液，以便在喷涂包膜前在溶液中获得更高浓度的可溶性材料。在一种实施方式中，可喷涂的悬浮液可以通过包膜装置中配置的喷嘴喷涂，以便有效地对移动床中的种子颗粒进行包膜。
附图说明
图1示出了实施本发明方法的化肥厂的一个实施例的示意图。
图2是实施本发明方法的化肥厂的替代实施例的示意图。
图3是实施本发明方法的化肥厂的另一替代实施例的另一示意图。
具体实施方式
本说明书中使用的所有其它术语和短语都具有如本领域技术人员所理解的它们的通常含义。这些通常含义可以通过参考技术词典获得，诸如Hawley’s CondensedChemical Dictionary第14版，by R.J.Lewis，John Wiley&Sons，New York，N.Y.，2001。
说明书中对“一种实施方式”、“实施方式”等的引用表明所述实施方式可以包括特定方面、特征、结构或特点，但不是每种实施方式都必须包括该方面、特征、结构或特点。此外，这些短语可以但不一定是指在本说明书其他部分中提到的同一实施方式。此外，当结合一种实施方式描述特定的方面、特征、结构或特点时，无论是否明确描述，则这些方面、特征、结构或特点与任何其他实施方式结合、作用或关联均是在本领域技术人员的知识范畴内的。换句话说，任何元素或特征都可以在不同的实施方式中与任何其他元素或特征相结合，除非两者之间有明显的或固有的不相容性，或其被特别排除在外。
如本文所使用的，“肥料材料”是包括主要大量营养素、次要大量营养素或微量营养素中的任何一种或其组合的任何物质。
一般而言，本发明包括肥料组合物，该肥料组合物包括用肥料材料喷涂包膜的种子颗粒。优选地，种子颗粒为肥料材料，且包膜可以包括相同的或不同的肥料材料。在一种实施方式中，种子颗粒是任何所需形状或尺寸的固体，且可以通过造粒、压实或粒化形成。
一般而言，本发明方法的一种实施方式包括以下步骤：
(a)生产种子颗粒，其可以包括主要或次要大量营养素肥料或微量营养素，或其组合；
(b)制备可喷涂的悬浮液，包括溶于液体介质诸如水的肥料材料、悬浮的不溶性肥料材料和分散剂的溶液；以及
(c)使用可喷涂的悬浮液将层喷涂包膜在种子颗粒上。
可喷涂的悬浮液优选地是以细分固体肥料颗粒很好地分散在主要肥料材料的溶液中的形式。可溶性肥料材料可以作为用于不溶性材料的粘合剂，并在形成包膜时帮助形成硬颗粒。另外地或替代地，可以向可喷涂的悬浮液中添加粘合剂，以帮助形成粘性包膜层，并有助于将喷涂包膜层粘附在种子颗粒上。
在一种实施方式中，可喷涂的悬浮液可以通过将肥料材料溶解在不溶性肥料材料的水分散体中形成。例如，不溶性肥料材料可包括微粒化的元素硫，由诸如在共有的美国专利Nos.8,679,446和9,278,858中所述的方法形成，在允许的情况下，其全部内容通过引用并入本文。一般而言，在过热的水中加入高达85％(wt.)的熔化的硫，并使用约0.01％至约5.0％(wt.)的浓度的分散剂维持在硫的熔点以上。然后将混合物混合或搅拌以形成硫在水中的精细乳液。快速冷却乳液致使硫固化，其保持悬浮在分散剂溶液中，形成微粒化硫的固体/水悬浮液。在微粒化硫固化之后，分散剂可以保留在溶液中并有助于防止硫颗粒的团聚或聚集。然后，这种固体/水悬浮液中的微粒化硫可以从分散剂溶液中分离，以生产包膜分散剂层的硫颗粒。然后，这些硫颗粒可以被重悬，且如果需要可以添加额外的分散剂溶液，并作为固体/水悬浮液直接用于本方法的下一步骤。在一种实施方式中，由微粒化步骤产生的微粒化硫的固体/水悬浮液可以直接用于本发明的下一步骤，而无需首先将硫颗粒从分散剂溶液中分离。
分散剂可以是诸如在MorwetTM中有的萘磺酸盐化合物或羧甲基纤维素(CMC)，或有助于保持熔化的硫在固化之前处于高度分散状态的任何表面活性剂。分散剂可以是阴离子、阳离子、两性或非离子型表面活性剂或其组合。合适的阴离子表面活性剂包括但不限于：木质素衍生物诸如木质素磺酸盐、芳香族磺酸盐和脂肪族磺酸盐及其甲醛缩合物和衍生物、脂肪酸/羧酸盐、磺化脂肪酸和烷基酚-、聚烷基芳基-或烷基-烷氧基化的磷酸酯。合适的阳离子表面活性剂包括但不限于含氮阳离子表面活性剂。在一种实施方式中，分散剂包括非离子型表面活性剂。合适的非离子型表面活性剂包括但不限于：烷氧基脂肪醇、烷氧基脂肪酸、烷氧基脂肪醚、烷氧基脂肪酰胺、醇乙氧基化物、壬基酚乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物、乙氧基籽油、乙氧基矿物油、烷氧基烷基酚、乙氧基甘油酯、蓖麻油乙氧基化物及其混合物。
然后将可溶性肥料材料溶解或部分溶解于微粒化硫的固体/水悬浮液中，以制成可喷涂的悬浮液，用作包膜混合物。在一种实施方式中，将包括分散剂的微粒化硫的固体/水悬浮液加热到低于硫熔点的温度，以便溶解更多的可溶性肥料材料或增加溶解速率。加热的悬浮液也可有助于更快地干燥产生的颗粒。
