CN111908955A - 一种增效尿素及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增效尿素及其制备方法。本发明增效尿素，包括如下质量份的组分制成：尿素1000份；氮素抑制剂3.8～7.5份；无机物0～47.2份；所述尿素作为核心，所述氮素抑制剂单独或与无机物一起涂覆或包裹在所述尿素核心的外表面。本发明增效尿素的制备方法，包括如下步骤：将所述尿素颗粒放入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，开启所述圆盘造粒机或转鼓造粒机，然后加入所述氮素抑制剂及无机物保护层，鼓风干燥颗粒，即得到所述增效尿素。本发明增效尿素由氮肥抑制剂、生物炭或硫磺粉和粘结剂通过包裹技术制备而成，生产工艺简单，所形成的涂覆层可以避免与其他肥料掺混后对增效剂的影响和摩擦，以提高氮肥利用率，减少损失，且成本低。

Description

一种增效尿素及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种增效尿素及其制备方法，属于肥料制备领域。

背景技术

氮肥作为工业化肥料产品，在农业增产增收中做出了重要的贡献，尤其是尿素由于其高氮含量和低廉的价格，受到种植者的青睐，逐渐成为市场的主导氮肥产品。随着农业氮肥用量越来越高，无法吸收的氮残留在土壤中，极大的增加了环境负荷。由于氮素在土壤中极易移动，容易产生氮素淋洗和气态损失，进而污染环境。尿素作为最重要的氮肥，其高氮含量的特性和大量、超量施用，特别容易产生氮素损失。因此，改进尿素的形态和施用方法，减少直接施用尿素对环境负荷的压力，提高吸收利用成为当前迫切需求。

常规尿素是粒径为0.8～2.8mm的细小颗粒，其水溶性好，分解快，集中大量施用，短时间内即可提供大量氮素的供应，但作物的吸收并不与之同步，未被吸收氮素会产生累积并进入环境。当前控制损失的一种方法就是生产较大粒径的大颗粒尿素。如将粒径提高到2.00～4.75mm，这种尿素由于粒径增加了接近2倍，常常被用作掺混肥料使用。但由于仅仅改变了粒径，其带来的肥效提升十分有限，因为尿素本身十分易溶与水，不论颗粒大小，遇水溶解都非常快，而且生产大粒径尿素还会增加一定的生产成本，因此这种物理改变对尿素使用效率的提升改善较小。另一种措施是在常规小颗粒尿素上增加一些有机小分子或有机物涂层，以增加尿素的利用效率，这种产品在国内市场已经有了一定的占有量。CN109400348A公开了一种适于冬小麦追肥的尿素用海藻酸增效载体制备方法，提高了脲酶的活性，加快了返青期氮素供应以提高氮肥利用率。CN 102887802B公开了一种非包膜缓释型增效氮肥及其制备方法，采用聚谷氨酸和氮肥抑制剂等与氮肥混合造粒形成一种增效肥料。CN1179926C公开一种木质素增效氮肥的制备方法，通过肥液提取木质素，然后加热反应并粘结到肥料颗粒表面，以降低水溶性和挥发性，提高利用效率。非市场化的有机物质其获得往往并不容易，而且通过增加有机物质等手段涂覆或造粒等形成的颗粒，仅改变了氮肥的物理形态，对于其后期的应用环节往往很少考虑。随着农业生产的发展，单一使用尿素的技术越来越少，而使用氮磷钾混合肥的施肥技术越来越多，带有涂覆层的颗粒与其他化肥混合或接触时，往往会对涂覆层产生影响，除物理的摩擦破损之外，还会发生化学反应影响其肥效的发挥。因此，需要新的技术和增效材料形成更适合生产复合/掺混肥料的增效氮肥。

发明内容

本发明的目的是提供一种增效尿素及其制备方法，本发明增效尿素由氮肥抑制剂、生物炭或硫磺粉和粘结剂通过包裹技术制备而成，生产工艺简单，所形成的涂覆层可以避免与其他肥料掺混后对增效剂的影响和摩擦，以提高氮肥利用率，减少损失，且成本低。

本发明提供的一种增效尿素，包括如下质量份的组分制成：

尿素 1000份；

氮素抑制剂 3.8～7.5份；

无机物 0～47.2份；

所述尿素作为核心，所述氮素抑制剂涂覆或包裹在所述尿素核心的外表面。

上述的增效尿素中，所述尿素颗粒的粒径为2.0～4.75mm；

所述氮素抑制剂由脲酶抑制剂和硝化抑制剂组成；

所述脲酶抑制剂具体为正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)；所述硝化抑制剂具体为双氰胺(DCD)。

