CN110526761A

CN110526761A - 一种颗粒肥料及其干法生产工艺

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Publication number: CN110526761A
Application number: CN201910985497.XA
Authority: CN
Inventors: 王刚; 李长新; 廖永波; 单东升; 王礼富
Original assignee: Guizhou Western Industrial Co Ltd
Current assignee: Guizhou Western Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2019-12-03

Abstract

本申请实施例提供一种颗粒肥料及其干法生产工艺，涉及肥料制备技术领域。颗粒肥料干法生产工艺主要是将颗粒肥料的原料破碎、混合搅拌，得到含水质量1.5％～3％的干粉物料；将干粉物料引入双螺杆挤出机，使干粉物料在65～70℃的环境下经过挤压作用以挤出含水质量小于2％的连续长条肥料；将连续长条肥料经过干燥冷却、切粒，得到直径1～2毫米、长度1.5～3毫米的颗粒肥料。颗粒肥料的强度为10N/m²以上，在水中完全散开的时间不超过5～7min。颗粒肥料干法生产工艺，工艺环保，生产能耗低；而且制得的产品形状规则，溶解速度快。

Description

一种颗粒肥料及其干法生产工艺

技术领域

本申请涉及肥料制备技术领域，具体而言，涉及一种颗粒肥料及其干法生产工艺。

背景技术

在农业现代化生产过程中，经常需要施用肥料，其中颗粒肥料因容易保存、缓释作用强被广应用。目前颗粒肥料的生产工艺主要有(1)料浆法：转鼓喷浆造粒、喷浆造粒；(2)团粒法：滚筒造粒、圆盘造粒；(3)溶体造粒法：高塔造粒、钢带造粒；(4)挤压法：对辊挤压造粒等。其中料浆法、团粒法生产工艺需要进行原料浆化处理、干燥、尾气处理等过程，生产流程长、设备占地大、能耗高、产生大量三废；现有的熔体造粒工艺需要将原料加热熔融、造粒、冷却，生产能耗大；挤压造粒工艺一般是采用对辊挤压的方式利用挤压力生产出不规则的产品，产品溶解速度慢。

目前常用的复合肥料造粒生产技术，一次性投资大，流程长，能耗高，有大量三废产生，产品溶解速度慢，杂质量大；对辊挤压虽然减少了生产流程，减少了三废和能耗，但产品形状不规则，产品溶解速度慢，杂质量大，用户接受度低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种颗粒肥料及其干法生产工艺，工艺环保，生产能耗低；而且制得的产品形状规则，溶解速度快。

第一方面，本申请实施例提供了一种颗粒肥料干法生产工艺，其包括以下步骤：

将颗粒肥料的原料破碎、混合搅拌，得到含水质量1.5％～3％的干粉物料；

将干粉物料引入双螺杆挤出机，使干粉物料在65～70℃的环境下经过挤压作用以挤出含水质量小于2％的连续长条肥料；

将连续长条肥料经过干燥冷却、切粒，得到直径1～2毫米、长度1.5～3毫米的颗粒肥料。

在上述技术方案中，先将原料预处理后得到水分含量1.5％～3％的干粉物料，再经过双螺杆挤出机加工，得到的肥料产品水分含量一般都小于2％，符合国标要求。干粉物料在65～70℃的环境下，经过双螺杆挤出机的挤压、推动作用，对干粉物料产生温度、压力、摩擦力，使干粉物料表面共溶，挤出形成连续长条肥料，进而形成颗粒肥料。由于原料在一定温度下会溶解度增大，吸湿速率提高，而多种原料混合在一起存在吸湿点降低的特性，因此本申请的混合物料在65～70℃的干燥环境下会产生表面共溶现象并软化粘连。另外由于含有1.5％～3％水分的干粉物料进入双螺杆挤出机的机头内挤压升温后，水分被蒸发出来，封闭在机头这个相对密闭的空间内，配合一定的温度，物料表面吸湿软化或物料表面共溶在一起，从而能够挤出、造粒成直径1～2毫米、长度1.5～3毫米的颗粒肥料，制得的产品形状规则，溶解速度快。本申请控制温度为65～70℃，属于低温造粒工艺，工艺环保，生产能耗低，能避免几乎所有原料因高温分解的现象，适用于绝大多数肥料的生产，工艺安全，产品稳定。