可以使用任何常规的包膜方法和设备诸如旋转滚筒、盘式造粒机或流化床来施加可喷涂的悬浮液。保持固体颗粒的床层不断移动的任何设备都会促进喷涂包膜相对均匀的施加。在一种实施方式中，优选地，使用种子颗粒在包膜装置诸如旋转滚筒、盘式造粒机或流化床造粒机中形成床层，并通过机械或流体手段连续地搅动床层。优选地，通过使用热空气将床层材料与种子颗粒加热到所需温度。
然后，通过喷嘴喷涂包括可溶性和不溶性肥料材料的可喷涂的悬浮液，以便有效地在移动床中包膜种子颗粒。可以同时施加热量通过移动床，以蒸发溶剂并干燥颗粒。
在一种实施方式中，可喷涂的悬浮液以精细喷涂的形式施加在种子颗粒上，当其干燥后，留下溶解的肥料材料的坚硬外壳，并嵌入可喷涂的悬浮液中携带的悬浮的不溶性肥料材料。优选地，保持种子颗粒处于恒定的运动和移动中，以便使得包膜过程更加均匀和可重复。可喷涂的悬浮液最初冲击并粘附在种子颗粒的表面，从而在它上面沉积并构建，并且继续使所产生的包膜种子颗粒生长为更大的颗粒。包膜过程可以持续直到颗粒达到与所需营养素N、P、K、S(氮、磷、钾和硫)分析相对应的所需尺寸。
可以通过控制诸如溶液和悬浮液的流速和浓度以及颗粒在包膜相中的停留时间的工艺条件来控制颗粒生长的速度。
在旋转滚筒的情况下，喷涂喷嘴可以位于靠近种子颗粒的床层的滚筒的底部。可以选择喷嘴位置，以保持喷涂飞散(carry over)最低，并确保喷涂很好地展开而不是集中在小区域。喷涂喷嘴可以定向于有助于可喷涂的悬浮液的均匀包膜并防止喷嘴堵塞的任何方向。滚筒可以任选地包括搅动叶片以帮助翻动固体颗粒的床层。
在流化床的情况下，喷涂喷嘴可以位于种子颗粒的床层内部，以便避免或最小化飞散到袋式除尘器。如果喷嘴位于床层外部，则流化床中较高的空气流速会导致较高的飞散分数。适当地定向喷嘴，例如水平地并轻微向下倾斜，可以避免由于固体沉积而堵塞分配盘和阻塞喷嘴孔。
种子颗粒可以从任何常见的实践制造工艺中获得，诸如压实、造粒、粒化、研磨、结晶、流态化等，并且所产生的种子颗粒可以包括所需的任何形状或形式。成品颗粒的最终形状和尺寸的选择可以决定种子颗粒的形状和尺寸，其进而会影响种子颗粒的制造工艺。
在一种实施方式中，来自过程循环流的筛上和筛下材料可以循环回并用于形成种子颗粒或掺入到种子颗粒中。因此，种子颗粒可包括制成品颗粒的所有成分，包括微粒化的单质硫。这可产生具有两个不同层但具有相似成分分散其中的颗粒。
种子颗粒可以不包括，或包括任何主要或次要大量营养素、微量营养素或惰性材料的一种或组合。种子颗粒也可以包括杀虫剂浸渍材料。大量营养素肥料可以包括氯化钾(MOP)、硫酸钾(SOP)、尿素、磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)、磷酸二氢钙或磷酸一钙、硫酸铵、硝酸铵，或其组合。此外，种子颗粒可以包括单质硫，优选地以微粒化的形式。此外，可以向混合物中不添加或添加微量营养素或次要营养素诸如锌、钙、镁、硼、铁、铜、锰、钼、钠、钴、氯或硒的一种或组合，以掺入到种子颗粒中。在一种实施方式中，种子颗粒可不含肥料材料，并且仅包括惰性载体或浸渍了除草剂或杀虫剂的载体。
在一种实施方式中，种子颗粒可以包括粉末状钾盐(氯化钾、硫酸钾和/或硝酸钾)和微粒化单质硫的组合，其已被压实以产生混合肥料的压实种子。种子颗粒中硫对钾盐的比例可以从0.1％到约50％(wt.)或更高变化。
在另一实施方式中，种子颗粒可以包括磷酸铵(MAP和/或DAP)和微粒化单质硫。种子颗粒中硫对磷酸铵的比例可以从约0.1％到约50％(wt.)或更高变化。例如，MAP和微粒化硫的混合物可以通过在预中和器或管式-交叉反应器前将微粒化硫与磷酸和氨一起添加来形成，或者在预中和器或管式-交叉反应器后向磷酸铵浆液中添加微粒化硫来形成。然后，可以将这种包括磷酸铵颗粒和微粒化硫颗粒的浆液送入造粒机中，作为包膜步骤中的可喷涂的悬浮液。
种子颗粒的尺寸可以在从约US筛目30(0.60mm)到约US筛目5(4.0mm)的范围内，并优选地在从约US筛目12(1.70mm)到约US筛目8(2.8mm)的范围内，这取决于有助于颗粒生长的工艺条件和包膜产品的所需尺寸。化肥工业中所需的平均粒径通常在1mm和4mm之间。
可喷涂的悬浮液可以在液基中包括可溶性和/或不溶性肥料材料的一种或组合。在一种实施方式中，包膜材料可以包括水溶性肥料材料和不溶性材料的组合。不溶性材料优选地是精细研磨的或微粒化的形式。喷涂包膜液基优选地为水，且可优选地包括溶解的分散剂。
在一种实施方式中，可喷涂的悬浮液可以包括相对于水浓度高达95wt％的溶解的尿素和微粒化硫颗粒。硫对尿素的比例可以从约0.1％到约50％(wt.)或更多变化，且可以被添加以形成微粒化硫在尿素水溶液中的可喷涂的悬浮液。然后，可以将这种可喷涂的悬浮液喷涂在种子颗粒上并干燥，以使颗粒在流化床造粒机中生长到所需尺寸和N、K、P、S分析。
