专利名称：颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，特别是涉及一种熔体物料塔式造粒的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法。
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％。掺合肥料是复混肥料发展的一个重要方面，它具有生产工艺简单、操作灵活、生产成本低和普及推广容易等特点。除此之外，它还可以有效地防止肥料的物理损失，节省在肥料准备、运输、施用方面的劳动力，因此，国外发达国家使用掺合肥料已相当普遍。例如，美国90年代已建有掺合肥料装置8000余套，产量约占世界消耗总量的40％，占美国复合肥料的70％；日本1983年的掺合肥料产量已达51万吨。我国掺合肥料目前尚处于起步阶段，发展缓慢的主要原因是大颗粒尿素和颗粒状氯化钾生产技术的落后，产量偏小，质量较差，无法满足掺合肥料“原料肥”的基本要求。
掺合肥料对其“原料肥”的基本要求之一是需要掺混的基础肥料全部都是颗粒状，并且颗粒大小、物性形态和物料比重大致上要求一致。需要掺混的肥料可以是单一肥料或者复合肥料，也可以是两种肥料的某种结合。最常用的掺合肥料的“原料肥”是磷酸一铵、磷酸二铵、重过磷酸钙、氯化钾、硝酸铵、尿素及硫酸铵等。尿素和氯化钾是掺合肥料的主要氮肥和钾肥。通常尿素产品为小球粒，氯化钾产品为粉状或结晶体。两种肥料各自需要经过特殊加工后才能作为掺合肥料的“原料肥”，如改进尿素生产工艺来生产大颗粒尿素，氯化钾通过挤压造粒成为扁圆形颗粒或无规则片状颗粒。尽管如此，尿素和氯化钾产品的颗粒质量仍难以达到掺合肥料的理想要求，影响了掺合肥料的质量及推广应用。
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，干燥机通常是生产装置中最大的而且也是最昂贵的设备，熔体造粒工艺无需干燥，节省了投资和能耗。
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，在这些肥料的生产过程中，可以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，熔体造粒法制复合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。
造粒塔喷淋造粒工艺应用最早、最广泛的场合是单一氮肥(如尿素、硝酸铵等)的造粒，现已扩大到氮磷及氮磷钾复合肥料的造粒。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。
(1)荷兰斯塔米卡本法(Stami Carbon)硝酸磷酸铵钾生产流程《磷酸、磷肥和复混肥料》(江善襄等编著，化学工业出版社，1999年)报道，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，送入中和器用氨将混酸中和至pH为2．8～3．2，生成的硝酸磷酸铵溶液在自然循环的单效蒸发器(加热管的工作压力为1．22～1．52MPa，温度约200℃)中蒸发至含水量1．8％左右。温度为170℃的熔体泵送至造粒塔顶的高位槽。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，要求混合时间小于1分钟，以免硝酸铵和氯化钾发生盐对反应，使熔体的粘度增高，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，1．5～4．0mm的合格粒子送往仓库包装。大颗粒经破碎后和细粉状物料(约占总量的3％～8％)循环送到熔体贮槽再混合。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。
荷兰国营矿业公司的阿尔布赖特和威尔逊(Albright．Wilson Limited．Solids Handling and Metering an NPK Prilling Plant．Proceedings of theFertilizer Society．London．1994．)对上述工艺作了改进，以生产硝酸磷酸铵钾复合肥料，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的氮磷钾复合肥料。
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2＃，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℃。生产过程中氯化钾是在一个具有干燥、研磨和加热功能的联合装置中制备的，并且靠热的压缩空气将其输送到造粒塔顶部的加料仓，任何残屑，如木片、纸或杂碎金属都要筛去，否则将会堵塞喷头孔眼。
