专利名称：一种塔式造粒生产氮磷钾复混肥料的方法
技术领域：
本发明涉及一种氮磷钾复混肥料的生产方法，特别是涉及一种以尿素为氮源的熔体物料塔式造粒生产颗粒状氮磷钾复混肥料的方法。
背景技术：
复混肥料是近代化肥工业发展的必然趋势，在化肥工业发达的国家里已占总用肥量的70～80％。复混肥料的生产方法有团粒法、料浆法、熔体法、挤压法和掺混法等，它们是将基础肥料如尿素、氯化铵、重钙、磷铵、氯化钾、硫酸钾等进行二次加工制成含有氮、磷、钾等多种营养元素的高浓度复混肥料。我国复混肥料生产以团粒法为主。
熔体造粒法制复合肥技术最早应用于磷酸一铵(MAP)，硝酸磷酸铵(APN)，尿素磷酸铵(UAP)等，在这些生产方法中，熔融态的氮素或磷素物料只加入钾盐或其它固体物料生产颗粒状氮磷钾复合肥产品。按造粒方式的不同，熔体造粒法制复混肥工艺主要可分为造粒塔喷淋造粒工艺，油冷造粒工艺，双轴造粒工艺，转鼓造粒工艺，喷浆造粒工艺，盘式造粒工艺，钢带造粒工艺等。
熔体造粒工艺的特点是物料处于高温熔融状态，含水量很低，可流动的熔体直接喷入冷媒(冷媒通常是空气或熔体物料不溶解的液体，如矿物油等)中，物料在冷却时固化成球形颗粒；或者可流动的熔体喷入机械造粒机内的返料粒子上，使之在细小的粒子表面涂布或粘结成符合要求的颗粒。溶液的蒸发或浓缩固然需要消耗能量，但在能量利用方面远较干燥颗粒产品有效，更何况在某些生产工艺中还可以充分利用反应热来蒸发部分甚至全部水分。一般的造粒工艺，干燥设备通常是生产装置中最大的而且也是最昂贵、能耗最高的设备，熔体造粒工艺无需干燥，节省了投资和能耗。
造粒塔喷淋造粒工艺应用最早、最广泛的是单一氮肥(如尿素、硝酸铵等)的造粒，现已扩大到氮磷及氮磷钾复混肥料的造粒。造粒塔有圆形和方形两种，而以圆形居多。塔内视具体条件可采用自然通风或强制通风。塔的有效高度按照熔体的液滴冷却固化所需时间而定，故与物料特性、粒子大小和通风方式等有关。造粒设备有旋转式喷头和振动式喷头两类，后者主要应用于方形塔。
荷兰斯塔米卡本公司造粒塔喷淋造粒工艺生产硝酸磷酸铵钾的工艺流程为(《磷酸、磷肥和复混肥料》，江善襄等编著，化学工业出版社，1999年)浓度为47～55％的硝酸和52～54％P2O5的湿法磷酸混合后，送入中和器用氨中和，生成的硝酸磷酸铵溶液在自然循环的单效蒸发器中蒸发至含水量1.8％左右，温度为170℃的熔体泵送至造粒搭顶的高位槽。研磨至一定细度并预热至170℃的氯化钾与来自高位槽的硝酸磷酸铵熔体一起在混合器内混合，混合熔体流入旋转喷头喷洒成液滴，液滴在塔内下降并与上升的空气流进行传热、传质，固化成颗粒落于塔底。温度约为90℃的颗粒物料经冷却、筛分、扑粉等工序，成品粒子送往仓库包装。用本流程可生产氮磷二元复合肥，也可生产氮磷钾三元复合肥，主要产品规格有25-9-9，22-11-11，17-17-17，17-9-22，15-15-21等。
荷兰国营矿业公司(Solids Handling and Metering an NPK PrillingPlant“Proceedings of the Fertilizer Society”London.1994.)对上述工艺作了改进，以生产硝酸磷酸铵钾复混肥料，工业规模的生产装置生产了规格为25-9-9，22-11-11，17-9-22及15-15-21的氮磷钾复混肥料。用氨对硝酸进行加压中和生产硝酸铵，利用其产品的废蒸汽，在真空蒸发器中把生成的硝酸铵溶液从72％浓缩到92～94％。然后，该溶液与浓度为50％P2O5的湿法磷酸混合，混合物用氨中和到仅生成磷酸一铵阶段，再在一个真空蒸发器中浓缩，形成在175℃温度下的熔融物。该熔融物含水量约0.5％，并用泵送到造粒塔顶部的熔融物中间槽，与预热的、粉末状氯化钾在特殊混合机中混合，混合物直接卸入旋转的喷头进行造粒。该工艺的一个特殊要求是，氯化钾必须磨得十分细，以防止造粒喷头的孔眼堵塞，并且要将其预热到足够高的温度，以防止熔融物冷却，最理想的氯化钾细度是小于0.5毫米，最佳的预热温度范围是140～160℃。混合时间必须很短，因为氯化物会起到催化作用促使硝酸铵的分解。
