CN88102293A - 一种生产粒状肥料的方法 - Google Patents

Abstract

描述了在颗粒流化床中造粒以生产含尿素及硫酸铵的粒状肥料的一种方法。将硫酸铵颗粒送入一个流化床中，并且将尿素浓度为70-99.9％(重量)的水基含尿素液体在该流化床中喷雾，从而将尿素施加在这些颗粒上。该种尿素水溶液中最好还含有一种造料添加剂和(或)硫酸铵。

Description

本发明涉及一种在颗粒的流化床中造粒来生产含尿素及硫酸铵的粒状肥料的方法。

在目前，研制和生产优良含氮和含硫肥料十分重要。在以前的年代，硫酸铵（21%N，24%S）是最重要的含氮肥料，而一般所用磷肥是过磷酸钙（20%P₂O₅，12%S）、在土壤中施用这些物质，则使土壤含有超过作物所需的硫。但是近年以来，硫酸铵已被尿素（40%N，0%S）取代，而过磷酸钙由磷酸-铵（12%N，61% P₂O₅，0%S）、磷酸二铵（21%N，53%P₂O₅，0%S）以及三元过磷酸钙（46%，P₂O₅，0%S）所取代。由于使用这些无硫肥料时，若未另外施用含硫物质，则土壤中硫含量下降，因为每次收割作物都从田中带走硫，同时也由于土壤的淋溶作用而损失硫。其结果是使全世界许多地方的土壤严重缺硫，这对许多种作物是十分不利的。

因此，非常需要有含有足够的易摄取形式硫的肥料。

已知在制备尿素颗粒时可涂盖一层元素硫。但是用此种形式时，作物摄取硫的速率极慢。这些元素硫必须先在土壤中转化为硫酸盐，而这种转化非常慢，尤其在寒冷和（或）干旱地区。

硫酸铵是一种较好的硫供应源，它是以植物直接摄取的形式供给硫。但硫酸铵作为肥料本身不够理想的原因是含氮量较低（21%），硫含量太高;但是将硫酸铵与尿素以不同比例组合在一起，就可以生产出氮和硫浓度适于作物具体要求的肥料。因此，例如将尿素/硫酸铵两种组分以约4/1重量比组合成一种肥料，则含约40%N和约5%S，这样就很适于许多施肥用途。

Ind.Eng.Chem.，Process    Des.Dev.14（1975），269-276描述了在小型试验厂中生产含尿素及硫酸铵的粒状肥料，采用的是盘式造粒法，用高浓度尿素溶液（约99%）和硫硫铵为混合物进行造粒。硫酸铵是以固体形式加入到基本上无水的尿素熔体中，但只是部分地溶解于其中，所以这种含尿素及硫酸铵的熔体必须在高温度（135-150℃）造粒，以尽量限制熔体中未溶解硫酸铵的比例。在较低温度，熔体中所含未溶解物质过多，以致不能顺利地加工成粒状。但又不能用更高温度，因为尿素会分解，并且形成有害的副产物缩二脲。由于硫酸铵在尿素熔体中的溶解度限度，上述的方法不适于以工业规模实施。

硫酸铵在尿素水溶液中溶解，比在基本上无水的尿素熔体中溶解要更易溶得多。采用荷兰专利173，174所述的方式可将尿素水溶液加工成颗粒，其方式是在尿素水溶液中加入一种造粒添加剂，亦即对尿素的阻结晶剂，将此溶液喷雾成为平均直径小于120微米的极细液滴，喷到由尿素颗粒构成的流化床中，采用水能从该溶液蒸发的温度，达到该等粒核的表面，于是尿素在该粒核上结晶，形成所需大小的颗粒。

在荷兰专利173，714所述方法中用于造粒的该种尿素水溶液，适宜浓度为含92-97%（重量）尿素，最好是94-96%（重量），在110-125℃喷雾到该流化床中。硫酸铵在这样的溶液中比在基本无水尿素熔体中更易溶解，但事实上并不能达到适宜制取大量掺混物的比例。