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。由于混合时间较短，进混合机的熔融物和氯化钾的进料速度一定要准确和平稳，以防止混合物成份出现过多的变化。
(2)挪威海德鲁法(Norsk Hydro)尿素磷酸铵(UAP)及尿素磷酸铵钾(UAPK)生产流程［Urea-based NP and NPK Fertilizers．Phosphorus&Potassium(76)∶48］熔融尿素(含水量约0．3％)同经过加热器预热的固体磷酸一铵、氯化钾(生产UAP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。如果生产UAPK，则成品在包装之前尚须经过表面处理(加包裹剂包裹)，以防结块。用该工艺生产UAP及UAPK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UAP及UAPK产品，产品具有良好的物理性能。
造粒塔喷淋造粒工艺制高浓度复合肥料的优点可归纳为(1)直接利用尿素或硝铵浓溶液或磷酸一铵熔体，省去了尿素或硝铵溶液的喷淋造粒过程以及固体成品尿素或硝铵制复合肥料时的破碎操作，或固体磷酸一铵的制造过程，大大简化了生产流程。
(2)熔体造粒工艺充分利用熔融尿素、硝铵或磷酸一铵熔体的热能，物料水分含量很低，无需干燥过程，节省了能耗。
(3)合格产品颗粒百分含量高，因此生产过程返料量少。
(4)颗粒表面光滑、圆润，不易结块，具有较高的市场竞争力。
(5)操作环境好，无三废排放，属清洁生产工艺。
(6)造粒塔喷淋造粒装置基建投资和操作费用通常比一般的造粒装置要低，生产规模大的装置更是如此。
上述两种复混肥料制造方法仅限于制造氮磷复合肥料(尿素磷酸铵)或者氮磷钾复合肥料(尿素-磷酸-铵-氯化钾体系)，用于掺合肥料的“原料肥”受到一定限制。
本发明的目的是提供一种颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，该方法克服了尿素产品颗粒小和氯化钾挤压造粒后扁圆形颗粒或片状颗粒用于掺合肥料“原料肥”不理想的缺陷，并且肥料氮钾比例在一定范围内可以调整，以适应不同农作物的营养需求。
本发明的另一个目的是在复合肥料制造过程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，制成含多营养元素的颗粒状氮钾复合肥料。
本发明的进一步目的是还可在肥料制造过程中加入少量颜料制成彩色复合肥料。
本发明的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法的原理是根据尿素和氯化钾或硫酸钾可以形成低共熔物的特点，不同的原料肥料经计量后加热至一定温度，在一混合器中混合，混合后的料浆进入一特殊的造粒装置，造粒装置可以是旋转式喷头或振动式喷头装置。前者为倒锥型，侧面开有一定分布的孔眼，由变频电机带动沿轴心方向旋转，熔体料浆藉离心力从喷头孔眼中喷出成为液滴；后者为开有小孔的喷盘，由变频电机带动振动喷头，熔体料浆藉激振力从喷头孔眼中喷出成为液滴。熔体物料通过喷头的小孔成为小球滴，藉重力落入空气冷却塔中，冷却固化为肥料小颗粒，即得到颗粒状氮钾复合肥料。
本发明是这样实现的。本发明的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法的步骤包括(1)尿素合成中的半成品浓度大于98％、温度为135～145℃的尿素浓溶液或熔体，或者固体尿素加热至135～145℃的尿素熔体，与粒度小于0．5毫米、预先加热到100～125℃的氯化钾或硫酸钾一起混合1～3分钟，生成含有氯化钾或硫酸钾悬浮物的熔体料浆，料浆温度为115～135℃，尿素与氯化钾或硫酸钾的加入比例是尿素∶氯化钾或硫酸钾=0．5～10∶1(重量比)；或者固体尿素和氯化钾或硫酸钾一起加热生成熔体，温度为115～135℃，尿素与氯化钾或硫酸钾的比例是尿素∶氯化钾或硫酸钾=0．5～10∶1(重量比)，(2)将熔体料浆通过造粒装置分散为小液滴，小液滴藉重力落入空气冷却塔中，冷却并固化为1～4．75毫米的颗粒，即得到颗粒状高浓度氮钾复合肥料。
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。本发明的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，在尿素与氯化钾或硫酸钾混合的同时，还可根据作物或土壤的需要加入一定量的中量元素化合物或者微量元素化合物，得到含有中、微量元素养分的颗粒状氮钾复合肥料。