在一种可能的实现方式中，干粉物料经过挤压作用的时间为2～3分钟。

在上述技术方案中，干粉物料在双螺杆挤出机内经过2～3分钟的挤压作用，就能够产生软化粘连现象，从而实现挤出造粒。

在一种可能的实现方式中，在经过挤压前，在干粉物料中加入聚乙二醇，聚乙二醇的加入量为干粉物料总质量的1％以下。

在上述技术方案中，当干粉物料的熔点相对较高或溶解度很低或吸湿效率很低时，加入熔点低的聚乙二醇作为助剂，使形成的物料表面容易共溶有粘性，达到低温共溶的条件，从而将干粉原料制成连续长条肥料，进而制得长条柱状颗粒。比如选择单一氯化钾或硫酸钾作为原料，由于干粉氯化钾熔点770℃、硫酸钾熔点大于1000℃，而且钾的溶解度很低，进入双螺杆挤出机内升温到65～70℃无法达到物料表面软化，相互粘连的条件，也就无法挤出制粒，加入聚乙二醇后，混合物料的熔点降低，进入双螺杆挤出机内升温到65～70℃就能达到物料表面软化，相互粘连。

在一种可能的实现方式中，在经过挤压前，在干粉物料中加入淀粉，淀粉的加入量为干粉物料重质量的2％～5％。

在上述技术方案中，在干粉物料中加入淀粉，进入双螺杆挤出机内升温到65～70℃，能够使混合物料在挤出的同时淀粉吸水膨化，后续干燥后淀粉回缩，从而使制得的颗粒肥料具有气孔，从而提升产品的溶解速度。

在一种可能的实现方式中，双螺杆挤出机的机头孔板孔径为1～2毫米，机头孔板的厚度为3～15毫米。

在上述技术方案中，采用上述规格的机头孔板能够挤出制得直径1～2毫米的连续长条肥料，从而制得直径1～2毫米、长度1.5～3毫米的颗粒肥料。

在一种可能的实现方式中，干燥的温度为40～120℃，冷却的温度为0～40℃，干燥冷却的时间为10～30分钟。

在上述技术方案中，由于本申请采用的干粉物料含水量低，挤出的连续长条肥料温度又很高，经过40～120℃的热风低温干燥，再经过0～40℃的冷却，是温度递减的风干陈化过程，目的是为了稳定连续长条肥料不再产生微反应。

在一种可能的实现方式中，通过双螺杆挤出机的螺筒外的加热夹套和/或螺杆内的介质控制环境温度为65～70℃；可选地，加热夹套的升温范围控制在60～90℃。

在上述技术方案中，通过加热夹套在螺筒外加热，或者通过螺杆内的基质在螺筒内加热，从而在双螺杆挤出机内形成65～70℃的干燥环境。

在一种可能的实现方式中，原料包括氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、碳酸钾、氯化铵、硫酸铵、尿素、硝铵磷、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。

在上述技术方案中，采用上述原料按照不同配比就能得到不同品种的颗粒肥料，比如原料磷酸二铵和尿素在高温下易分解，但在本申请的65～70℃温度下不会分解，也不会产生缩二脲；尿素在35℃以下保持强度高的固体，在本申请65～70℃温度下，尿素的溶解度、吸湿性明显提高，会产生溶解软化现象，从而与其他原料共溶。

在一种可能的实现方式中，干粉物料的粒径不大于2毫米；可选地，干粉物料中，粒径1毫米以下的干粉物料占总质量的70％以上，粒径大于1毫米至2毫米以下的干粉物料占总质量的30％以下。

在上述技术方案中，采用上述细度的干粉物料容易发生表面共溶现象，从而粘连在一起挤出制粒。

在一种可能的实现方式中，破碎的转速为500～1500转/分钟；

和/或，混合搅拌的转速为50～150转/分钟；

和/或，破碎、混合搅拌的总时间为3～10分钟。

在上述技术方案中，采用上述方式进行破碎和混合搅拌，得到的干粉物料粒度均匀、细致，便于后续挤出制粒。

第二方面，本申请实施例提供了一种颗粒肥料，其采用第一方面提供的颗粒肥料干法生产工艺制得，颗粒肥料的强度为10N/m²以上，在水中完全散开的时间不超过5～7min。