上述的增效尿素中，所述无机物包括生物炭粉和/或硫磺。

本发明中，所述生物炭与硫磺粉均为粉末状，具体为生物炭粉末粒径≤1mm，所述硫磺粉粒径≤0.074mm。所述生物炭粉为秸秆等农业废弃物高温焖烧制成，所述硫磺粉为工业级市售产品。

上述的增效尿素中，所述增效尿素还包括0～14.2质量份的胶结剂；

通过所述胶结剂将所述无机物与所述氮素抑制剂混合涂覆或包裹在所述尿素核心的外表面。

上述的增效尿素中，所述胶结剂为不饱和聚酯和异氰酸反应形成的聚氨酯胶；

所述不饱和聚酯和所述异氰酸的质量比可为102.9～117.6：100。

所述不饱和聚酯为聚酯多元醇，所述异氰酸酯为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，具体制备所述胶结剂时添加顺序为先加聚酯多元醇，后加聚合MDI。

本发明所述增效尿素，具有可由下述1)-4)中的任一种质量份的组分制成：

1)1000份大粒尿素，3.8～7.5份氮肥抑制剂；

2)1000份大粒尿素，3.8～7.5份氮肥抑制剂；9.6～14.2份的胶结剂；

3)1000份大粒尿素，9.8～14.2份的胶结剂，30～50份的生物炭粉，3.8～7.5份氮肥抑制剂；

4)1000份大粒尿素，9.8～14.2份的胶结剂，20～40份的硫磺粉，3.8～7.5份氮肥抑制剂。

上述配方每一种均可完成增效尿素产品的制作，每一种均有缓释氮肥的作用，但由于配方不同其产品的物理性质有所不同；增加的胶结层和生物炭或硫磺包裹层具有进一步稳定增效剂在与其他肥料混配和进入土壤的稳定性，有利于增加增效剂的作用，提高尿素氮的缓释性能。

本发明还提供了上述增效尿素的制备方法，包括如下步骤：将所述尿素颗粒放入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，开启所述圆盘造粒机或转鼓造粒机，然后加入所述氮素抑制剂造粒并鼓风干燥颗粒，即得到所述增效尿素。

上述的制备方法中，所述圆盘造粒机为供小批量生产使用，圆盘直径80cm，转速可调，本发明中具体为10～18转/分钟；所述转鼓造粒机供较大批量生产使用，卧式，直径120cm，转速可调，本发明中具体为15～27转/分钟。

上述的制备方法中，所述氮素抑制剂采用其液体状态，其含水率为0.3％。所述抑制剂具体可为流动性蓝色液体，由脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)与水溶性溶剂混配而成，密度1.17g/cm³，含水率0.3％，产品为市售。

上述的制备方法中，所述氮素抑制剂通过喷雾装置或喷洒工具分1-2次加入。

上述的制备方法中，所述无机物通过撒播工具分散均匀加入。

上述的制备方法中，当所述无机物添加量为0时，所述方法中还包括在加入所述氮素抑制剂之后添加所述胶结剂的步骤；

所述胶结剂通过喷雾装置或喷洒工具分1～2次加入。

上述的制备方法中，当所述无机物添加量不为0时，所述方法中还包括在加入所述氮素抑制剂和上述无机物之前添加所述胶结剂的步骤；

所述胶结剂通过喷雾装置或喷洒工具分1～2次加入。

上述的制备方法中，所述胶结剂通过喷雾装置或喷洒工具分1～2次加入。

本发明进一步提供了一种掺混型复混肥料，包括上述的增效尿素和含有氮、磷、钾中至少一种元素的肥料；

以总质量为100％计，其中所述的增效尿素17.8～36.4％，余量为所述含有氮、磷、钾中至少一种元素的肥料。

本发明掺混型复混肥料，具体可为如下配方组成，以配置1000重量份掺混肥为例，它为下述(A)或(B)或(C):

A：178份增效尿素颗粒、178份普通大粒尿素、97份磷酸二铵颗粒，氯化钾104份，443份氮磷钾复合填料颗粒；其中填料为含氮(N)15％，含磷(P₂O₅)7.1％，含钾(K₂O)8.5％。掺混肥料最终含氮(N)24％，含磷(P₂O₅)8.0％，含钾(K₂O)10％。