美国专利4，500，336提到，可采用将硫酸铵颗粒悬浮于尿素水溶液中，然后用此溶液造粒的颗粒肥料制造方法。在该方法中，一般可得到的含尿素一硫酸铵颗粒中，硫酸铵含量为由15%至30%（重量）。

但是，在该项美国专利所述方法中，最后提到了还存在某些缺点。最主要的是该起始物料是一种固体颗粒在一种液体中的悬液。虽然这样的悬浮可以有效地进行造粒，特别在采用该项专利中所述的方法时，但因固体颗粒的存在而有使设备更易磨蚀的缺点，否则就需要用更昂贵的耐磨损材料。

与纯尿素的造粒过程相比较，进一步观察到粒度合要求与粒度不合要求的产品比例在某种程度上更为不利，于是粉尘发散量增多。因此从经济观点来讲，极需要在此方面作出改进。

欧洲专利申请86201807.4（1986.10月16日提交）不是一项已有刊行物，其中描述了一种方法，包括将硫酸铵溶解于较稀的尿素溶液中，将此溶液浓缩，并在该体系中用一种造粒添加剂，即一种阻结晶剂，最后在一种流化床中将所得液体造粒。应用此方法时，前述所要求的改进已经达到目的，但存在着对硫酸铵最高含量的局限性。

本发明的目的是提供一种一方面具有若干优点并超过已发表的现有技术，另方面不必限定硫酸铵含量的方法。

所以本发明的特征在于向一个流化床中送入硫酸铵颗粒，同时将一种尿素水溶液喷雾到该流化床中，从而将尿素加到所述的颗粒上，所用含尿素液体的尿素浓度为70-99.9%（重量）。

该种含量尿素的水溶液可以用已知方式喷雾，例如可用美国专利4，219，589中所述者。

在该流化床造粒的过程中，该等正在成长的颗粒以交替方式用所喷雾的溶液打湿和干燥，以致包覆的尿素层含有由于水蒸气逸出所形成的孔隙。由于从沉积在该等颗粒上的溶液要蒸发较多水分，所留下的尿素包覆层就含有更多孔隙。通过这种交替打湿和干燥过程频繁重复，最终成为具所要求大小的多孔性颗粒，当然，它们的机械强度随孔隙度增高而减弱。由于该等颗粒的孔隙度随着所喷溶液的水含量增加而增大，所以所喷溶液含水量较多时，制成的颗粒机械强度更低。在该种流化床中，正在成长中的颗粒与其他颗粒频繁撞击。

若在流化床中将尿素造粒的过程中使所喷的尿素溶液含有一种造粒添加剂。则使得在该床中成长的颗粒总是含有一定量的液相（低共熔物），从而使该颗粒表面保持在塑性状态。由于这种塑性，则在颗粒互相碰撞时，该种颗粒表面就比未用造粒添加剂时更不易碰坏，因此使形成的粉尘少得多。在与其他颗粒进行无数次碰撞时，这种塑性颗粒表面可以说是受到挤捏，于是该等颗粒具有较好圆形度，并可得到光滑表面。当这些颗粒从这个床中出来并冷却时，该种液相在这些孔隙中结晶。于是这些颗粒的孔隙要少得多，并且要比不用造粒添加剂时以相同方式所制颗粒强度高得多。

这些颗粒不易受到表面磨损，并由于圆形度好，使得结块的倾向也明显消除。

该种尿素溶液在喷雾时最好是喷成平均直径20-120微米的极细雾滴。由于这些液滴很少，使得正在由一层液体使之成长的颗粒表面只有覆盖一部分。

所喷成的液滴平均直径最好在30-60微米。

按照本发明的方法，用作起始物料的含尿素水溶液可以含水多达30%（重量），即可用尿素合成产物的含水量。

在该流化床中的该种含尿素及硫酸铵的颗粒大小范围在0.2至8毫米之间，当需要生产较大颗粒时，可以用到此范围内的较大数值。

该流化床的温度范围一般在80-110℃之间。控制该流化床温度的方法，可以选择适当的流化用空气温度，以及所喷的尿素溶液温度。

制成的颗粒最好冷却到30℃或更低。所制成颗粒可以使用任何适用的冷却器冷却，例如用流化床冷却器。

按照本发明的方法，采取将结晶点温度低于100℃的尿素溶液进行喷雾的方法，实质上就完全避免了在造粒过程中形成缩二脲。因此，将尿素含量，例如为75-85%（重量）以及含缩二脲少于1.0%的尿素溶液喷雾，可以得到缩二脲含量少于1.0%的尿素一硫酸铵颗粒。此等颗粒特别适用于某些特定作物，如烟草及番茄。