喷涂包膜的厚度可取决于种子颗粒的尺寸和成品的所需尺寸以及N、P、K、S分析。在一种实施方式中，包膜的平均厚度优选地为约0.30mm至约0.63mm，但根据种子中和可喷涂悬浮液中所使用的材料的粘结性能，范围可以在0.1mm至超过4mm之间。
可喷涂悬浮液中的可溶性材料也可以充当用于悬浮液中不溶性材料的粘结剂。这允许悬浮液中的不溶性材料嵌入并强力地粘附在颗粒上，从而增加了化肥工业所需要的要求的压碎强度。
在一种实施方式中，当使用旋转滚筒条件以顺流或逆流方式操作时，喷涂喷嘴可以位于靠近种子的入口点，且滚筒的其余部分用于彻底干燥热空气流中的颗粒。热空气温度受肥料材料和颗粒的温度敏感性的限制，可以尽可能地高以提高热效率。粒度可以由滚筒速度和环形堰高度控制。通常，滚筒的喷涂区不包含任何刮板。滚筒的干燥区优选地可以配备刮板，以便促进更好的接触用于更快的干燥条件。
在一种实施方式中，流化床也可以分为至少喷涂区和干燥区。可以设置多个喷涂区以有助于更大的生产量和更好的保持颗粒均匀性。同样地，可以设置多个干燥区用于在更大的生产速率上实现均匀干燥。空气流速可以根据进料到其中的种子颗粒的密度、形状和尺寸来选择。流化空气温度受肥料材料和颗粒的温度敏感性限制，优选地尽可能地高以最小化设备成本。在一些情况下，肥料可能不是温度敏感的，但较大的颗粒在热梯度应力下会破裂。流化床的第一区可以包括包膜区，喷嘴嵌在种子颗粒的床层内。该床的第二下游区可以用于干燥溶剂以获得干燥产品。
也可以对使用旋转滚筒或流化床条件生产的包膜并干燥的产品进行后处理。在一种实施方式中，当使用旋转滚筒条件时，可以将有助于粉尘控制和产品储存性能的抗尘剂在颗粒排放点附近喷涂，或可以在单独的冷却滚筒中施加。在另一实施方式中，当使用流化床条件时，可以在干燥区的最末端以喷涂的形式施加包膜剂，同样通过将喷嘴嵌入固体的床层内以避免飞散。在另一实施方式中，包膜并干燥的产品可以用肥料材料的水溶液或可溶性溶液釉化，以增加产品的压碎强度。
可喷涂悬浮液中溶质的浓度影响颗粒生长速度。较高的溶质浓度有助于颗粒更快的生长，因而减少停留时间且减小蒸发溶剂的能量输入，其导致了更小的和经济的设备设计。较高的空气温度有助于降低空气流的质量，从而提高系统的热效率，但空气流应与保持良好的床层膨胀和有效的流化所需的空气流化速度相平衡。常规尿素厂采用流化床造粒工艺用于大批量生产。在这种情况下，可以对现有的流化床进行改进和翻新，以促进将尿素-硫可喷涂悬浮液包膜在尿素颗粒上。
可以将来自流化床的废气导入回旋分离器或袋式除尘器，以便在排入大气前净化该空气。可以将收集的粉尘循环回工艺中的早期阶段，诸如悬浮液罐或种子颗粒。
因此，单一的制成品颗粒可以包括单一或多种肥料材料，所有这些都是按照为了迎合各种作物、土壤和气候条件的需要而制造的各种不同产品必需的所需组合和比例。
实施例—以下实施例仅仅旨在说明本发明的具体实施方式，并不限制所述发明。
实施例1—工厂图解
图1示出了配置为实施本文所描述的方法并生产本发明的肥料组合物的肥料生产厂的示意图。乳液混合罐(10)混合了水、氮、磷或钾(N、P或K)大量营养素肥料材料，其可以是浓缩溶液或固体颗粒，和干燥微粒化硫颗粒或微粒化硫的固体/水悬浮液。微粒化硫颗粒具有优选地小于约30微米的平均直径，并更优选地小于约10微米。
将以N、P或K(或其混合物)颗粒形式的种子颗粒送入流化床造粒机(12)中，该造粒机包括四个区域，向每个区域通气以流化颗粒。种子颗粒首先进入使用热空气的第一包膜和干燥区域(14)。将可喷涂悬浮液通过喷嘴喷涂入第一包膜和干燥区域(14)。颗粒转移到第二包膜和干燥区域(16)，该区域也使用热空气且也包括用于引入可喷涂悬浮液的喷涂喷嘴。
喷涂包膜、颗粒生长和颗粒的干燥发生在前两个区域(14，16)中。然后，颗粒进入干燥区域(18)并随后进入冷却和包膜区域(20)，在这里可以施加薄的后处理抑尘膜包膜。从产品收集器(22)回收可销售的产品。
将来自流化床造粒机(12)的空气收集在袋式除尘器(24)中，在这里悬浮的细粒被过滤或分离并收集。根据它们的组成，细粒可以循环到工艺的早期阶段。
图2中示出了替代的工厂图解。在反应器(100)中，通过将磷酸和氨与添加的微粒化硫反应产生磷酸一铵和微粒化硫在水中的浆液，以生产溶解的MAP和悬浮的微粒化硫的可喷涂悬浮液。然后将可喷涂悬浮液与加热的空气一起引入造粒机/干燥器(110)中。将种子颗粒引入造粒机/干燥器(110)中，并将可喷涂悬浮液包膜在种子颗粒上并干燥。所得的颗粒沉积于斗式提升机(120)中，并且然后沉积到振动筛(130)上，用于选择直径在2.36-4.00mm范围内的产品。然后收集并冷却并包装产品尺寸的材料。产品也可以接收后处理包膜。