B：364份增效尿素颗粒、182份普通大粒尿素、88份磷酸二铵颗粒，氯化钾104份，199份过磷酸钙。掺混肥料最终含氮(N)26％，含磷(P₂O₅)8.0％，含钾(K₂O)10％。

C：301份增效尿素颗粒、151份普通大粒尿素、232份磷酸二铵颗粒，氯化钾258份，58份氮磷钾复合填料颗粒；其中填料为含氮(N)15％，含磷(P₂O₅)7.1％，含钾(K₂O)8.5％。掺混肥料最终含氮(N)24％，含磷(P₂O₅)12％，含钾(K₂O)16％。

上述掺混肥料中，所述增效尿素颗粒为本发明提供，含氮量为43.5-46.5％，所述普通尿素、磷酸二铵、氯化钾、过磷酸钙均为市售颗粒肥料，所述填料颗粒为按照本领域常规方法自制复合肥颗粒。该掺混肥料具有成本低廉且无膜层残留更为环保的特点，适合在华北地区的夏玉米、鲜食玉米等作物上进行一次性施肥时使用。

本发明具有以下优点：

1、增效尿素制作过程简单、增效剂添加量低(0.38％～0.75％)；保护层原料源于可回收的生物炭和成本低廉的物料，保护层致密纤薄，外观光滑。

2、添加增效剂和无机物保护层后减少其他磷钾类肥料对增效剂的影响，提高增效作用。

3、增产效果好，制作成本低。使用添加增效尿素的掺混肥料不仅能保证玉米产量不降低，还进一步降低了用肥成本，采用一次性施肥减少了施肥次数。与市场上聚合物包膜肥料相比，本发明添加物数量少且价格低廉，无需加热和回收工艺，成本能降低30％以上。与常规施肥措施相比，可以减少追肥用工，节省了劳动力投入。

4、本发明用在玉米生产中，可以大幅降低NH₃挥发排放，减少了农业生产对空气的污染，推进了玉米生产绿色生产。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中，抑制剂具体可为流动性蓝色液体，由脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)与水溶性溶剂混配而成，密度1.17g/cm³，含水率0.3％，产品为市售(商购于索尔维公司，N DUAL PROTECT)。

实施例1：制备增效尿素

取5.00kg大粒尿素(市售，粒径2.0～4.75mm)放入圆盘造粒机中(圆盘直径D＝0.8m)，开动造粒机，调整转速为10r/min。称取双效抑制剂19.0g装入烧杯，分三次均匀加入圆盘中流动的尿素颗粒上，添加完毕保持造粒盘转动，调节转速为18r/min，并开始鼓风5分钟，至颗粒干燥，停止鼓风，关闭造粒机，增效尿素制备完成，称重为5.01kg。增效尿素为添加0.38％双效抑制剂的产品。

实施例2：制备增效尿素

取5.0kg大粒尿素(市售，粒径2.0-4.75mm)放入圆盘造粒机中(圆盘直径D＝0.8m)，开动造粒机，调整转速为10r/min。称取双效抑制剂38.0g装入烧杯，分三次均匀分散在圆盘中流动的尿素颗粒上，添加完毕保持造粒盘转动，并开始鼓风5分钟，然后添加胶结剂，量取聚酯多元醇25g(市售，北京斯科瑞公司)，均匀加入，再称取聚合二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI，市售，拜耳公司)23g，均匀加入，之后调整造粒机转速至18r/min，并继续鼓风，至颗粒干燥，关闭造粒机，增效尿素制备完成，称重为5.06kg。所述增效尿素为添加0.74％双效抑制剂的产品，含胶结剂保护层0.95％。

实施例3：制备增效尿素

取5.00kg大粒尿素(市售，粒径2.0-4.75mm)放入圆盘造粒机中(圆盘直径D＝0.8m)，开动造粒机，调整转速为18r/min。称取生物炭(市售，粉碎过1mm筛)150g，称取双效抑制剂23.0g，然后将抑制剂均匀撒入生物炭上并混拌均匀。接着分2次加入胶结剂和伴有抑制剂的生物炭粉，第一次量取聚酯多元醇25g(市售，北京斯科瑞公司)，均匀加入，再称取聚合MDI(市售，拜耳公司)25g，均匀加入，然后将约100g的生物炭粉撒入造粒盘，由于胶结剂的存在，生物炭全部包裹在颗粒尿素的表面；接着进行第2次添加胶结剂，量取聚酯多元醇11g，均匀加入，量取10g聚合MDI均匀加入，然后将剩余的生物炭粉全部加入，保持造粒机继续转动3分钟，完成生物炭增效尿素制作，称重5.20kg。所述增效尿素为添加0.44％双效抑制剂的产品，含生物炭胶结剂保护层4.22％。

