专利名称：复合型长效尿素及其生产工艺和专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及氮肥，具体地说是一种复合型长效尿素及其生产工艺和专用设备。
尿素是当今世界生产量和使用量最多的一种氮素肥料，第三世界尿素使用量约占70％以上；我国目前尿素的生产量达到47％，而使用量则超过50％以上。尿素是非酸根酰胺态肥料，氨含量高达46％以上，不板结和酸化土壤，适用于各种土壤和作物，“九五”期间尿素在我国的氮肥比例在不断扩大，到2000年将增加到60％左右，而碳酸氢铵则下降至36％，所以，开展尿素的长效化研究在我国和世界都具有重要的意义。尿素这种酰胺态氮肥必须经过土壤脲酶的酶解，分解成氨基甲酸铵，进而以铵态氮的形态被植物所利用，但土壤的脲酶活性很高，在夏季气温条件下，一般7天时间尿素可全部被酶解，转化为铵态氮。根据土壤脲酶活性研究得知，表层土壤的脲酶活性是15毫米以下的心土层脲酶活性的4倍以上，所以尿素表层追施5天就会全部被酶解转化为铵态氮，大量的铵态氮形成作物来不及全部吸收，转化为氨态氮挥发到大气中而损失掉。我国的尿素氮素利用率仅有35％左右，而65％的氮素损失掉，这不仅造成能源的浪费，还造成生态环境的污染。目前提高尿素利用率的研究是世界各国科学家的普遍关注的问题，基本上有三种途径，一是在尿素中加入脲酶抑制剂，如酚类单一氰醌，用后期喷淋办法，但其加入量比较大，成本高；二是在尿素中加入硝化抑制剂，因其铵态氮有30％左右转化为硝态氮而造成淋溶损失，结果不如加入脲酶抑制剂效果好；三是采用包被技术，多采用硫磺包被尿素、甲尿素、丁稀叉二脲等，其增产效率不高，易迅速溶解。以上三种途径均存在单一使用、成本高、推广难度大的问题。
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种节省能源、降低成本、增产效果好的复合型长效尿素及其生产工艺和专用设备。
本发明的目的是这样实现的按重量比计，由氨稳定剂1份和脲酶抑制剂0.1～0.2份组成添加剂，再与尿素混合，其混合比例为0.3～0.8∶100；所述氨稳定剂为氰胺类中单氰胺、二氰二胺或三聚氰胺；所述脲酶抑制剂为苯酚类中邻苯二酚、对苯二酚或对苯醌；其生产工艺为所述添加剂以固体形式加入，即在生产流程中以70％尿素溶液或尿素熔液为溶剂，溶解并在造粒前加入所述添加剂；其专用设备是在常规尿素设备中增加了定量加料装置、溶解槽、输出计量泵，其中溶解槽分别通过管路与定量加料装置、闪蒸槽、尿液槽从其上部相连，其底部与计量泵管路相连，所述计量泵还通过管路接至闪蒸槽、尿液槽、一段蒸发器；所述定量加料装置由电动葫芦、上料斗、贮料槽、加料器组成，其中所述贮料槽为内有隔板的斗形容器，其底部斗形端口内置有由可控变频控制的加料器，所述加料器为表面带有凹槽的转轴，通过其上的减速机和电机与一用计算机控制的变频调速器相连；所述加料器和溶解槽可直接相连，亦可通过压缩空气吹管相连；在所述溶解槽和计量泵之间可设有尿液贮槽。
本发明具有如下优点1．本发明集氨稳定、硝化抑制、脲酶抑制为一体，在尿素颗粒内分布均匀，改变了以往只在颗粒表面存在抑制剂的现状；另外，其生态效益显著，经济投入低，易机械施肥，有利于推广工作展开；通过与德国SKW公司产品(均为单一添加剂法)对比和文献检索发现等氮量可增产4.5％～8.7％。