将来自筛的筛上材料导入锤磨机(140)或破碎机，并减小为精细颗粒。将筛下细粒与破碎的筛上材料以及任选地产品尺寸材料的受控的部分合并，并导入输送机(150)，在这里将其预热并用作造粒机/干燥器(110)中的种子颗粒。
在所有阶段，使用过滤器、干燥器回旋分离器、湿式除尘器和/或文丘里除尘器形式的粉尘控制措施，以减少或消除扬尘排放。
实施例2—使用非离子型表面活性剂生产微粒化硫
可以使用共有的美国专利Nos.8,679,446和9,278,858中所述的方法生产合适的微粒化硫。通常，将硫原料加热到超过硫熔点的温度，使得硫原料熔化并形成液体硫。制备具有特定浓度的分散剂溶液并加热到约等于或高于液体硫温度的温度。然后将分散剂溶液和液体硫在均质器中混合，以产生熔化的硫和分散剂溶液的乳液。然后将硫乳液冷却以固化硫，并且随后可以直接用作可喷涂的悬浮液，或者可以分离并干燥以留下干燥的硫颗粒产品，其可以用于形成种子颗粒或重悬并用作可喷涂的悬浮液。
表A示出了使用非离子型表面活性剂作为分散剂用于生产微粒化硫以及粒度分布的实施例，其中PSD D50是在累积分布中50％处的粒径的值，并且PSD D95是在累积分布中95％处的粒径的值。表B还示出了用于非离子型表面活性剂Triton X-405的合适的浓度范围。表B也示出了包括使用阴离子和非离子型表面活性剂的共表面活性剂条件的分散剂的实施例。
可以看出，每种非离子型表面活性剂都成功生产了具有合适的粒度分布的微粒化硫。
在大范围的表面活性剂浓度下产生了合适的粒度分布。
实施例3—通过流化床造粒机生产MAP/尿素和微粒化单质硫颗粒
生产肥料材料，其组成为尿素颗粒或磷酸一铵(MAP)颗粒，用溶解的尿素或MAP和微粒化单质硫的混合物包膜，其按照共有的美国专利Nos.8,679,446和9,278,858中所述生产。下面的表1示出了尿素或MAP颗粒具有的尺寸分布。硫是微粒化的并具有约7微米的PSD50。
表1：进料材料性质
在单独的试验中，分别使用尿素和MAP颗粒作为种子颗粒。可喷涂的悬浮液是微粒化的单质硫、分散剂(0.001％至5.0％(wt％))、水和尿素或MAP的混合物。下面的表2示出了每次运行中所使用的材料的重量。百分比是固体对水的比例。可溶性固体相对于水在40％至80％的范围内，并且不溶性硫相对于可溶性肥料在10％至24％的范围内。这样做是为了实现理想的硫:尿素和硫:MAP的比例。
表2：运行溶液内容物
缓慢地将尿素或MAP加入水中，同时混合器高速地搅拌内容物。当尿素与水混合后，溶液温度会显著降低。溶液需要高于约70℃以使尿素溶解，所以使用混合罐夹套和伴热管道加热溶液至温度范围为85-93℃。为了获得均匀的悬浮液并避免结块，将包膜分散剂层的微粒化单质硫粉末缓慢地加入尿素溶液中。随着硫的加入混合器转子转速增加，因为硫使溶液变稠且扰动有助于分散任何团块。
将组成为尿素或MAP的种子颗粒和可喷涂悬浮液以在表3中规定的条件下送入FB10流化床造粒机。对尿素进料进行了三次测试，并对MAP进料进行了两次测试。
表3：运行条件
为了增加最终颗粒产品的尺寸，在整个运行2中增加了可喷涂悬浮液(液体进料)的添加量。启动系统需要在三个区域内通过开启袋式除尘器鼓风机和两个流化床鼓风机预热材料。来自鼓风机的空气使用以天然气为燃料的热发生器加热。将床层加热到约70-90℃，且一旦床层温度被加热就打开固体(种子颗粒)进料机并加入可喷涂悬浮液。在床层的每个区都使用一个喷涂喷嘴，且将喷嘴嵌入床层中。
FB-10成功地喷涂包膜种子颗粒以增加颗粒的粒度并产生尿素/微粒化硫产品或MAP/微粒化硫产品。采取5x8筛目(美国标准)产品的样品用于在运行2至5期间分析。
下面的表4.1和4.2示出了测试结果。筛上产品为+5筛目，符合尺寸要求的产品为5x8筛目，且细粒为-8筛目。对运行3和5采取袋式除尘器细粒速率，且测量出它们分别为6和2kg/hr。运行3和5的停留时间分别为26和25分钟。
表4.1:测试结果和产品分析
表4.2：产品分析(续)
显然，改变流化床中的可喷涂悬浮液的浓度和速度与停留时间的组合会影响产品的粒度。在运行2至5期间，种子颗粒进料速度保持恒定在94至96kg/hr。一般情况下，随着可喷涂悬浮液进料速度增加，颗粒尺寸会增大。运行3中的可喷涂悬浮液进料速度从运行2中的109kg/hr增加到119kg/hr。这导致符合尺寸要求的尿素/微粒化硫产品增加了10kg/hr，且筛上尿素/微粒化硫产品增加了72kg/hr。类似地，当生产MAP/微粒化硫产品时，可喷涂悬浮液进料速度从167kg/hr(运行4)增加到237kg/hr(运行5)，且符合尺寸要求的产品的速度增加了98kg/hr，而筛上产品的速度增加了30kg/hr。因此，增加用于加工MAP/微粒化硫的液体速度导致5x8筛目产品90％的增加，而增加用于加工尿素/微粒化硫的液体速度仅仅导致5x8筛目产品的产量增加了9％。在尿素/微粒化硫工艺中符合尺寸要求的产量增加较低，部分是由于筛上部分大幅增加。