实施例4：制备增效尿素

取5.00kg大粒尿素(市售，粒径2.0-4.75mm)放入圆盘造粒机中(圆盘直径D＝0.8m)，开动造粒机，调整转速为18r/min。称取生物炭(市售，粉碎过1mm筛)250g，称取双效抑制剂30.0g，然后将抑制剂均匀撒入生物炭上并混拌均匀。接着分2次加入胶结剂和伴有抑制剂的生物炭粉，第一次量取聚酯多元醇20g(市售，北京斯科瑞公司)，均匀加入，再称取MDI(市售，拜耳公司)17g，均匀加入，然后将约150g的生物炭粉撒入造粒盘，由于胶结剂的存在，生物炭全部包裹在颗粒尿素的表面；接着进行第2次添加胶结剂，量取聚酯多元醇20g，均匀加入，量取17g MDI均匀加入，然后将剩余的生物炭粉全部加入，保持造粒机继续转动5分钟，完成生物炭增效尿素制作，称重5.30kg。所述增效尿素为添加0.57％双效抑制剂的产品，含生物炭胶结剂保护层6.1％。

实施例5：制备增效尿素

取5.00kg大粒尿素(市售，粒径2.0-4.75mm)放入圆盘造粒机中(圆盘直径D＝0.8m)，开动造粒机，调整转速为18r/min。称取硫磺粉(市售，200目，工业级)100g，称取双效抑制剂23.0g，然后将抑制剂均匀撒入硫磺粉中并混拌均匀。接着分别加入胶结剂和伴有抑制剂的硫磺粉，量取聚酯多元醇20g(市售，北京斯科瑞公司)，均匀加入，再称取MDI(市售，拜耳公司)17g，均匀加入，然后将硫磺粉撒入造粒盘，由于胶结剂的存在，硫磺粉全部包裹在颗粒尿素的表面，保持造粒机继续转动3分钟，完成硫磺粉增效尿素制作，称重5.14kg。所述增效尿素为添加0.45％双效抑制剂的产品，含硫保护层2.7％。

实施例6：制备增效尿素

取10.0kg大粒尿素(市售，粒径2.0-4.75mm)放入圆盘造粒机中(圆盘直径D＝0.8m)，开动造粒机，调整转速为18r/min。称取硫磺粉(市售，200目，工业级)400g，称取双效抑制剂46.0g，然后将抑制剂均匀撒入硫磺粉中并混拌均匀。接着分2次加入胶结剂和伴有抑制剂的硫磺粉，第一次量取聚酯多元醇20g(市售，北京斯科瑞公司)，均匀加入，再称取MDI(市售，拜耳公司)17g，均匀加入，然后将200g硫磺粉撒入造粒盘，由于胶结剂的存在，硫磺粉全部包裹在颗粒尿素的表面，接着进行第2次添加胶结剂，量取聚酯多元醇20g，均匀加入，量取17g MDI均匀加入，然后将剩余的硫磺粉全部加入，保持造粒机继续转动5分钟，完成硫磺粉增效尿素制作，称重10.48kg。所述增效尿素为添加0.44％双效抑制剂的产品，含硫保护层4.5％。

实施例7：大批量制备增效尿素

取150kg大粒尿素(市售，粒径2.0-4.75mm)加入卧式滚筒造粒机中(滚筒直径D＝1.2m，长1.2m)，开动搅拌机，调整转速为27r/min。用柱塞泵(气压0.4MPa)吸取双效抑制剂用高压喷嘴喷出，控制流量为14g/s，分三次均匀加入在滚筒中流动的尿素颗粒上，加液时间分别为20秒、20秒、10秒，每次间隔3分钟，共添加抑制剂700g，添加完毕保持滚筒盘转动，调节转速为15r/min，并开始鼓风5分钟，至颗粒干燥，停止鼓风，关闭造粒机，增效尿素制备完成，称重为150.3kg。所述增效尿素为添加0.46％双效抑制剂的产品。