挪威海德鲁(《Phosphorus&Potassium》(76)48)用熔融尿素(含水量约0.3％)同经过预热的固体磷酸一铵、氯化钾(生产尿素磷酸铵时不需用)以及返料一起进入混合器混合后，通过塔顶的旋转喷头喷洒造粒，液滴在塔内下降中冷却固化成颗粒，经过筛分，大颗粒破碎后再行过筛，筛下物料作为返料回收到混合器，合格粒子作为成品包装。用该工艺生产尿素磷酸铵及尿素磷酸铵钾均无需进行冷却。中试厂用此流程曾生产过29-29-0、36-18-0、19-19-19及22-11-22规格的颗粒产品，产品具有良好的物理性能。
发明内容
本发明提供了一种采用塔式造粒生产氮磷钾复混肥料的方法。本方法直接利用尿素生产厂尿素浓溶液或熔体，或固体尿素的熔融液，以含水量很低熔融态肥料料浆造粒，生产过程中无需干燥，简化了生产流程，节省了能耗。另外，本发明方法中还可视作物的养分需求加入一定量的中量元素化合物或微量元素化合物，制成含多种营养元素的颗粒状氮磷钾复混肥料。
本发明方法的原理是根据尿素和氯化钾(硫酸钾)或磷铵可以形成低共熔物的特点，制成具有良好流动性的熔融肥料料浆，该料浆通过造粒装置喷洒分散成小液滴，在重力和浮力作用下降落，与从塔下进入的冷空气流逆向接触，彼此产生传热传质作用，冷却固化为小颗粒，即得到颗粒状氮磷钾复混肥料。
本发明是这样实现的。本发明的塔式造粒生产氮磷钾复混肥料的方法包括以下步骤(1)尿素熔体或含尿素低共熔体与磷铵和钾盐在熔融物中间槽中混合均匀，生成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，尿素熔体与磷铵和钾盐的重量比是1～5∶1∶1～3，熔融肥料料浆的温度为100～135℃，所述的尿素熔体是尿素厂二段蒸发器出口、浓度大于99重量％的尿素熔体，所述的尿素熔体是固体尿素加热熔融后、温度为135～145℃的尿素熔体，所述的含尿素低共熔体是固体尿素和氯化钾一起加热至100～125℃生成的共熔体，氯化钾的加入量为1～35重量％，所述的尿素熔体或含尿素低共熔体是用泵送至造粒塔顶部的熔融物中间槽，所述的熔融肥料料浆中，还可以在混合熔融时加入填充剂，填充剂加入量为肥料总量的0～25重量％，所述的磷铵、钾盐、填充剂，用固体提升设备提升至造粒塔顶部，所述的磷铵、钾盐、填充剂，可以分开或一起加热至80～140℃，(2)熔融肥料料浆通过造粒塔顶的造粒装置分散为小液滴，在重力和浮力作用下降落，与从造粒塔底部进入的冷空气流逆向接触，冷却并固化为颗粒状氮磷钾复混肥料。
本发明方法所述的磷铵是磷酸一铵，所述的钾盐是氯化钾或硫酸钾，所述的填充剂是粒度小于0.5mm的白云石粉或碳酸钙粉。
本发明方法所述的造粒塔为圆形的钢筋混凝土塔或钢结构塔，造粒塔的喷淋高度是30～80m，塔的内径是10～24m。
本发明方法可以通过在造粒塔顶部安装轴流风机强制通风的方式提高热交换的能力，有利于肥料颗粒在造粒塔内下降时的冷却固化。
本发明方法所述的固体提升设备选自斗提机、电梯、卷扬设备或气流输送装置。
本发明方法所述的造粒装置是旋转式差动喷头。
农作物需要的微量元素虽然很少，但对提高作物产量和改善作物的品质有一定的作用。本发明方法在制备熔融肥料料浆时，可加入中量元素化合物或者微量元素化合物，得到含有中、微量元素的颗粒状氮磷钾复混肥料。
所述的中量元素化合物选自钙化合物、镁化合物、硫化合物；所述的微量元素化合物选自硼化合物、铜化合物、铁化合物、锰化合物、钼化合物、锌化合物。