在运行2、3和5期间，从所有三个产品区域取样。也分析了各床层区域的水分含量，并在下面的表5中示出。
表5：运行条件
按照美国公职分析化学师协会(AOAC)的方法对产品进行化学分析。测试产品样本的总氮、总P2O5、K2O、总S和水分。
所得的5x8筛目磷酸盐/微粒化硫产品的化学分析显示，总氮为11.7％、P2O5为46.6％以及总硫为5.0％。5+筛目磷酸盐/微粒化硫产品的分析显示，总氮为11.1％、P2O5为50.3％以及总硫为5.0％。
所得的5x8筛目尿素/微粒化硫产品的化学分析显示，总氮为44.1％以及总硫为4.5％。5+筛目尿素/微粒化硫产品的分析显示，总氮为43.0％以及总硫为8.9％。
按照肥料物理性质测定手册(IFDC—R-10)对产品进行物理性质测试。选择的测定物理性质为颗粒压碎强度(IFDC S115)和耐磨性(IFDC S116)。
尿素/微粒化硫产品的颗粒压碎强度的范围为从2.86至3.39kg/粒。磷酸盐/微粒化硫产品的颗粒压碎强度的范围为从8.67至9.90kg/粒。两种产品的耐磨性都符合可接受的标准。
在可喷涂悬浮液中使用较高浓度的尿素还完成了组成为与微粒化单质硫混合的尿素颗粒的另一试验。本试验中的可喷涂悬浮液是尿素和用分散剂层包膜的微粒化单质硫的混合物，其数量在表6中示出。可溶性尿素相对于水在85％至95％的范围内，且不溶性微粒化单质硫相对于可溶性尿素在14％至17％的范围内。
表6：液体进料批次材料比例
当用混合器混合材料时，保持温度在80-100℃之间以允许尿素溶解。将种子颗粒和可喷涂悬浮液以在表7中规定的条件下送入FB 10流化床造粒机。
表7：运行条件
表8示出了测试结果。在该工艺运行约1小时之后，产品速度和循环进料速度基本相同，允许用循环进料代替作为种子颗粒的纯尿素进料。记录的循环进料的最终速度是73kg/hr，以及5x8筛目产品的最终速度是75kg/hr。理想地，液体进料速度为91kg/hr且固体进料速度为80kg/hr，由于流化床干燥的水分流失，调整5x8筛目产品速度并合并的筛上颗粒和细粒速度将各为80kg/hr。尽管允许进料速度稳定，但该工艺需要运行更长的时间以允许循环进料包含与可喷涂悬浮液相同的N、P、K、S分析以生产均匀的肥料产品。
表8：测试结果和产品分析
按照美国公职分析化学师协会(AOAC)的方法对尿素/微粒化硫产品进行化学分析。测试产品样本的总氮、总P2O5、K2O、总S和水分。
所得的运行#3尿素/微粒化硫产品的化学分析显示，总氮为41.7％以及总硫为10.1％。
按照肥料物理性质测定手册(IFDC—R-10)对尿素/微粒化硫产品进行物理性质测试。选择的测定物理性质为颗粒压碎强度(IFDC S115)和耐磨性(IFDC S116)。
尿素/微粒化硫产品的颗粒压碎强度的范围为从3.58至3.92kg/粒。耐磨性满足可接受的标准。
实施例3-通过滚筒造粒机生产MAP和微粒化硫颗粒
从以磷酸和氨作为原料开始，并使用改进的旋转滚筒型干燥器作为造粒和干燥设备，生产了由MAP和微粒化单质硫组成的肥料材料。
开始时使用MAP颗粒作为种子颗粒，但一旦工艺的产品速度和循环进料稳定时，就用MAP/微粒化硫循环进料代替。在以1:1摩尔比例加入了商品级磷酸和氨的预中和器中生产可喷涂悬浮液。然后，以相对于MAP约15wt％和22wt％加入过滤的和干燥的包膜有分散剂的微粒化硫。
然后，将溶解的MAP和微粒化硫的可喷涂悬浮液喷涂入旋转滚筒中，以包膜已被加热和干燥的种子颗粒。使用内部拦截堰将旋转滚筒分为进料/喷涂区和干燥区。进料/喷涂区是光滑的，而干燥区使用扬料板将颗粒瀑布状展开。使加热的空气顺流流过旋转滚筒。旋转滚筒在2.0度的倾斜角度下操作，且转速设置为12rpm。
使用离心式斗式提升机将来自旋转滚筒的颗粒传送到振动筛。4mm筛上尺寸和2.36mm筛下尺寸的筛产生所需尺寸范围内的产品。将筛上材料转给锤磨机，破碎并与筛下材料混合，并作为种子颗粒循环回旋转滚筒的进料区。
使用顺流空气流冷却已筛选尺寸的产品颗粒，并收集在袋中。在旋转滚筒干燥器中进一步干燥一些产品。
按照美国公职分析化学师协会(AOAC)的方法对磷酸盐/微粒化硫产品进行化学分析。测试产品样本的总氮、总P2O5、K2O、总S和水分。所得的磷酸盐/微粒化硫产品的化学分析显示，总氮为9.3％、P2O5为48.5％以及总硫为13.8％。在单独的运行中，MAP/硫浆液中的微粒化硫的浓度增加，并且营养素分析显示总氮为8.4％、P2O5为43.0％以及总硫为21.1％。随着产品速度和循环进料在一段时间内稳定，N、P、K、S分析预计将稳定以生产由被引入该工艺的微粒化硫的原始wt％组成的均匀的肥料产品。