2．本发明采用的氨稳定、脲酶抑制和硝化抑制作用产生交互作用，复合性好，可减少N2O和亚硝态氮的形成量。
3．本发明生产工艺合理，可操作性强。
4．本发明中所述添加剂理化性状稳定。①本发明的肥效期长达100～120天，比普通尿素长2倍；②本发明的氮素利用率可增至42％，比普通尿素提高8个百分点；③本发明在等氮量施肥条件下，在大田、水果和蔬菜等作物上可增产10～20％；④在相同产量的条件下，施用本发明可减少施肥量20％～25％；⑤本发明可作基肥一次性施入，免去追肥工序，氮肥的释放量与作物需肥量基本能达到同步。
5．本发明能减少环境污染。氮素在土壤中的转化进程中主要形成两种有害物质一种是氧化亚氮，它的年形成量约为尿素施用量的3.4％～4.0％，氧化亚氮是破坏臭氧层的主要温室气体之一，根据280天的田间测定，本发明由于含氨稳定剂，可减少氧化亚氮的排放量18％～70％；氮素在土壤中的另一种转化形式是形成硝态氮，它能污染地下水，能在叶菜类植物的茎叶内大量累积，是一种较强的致癌物质，而本发明加入的氨稳定剂有一个(-CN)氰基是一种较强的硝化抑制剂，可以延缓亚硝态氮形成的时间和数量。
6．本发明在生产过程中能与普通尿素生产工艺相匹配，减少投资，缩短技改时间，实现工业化生产。
7．本发明所采用添加剂呈纳米级分散。实验室模拟试验表明，在一段蒸发尿液1 36℃的高温条件下，本发明采用的添加剂用量1％时，在2～3秒时间内全部熔融；当量增至3％时，在7～8秒时间内可与尿液全部熔融，温度仅降低2℃。所述添加剂皆为有机化合物，可以与不同比例在尿液中进行熔融，使其形成70～300μm的纳米级分散，通过一段和二段蒸发可以达到均匀的程度，从而增加了尿素的稳定性，减少添加剂的添加量，降低了尿素成本。通过室内模拟试验，对本发明产生的少量气体作火焰试验，证明不产生可燃气体，生产安全可靠；又测定使整个生产系统参数稳定，不增加产品的缩二脲和水分的含量，产品质量可以得到保证。
8．本发明中所述添加剂能与尿素形成共结晶体。本发明中添加的氨稳定剂和脲酶抑制剂如氰醌和二氰二胺都是无定型形态的有机化合物，而尿素也是一种无酸根肥料的有机化合物，三者在一定温度条件下熔融为一体不会改变其各自的理化特性，通过测试分析看出，其添加量与可检测量几乎没有改变，说明没有新化合物形成；氰醌添加剂与尿素形成共结晶体后，三种化合物的排序，可能是有序排列，也可能是随机分布，但都形成一种纳米网络排列，与常规单一质的尿素不同，存在着临界效应，这种临界效应就是改变尿素性质的重要依据。测定观察结果表明，所述添加剂与尿素有两种结合形态，即纳米颗粒镶嵌状态存在于尿素结晶体的界面；另一种呈纳米颗粒填充在尿素结晶体的内部，这种含有氰醌添加剂的尿素具有长效性和稳定性。
9．本发明实现了尿素的改性，增加了尿素在土壤中的稳定性。本发明所采用的氰醌还是一种较理想的脲酶抑制剂，室内模拟试验效果抑制率高达67％，由于控制了添加剂用量，使脲酶活性得到部分抑制，在15天以后开始分解，不会影响作物苗期对氮素的需求。而二氰二胺是一种氨稳定剂，当尿素分解成(NH+4)铵态氮后，二氰二胺分子中含有仲铵(=NH)和伯铵(-NH2)能与离子铵所转化生成的部分分子氨产生氢键缔合团簇作用，从而能起到尿素分解形成的铵态氮在土壤中的稳定作用。在土壤水分和温度条件适宜的情况下，在硝化细菌和亚硝化细菌的作用下，使铵态氮转化为硝态氮，由于二氰二胺分子中的氰基(-CN)是一个较强的硝化抑制剂，可以减缓土壤中硝态氮的形成时间和数量，所以本发明添加剂的选择可以实现尿素的改性。