在上述技术方案中，按照本申请的颗粒肥料干法生产工艺制得的颗粒肥料强度高，在10N/m²以上；颗粒肥料的溶解速度根据肥料品种不同而不同，颗粒肥料在水中完全散开的时间通常不超过5～7min，而喷浆、转鼓等生产工艺生产相同品种肥料在水中要10分钟以上才能全部散开。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请实施例的颗粒肥料及其干法生产工艺进行具体说明。

本申请实施例提供了一种颗粒肥料干法生产工艺，其包括以下步骤：

步骤S1、将颗粒肥料的原料破碎、混合搅拌，得到含水质量1.5％～3％的干粉物料，比如控制干粉物料的含水质量为1.5％、2％、2.5％或3％或相邻两个数值之间的中间值。

通常情况下，原料包括氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、碳酸钾、氯化铵、硫酸铵、尿素、硝铵磷、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。以上所列举的原料只是一部分经常用到的原料，实际不限于上述原料，只要是肥料生产用原材料，均可用于此生产技术。一般是根据肥料产品或复合肥料的营养成分，选择单一原料或多种原料按照一定配方比例复配在一起以满足营养需求。在本申请的一些实施例中，选择上述原料中的一种作为原料，在本申请的其他一些实施例中，选择上述原料中的两种、三种、四种、五种甚至六种复配在一起再经过预处理形成干粉物料。

在本申请的一些实施例中，可以采用医药用带破碎功能的混合搅拌机实现原料破碎、混合，比如型号：LSH-600；参数：单次搅拌能力300kg；搅拌转速15～150(rpm)；破碎转速150～1500(rpm)。原料按照生产配方的比例进行自动称重计量后，进入医药用带破碎功能的混合搅拌机进行充分混合和破碎，破碎的转速一般为500～1500转/分钟，比如破碎的转速为500转/分钟、800转/分钟、1000转/分钟、1200转/分钟或1500转/分钟或任意两个数值之间的中间值；混合搅拌的转速50～150转/分钟，破碎、混合搅拌的总时间为3～10分钟。原料经过医药用混合机进行破碎和混合后，各种组分原料均匀散布，达到医药用物料混合均匀度，制出的产品养份均匀。

为了保证后续挤压表面共溶效果，干粉物料的粒径一般不大于2毫米；可选地，干粉物料中，粒径1毫米以下(包括本数)的干粉物料占总质量的70％以上(包括本数)，粒径大于1毫米至2毫米以下(包括本数)的干粉物料占总质量的30％以下(包括本数)。比如粒径1毫米以下的干粉物料占总质量的70％、80％、90％或100％，相应的，粒径大于1毫米至2毫米以下的干粉物料占总质量的30％、20％、10％、0％。

步骤S2、将干粉物料引入双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机内的干粉物料在65～70℃的干燥环境下经过挤压作用，干粉物料经过挤压作用的时间为2～3分钟，双螺杆挤出机的机头孔板孔径为1～2毫米，机头孔板的厚度为3～15毫米，挤出形成含水质量小于2％的连续长条肥料。

在本申请的一些实施例中，混合均匀的干粉物料进入计量螺旋送料机，由计量螺旋送料机控制送料量、保持物料匀速进入双螺杆挤出机。

在本申请的一些实施例中，采用型号：SET-180的双螺杆挤出机；参数：生产能力300～500(kg/h)；转速0-64(R/min)；长径比：1：6～8。通过双螺杆挤出机的螺筒外的加热夹套和/或螺杆内的介质控制环境温度为65～70℃；可选地，加热夹套的升温范围控制在60～90℃。

当干粉物料的熔点相对较高(比如熔点大于90℃)，为了保证干粉物料经过双螺杆挤出机在65～70℃的干燥环境下挤压产生表面共溶、粘连在一起，还可以在经过挤压前，在干粉物料中加入聚乙二醇(熔点64～66℃)，聚乙二醇的加入量为干粉物料总质量的1％以下，使形成的物料表面共溶有粘性，达到低温共溶的条件，挤出形成连续长条肥料。在实际生产中，当干粉物料的共溶性好时，双螺杆挤出机的加热夹套的温度可以控制低一些；当干粉物料的共溶性不好时，除添加降低熔点的助剂外，还可以使双螺杆挤出机的加热夹套温度控制高一些。

在本申请的一些实施例中，还可以在经过挤压前，在干粉物料中加入淀粉，淀粉的加入量为干粉物料重质量的2％～5％，比如加入量为2％、3％、4％或5％或任意两个数值之间的中间值。

