JP2015527963A - 中性粒状ｐ／ｋ肥料を製造するための連続プロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、塩基性汎用化学原料から、本質的に中性である富リン／カリウム肥料を製造するための連続プロセスを提供する。肥料は自由流動性の粒子状固体である。

Description

本発明は、塩基性汎用化学原料から、保管及び取り扱いの容易な、微粒子状の富リン／カリウム肥料を製造するプロセスに関する。

植物にとっての重要元素であるＰ／Ｋを可溶性形態で提供するリン酸カリウムは、最もポピュラーな肥料に属するが、保管及び取り扱いが困難なものもある。例えば、相対的に塩基性のリン酸二カリウム（ＤＫＰ）は、相対的に酸性のリン酸一カリウム（ＭＰＫ）と極めて好ましい組み合わせをつくるが、前者の吸湿性による水分量に関する固有の不安定性により取り扱いが困難になる。理想的には、肥料は容易に製造され、しかも容易な取り扱いに適したコンシステンシーを有していなければならない。当該技術分野においては、すべての状況に適する、必要な特性を備えた十分な肥料は未だ提供されていない。国際公開第２００９／０７２１０６号は、ＭＰＫ及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）から式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２の自由流動性の固体微粒子状肥料を製造するためのプロセスを提供している。

本発明の目的は、汎用化学製品から、取り扱いの容易な粒状Ｐ／Ｋ肥料を製造するプロセスを提供することである。

さらに本発明の目的は、自由流動性であり、且つ固結傾向のない、重量比１：１のＫ_２Ｏ及びＰ_２Ｏ_５から本質的になる、リン及びカリウムを供給する固体肥料を提供することである。

本発明の別の目的は、リン酸及び水酸化カリウムから、取り扱いの容易な微粒子状Ｐ／Ｋ肥料を製造するプロセスを提供することである。

本発明の別の目的及び利点は、記載が進むにつれて明らかになるであろう。

発明の概要
本発明は、リン酸（ＰＡ）及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）から固体リン／カリウム（Ｐ／Ｋ）肥料を製造するための連続プロセスであって、前記肥料が本質的に中性のｐＨを呈し、微粒子状且つ自由流動性であり、前記プロセスが、ｉ）ＰＡの濃縮水溶液及びＫＯＨの濃縮水溶液を用意するステップと；ｉｉ）８５℃から１２０℃までの反応温度を確保する反応器中で、前記ステップｉ）の各濃縮溶液を混合し、それにより液体反応混合物を得るステップと；ｉｉｉ）８５℃から１２０℃までの反応温度と最高４００ｍｂａｒの圧力を確保する真空乾燥器中で、前記ステップｉｉ）の反応混合物を乾燥するステップであって、それにより固体材料を得る、当該乾燥ステップが前記ステップｉｉ）から時間的及び空間的に分離されているステップと；ｉｖ）前記ステップｉｉｉ）の固体材料を周囲温度まで冷却するステップとを含み、それにより、本質的にＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２及び１０重量％以下の量の水からなる、固結傾向のない固体肥料を得る、上記連続プロセスを提供する。乾燥させるステップは、液体流を部分乾燥固体と合わせることを含み、その液体流と固体の両方がＰＡとＫＯＨの間の反応生成物からなる。前記合わせることは、前記液体流を前記部分乾燥固体に注入すること、又は滴下すること、又は噴霧することを含むことができる。本発明による連続プロセスは、好ましくは、Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２の濃縮溶液を調製するステップを更に含む。本発明の好ましい一実施形態において、時間的及び空間的に分離されている前記ステップｉｉ）及びｉｉｉ）は、９０から１１５℃の温度で実施される。前記ステップｉｉ）は、好ましくは、最高３００ｍｂａｒの圧力で実施される。前記ＰＡと前記ＫＯＨは、好ましくは１．１４から１．２２の重量比で反応に含まれる。肥料生成物中の水分量は、好ましくは１０重量％以下であり、より好ましくは５重量％以下である。好ましい一実施形態において、前記ＰＡと前記ＫＯＨは、１．１６から１．２０の重量比で含まれる。本発明のプロセスにおいて、前記反応器及び前記真空乾燥器は一の装置の部分であり、２つの個別のユニットを構成していてもよく、又は統合されていてもよく、ここで、ＰＡとＫＯＨの間の反応生成物は、この装置に連続的に供給され、それを通って移動し、それにより、反応物質が自由流動性の固体中性リン酸カリウムへと連続的に変換され、当該反応物質は固体又は液体のＰＡ及びＫＯＨであり、水性Ｋ_３Ｈ_３ＰＯ_４である液体は前記ＰＡ及びＫＯＨから得られる。反応物質は反応器に連続的に供給され、液体生成物は、ポンプ又はスクリュー式搬送機によって乾燥器に連続的に供給される。前記装置は、反応器ユニットと、乾燥器ユニットと、冷却ユニットと、前記生成物をユニット間移動させるための移送手段と、生成物の組成及び湿度をチェックし、その結果に応じて、装置を通過する材料の移動速度を制御するための調節手段とを含む。