图1为本发明专用设备结构示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1在甘肃省某化工厂实验，通过实验田对小麦实验按重量比计，由单氰胺1份和邻苯二酚0.1份组成添加剂，再与尿素混合，其混合比例为0.3∶100；生产工艺与现有技术不同之处在于所述添加剂以固体形式加入，即在生产流程中以70％尿素溶液或尿素熔液为溶剂，溶解并在造粒前加入所述添加剂；本发明生产工艺过程如下(1)从闪蒸槽5输入尿液到溶解槽2中，尿液在溶解槽2的温度在80℃以上，尿液含水量在30％左右；(2)以固体形式向溶解槽2投所述添加剂。开动加料器14，向溶解槽2投入所述添加剂同时打开吹风阀门，其转速通过计算机用变频控制器来调节，60分钟后停止加料器14，停止向溶解槽2内投入所述添加剂。
(3)开计量泵3，向系统投入所述添加剂，在溶解槽2内已经按要求匹配配制1m3的含所述添加剂的尿素溶液时，启动计量泵3，把配置好的尿液打入一段蒸发器6中；并同时启动定量加料装置1，用阀门控制使其进液量与计量泵3输出量达到同步；(4)用蒸汽将尿液温度提至130～140℃后进入二段蒸发分离器，分离后的气相升压送至二段蒸发表面冷却器，二段蒸发分离的尿液浓度为99.5％，使所述添加剂通过溶解均匀分布在尿液中；(5)将这种尿液由尿液泵加压送至造粒塔顶圆锥形造粒喷头，含所述添加剂的熔融尿素经造粒头分散成1～2.5mm的液滴向下喷洒，在塔内降落过程中固化，形成尿素圆形颗粒；所述复合型长效尿素的专用设备，在常规尿素设备中增加了定量加料装置、溶解槽、输出计量泵，其中溶解槽2分别通过管路与定量加料装置1、闪蒸槽5、尿液槽4从其上部相连，其底部与计量泵3管路相连，所述计量泵3还通过管路接至闪蒸槽5、尿液槽4、一段蒸发器6；所述定量加料装置1由电动葫芦11、上料斗12、贮料槽13、加料器14组成，其中所述贮料槽13为内有隔板的斗形容器，其底部斗形端口内置有由可控变频控制的加料器14，所述加料器14为表面带有凹槽的转轴，通过其上的减速机和电机与一用计算机控制的变频调速器相连；所述加料器14和溶解槽2通过压缩空气吹管15相连。
本发明的工作过程是当来自闪蒸槽5的具有上述比例的尿液进入溶解槽2的同时，将所述添加剂按所述比例通过定量加料装置1输入溶解槽2，溶解添加剂和尿液，再通过计量泵3将其熔融母液打入一段、二段蒸发器，使含添加剂的熔融母液与尿素充分融合，造粒，包装。
其实施结果表明本发明为浅褐色球形颗粒，与尿素相比，等氮量可增产20％，等产量可节肥25％，可一次基施，免除多次追肥工序，相对普通尿素，氮素利用率可提高8个百分点。通过实验田，与普通尿素相比小麦的增产幅度为16.0％。
本发明的小麦田间试验增产效果如表1所示表11．本发明对春小麦的增产结果
2．本发明对地膜冬小麦的增产效果
实施例2与实施例1不同之处在于按重量比计，由二氰二胺1份和对苯二酚0.2份组成添加剂，再与尿素混合，其混合比例为0.8∶100；所述复合型长效尿素的专用设备，所述加料器14和溶解槽2直接相连；在所述溶解槽2和计量泵3之间设有尿液贮槽。
本发明的工作过程是来自闪蒸槽5的尿液一部分直接送入溶解槽2与来自定量加料装置1的所述添加剂溶解后，经计量泵3控制，再与另一部分经尿液槽4的尿液结合后打入一、二段蒸发器。