按照肥料物理性质测定手册(IFDC—R-10)对产品进行物理性质测试。选择的测定物理性质为通过干燥筛分法进行的尺寸分析(IFDC S107，工序1)、颗粒压碎强度(IFDCS115)和耐磨性(IFDC S116)。
肥料产品的尺寸分析定义为材料的粒径范围。它通常通过筛分，一种根据其粒级来分离颗粒混合物的工艺测量。对产品样本进行的尺寸分析显示，所有被筛的磷酸盐/微粒化硫产品均具有多于98.2％的颗粒保留在2.00mm和4.00mm筛网之间。
在干燥步骤之前颗粒压碎强度范围为0.67至2.57kg/粒，干燥步骤之后为1.65至3.51kg/粒。耐磨性满足可接受的标准。
实施例4-通过滚筒造粒机生产钾盐/微粒化硫颗粒
从以氯化钾和微粒化单质硫作为原料开始，并使用改进的旋转滚筒型干燥器作为造粒和干燥设备，生产了组成为钾盐和微粒化单质硫的肥料材料。
开始时使用粗氯化钾颗粒(KCl)作为种子颗粒，但一旦工艺的产品速度和循环进料稳定时，就用KCl/微粒化硫循环进料代替。可喷涂悬浮液的组成为可溶性KCl和15％(wt.)微粒化单质硫的混合物。将KCl溶液保持在95℃以上，以保持KCl溶液的浓度为至少34％K2O。微粒化硫悬浮罐配有搅拌器，以使硫保持很好地分散。
材料的造粒在旋转滚筒型干燥器内发生，通过将KCl/微粒化硫可喷涂悬浮液喷涂入造粒机/干燥器内。该旋转滚筒型干燥器在干燥器的前三分之一具有有拦截堰的光滑区，且在干燥器的其余三分之二具有扬料板。在造粒机/干燥器前三分之一中的材料形成了滚动床层，悬浮液在床层的顶部上喷涂以形成颗粒。将可喷涂悬浮液通过定位的喷涂喷嘴排放口喷涂入造粒机/干燥器中，从而使浆液喷涂在第一区中的材料的床层上。包含扬料板的造粒机/干燥器的第二区造成了使用顺流空气流干燥的材料的瀑布状展开。燃烧天然气的燃烧室位于造粒机/干燥器的入口(材料进料端)处。造粒机/干燥器的操作温度通过测量造粒机/干燥器排放材料的温度和调节燃烧室的空气-对-燃气比例来间接地控制，以维持所需的操作温度。造粒机/干燥器在从水平面倾斜2.0度的角度下操作，且造粒机/干燥器的转速被最大化为每分钟12转(rpm)。造粒机/干燥器配有两个锤带，每个包含四个锤。
回旋型集尘器位于造粒机/干燥器排放口和造粒机/干燥器排气扇之间的废气/燃气管道中。造粒机/干燥器扇排气到湿式除尘器中，并然后进入大气。
使用离心型斗式提升机将材料从造粒机/干燥器排放口传送到旋转滚筒型加工冷却器中。使用逆流空气流操作加工冷却器。回旋型集尘器位于加工冷却器空气排放口和排气扇之间的空气排气管道中。加工冷却器在从水平面倾斜2.0度的角度下操作。
筛网外壳安装有粘结的方网眼型筛上筛网(4.0-毫米[mm]开口)和粘结的方网眼型筛下筛网(2.36-mm开口)，以产生具有尺寸范围为2.36至4.00mm的产品。将来自筛分系统的筛上材料转到锤磨机。必要时，将从锤磨机排出的破碎的材料连同来自筛分系统的筛下材料以及产品尺寸材料的受控的一部分返回(循环)至输送机，以维持造粒控制。将产品尺寸的部分送入9rpm的转速下操作的产品冷却器中。将产品尺寸的材料收集在袋中。
来自升降机、筛分系统、产品冷却器和输送机的粉尘通过扬尘收集系统收集。来自加工冷却器的气体通过位于冷却器排放口和冷却器排气扇之间的废气/燃气管道中的回旋型集尘器之后再排气到大气中。
按照美国公职分析化学师协会(AOAC)的方法对钾盐/微粒化硫产品进行化学分析。测试产品样本的总氮、总P2O5、K2O、总S和水分。
每个复合产品样本的化学分析表明，总硫范围为从约13.2％至约15.0％以及K2O为52.1％K2O。随着产品速度和循环进料在一段时间内稳定，N、P、K、S分析预计将稳定以生产由被引入该工艺的微粒化硫的原始wt％组成的均匀的肥料产品。所有被分析产品的水分含量均少于0.1％。
按照肥料物理性质测定手册(IFDC—R-10)对钾盐/微粒化硫产品进行物理性质测试。选择的测定物理性质为通过干燥筛分法进行的尺寸分析(IFDC S107，工序1)、颗粒压碎强度(IFDC S115)和耐磨性(IFDC S116)。
肥料产品的尺寸分析定义为材料的粒径范围。它通常通过筛分，一种根据其粒级来分离颗粒混合物的工艺测量。对产品样本进行的尺寸分析显示，所有被筛的产品均具有多于97.5％的颗粒保留在2.00mm和4.00mm筛网之间。
压碎强度定义为压碎单个颗粒所需的最小力。通过对单个颗粒—通常在特定的尺寸范围(-2.80mm+2.36mm)—施加压力并记录使每个颗粒破裂所需的压力来测量压碎强度。颗粒压碎强度可用于预测颗粒的预期处理和储存性能以及在袋装和散装储存期间施加的压力极限。