本発明は、ほぼ同じ重量比でＰ_２Ｏ_５とＫ_２Ｏを含み、固結傾向のない、ＰＡ及びＫＯＨから調製される自由流動性の固体Ｐ／Ｋ肥料を対象とする。本発明による固体肥料は、少なくとも８０重量％のＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２と、最高１０重量％の水からなる。固体肥料は、好ましくは、少なくとも９０重量％の式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２のリン酸カリウムと、最高１０重量％の量の、好ましくは０．１重量％から５重量％の量の水からなる。一実施形態において、固体肥料は、少なくとも９０重量％のＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２と、最高１重量％の水からなる。本発明の肥料は、通常、回析データ番号００−０１９−０９６５及び００−０１９−０９６４により特徴付けられるＸＲＤシグナルを示す。本発明により調製される肥料は、一実施形態において、約９２重量％から約９９重量％の量の式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２のリン酸カリウム、最高８重量％の量の水、及び最高５重量％の随伴不純物からなる。

発明の詳細な説明
ここに提供されたのは、汎用化学製品から固結のない微粒子状Ｐ／Ｋ肥料を製造するための連続プロセスであって、ｉ）リン酸（ＰＡ）の濃縮水溶液及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の濃縮水溶液を用意するステップと、ｉｉ）前記の２つの水溶液を約１．１８のＰＡ／ＫＯＨ重量比で反応させ、それにより、液体生成物又はスラリー生成物を得るステップと、ｉｉｉ）その液体生成物又はスラリー生成物を、真空条件下で中性リン酸カリウムからなる固相と接触させることにより乾燥させ、それにより、粒状粉末を得るステップと、ｉｖ）その粉末を冷却し、それにより、最終的な自由流動性肥料を得るステップという簡易なステップを含み、ここで、前記各ステップは、時間的及び空間的に分離されている隣接する位置で段階的に行われ、液体ＰＡ及びＫＯＨを粒状Ｐ／Ｋ肥料へと連続的に変換することのできる、上記プロセスである。

本発明は、式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２のリン酸カリウムからなる、固体で自由流動性の、好ましくは白色の肥料を製造するための連続プロセスに関する。本連続プロセスは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）とリン酸（ＰＡ）を反応させるステップと、その反応混合物を、固相と接触させながら真空下で乾燥させるステップと、その乾燥混合物を冷却するステップとを含む。原材料は、好ましくは、ＫＯＨ溶液及びリン酸溶液を含む、溶液の形態で使用する。反応物質であるＰＡとＫＯＨは、好ましくは１．１４から１．２２までの重量比で、より好ましくは１．１６から１．２０までの重量比で混合する。このように、反応物質は、通常の汎用化学製品を含んでおり、これは、農業的に許容することができない材料が除外されている限り、任意の純度レベルで提供され得る。濃縮水性原材料は、好ましくは溶液である。本プロセスの好ましい態様において、前記の２つの水性原材料は、温度調節及び圧力調節を備えた反応器へ流れる２つの反応物の液体流を形成する。反応器は、好ましくは、８５℃から１２０℃までの温度に、より好ましくは９０℃から１１５℃の温度に反応混合物を維持することができる。反応の液体生成物は、好ましくは８５℃から１２０℃の温度と４００ｍｂａｒ以下の圧力で、より好ましくは９０℃から１１５℃の温度と３００ｍｂａｒ以下の圧力で材料を維持することが可能な真空乾燥器へと続く。反応器からの液体は、真空乾燥器中の部分乾燥材料にゆっくりと滴下される。供給速度は真空乾燥器の能力に応じて調節され、蒸気を連続的に除去する。前記反応物質は、本プロセスに投入される際、必要な反応速度に支障をきたすことのない量の水を含んでいる。ＰＡとＫＯＨの部分乾燥混合物を１．１４から１．２２までの重量比で含む粉末又は顆粒を、まず真空乾燥器に入れる。好ましい一実施形態においては、乾燥Ｋ_３Ｈ_３ＰＯ_４の層が乾燥器の壁を、例えばスクリューコンベヤーの壁を被覆する。この材料は、通常、乾燥器の壁からこすり落とされ、固体の一部は新しい溶液と接触させるために残される。こうして、固体の部分乾燥材料は、真空乾燥器ユニットに沿ってゆっくりと移動し、冷却器に放出される。冷却ユニットはこの特定の材料を周囲温度まで冷却し、それにより最終肥料が得られる。