本发明所述的中量元素化合物是钙化合物、镁化合物、硫化合物中的一种或一种以上的混合物，如硫酸钙、硝酸钙、硫酸镁、硫酸钾镁、硫磺等化合物；所述的微量元素化合物是硼化合物、铜化合物、铁化合物、锰化合物、钼化合物、锌化合物等化合物中的一种或一种以上的混合物，如硫酸铜、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、氯化锰等化合物。
少量的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。中量元素化合物混合前需加热到100～110℃。
本发明的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，在肥料溶液混合的同时，还可加入一定量的颜料制成彩色颗粒状复合肥料。所述的颜料是酸性颜料，如酸性红、酸性蓝、酸性黑、酸性黄等。颜料的加入量与肥料的比例是(0．0001～0．0003)∶1(重量比)。
彩色复混肥料的色彩可以作为肥料企业的品牌标志或者不同品种、牌号肥料的区分色。但是制造彩色肥料，除要考虑颜料的颜色外，还要考虑加入的氯化钾肥料或者一些微量元素化合物的本身颜色对所需要制造的肥料颜色的影响，如红色氯化钾、硫酸铜等。应通过选择不同的原料来避免对制造复混肥料所需颜色的影响。
本发明的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，在尿素与氯化钾或硫酸钾混合的同时，还可视需要加入一定量的添加剂来调整产品的规格，所述的添加剂是惰性物料，如白云石粉、滑石粉、膨润土等。添加剂的加入量是总物料量的0％～25％(重量)。
本发明的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，颗粒状复合肥料还可用防结块剂进行表面处理，然后用细粉状的硅藻土进行扑粉处理。所述的防结块剂是胺类表面活性剂。硅藻土的细度为90％小于20微米，50％小于3微米。
本发明与现有技术相比具有以下优点1、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，将大颗粒尿素生产和氯化钾成球技术结合在一起，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、熔融造粒工艺可充分利用原尿素熔体的热能，物料水分含量很低，无需干燥过程，节省了能耗。并且操作环境好，无三废排放。
3、合格产品颗粒百分含量很高，因此生产过程中返料量少。产品颗粒表面圆滑，不易结块，可直接施用或作为掺合肥料的“原料肥”。
4、产品可制成含有多种中量、微量元素的复合肥料或无氯复合肥料，以适应不同作物、土壤、气候的要求。也可通过加入颜料制成彩色颗粒复合肥料使产品更具有市场竞争力。
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10．4千克，浓度大于98％，温度约142℃，加入粒度小于0．5毫米预热至约105℃的白色氯化钾7．6千克，七水硫酸镁1．5千克，同时加入酸性蓝颜料2．5克，搅拌混合约1分钟，料浆温度115～130℃，含有氯化钾悬浮物的料浆通过振动造粒器落入造粒塔中，冷却并固化为1～4毫米的小球粒，得到蓝色颗粒状高浓度氮钾复合肥料产品，该产品含N 24．23％、K2O 22．66％、水分0．38％，并含镁、硫等中量元素，产品的颗粒强度大于30牛顿／颗。
实施例2固体尿素10．0千克，加热到136℃成为熔融液，粒度小于0．5毫米的白色氯化钾4．6千克，硼酸1．0千克，五水硫酸铜0．5千克，硫酸钙2．3千克，预热到约105℃后，加入到熔融尿素液中，搅拌混合约3分钟，料浆温度115～125℃，含有氯化钾悬浮物的料浆通过造粒器落入造粒塔中，冷却并固化为1～4．75毫米的小球粒，得到含N 24．88％、K2O 12．10％、水分0．51％的浅蓝色氮钾复合肥料，该肥料含有中量元素钙和微量元素硼、铜，产品的颗粒强度为37．9牛顿／颗。
实施例3取尿素厂二段蒸发器出口尿素溶液15．0千克，浓度约99％，温度约142℃，加入粒度小于0．5毫米预热至约120℃的红色氯化钾1．88千克，搅拌混合约1分钟15秒，料浆温度120～135℃，料浆通过旋转造粒器落入造粒塔中，冷却并固化为1～4毫米的小球粒，得到红色颗粒状氮钾复合肥料产品，该产品含N 38．68％、K2O 6．78％、水分1．02％，产品的颗粒强度大于20牛顿／颗。
