高水溶性多聚磷酸铵-硫酸钾肥料制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及化肥生产领域，具体是一种高水溶性、低成本、时间短的多聚磷酸铵-硫酸钾农用肥料新的制备方法，该方法可以缩短原有的多聚磷酸铵-硫酸钾农用水溶性肥料的制备时间，降低制备温度，减少缩二脲的生成量，解决了生产过程中的溢料问题等。
【背景技术】
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[0002]聚磷酸钱(ammonium polyphosphate，以下简称APP)具有如下的结构通式:(NH4)n+2Pn03n+l，是一种含氮、磷的聚磷酸盐，按其聚合度大小，可分为低聚、中聚、高聚3种，其聚合度越高，水溶性越小。按其结构可分为结晶形和无定形，结晶态聚磷酸铵为长链状水不溶性聚磷酸盐。
[0002]近来聚磷酸铵已逐渐进入复合肥和液体肥料的生产领域，特别在发达国家已得到广泛利用。20世纪70年代初美国TVA公司开发了用商品湿法磷酸在管式反应器中氨化的方法，生产出含聚磷酸铵的熔融体，主要用于制备悬浮肥料，后又用于制造颗粒复合肥。20世纪90年代美国每年消耗的液体肥料占化肥消费总量的38 %以上。
[0003]我国目前生产聚磷酸铵肥料的方法还不够完善，其性状、组成及生产方法尚有问题没有解决。一般认为作为肥料用聚磷酸铵应是短链全水溶的，包含磷酸铵、三聚磷酸铵和四聚磷酸铵等多种聚磷酸铵，聚合度更高、链更长的聚磷酸铵只有少量存在;另有资料介绍农用聚磷酸铵通常聚合度为2-5，且溶解性好，是液体肥料的主要品种。目前生产方法中，反应温度高，反应时间长等缺点不仅增加了生产成本，同时也使得缩二脲的生成量增大，致使一些产品合格率降低。
[0004]工业制备APP方法很多，总的来说反应条件的控制对产品质量影响很大。目前常见的生产方法有:磷酸与尿素缩合法;磷酸二氢铵与氨化缩合剂-尿素缩合法;聚磷酸氨化法；P2O5-NH3-H2O高温气相反应法;正磷酸铵与氨气高温中和法;在APP存在下磷酸与氨化缩合剂聚合法;磷酸二氢铵、五氧化二磷和氨气缩合法;磷酸和氨气缩合法等，但是现在还没有一种有效的添加剂能降低反应温度，缩短反应时间。
[0005]中国专利CN103073750A介绍了一种无甲醛低水溶性多聚磷酸铵产品及其制备方法，该方法制备的多聚磷酸铵由于低水溶性，不适合用于农业水溶性肥料使用。
[0006]中国专利CN103058161A介绍了一种缺铵结晶II型多聚磷酸铵产品及其制备方法，但是该方法制备的多聚磷酸铵同样不适合用于农业水溶性肥料使用。
[0006]上述方法制备的多聚磷酸铵均不适合用于生产农业中需要的多聚磷酸铵水溶性肥料，因此研究发展新型反应温度低，反应时间短的多聚磷酸铵的制备方法，使制备的多聚磷酸铵在保持含氮、磷含量高的特点基础上，具有良好的水溶性是生产多聚磷酸铵水溶性肥料迫切需要解决的问题。
【发明内容】
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[0007]本发明需要解决的技术问题是开发新的多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料的制备方法。
[0008]本发明需要解决的另一个技术问题是缩短多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料的制备时间、减少缩二脲的生成量，同时解决生产过程中的溢料问题。
[0009]本发明针对现有生产APP的技术对生产工艺进行改进，通过深入研究制备APP反应过程的反应机理，在反应原料配比、反应温度控制和反应时间掌握等方面进行改进，使得反应时间缩短，反应温度降低，制备工艺更加简单。
[0010]制备多聚磷酸铵APP的反应方程式如图1:
[0011]多聚磷酸铵APP的反应机理如图2:
[0012]本发明多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料的制备步骤如图3:
1)将按照一定质量配比的85%磷酸、磷酸二氢铵、尿素和硫酸钾(85 %磷酸:磷酸二氢铵:尿素:硫酸钾=1:1.2-1.4:2.0-2.5:1.8-2.5)加入到反应釜内，在釜内混合溶解，搅拌均匀；
2)搅拌下使反应釜升温至110°C，反应5分钟，再升高温度到120°C反应10分钟；
3)待反应完成以后使反应釜内温度逐步降低，同时用稀磷酸溶液吸收反应产生的氨气，即可得到本发明的产物。