发明人在实现本申请的过程中发现：传统肥料造粒工艺需要在混合原料中加入水，将混合原料润湿后才能制成颗粒肥料，采用本申请的干粉物料经过传统肥料造粒工艺是无法制成颗粒肥料的。本申请的干法生产工艺采用双螺杆挤出制粒设备，经前端设备混合好的干粉物料，进入双螺杆挤出机，干粉物料在筒体内挤压融合，筒体外可以设置加热夹套，使筒体内的干粉物料一方面受加热夹套加热逐步升温，另一方面受筒体内双螺杆挤压、摩擦力逐步升温。由于不同种类的原料混合的干粉物料共溶点低，双螺杆挤出机内温度升高导致干粉物料外表产生共溶，干粉物料外表变得润湿有粘性，经机头孔板挤出后，粘连成连续长条肥料。

步骤S3、将连续长条肥料经过干燥冷却、切粒，得到颗粒肥料。

在本申请的一些实施例中，将连续长条肥料进入干燥冷却机干燥冷却定型，干燥冷却机的型号：GLZ7×80；参数：能力1～1.5t/h，干燥的温度为40～120℃，比如干燥温度为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃或任意两个数值之间的中间值；冷却的温度为0～40℃，比如冷却温度为0℃、10℃、20℃、30℃或40℃或任意两个数值之间的中间值；干燥冷却的时间为10～30分钟，干燥冷却时间为100分钟、20分钟或30分钟或任意两个数值之间的中间值。通常情况下，冷却的温度要低于干燥的温度。

在本申请的一些实施例中，干燥冷却机出口设切粒机，将连续长条肥料进行切断，然后进入筛分设备进行筛分分级，得到直径1～2毫米、长度1.5～3毫米，水分符合国标要求的均匀短条状颗粒肥料。该颗粒肥料的强度为10N/m²以上，在水中完全散开的时间不超过5～7min。

需要说明的是，本实施例中的“完全散开”是按比例将10g颗粒肥料投入100ml的水中，水先接触颗粒肥料的颗粒表面然后渗透进颗粒内部，组成颗粒的原料(即制粒前的干粉原料)全部接触水的时间。通常情况下，水溶性好的原料制成的颗粒肥料会全部溶于水而看不到散开的原料，水溶性差和溶解度低的原料制成的颗粒肥料会因为水渗透后没有了粘性，又散开成制粒前的粉状原料。

本申请实施例的颗粒肥料干法生产工艺具有以下优点：

1、可使用的原料来源广泛，配方组合原料选择多，不添加肥料成粒助剂，各种原料组合、各种单一原料均可制备成颗粒肥料，成本低。

2、该生产工艺属于干法造粒，选择的原料组合形成的产品水分符合国标要求，大部分产品不需要烘干水分处理，极少数产品经挤出后，只需要经40～120℃的低温风干陈化过程即能达标，整个过程几乎没有废水、废气、废渣等三废排放，属于清洁生产技术。

3、制得的颗粒肥料营养成分分布均匀，颗粒外观为短条状，溶解速度快，杂质少。

4、可制备的颗粒肥料包括但不限于颗粒复混(合)肥料、颗粒有机无机复混肥料、颗粒有机肥料，工艺流程简单，占地小，投资少，对生产场地要求低，投资灵活。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种高氮型30-5-5品种复合肥料，其采用颗粒肥料干法生产工艺制得，具体如下：

按照目标肥料的配方组分准备原料，按质量百分数计包括：氯化钾9％、磷酸一铵12％、氯化铵37％、尿素42％。

将上述原料在型号：LSH-600的破碎混合搅拌机内破碎混合8～10分钟，得到水分含量约1.5％、平均粒径0.6mm左右的干粉物料。

将干粉物料引入型号：SET-180的双螺杆挤出机内，在夹套温度65～70℃下挤出，得到连续长条肥料，直接通过型号：GLZ7×80的干燥冷却机、切粒机，得到颗粒肥料，成品水分含量小于1.5％，远低于国标要求(小于2％)，强度为15N/m²，在水中完全散开的时间5min。