该种准备造粒的含尿素水溶液可以是一种尿素溶液，或是一种尿素熔体。两者之间的主要区别取决于水的含量。当水含量约在2.5%或以下，通常用“熔体”这个名称、当存在更多水时，通常将此液体称为溶液。其中的界限主要是人为的规定。无论何种情况，从原理上讲，按本发明的方法，可使用任何含尿素和水的溶液。

送去造粒的液体除可含尿素和水之外，还可以含其他组分。

在造粒之前，在一定的预处理阶段可以向该溶液中加入一种造粒添加剂，即在加入硫酸铵之前、之中或之后。或者在浓缩至所要求的最后浓度之前，之中，或之后。适用的造粒添加剂是尿素和甲醛的水溶性加成和缩合产物（美国专利4，219，589）和水溶性无机铝盐（美国专利4，500，336）。这些物质的用量一般占所用尿素的0.1-2.5%（重量），最好是1.5%（重量）。

在该种含尿素液体中还可以加入硫酸铵。它们可以溶解在尿素溶液或熔体中，但也可以固态存在。在这些情况下当然会在该种颗粒中达到较高含硫量，但其他的优点只达到较低程度。

按照本发明的方法，可以采取分批式或连续式操作。当以工业规模实施时，当然最好是用连续法。

在本发明的实施中，该方法的原理是将单独制备的直径小于最后成品颗粒直径的硫酸铵颗粒或粒核，送入该流化床中，而不用通常所用的超出合格粒度的物料，也就是说，碎开的超大粒度颗粒。所筛出的细粒当然是被送回来。

该等超大颗粒最好按下述两种方法之一来加工。

第一可能性是将这些颗粒以已知的方法破碎，然后送回作为新的粒核。

第二种可能性是将这些超大颗粒再溶解并且再去造粒。

硫酸铵粒核的粒度最好在1-4毫米范围。这样的直径可在要求的含硫量与粒核大小之得得到最优化比例。

可以通过不同方法得到这种粒核;例如可用压实、挤压、烧结、流化床成粒、结晶、造粒以及类似方法。因为硫酸铵是各类化学工艺中颇为易得的副产品，一般不需要专门为它建造一套装置。但在情况需要时，它可以用与生产硝酸铵差不多的方式来制造，即由NH₃与H₂SO₄反应。

本发明还涉及到这样的肥料颗粒，即包括一种硫酸铵的核心和一种外围外壳，这种外壳含有尿素，并可以含有硫酸铵，该种颗粒的硫酸铵含量为由15%至50%（重量）范围。如果外壳中除含有尿素外还含有硫酸铵，则外壳中含尿素量为至少70%（重量）。

按照本发明的该种颗粒，可以即此用作为肥料，但它们还特别适于与一种或多种相同粒度的其他类肥料颗粒制成互相相容、均质的混合肥料（大量掺混物）。适宜的其他种肥料颗粒磷酸盐肥料，例如磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、三元过磷酸钙以及类似物质。在这种掺混物中也可以加入一种钾肥料，例如KCl。为防止发生离析，准备掺合的各组分的粒度必须互相调谐好。这种大量掺混物中最好含有30-50%（重量）按本发明的该种含尿素及硫酸铵的颗粒。一般来讲，日其的是使该混合物中的S含量大约为5%（重量）。