实施例8：增效尿素在夏玉米上的应用效果

上述制得的增效尿素按照本发明所述的掺混肥料配方进一步与含氮、磷、钾养分的颗粒肥料组成掺混型复混肥料，采用田间试验的方法连续2年进行了一次性施肥在夏玉米上的验证。

试验设增效尿素处理组、聚合物包膜尿素对照组2组试验。试验点在北京市房山区作物新品种展示基地。2组处理的氮磷钾肥用量分别为180kg N/hm²、70kg N/hm²、90kg N/hm²，每个处理面积240m²，均为一次性施肥。所用包膜尿素为聚烯烃包膜，所用增效尿素为实施例3、实施例5与实施例7。

表1夏玉米施用增效尿素产量(单位：吨/公顷)

表2包膜尿素与增效尿素制作成本对比

注：大粒尿素1800元/吨，抑制剂55000元/吨，生物炭1800元/吨，硫磺1900元/吨。

由表1中结果表明，与聚合物包膜尿素处理相比，施用本发明增效尿素第一年平均增产2.3％，第二年平均增产3.4％，其中施用本发明实施例3和实施例5增产为2.0-7.4％，施用本发明实施例7中两年平均增产不明显，说明带有无机物包裹层的生物炭增效尿素和硫磺粉包裹增效尿素的与聚合物包膜尿素相比还具有增产的效果。同时由表2中结果可知，本发明实施例3、5、7中制备的成本比对照组中聚合物包膜尿素成本分别降低31％、34.3％、38.6％，由上述数据可知本发明成本远低于对照组中聚合物包膜尿素的成本。综上可知增效尿素在夏玉米上的应用效果与聚合物包膜相当或略有增产；同时本发明的增效尿素工艺简单且添加物无残留，在成本和环保方面产生优势，本发明更具有实用价值。

Claims (10)

1.一种增效尿素，包括如下质量份的组分制成：

尿素1000份；

氮素抑制剂3.8～7.5份；

无机物0～47.2份；

所述尿素作为核心，所述氮素抑制剂和所述无机物涂覆或包裹在所述尿素核心的外表面。

2.根据权利要求1所述的增效尿素，其特征在于：所述尿素颗粒的粒径为2.0～4.75mm；

所述氮素抑制剂由脲酶抑制剂和硝化抑制剂组成；

所述脲酶抑制剂具体为正丁基硫代磷酰三胺；所述硝化抑制剂具体为双氰胺。

3.根据权利要求1或2所述的增效尿素，其特征在于：所述无机物包括生物炭粉和/或硫磺。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的增效尿素，其特征在于：所述增效尿素还包括0～14.2质量份的胶结剂；

通过所述胶结剂将所述无机物与所述氮素抑制剂混合物涂覆或包裹在所述尿素核心的外表面。

5.根据权利要求4所述的增效尿素，其特征在于：所述胶结剂为不饱和聚酯和异氰酸反应形成的聚氨酯胶；

所述不饱和聚酯和所述异氰酸的总质量比为102.9～117.6：100；

所述不饱和聚酯为聚酯多元醇，所述异氰酸酯为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯。

6.权利要求1-5中任一项所述的增效尿素的制备方法，包括如下步骤：将所述尿素颗粒放入圆盘造粒机或转鼓造粒机中，开启所述圆盘造粒机或转鼓造粒机，然后将所述氮素抑制剂和所述无机物混合后加入其内造粒并鼓风干燥颗粒，即得到所述增效尿素。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述氮素抑制剂为液体状态，其含水率为0.3％；

所述氮素抑制剂通过喷雾装置或喷洒工具分1-2次加入；

所述无机物通过撒播工具分散均匀加入。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：当所述无机物添加量为0时，所述方法中还包括在加入所述氮素抑制剂之后添加所述胶结剂的步骤；

所述胶结剂通过喷雾装置或喷洒工具分1～2次加入。

9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：当所述无机物添加量不为0时，所述方法中还包括在加入所述氮素抑制剂和上述无机物之前添加所述胶结剂的步骤；

所述胶结剂通过喷雾装置或喷洒工具分1～2次加入。

10.一种掺混型复混肥料，包括权利要求1-5中任一项所述的增效尿素和含有氮、磷、钾中至少一种元素的肥料；

以总质量为100％计，其中所述的增效尿素17.8～36.4％，余量为所述含有氮、磷、钾中至少一种元素的肥料。