实施例2

本实施例提供一种高钾型13-5-28品种复合肥料，其采用颗粒肥料干法生产工艺制得，具体如下：

按照目标肥料的配方组分准备原料，按质量百分数计包括：硫酸钾56％、磷酸一铵12％、硫酸铵11％、尿素21％。

将上述原料在型号：LSH-600的破碎混合搅拌机内破碎混合8～10分钟，得到水分含量约2％、平均粒径0.6mm左右的干粉物料。

将干粉物料引入型号：SET-180的双螺杆挤出机内，在夹套温度80～85℃下挤出制粒，得到连续长条肥料，直接通过型号：GLZ7×80的干燥冷却机、切粒机，得到颗粒肥料，成品水分小于2％，达到国标要求(小于2％)，强度为12N/m²，在水中完全散开的时间7min。

实施例3

本实施例提供一种硫酸钾肥料，其采用颗粒肥料干法生产工艺制得，具体如下：

按照目标肥料的配方组分准备原料，按质量百分数计包括：硫酸钾原料(结晶颗粒粉末)90％、磷酸一铵9.5％，聚乙二醇0.5％。

将上述原料在型号：LSH-600的破碎混合搅拌机内破碎混合8～10分钟，得到水分含量约1.5％、平均粒径为0.5mm的干粉物料。

将干粉物料引入型号：SET-180的双螺杆挤出机内，在夹套温度80～85℃下挤出，得到连续长条肥料，直接通过型号：GLZ7×80的干燥冷却机、切粒机，得到颗粒肥料，成品水分含量小于1.5％，远低于国标要求(小于2％)，强度为11N/m²，在水中完全散开的时间7min。

实施例4

本实施例提供一种高氮型30-5-5品种复合肥料，其生产工艺与实施例1的生产工艺大致相同，不同之处在于：

本实施例中，原料按质量百分数计包括：氯化钾9％、磷酸一铵12％、氯化铵30％、尿素46％，淀粉3％，最后得到颗粒肥料，成品水分含量小于1.5％，远低于国标要求(小于2％)，强度为12N/m²，在水中完全散开的时间5min。

对比例1

本对比例提供一种高氮型30-5-5品种复合肥料，其生产工艺与实施例1的生产工艺大致相同，不同之处在于：本对比例中，双螺杆挤出机的处理温度为80℃，结果是无法挤出成连续长条肥料。

综上所述，本申请实施例的颗粒肥料干法生产工艺，工艺环保，生产能耗低；而且制得的产品形状规则，溶解速度快。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，其包括以下步骤：

将所述干粉物料引入双螺杆挤出机，使所述干粉物料在65～70℃的环境下经过挤压作用以挤出含水质量小于2％的连续长条肥料；

将所述连续长条肥料经过干燥冷却、切粒，得到直径1～2毫米、长度1.5～3毫米的颗粒肥料。

2.根据权利要求1所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，所述干粉物料经过挤压作用的时间为2～3分钟。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，在经过挤压前，在所述干粉物料中加入聚乙二醇，所述聚乙二醇的加入量为所述干粉物料总质量的1％以下；

和/或，在经过挤压前，在所述干粉物料中加入淀粉，所述淀粉的加入量为干粉物料重质量的2％～5％。

4.根据权利要求1所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，所述双螺杆挤出机的机头孔板孔径为1～2毫米，机头孔板的厚度为3～15毫米。

5.根据权利要求1所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，所述干燥的温度为40～120℃，所述冷却的温度为0～40℃，所述干燥冷却的时间为10～30分钟。

6.根据权利要求1或5所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，通过所述双螺杆挤出机的螺筒外的加热夹套和/或螺杆内的介质控制环境温度为65～70℃；可选地，所述加热夹套的升温范围控制在60～90℃。

7.根据权利要求1所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，所述原料包括氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、碳酸钾、氯化铵、硫酸铵、尿素、硝铵磷、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。

8.根据权利要求1或7所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，所述干粉物料的粒径不大于2毫米；可选地，所述干粉物料中，粒径1毫米以下的干粉物料占总质量的70％以上，粒径大于1毫米至2毫米以下的干粉物料占总质量的30％以下。

9.根据权利要求8所述的颗粒肥料干法生产工艺，其特征在于，所述破碎的转速为500～1500转/分钟；

和/或，所述混合搅拌的转速为50～150转/分钟；

和/或，所述破碎、混合搅拌的总时间为3～10分钟。

10.一种颗粒肥料，其特征在于，其采用如权利要求1所述的颗粒肥料干法生产工艺制得，所述颗粒肥料的强度为10N/m²以上，在水中完全散开的时间不超过5～7min。