所述的中量元素化合物选自硫酸钙、硝酸钙、硫酸镁、硫酸钾镁、硫磺；所述的微量元素化合物选自硫酸铜、氧化铜、钼酸铵、钼酸钠、硼酸、硼砂、硫酸亚铁、螯合铁、硫酸锌、氧化锌、氯化锌、硫酸锰、氧化锰、氯化锰。
少量的中量和微量元素化合物在加入前可以预热或不经预热直接加入到肥料料浆中，混合后造粒。
本发明的采用塔式造粒生产氮磷钾复混肥料的方法与现有技术相比具有以下优点1、本发明方法可直接利用尿素厂尿素合成中的半成品——尿素浓溶液或熔体，简化了生产流程，投资费用和操作费用较低，同时能改变尿素厂品种单一的弊病。
2、熔融塔式造粒工艺可以充分利用原有尿素熔体的热能，物料水分含量很低，无需干燥过程，节省了能耗。工艺简单，合格产品颗粒百分含量很高，生产过程中返料量少，产品颗粒表面圆滑，不易结块，并且可以生产常规复混肥生产工艺很难生产的高氮复混肥。
3、本发明方法在制备熔融肥料料浆时，还可加入中量元素化合物或者微量元素化合物，制成含有多种中量、微量元素的复混肥料，以适应不同作物、土壤、气候的要求。
4、本发明方法操作环境好，无三废排放。
具体实施例方式
为了更好地实施本发明，现举出如下实施例对本发明作进一步的说明，但实施例不是对本发明的限制。
实施例1取尿素厂二段蒸发器出口尿素溶液或熔体200g，浓度大于99重量％，温度约140℃，加入粒度小于1.0mm并预热至约105℃的磷酸一铵100g，氯化钾58g，搅拌混合约2min，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度115～120℃，含有固体悬浮物的料浆通过造粒装置分散为小液滴，从塔内径是10m、喷淋高度为40m的钢筋混凝土造粒塔顶下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，即为颗粒状氮磷钾复混肥料产品，该产品含N 28.5％、P2O512.1％、K2O 9.5％、H2O0.3％，产品的颗粒强度大于25牛顿/颗。
实施例2取尿素厂二段蒸发器出口尿素溶液200g，浓度99重量％，温度约135℃，分别加入粒度小于1.0mm并预热至约110℃的磷酸一铵80g，粒度小于1.0mm并预热至约120℃的氯化钾125g，粒度小于0.5mm并预热至约120℃的白云石粉25g，固体物料磷酸一铵、氯化钾和填充剂白云石粉是用斗提机提升至造粒塔顶，并分别预热至一定温度后再加入到尿素溶液中混合，搅拌混合约4min，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度120～125℃，料浆通过造粒装置分散为小液滴，从塔内径是24m、喷淋高度为80m的钢筋混凝土造粒塔顶下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，得到颗粒状氮钾复混肥料产品，该产品含N 23.1％、P2O58.0％、K2O 17.2％、H2O 0.2％，产品的颗粒强度大于40牛顿/颗。
实施例3固体尿素300g，加热到136℃成为熔融液，粒度小于1.0mm的磷酸一铵150g，氯化钾150g，白云石粉30g，硼酸3g，七水硫酸镁9g，固体物料磷酸一铵、氯化钾、白云石粉、硼酸、七水硫酸镁分别通过气流输送设备送至造粒塔顶，预热到约105℃后，分别加入到熔融尿素液中，搅拌混合2～3min，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度110～115℃，含有固体悬浮物的料浆通过旋转式差动喷头分散成小液滴，从塔内径是10m、喷淋高度为30m的钢结构造粒塔顶下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，得到含N 24.0％、P2O510.2％、K2O 13.5％、H2O 0.3％，的氮磷钾复混肥料，该肥料含有镁、硫中量元素和微量元素硼。