[0013]本发明制备的多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料具有水溶性好，成本低，氮、磷、钾有效含量高的，反应时间短，反应温度底，生产工艺安全等特点，本发明制备方法具有简单实用、反应时间短、反应温度低和生产成本低等优点。
【具体实施方式】
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[0014]以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不限于这些实施例。
[0015]实施例1
[0016]在50L常压反应爸中依次加入85%磷酸10kg、磷酸二氢钱12kg，尿素32kg和硫酸钾18.6kg，在釜内混合溶解，搅拌均匀。搅拌下使反应釜升温至110°C，反应5分钟，再升高温度至IJ120°C反应10分钟，待反应完成以后使反应釜内温度逐步降低，同时用稀磷酸溶液吸收反应产生的氨气，即可得到多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料。
[0017]实施例2
[0018]在50L常压反应釜中依次加入85%磷酸13kg、磷酸二氢铵15kg，尿素34.3kg和硫酸钾48kg，搅拌均匀，余同实施例1。
[0019]实施例3
[0020]在50L常压反应釜中依次加入85%磷酸16.2kg、磷酸二氢铵20kg，尿素54kg和硫酸钾27.7kg，搅拌均匀，余同实施例1。
[0021 ] 实施例4
[0022]在50L常压反应釜中依次加入85 %磷酸6.5kg、磷酸二氢铵1kg，尿素28kg和硫酸钾14.9kg，搅拌均匀，余同实施例1。
[0023]实施例5
[0024]在50L常压反应釜中依次加入85%磷酸13kg、磷酸二氢铵16kg，尿素34.3kg、硫酸钾48kg、氯化锌42g、氯化铜21g和硼砂87g，搅拌均勾，余同实施例1。
[0025]实施例6
[0026]在50L常压反应爸中依次加入85%磷酸6.5kg、磷酸二氢钱8kg，尿素28kg、硫酸钾14.9kg、氯化锌10g、氯化铜5.3g和硼砂22g，搅拌均勾，余同实施例1。
[0027 ]图4:本发明产品氮、磷、钾含量和水中溶解度表。
【主权项】
1.高水溶性多聚磷酸铵-硫酸钾肥料的新制备方法，它需要解决的技术问题是研发一种多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料的新制备方法。2.高水溶性多聚磷酸铵-硫酸钾肥料的新制备方法，其特征在于按照以下步骤: 1)将按照一定质量配比的85%磷酸、磷酸二氢铵、尿素和硫酸钾(85%磷酸:磷酸二氢铵:尿素:硫酸钾=1:1.2-1.4:2.0-2.5:1.8-2.5)加入到反应釜内，在釜内混合溶解，搅拌均匀； 2)搅拌下使反应釜升温至110°C，反应5分钟，再升高温度到120°C反应10分钟； 3)待反应完成以后使反应釜内温度逐步降低，同时用稀磷酸溶液吸收反应产生的氨气，即可得到本发明的产物。3.根据权利要求2所述的高水溶性多聚磷酸铵肥料新的制备方法，其特征在于步骤(I)直接加入适量的磷酸、磷酸二氢铵、尿素和硫酸钾无需处理，无需溶剂。4.步骤(2)反应时间在15分钟内完成;根据权利要求2所述的高水溶性多聚磷酸铵肥料新的制备方法，其特征在于步骤(3)用稀磷酸溶液吸收反应中产生的氨气。
【专利摘要】本发明涉及一种高水溶性多聚磷酸铵-硫酸钾肥料(图1)的制备方法，解决的技术问题是缩短多聚磷酸铵-硫酸钾水溶性肥料制备时间，降低反应温度，减少缩二脲的生成量，解决生产过程中的溢料问题，提高生产工艺的安全性。反应过程是将85％磷酸∶磷酸二氢铵∶尿素∶硫酸钾＝1∶1.2-1.4∶2.0-2.5∶1.8-2.5(质量百分比)加入到反应釜内，搅拌均匀，使反应釜升温至110℃，反应5分钟，再升高温度到120℃反应10分钟，待反应完成以后使反应釜内温度逐步降低，同时用稀磷酸溶液吸收反应产生的氨气，即可得到本发明的产物。本发明产品磷含量(P2O5)10.0-30.0％，氮含量13-25％，钾含量(K2O)10-26％，水中溶解度不低于18克/100毫升水。
【IPC分类】C05G1/06
【公开号】CN105669285
【申请号】CN201510966963
【发明人】苗志伟, 蔡国伟
【申请人】南开大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月22日