按照本发明的方法，可以在任何类型的流化床造粒器中进行制备。在所附图纸中示出一种适用的装置实例的示意流程图，其中造粒器1分隔为若干间，其中2，3，4，5是用于造粒，而隔间6是用于尿素颗粒的进一步干燥。这个最后一间是任意选用的，因为只有当颗粒仍然含有表面水分时方才使用此段干燥作业。在造粒器1中配备了格栅7，它是用来支持这个流化床，并且让流化用空气通过，这些空气曾在一个或多个加热器中预热（图中未示出），并经由导管8供入。该格栅下面的空间也可以象它上面的空间那样分隔为若干间，这种情况下，流化用空气是供入到其中每一间。在造粒器1底部还配备有气喷式喷雾头9、10、11、12，并且它们是延伸到该格栅7之上。还可以在每一间使用两个或更多个喷雾头。将含有尿素并可能含有硫酸铵并且已加入一种造粒添加剂的溶液通过导管13供到这些喷雾头，并借助通过导管14所供的喷雾用空气而喷雾到造粒隔间2、3、4、5之中。将该等粒核料通过一个输送器15，例如一种螺旋输送器而供入，形成该流化床，同时也可以通过导管33将硫酸铵粒核料供入到输送器15。为了在间隔6中对该等颗粒进行后段的干燥。由一个空气导管向造粒器送入干燥用空气。

为了排出空气和可能携带的粉尘颗粒，在造粒器1上配备有排气导管17，18，并连通至旋风分离器19，在其中将约100-500微米的颗粒留下，然后通过导管20送至螺旋输送器15。从旋风分离器19排出的空气通过排气管21通入装置22中，在其中经过稀尿素溶液洗涤。为达到高的洗涤效率，可以通过喷淋器23向其中喷水。已经除掉粉尘的空气可以通过排气口24而排出，而形成的尿素稀溶液通过导管25排出。

在造粒器1中还配备有底部的颗粒出口管26，它通至振动输送槽27，将颗粒输送到筛分装置28，在此筛分成为若干种组分，即过小颗粒组分，适合粒度组分和过大颗粒组分。将适合粒度组分通过冷却器29送至贮料仓。若需要，也可将该冷却器配置在筛分装置的上游。在筛分装置28中分出的过大颗粒组分在一种实施方案中是经过冷却后输送至粉碎机30，在此粉碎至与过小颗粒组分相同或更小的粒度。另一种实施方案则是将过大颗粒组分送到一个溶解工序（未在图中示出），在其中将此组分加成为含有尿素和硫酸铵的溶液，可以再去造粒在筛分装置28中分出的过小颗粒组分通过导管32送入导管31，再又送至输送器15，也可以任选与由粉碎机30所得的组分一起送入。

按照本发明的方法可以用连续式和分批式进行。将含尿素的溶液通过导管13供送至喷雾头9、10、11、12，并由通过导管14所供应的空气在这些喷雾头中喷成雾而进入造粒器1的隔间2，3，4，5的粒核料流化床中。通过没有溶液喷雾的隔间6及管26而从流化床送出的颗粒的量，是由通过输送器15供入的粒核料量所补替。

产品的颗粒大小取决于多种因素，例如该流化床中粒核的数目，这些粒核的大小，单位时间所喷液体的量以及粒核在流化床中的停留时间。所以，例如当流化床中粒核的数目减少以及停留时间增长时，得到较大的产品颗粒。为保持产品为一定的粒度分布，必须使流化床的内容物尽可能保持恒定，包括粒度分布和粒核数目。要做到这一点，需要保证向流化床中送入的具有正确粒度分布的粒核重量，并经常由从流化床中排出的产品颗粒重量来调节。

由于该个流化床又再分为几个隔间，可以做到将正在成长的颗粒分成组分。

本发明是由以下各实例所阐明。

实例1

用作为粒核的单独制备的硫酸铵颗粒是经过压实制成。

将＜2毫米的硫酸铵晶体通过两个辊子压榨，以1.4吨/厘米的压力来形成厚度为2.0毫米的片状料。然后将这些片破碎并过筛。将1.6-4.0毫米的组分送入该流化床造粒器，作为核心物料或粒核。将含有1%UF80（尿素与甲醛的反应产物）作为造粒添加剂的97%尿素溶液喷到该流化床造粒器中的硫酸铵粒核上。造粒温度为108-110℃。硫酸铵粒核/尿素的比例为40/60。