本発明のプロセスは、好ましくは、ＰＡの濃縮溶液とＫＯＨの濃縮溶液を反応させることを含み、前者は、例えば、５０から８５重量％までの、例えば８０重量％超の濃度を有し、後者は、例えば、３０から５２重量％までの、例えば少なくとも５０重量％の濃度を有する。この連続的なプロセスは、固体を溶解させることにより、又はより濃縮された溶液又は懸濁液を希釈することにより、ＰＡの濃縮溶液及びＫＯＨの濃縮溶液を用意するステップを任意選択的に含む。一実施形態において、原料反応物質は、反応器ユニット、乾燥器ユニット及び冷却ユニットを含む統合型装置に連続的に供給される。供給速度は、ＫＯＨとＰＡを１．４５から１．５５のモル比で混合することができる。本発明は、特定のＰ／Ｋ肥料を原料ＰＡ及びＫＯＨから連続的に製造するための装置であって、当該装置が温度調節手段を備えた反応器ユニット、温度調節手段及び圧力調節手段を備えた真空乾燥器ユニット、冷却ユニット、及び、反応物質貯蔵容器から最終生成物貯蔵容器まで当該装置を通過させて反応物質段階から最終肥料段階へと材料を連続的に移動させることができる移送手段を含み；前記温度調節手段が８５から１２０℃までの温度を維持し、前記温度調節手段及び圧力調節手段が８５℃から１２０℃までの温度と好ましくは３００ｍｂａｒ未満の圧力を維持し；前記移送手段が、８重量％以下、例えば０．１から７重量％まで、好ましくは５重量％以下、例えば０．２から２重量％までの最終肥料水分量を与える速度で材料を前記装置を通過させて移動させる、上記装置を提供する。一態様において、本発明の装置は、ＰＡ及びＫＯＨから、又はＭＰＫ及びＫＯＨから、固結しない粒状Ｐ／Ｋ肥料を提供することができる。

本発明は、汎用化学製品であるＰＡ及びＫＯＨを、本質的に中性ｐＨを呈する自由流動性の粒状Ｐ／Ｋ肥料濃縮物に変換するための連続プロセスを提供する。本発明の肥料によって提供される水溶液のｐＨは、好ましくは６．３から７．３までである。肥料生成物の流動性は、３００ｇの肥料が、直径１ｃｍの穴が得られるように先端がカットされているステンレススチール製の円錐台を通って流れ出るのに要する時間を測定することにより求められる。穴を開いた後に３００ｇの生成物にかかる時間ｔは、流動性の良好な標準ＭＰＫ（又は他の自由流動性肥料）３００ｇにかかる時間ｔ_ｓと比較され、相対的流動率（％）であるｆは、次式：ｆ＝１００＊ｔ_ｓ／ｔによって算出される。

本発明による肥料の相対的流動率は、好ましくは、少なくとも５０％、例えば、少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、例えば、少なくとも８０％又は少なくとも８５％である。