实施例4固体尿素300g，氯化钾30g，加热到120℃成为熔融液，粒度小于1.0mm的磷酸一铵150g，氯化钾100g，硫酸铜4g，钼酸铵4g，固体物料磷酸一铵、氯化钾、硫酸铜、钼酸铵分别通过卷扬机送至造粒塔顶，预热到约110℃后，一起加入到熔融液中，搅拌混合约2min，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度约115℃，该物料通过造粒装置分散为小液滴，从塔内径是15m、喷淋高度为60m的钢筋混凝土造粒塔中下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，得到颗粒状氮磷钾复混肥料，该产品含N 26.0％、P2O512.6％、K2O13.3％、H2O 0.5％，同时含有硫中量元素和微量元素铜和钼。
实施例5固体尿素200g，加热到145℃成为熔融液，粒度小于1.0mm的磷酸一铵100g，预热到约100℃；粒度小于0.5mm硫酸钾200g，硫酸钙10g，硫酸锌4g，硫酸锰4g，一起预热到约125℃后；分别加入到熔融尿素液中，搅拌混合约2min后，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度120～135℃。固体物料尿素、磷酸一铵、硫酸钾、硫酸钙、硫酸锌、硫酸锰通过电梯提升至造粒塔顶。含有固体悬浮物的料浆通过旋转式差动喷头分散为小液滴，从塔内径是20m、喷淋高度为70m的钢筋混凝土造粒塔顶下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，得到颗粒状氮磷钾复混肥料产品，该产品含N 20.1％、P2O510.3％、K2O 19.7％、H2O 0.25％，同时含有钙、硫、锌中量元素和微量元素。
实施例6固体尿素300g，加热到140℃成为熔融液，分别加入粒度小于1.0mm并预热到约100℃的磷酸一铵80g，粒度小于1.0mm并预热到约110℃硫酸钾200g和粒度小于0.5mm并预热到约110℃碳酸钙粉50g，搅拌混合约3min后，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度110～115℃。固体物料尿素、磷酸一铵、硫酸钾、碳酸钙粉分别通过卷扬机提升至造粒塔顶。含有固体悬浮物的料浆通过旋转式差动喷头分散成为小液滴，从塔内径是12m、喷淋高度为50m的钢结构造粒塔顶下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，得到颗粒状氮磷钾复混肥料产品，该产品含N 22.9％、P2O55.4％、K2O 16.1％、H2O0.25％。
实施例7固体尿素200g，氯化钾10g，加热到125℃成为熔融液，粒度小于1.0mm并预热到约90℃的磷酸一铵200g，粒度小于1.0mm并预热到约130℃氯化钾200g和白云石粉90g，分别加入到熔融尿液中，搅拌混合约4min，制成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，料浆温度115～120℃。固体物料尿素、磷酸一铵、氯化钾、白云石粉通过斗提机提升至造粒塔顶。含有固体悬浮物的料浆通过旋转式差动喷头分散成为小液滴，从塔内径是10m、喷淋高度为30m的钢筋混凝土造粒塔顶下落，与上升气流进行传热和传质，冷却并固化为1～4mm的小球粒，得到颗粒状氮磷钾复混肥料产品，该产品含N 16.4％、P2O513.9％、K2O 18.2％、H2O 0.2％。
权利要求