通过实验田，与氰醌长效尿素相比玉米的增产幅度为13.0％，等产量可节肥22％。
本发明的玉米田间试验增产效果如表2所示表21．本发明对玉米的增产结果
2．本发明对地膜玉米的增产效果
实施例3与实施例1不同之处在于按重量比计，由三聚氰胺1份和苯醌0.12份组成添加剂，再与尿素混合，其混合比例为0.6∶100；通过实验田，与氰醌长效尿素相比水稻的增产幅度为15.0％，等产量可节肥22％本发明的水稻田间试验增产效果如表3所示表3
实施例4与实施例1不同之处在于按重量比计，由二氰二胺1份和对苯二酚0.17份组成添加剂，再与尿素混合，其混合比例为0.4∶100；通过实验田，与氰醌长效尿素相比甜菜的增产幅度为17.0％，等产量可节肥24％。
本发明的甜菜田间试验增产效果如表4所示表4
权利要求
1．一种复合型长效尿素，其特征在于按重量比计，由氨稳定剂1份和脲酶抑制剂0.1～0.2份组成添加剂，再与尿素混合，其混合比例为0.3～0.8∶100。
2．按照权利要求1所述复合型长效尿素，其特征在于所述氨稳定剂为氰胺类中单氰胺、二氰二胺或三聚氰胺；所述脲酶抑制剂为苯酚类中邻苯二酚、对苯二酚或对苯醌。
3．一种按照权利要求1所述复合长效尿素的生产工艺，其特征在于所述添加剂以固体形式加入，即在生产流程中以70％尿素溶液或尿素熔液为溶剂，溶解并在造粒前加入所述添加剂。
4．一种按照权利要求1所述复合型长效尿素的专用设备，其特征在于在常规尿素设备中增加了定量加料装置、溶解槽、输出计量泵，其中溶解槽(2)分别通过管路与定量加料装置(1)、闪蒸槽(5)、尿液槽(4)从其上部相连，其底部与计量泵(3)管路相连，所述计量泵(3)还通过管路接至闪蒸槽(5)、尿液槽(4)、一段蒸发器(6)。
5．按照权利要求4所述复合型长效尿素的专用设备，其特征在于所述定量加料装置(1)由电动葫芦(11)、上料斗(12)、贮料槽(13)、加料器(14)组成，其中所述贮料槽(13)为内有隔板的斗形容器，其底部斗形端口内置有由可控变频控制的加料器(14)，所述加料器(14)为表面带有凹槽的转轴，通过其上的减速机和电机与一用计算机控制的变频调速器相连。
6．按照权利要求5所述复合型长效尿素的专用设备，其特征在于所述加料器(14)和溶解槽(2)可直接相连，亦可通过压缩空气吹管(15)相连。
7．按照权利要求5所述复合型长效尿素的专用设备，其特征在于在所述溶解槽(2)和计量泵(3)之间可设有尿液贮槽。
全文摘要
本发明涉及一种复合型长效尿素及其生产工艺和专用设备。按重量比计,由氨稳定剂1份和脲酶抑制剂0.1～0.2份组成添加剂,再以0.3～0.8∶100的比例与尿素混合;其生产工艺是添加剂以固体形式加入;其专用设备是在常规尿素设备中增加了定量加料装置、溶解槽、输出计量泵,其溶解槽分别与定量加料装置、闪蒸槽、尿液槽从其上部相连,其底部与计量泵管路相连,计量泵还接闪蒸槽、尿液槽、一段蒸发器。本发明节省能源、成本低、增产效果好。
文档编号C05G3/08GK1314329SQ0011023
公开日2001年9月26日 申请日期2000年3月22日 优先权日2000年3月22日
发明者张志明, 李欣, 张德生 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所