本発明は、取り扱いやすく、追加栄養源と直ちに混合でき、Ｐ／Ｋに富み、可溶性、中性、自由流動性であり、固結しない粒状固体肥料を提供するための連続プロセスに関する。本発明の肥料は、式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２のリン酸カリウムから本質的になる。すなわち、このことは、当該肥料が、主として中性のリン酸塩、例えば、８０重量％から９８重量％まで、好ましくは９０重量％から９９重量％までの前記式のリン酸カリウムを含有し、残りが主として水であることを意味する。他の農業的に許容され得る成分が存在していてもよい。上記の式は、ＭＫＰ及びＤＫＰの等モル混合物に対応する。説明したように、ＤＫＰは、望ましい肥料であるが、取り扱いが難しい。本発明の肥料は、ＭＫＰとＤＫＰとの混合物と同一組成物を提供するが、前記ＤＫＰを、まして前記ＭＫＰを、購入又は取得し、保管し、取り扱う必要がない。本発明の自由流動性肥料は、固結傾向のないので、比較すると、ＭＫＰ及びＤＫＰの単純混合よりも良好なコンシステンシーを有していた。本発明による肥料は、通常の汎用化学製品から簡易なプロセスで得られ、しかも施肥用のカリウム源及びリン源としての農業用途に非常に適している。本肥料は保管が容易にできるのみならず、使用が望まれる地域への運搬及び施用も容易にできる。

したがって、本発明は、本質的にＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２からなる自由流動性で固結しない固体肥料を提供する、連続プロセスにおけるＰ／Ｋの望ましい濃縮肥料源を提供する。前記プロセスは、好ましくは９０℃超の温度、例えば９５℃で、中性リン酸溶液をその固形形態と、おそらく前記液体を部分乾燥した前記固体の表面に滴下することより、接触させることを含み、その溶液はＫＯＨとリン酸から生成される。中性肥料に関する場合、意図するのは、水で希釈した際に６から８までのｐＨを呈し、好ましくは、１〜５重量％の固形分を含有する水溶液に希釈した際に６．５〜７．１のｐＨを呈する、液体又は固体である。

以下の例において、本発明をさらに記載し説明する。

方法
イスラエルのＲｏｔｅｍａｍｆｅｒｔ社製造の白色リン酸を使用した。ＫＯＨは、ヨーロッパのＡｌｂｅｍａｒｌｅ社から入手した。

水分含量は熱重量分析で、Ｐ_２Ｏ_５の含量は分光測光法で、Ｋ_２Ｏの含量はテトラフェニルボラートを用いた電位差滴定で求めた。

吸湿性は、試料による吸水によって３％を超える質量増加が起こる環境の相対湿度を求めることにより、臨界相対湿度（Ｃ．Ｒ．Ｕ．）として特徴付けた。生成物の吸湿性は、通常、５０％Ｃ．Ｒ．Ｈ．（臨界相対湿度）であった。

（例１）
肥料を連続的に製造するための装置は次の３つのセクション、すなわち、反応器、真空乾燥器及び冷却器を有する。反応物質は、８３重量％のＰＡ溶液は４．５５ｇｒ／ｍｉｎの速度で、５０重量％のＫＯＨ溶液は６．４８ｇｒ／ｍｉｎの速度で、反応器部分に供給した。反応混合物は、発熱反応により、さらには１２０℃の油を充填した加熱ジャケットにより、９０℃から１１５℃までの温度に維持した。液体混合物は、流速６〜７ｇｒ／ｍｉｎで蠕動ポンプにより真空乾燥器に供給された。３リットル容量の真空乾燥器に、バッチ処置により調製した１５１５グラムの粉末状又は粒状のＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２を充填した後、液体混合物の供給を開始した。乾燥器を撹拌し、供給領域において３００〜４００ｍｂａｒの真空と９０℃から１１５℃の温度で操作されるよう設定した。生成物は、同一真空条件下で作動するが、温度の制御されたジャケットにより４５℃の温度に保たれた冷却器に流れた。粉末状生成物を包装した。生成物は、約０．２重量％の水（８０℃で消失）と、４５．７重量％のＰ_２Ｏ_５及び４５．５重量％のＫ_２Ｏを含有していた。相対的流動率は８５％を超えていた（１００％ＭＫＰ）。生成物は、３００ミクロンより大きい粒径分画が６０％の粒状であった。