实施例4固体尿素9．8千克与粒度小于0．5毫米的白色硫酸钾1．2千克预先混合，再加入七水硫酸镁1．5千克，硫酸铜0．5千克，钼酸铵0．5千克，硫酸锌0．5千克，硼酸0．5千克，硫酸锰0．5千克，共同加热到约120℃时成为熔体料浆，该物料通过造粒器落入造粒塔中，冷却并固化为1～4．75毫米的小球粒，得到淡浅蓝色无氯颗粒状氮钾复合肥料，该产品含N30．01％、K2O 3．98％、水分1．32％，同时含有中量元素硫、镁和微量元素铜、钼、锌、硼、锰等，产品的颗粒强度为30．4牛顿／颗。
实施例5固体尿素9．8千克，加热到140℃成为熔融液，粒度小于0．5毫米红色的氯化钾2．5千克，硫酸钙2．5千克，一起预热到约125℃后，加入到熔融尿素液中，同时加入酸性红颜料1．5克，搅拌混合约1分钟后，料浆温度120～135℃，料浆通过造粒器落入造粒塔中，冷却并固化为1～4．75毫米的小球粒，得到红色颗粒状高浓度氮钾复合肥料产品，该产品含N29．89％、K2O 10．18％、水分0．50％，同时含有钙、硫中量元素，产品的颗粒强度为25．0牛顿／颗。
权利要求
1．一种颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于该复合肥料制造方法的步骤包括(1)尿素合成中的半成品浓度大于98％、温度为135～145℃的尿素浓溶液或熔体，或者固体尿素加热至135～145℃的尿素熔体，与粒度小于0．5毫米、预先加热到100～125℃的氯化钾或硫酸钾一起混合1～3分钟，生成含有氯化钾或硫酸钾悬浮物的熔体料浆，料浆温度为115～135℃，尿素与氯化钾或硫酸钾的加入比例是尿素∶氯化钾或硫酸钾=0．5～10∶1(重量比)；或者固体尿素和氯化钾或硫酸钾一起加热生成熔体，温度为115～135℃，尿素与氯化钾或硫酸钾的比例是尿素∶氯化钾或硫酸钾=0．5～10∶1(重量比)，(2)将熔体料浆通过造粒装置分散为小液滴，小液滴藉重力落入空气冷却塔中，冷却并固化为1～4．75毫米的颗粒，即得到颗粒状高浓度氮钾复合肥料。
2．根据权利要求1所述的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于在尿素与氯化钾或硫酸钾混合的同时，还可视需要加入一定量的中量元素化合物或者微量元素化合物，得到含有中、微量元素的颗粒状高浓度氮钾复合肥料。
3．根据权利要求2所述的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于所述的中量元素化合物是钙化合物、镁化合物、硫化合物中的一种或一种以上的混合物；所述的微量元素化合物是硼化合物、铜化合物、铁化合物、锰化合物、钼化合物、锌化合物中的一种或一种以上的混合物。
4．根据权利要求2或3所述的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于所述的中量元素化合物是硫酸钙、硝酸钙、硫酸镁、硫酸钾镁、硫磺等化合物中的一种或一种以上的混合物；所述的微量元素化合物是硫酸铜、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、氯化锰等化合物中的一种或一种以上的混合物。
5．根据权利要求1或2所述的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于在肥料溶液混合的同时，还可加入一定量的颜料制成彩色颗粒状复合肥料，所述的颜料是酸性颜料，如酸性红、酸性蓝、酸性黑、酸性黄等，颜料的加入量与肥料的比例是(0．0001～0．0003)∶1(重量比)。
6．根据权利要求1所述的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于在尿素与氯化钾或硫酸钾混合的同时，还可视需要加入一定量的添加剂来调整产品的规格，所述的添加剂是惰性物料，如白云石粉、滑石粉、膨润土等。
7．根据权利要求1所述的颗粒状高浓度氮钾复合肥料的制造方法，其特征在于造粒后的颗粒状复合肥料还可用防结块剂进行表面处理，所述的防结块剂是胺类表面活性剂，然后用细粉状的硅藻土进行扑粉处理。
全文摘要
一种颗粒状高浓度氮钾复合肥料制造方法。用尿素厂合成中半成品尿素浓溶液或固体尿素加热后熔融液与加热的氯化钾或硫酸钾混合或固体尿素和氯化钾或硫酸钾加热成含有氯化钾或硫酸钾悬浮物的熔体,熔体料浆通过造粒装置分散为小液滴,藉重力落入空气冷却塔中冷却固化即为氮钾复合肥料。本方法还可制成含中、微量元素复合肥料或彩色复合肥料。本方法生产过程简单,无三废排放,产品可作为掺合肥料基础肥料或直接施用。
文档编号C05C9/00GK1280972SQ99127009
公开日2001年1月24日 申请日期1999年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者李惠跃, 葛建国, 潘振玉, 郑起 申请人:化学工业部上海化工研究院