1.一种塔式造粒生产氮磷钾复混肥料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)尿素熔体或含尿素低共熔体与磷铵和钾盐在熔融物中间槽中混合均匀，生成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，尿素熔体与磷铵和钾盐的重量比是1～5∶1∶1～3，熔融肥料料浆的温度为100～135℃，所述的尿素熔体是尿素厂二段蒸发器出口、浓度大于99重量％的尿素熔体，所述的尿素熔体是固体尿素加热熔融后、温度为135～145℃的尿素熔体，所述的含尿素低共熔体是固体尿素和氯化钾一起加热至100～125℃生成的共熔体，氯化钾的加入量为1～35重量％，所述的尿素熔体或含尿素低共熔体是用泵送至造粒塔顶部的熔融物中间槽，所述的熔融肥料料浆中，还可以在混合熔融时加入填充剂，填充剂加入量为肥料总量的0～25重量％，所述的磷铵、钾盐、填充剂，用固体提升设备提升至造粒塔顶部，所述的磷铵、钾盐、填充剂，可以分开或一起加热至80～140℃，(2)熔融肥料料浆通过造粒塔顶的造粒装置分散为小液滴，在重力和浮力作用下降落，与从造粒塔底部进入的冷空气流逆向接触，冷却并固化为颗粒状氮磷钾复混肥料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的磷铵是磷酸一铵，所述的钾盐是氯化钾或硫酸钾，所述的填充剂是粒度小于0.5mm的白云石粉或碳酸钙粉。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的造粒塔为圆形的钢筋混凝土塔或钢结构塔，造粒塔的喷淋高度是30～80m，塔的内径是10～24m。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的固体提升设备选自斗提机、电梯、卷扬设备或气流输送装置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的造粒装置是旋转式差动喷头。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在制备熔融肥料料浆时，可加入中量元素化合物或者微量元素化合物，得到含有中、微量元素的颗粒状氮磷钾复混肥料。
7.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的中量元素化合物选自钙化合物、镁化合物、硫化合物；所述的微量元素化合物选自硼化合物、铜化合物、铁化合物、锰化合物、钼化合物、锌化合物。
8.据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述的中量元素化合物选自硫酸钙、硝酸钙、硫酸镁、硫酸钾镁、硫磺；所述的微量元素化合物选自硫酸铜、氧化铜、钼酸铵、钼酸钠、硼酸、硼砂、硫酸亚铁、螯合铁、硫酸锌、氧化锌、氯化锌、硫酸锰、氧化锰、氯化锰。
全文摘要
一种塔式造粒生产氮磷钾复混肥料的方法。步骤为尿素熔体或含尿素低共熔体与磷铵和钾盐在熔融物中间槽中混合均匀，生成含有磷铵和钾盐悬浮物的熔融肥料料浆，尿素熔体与磷铵和钾盐的重量比是1～5∶1∶1～3，料浆温度为100～135℃，料浆通过造粒塔顶的造粒装置分散为小液滴，在重力和浮力作用下降落，与从造粒塔底部进入的冷空气流逆向接触，冷却固化为肥料颗粒。该方法直接利用尿素熔体生产颗粒状复混肥料，无需干燥，简化了生产流程，节省了能耗，成粒率高，颗粒表面光滑圆润，养分均一性好，操作环境佳，生产过程无三废排放。
文档编号C05G5/00GK1796338SQ20041009903
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者陈明良, 葛建国, 梁济 申请人:上海化工研究院