（例２）
バッチプロセスを実施した。４１１ｋｇのＫＨ_２ＰＯ_４を１４２０ｋｇの水に溶解し、１７０ｋｇの５０重量％ＫＯＨを添加した。反応が起こり、前記溶液を９０℃から１１５℃に加熱し、１９８４ｋｇの粉末状又は粒状Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２を充填した真空乾燥器に供給した。乾燥器は、７０ｍｂａｒの真空条件下、１２ｒｐｍの撹拌、及び９０℃から最高１１５℃までの温度で作動した。供給を終えた時点で、真空乾燥器を４５℃まで冷却した。生成物は、実施例１に記載の生成物に類似していた。

本発明を若干の具体例に即して記載してきたが、多くの修正及び変更が可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲内で、具体的に記載されたもの以外にも実施できることがわかる。

Claims (16)

1. 固体リン／カリウム（Ｐ／Ｋ）肥料をリン酸（ＰＡ）及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）から製造するための連続プロセスであって、前記肥料が本質的に中性のｐＨを呈し、微粒子状且つ自由流動性であり、前記プロセスが、
   ｉ）ＰＡの濃縮水溶液及びＫＯＨの濃縮水溶液を用意するステップと；
   ｉｉ）８５℃から１２０℃までの反応温度を確保する反応器中において、前記ステップｉ）の各濃縮溶液を混合し、それにより液体反応混合物を得るステップと；
   ｉｉｉ）８５℃から１２０℃までの反応温度と最高４００ｍｂａｒの圧力を確保する真空乾燥器中において、前記ステップｉｉ）の反応混合物を乾燥するステップであって、それにより固体材料を得る、当該乾燥ステップが前記ステップｉｉ）から時間的及び空間的に分離されているステップと；
   ｉｖ）前記ステップｉｉｉ）の固体材料を周囲温度まで冷却するステップ
   とを含み、
   それにより、本質的にＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２及び１０重量％以下の量の水からなる、固結傾向のない固体肥料を得る、上記連続プロセス。
2. 前記乾燥ステップが液体流を部分乾燥固体と合わせることを含み、前記液体流と部分乾燥固体の両方がＰＡとＫＯＨの反応生成物からなる、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記合わせることが、前記液体流を前記部分乾燥固体に滴下することを含む、請求項２に記載のプロセス。
4. ＰＡとＫＯＨの各濃縮溶液を調製するステップを更に含む、請求項１に記載の連続プロセス。
5. 前記ステップｉｉ）及びｉｉｉ）が時間的及び空間的に分離されており、それらが９０から１１５℃の温度で実施される、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記ステップｉｉ）から時間的及び空間的に分離されている前記ステップｉｉｉ）が最高３００ｍｂａｒの圧力において実施される、請求項１に記載のプロセス。
7. 前記ＰＡと前記ＫＯＨが１．１４から１．２２の重量比で含まれる、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記の水の量が５重量％以下である、請求項１に記載のプロセス。
9. 前記ＰＡと前記ＫＯＨが１．１６から１．２０の重量比で含まれる、請求項１に記載のプロセス。
10. 前記反応器及び前記真空乾燥器が一の装置に統合されており、これを通ってＰＡとＫＯＨの反応生成物が連続的に移動し、それにより、反応物質であるＰＡ及びＫＯＨが自由流動性の固体中性リン酸カリウムへと連続的に変換される、請求項１に記載のプロセス。
11. 前記装置が、反応器ユニットと、乾燥器ユニットと、冷却ユニットと、前記生成物をユニット間で移動させるための移送手段と、生成物の湿度をチェックし、生成物の移動速度を制御するための調節手段とを含む、請求項１０に記載のプロセス。
12. Ｐ_２Ｏ_５及びＫ_２Ｏを約０．４５／０．４５の比で含み、固結傾向のない、ＰＡ及びＫＯＨから調製される自由流動性の固体Ｐ／Ｋ肥料。
13. 少なくとも８０重量％のＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２と最高１０重量％の水からなる、請求項１２に記載の固体肥料。
14. 少なくとも９０重量％のＫ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２と最高１０重量％の水からなる、請求項１２に記載の固体肥料。
15. 少なくとも９０重量％の式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２のリン酸カリウムと０．１重量％から５重量％の量の水からなる、請求項１２に記載の固体肥料。
16. 約９２重量％から約９９重量％の量の式Ｋ_３Ｈ_３（ＰＯ_４）_２のリン酸カリウムと、最高８重量％の量の水と、最高５重量％の随伴不純物からなる、請求項１２に記載の肥料。