钾盐/微粒化硫产品的平均压碎强度在每粒约1.54至约2.35千克(kg/粒)之间。
耐磨性是在处理期间，对由于颗粒-对-颗粒和颗粒-对-设备的接触造成颗粒破裂以及形成粉尘和细粒的抵抗性。通过测量由样品经受磨损型运动所产生的粉尘和细粒的百分比(降解百分比)来确定耐磨性。两种测试的产品的耐磨性约在约3.42％和3.90％降解之间。
定义和解释
已经呈现的本发明的描述用于说明及描述的目的，但其不旨在以所公开的形式穷尽或限制本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员都将是明显的。选择并描述实施方式是为了最好地解释本发明的原理和实际的应用，以及为了使本领域的其他普通技术人员能够理解用于各种实施方式的本发明，这些实施方式具有适合于预期的特定用途的各种修改。
本说明书所附权利要求中的相应结构、材料、动作和所有手段或步骤加上功能元素的等同形式旨在包括用于执行功能的任何结构、材料或动作，与如具体要求的其他要求的元素。
还要注意，权利要求可被起草为排除任何可选的元素。因此，本声明旨在作为对与列举的权利要求元素一起使用的排他性术语诸如“单独的”、“唯一的”等或使用的“否定”限制的前置基础。术语“优选地”、“优选的”、“优选”、“任选地”、“可以”和类似的术语用于指示所引用的项目、条件或步骤是本发明的任选的(非必需的)特征。
单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数引用，除非文中另外清楚指出。术语“和/或”意为与该术语相关的项目中的任何一个、项目的任何组合或项目的全部。
术语“和/或”意为与该术语相关的项目中的任何一个、项目的任何组合或项目的全部。短语“一个或多个”对于本领域技术人员是容易理解的，特别是当阅读其使用的上下文时。
如技术人员将理解的那样，包括那些表示试剂或成分的数量、性质诸如分子量、反应条件等的所有数字都是近似值并应理解为在所有情况下都任选地由术语“约”修饰。这些值可以根据试图通过本领域技术人员利用本文说明书的教导获得的所需性质而改变。还应理解的是，这些数值固有地包含由它们各自的测试测量中发现的标准偏差而必然导致的变化性。
术语“约”可以指规定的值的±5％、±10％、±20％或±25％的变化。例如，“约50”百分比在一些实施方式中可以支持45至55百分比的变化。对于整数范围，术语“约”可以包括比在范围的每一端所列整数更大和/或更小的一个或两个整数。除非本文另外指明，否则术语“约”旨在包括接近所列范围的值和范围，其在实施方式或组合物的功能方面是等效的。
如本领域技术人员将理解的那样，对于任何和全部目的，特别是在提供书面说明书的方面，本文所列的所有范围也涵盖任何和所有可能的子范围及其子范围的组合，以及构成该范围的单独的值，特别是整数值。所列的范围(例如，重量百分数或碳族)包括范围内的每个特定值、整数、小数或等同数。任何列出的范围都可以容易地被认为是充分地描述并使得同一范围能够被分成至少两等份、三等份、四等份、五等份或十等份。作为非限制的实施例，可以容易地将本文所讨论的每个范围分成下三分之一、中间三分之一和上三分之一等。
如本领域技术人员也将理解的那样，所有诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“多于”、“或更多”等语言均包括所列数值，且这样的术语指的是如上文所述随后可被分成子范围的范围。以同样的方式，本文所列的所有比例也包括落入较宽比例之内的所有子比例。因此，对自由基、取代基所列的特定值和范围仅仅用于说明；它们不排除对于自由基和取代基的限定范围内其它限定的值或其它值。
本领域技术人员也将容易地认识到，在成员以常见的方式组合在一起的情况下，诸如在马库什组(Markush group)中，本发明不仅涵盖作为整体列出的整个组，还包括单独的组的每个成员以及主组的所有可能的子组。此外，为所有目的，本发明不仅涵盖主组，还包括缺乏一个或多个该组成员的主组。因此，本发明设想了明确排除所述组的任何一个或多个成员。因此，附文可以适用于任何公开的类别或实施方式，其中任何一个或多个所列元素、物类或实施方式可以从这样的类别或实施方式中排除，例如，如在明确的否定限制中使用。

Claims (29)