实例2

按照实例1的相同试验，但其中是用1%Al₂（SO₄）₃作为造粒添加剂。

实例3

通过挤压加工单独制造作为粒核的硫酸铵颗粒的方法。

在两个滚筒之间送入用5%水打湿的喷雾干燥的硫酸铵粉末。其中一个滚筒为中空式，并配备有多孔外壁（孔直径2.5毫米）。该种硫酸铵由这些孔通过进入该滚筒的内部。在这个滚筒内部，用一个刮刀把已经挤成条的硫酸铵刮下。这些挤成的硫酸锭粒核送入该流化床中，并由含有1%UF80作为造粒添加剂的97%尿素溶液在其中喷雾。造粒温度为108-110℃。该种硫酸铵粒核与尿素的重量比为40∶60。

实例4

按照实例3的相同试验，但其中的硫酸铵粒核对尿素的重量比例为50/50。

在以下的表格中列出工艺参数和产品质量详细内容。

表

实例编号    1    2    3    4

试验参数

-粒核之制备

方法    压实    压实    挤压    挤压

粒核的粒度，毫米    1-2    1-2    1.5-2.5    1.5-2.5

-流化床造粒

尿素溶液浓度，%    96.8    97.2    96.5    96.3

造粒添加剂    约1%    约1%    约1%    约1%

UF80 Al₂（SO₄）₃UF80 UF80

造粒温度，℃    108-110    108-110    108-110    108-110

硫酸铵/尿素重量比    40/60    40/60    40/60    50/50

最终产品质量

-颗粒之外观

表面    光滑    光滑    光滑    光滑

圆度    圆形    圆形    圆形    圆形

-化学特性

水份，卡尔菲休法，%    0.14    0.12    0.16    0.20

（NH₄）₂SO₄，% 39.5 40.12 40.5 51

UF    80，%    0.16    -    0.65    0.53

Al₂（SO₄）₃，% - 0.65 - -

缩二脲，%    0.83    0.75    0.78    0.61

总N，%    36.3    36.0    36.0    33.4

-物理特性

压碎强度，2.5毫米直径，

千克    3.3    3.4    2.9    3.0

密度，Hg法，克/

立方厘米    1.39    1.39    1.36    1.38

CRH（临界相对湿度）    29    28    29    30

Claims (11)

1、一种生产含有尿素及硫酸铵颗粒肥料的方法，该方法是在一种颗粒流化床中进行造粒，其特征在于将硫酸颗粒送入流化床中，并将尿素浓度为70-99.9%(重量)的水溶液喷雾到该流化床的所述颗粒上从而将尿素附加上去。

2、按照权利要求1的一种方法，其特征在于制造含硫酸铵15-50%（重量）肥料颗粒。

3、按照权利要求1或2的一种方法，其特征在于应用一种含有造粒添加剂的一种尿素水溶液。

4、按照权利要求1-3中任一项的一种方法，其特征在于应用一种含有硫酸铵的尿素水溶液。

5、按照权利要求4的一种方法，其特征在于该种尿素水溶液是将硫酸铵溶解于一种尿素溶液中，然蒸发所述溶液而制得。

6、按照权利要求4的一种方法，其特征在于应用硫酸铵颗粒在尿素水溶液中的悬浮液。

7、按照权利要求1-3中任一项的一种方法，其特征在于应用粒度范围是由1至4毫米的硫酸铵颗粒。

8、按照权利要求1-7中任一项的一种方法，其特征在于该流化床中的温度在由90°至115℃范围。

9、按照权利要求1-8中任一项的方法所制成的颗粒肥料。

10、由一种硫酸铵核心以及含有尿素并围绕所述核心的外壳所组成的颗粒肥料，该等颗粒的硫酸铵含量范围为15至50%（重量）。

11、颗粒肥料的掺混物，包括至少一种选自磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙、三元过磷酸钙以及KCl的一种颗粒，并连同按权利要求9或10中所述的颗粒。

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