1.一种生产固体肥料颗粒的方法，包括用可喷涂的悬浮液喷涂包膜种子颗粒的步骤，所述可喷涂的悬浮液包括微粒化硫颗粒和主要大量营养素肥料的溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述种子颗粒包括主要大量营养素肥料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述种子颗粒包括与主要大量营养素肥料混合的微粒化硫颗粒。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述种子颗粒包括尿素、MAP、DAP、微粒化硫、钾盐或其混合物。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中，所述喷涂包膜步骤发生在旋转滚筒或流化床造粒机中。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述可喷涂的悬浮液包括与所述种子颗粒相同的主要大量营养素或大量营养素的组合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述可喷涂的悬浮液通过在分散剂溶液中乳化液体硫，冷却乳液以产生微粒化硫的悬浮液，并将所述主要大量营养素溶解到所述悬浮液中产生。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述分散剂包括阴离子、阳离子、两性或非离子型表面活性剂或其混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，筛分所述喷涂包膜的颗粒以产生产品尺寸部分、筛上部分和筛下部分，并且还包括破碎所述筛上部分并与所述筛下部分合并以形成种子颗粒的步骤，并将所述种子颗粒循环到所述喷涂包膜的步骤。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，后处理所述肥料颗粒以增加硬度和/或粉尘抑制。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，将微量营养素添加到所述种子颗粒或所述可喷涂的悬浮液或两者中。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述微粒化硫颗粒具有小于约30微米的平均直径。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述微粒化硫颗粒具有小于约10微米的平均直径。
14.根据权利要求4所述的方法，其中，所述可喷涂的悬浮液包括与所述种子颗粒不同的主要大量营养素。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，所述肥料颗粒包裹有抑尘包膜。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，所述肥料颗粒用水或肥料材料的水溶液釉化。
17.一种肥料组合物，包括种子颗粒和包膜层，所述包膜层包括可溶性主要大量营养素肥料和微粒化硫颗粒。
18.根据权利要求17所述的肥料组合物，其中，所述种子颗粒包括主要大量营养素肥料。
19.根据权利要求17或18所述的组合物，其中，所述种子颗粒包括微粒化硫颗粒。
20.根据权利要求18或19所述的组合物，其中，种子颗粒主要大量营养素包括尿素、MAP、DAP、微粒化硫、钾盐或其混合物。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的组合物，其中，所述包膜层的主要大量营养素包括尿素、MAP、DAP、微粒化硫、钾盐或其混合物。
22.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述包膜层的主要大量营养素组成与所述种子颗粒主要大量营养素组成相同。
23.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述包膜层的主要大量营养素组成与所述种子颗粒主要大量营养素组成不同。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的组合物，在所述种子颗粒或所述包膜层或两者中还包括分散剂。
25.根据权利要求24所述的组合物，其中，所述分散剂包括阴离子、阳离子、两性或非离子型表面活性剂或其混合物。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的组合物，还包括抑尘包膜或釉层。
27.根据权利要求17至26中任一项所述的组合物，在所述种子颗粒或所述包膜层或两者中还包括微量营养素。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的组合物，其中，所述微粒化硫颗粒具有小于约30微米的平均直径。
29.根据权利要求28所述的组合物，其中，所述微粒化硫颗粒具有小于约10微米的平均直径。
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