高水溶性多聚磷酸銨-硫酸鉀肥料制備方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及化肥生產領域，具體是一種高水溶性、低成本、時間短的多聚磷酸銨-硫酸鉀農用肥料新的制備方法，該方法可以縮短原有的多聚磷酸銨-硫酸鉀農用水溶性肥料的制備時間，降低制備溫度，減少縮二脲的生成量，解決了生產過程中的溢料問題等。
【背景技術】
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[0002]聚磷酸錢(ammonium polyphosphate，以下簡稱APP)具有如下的結構通式:(NH4)n+2Pn03n+l，是一種含氮、磷的聚磷酸鹽，按其聚合度大小，可分為低聚、中聚、高聚3種，其聚合度越高，水溶性越小。按其結構可分為結晶形和無定形，結晶態聚磷酸銨為長鏈狀水不溶性聚磷酸鹽。
[0002]近來聚磷酸銨已逐漸進入復合肥和液體肥料的生產領域，特別在發達國家已得到廣泛利用。20世紀70年代初美國TVA公司開發了用商品濕法磷酸在管式反應器中氨化的方法，生產出含聚磷酸銨的熔融體，主要用于制備懸浮肥料，后又用于制造顆粒復合肥。20世紀90年代美國每年消耗的液體肥料占化肥消費總量的38 %以上。
[0003]我國目前生產聚磷酸銨肥料的方法還不夠完善，其性狀、組成及生產方法尚有問題沒有解決。一般認為作為肥料用聚磷酸銨應是短鏈全水溶的，包含磷酸銨、三聚磷酸銨和四聚磷酸銨等多種聚磷酸銨，聚合度更高、鏈更長的聚磷酸銨只有少量存在;另有資料介紹農用聚磷酸銨通常聚合度為2-5，且溶解性好，是液體肥料的主要品種。目前生產方法中，反應溫度高，反應時間長等缺點不僅增加了生產成本，同時也使得縮二脲的生成量增大，致使一些產品合格率降低。
[0004]工業制備APP方法很多，總的來說反應條件的控制對產品質量影響很大。目前常見的生產方法有:磷酸與尿素縮合法;磷酸二氫銨與氨化縮合劑-尿素縮合法;聚磷酸氨化法；P2O5-NH3-H2O高溫氣相反應法;正磷酸銨與氨氣高溫中和法;在APP存在下磷酸與氨化縮合劑聚合法;磷酸二氫銨、五氧化二磷和氨氣縮合法;磷酸和氨氣縮合法等，但是現在還沒有一種有效的添加劑能降低反應溫度，縮短反應時間。
[0005]中國專利CN103073750A介紹了一種無甲醛低水溶性多聚磷酸銨產品及其制備方法，該方法制備的多聚磷酸銨由于低水溶性，不適合用于農業水溶性肥料使用。
[0006]中國專利CN103058161A介紹了一種缺銨結晶II型多聚磷酸銨產品及其制備方法，但是該方法制備的多聚磷酸銨同樣不適合用于農業水溶性肥料使用。
[0006]上述方法制備的多聚磷酸銨均不適合用于生產農業中需要的多聚磷酸銨水溶性肥料，因此研究發展新型反應溫度低，反應時間短的多聚磷酸銨的制備方法，使制備的多聚磷酸銨在保持含氮、磷含量高的特點基礎上，具有良好的水溶性是生產多聚磷酸銨水溶性肥料迫切需要解決的問題。
【發明內容】
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[0007]本發明需要解決的技術問題是開發新的多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料的制備方法。
[0008]本發明需要解決的另一個技術問題是縮短多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料的制備時間、減少縮二脲的生成量，同時解決生產過程中的溢料問題。
[0009]本發明針對現有生產APP的技術對生產工藝進行改進，通過深入研究制備APP反應過程的反應機理，在反應原料配比、反應溫度控制和反應時間掌握等方面進行改進，使得反應時間縮短，反應溫度降低，制備工藝更加簡單。
[0010]制備多聚磷酸銨APP的反應方程式如圖1:
[0011]多聚磷酸銨APP的反應機理如圖2:
[0012]本發明多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料的制備步驟如圖3:
1)將按照一定質量配比的85%磷酸、磷酸二氫銨、尿素和硫酸鉀(85 %磷酸:磷酸二氫銨:尿素:硫酸鉀=1:1.2-1.4:2.0-2.5:1.8-2.5)加入到反應釜內，在釜內混合溶解，攪拌均勻；
2)攪拌下使反應釜升溫至110°C，反應5分鐘，再升高溫度到120°C反應10分鐘；
3)待反應完成以后使反應釜內溫度逐步降低，同時用稀磷酸溶液吸收反應產生的氨氣，即可得到本發明的產物。
[0013]本發明制備的多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料具有水溶性好，成本低，氮、磷、鉀有效含量高的，反應時間短，反應溫度底，生產工藝安全等特點，本發明制備方法具有簡單實用、反應時間短、反應溫度低和生產成本低等優點。
【具體實施方式】
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[0014]以下實施例是對本發明的進一步說明，但本發明并不限于這些實施例。
[0015]實施例1
[0016]在50L常壓反應爸中依次加入85%磷酸10kg、磷酸二氫錢12kg，尿素32kg和硫酸鉀18.6kg，在釜內混合溶解，攪拌均勻。攪拌下使反應釜升溫至110°C，反應5分鐘，再升高溫度至IJ120°C反應10分鐘，待反應完成以后使反應釜內溫度逐步降低，同時用稀磷酸溶液吸收反應產生的氨氣，即可得到多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料。
[0017]實施例2
[0018]在50L常壓反應釜中依次加入85%磷酸13kg、磷酸二氫銨15kg，尿素34.3kg和硫酸鉀48kg，攪拌均勻，余同實施例1。
[0019]實施例3
[0020]在50L常壓反應釜中依次加入85%磷酸16.2kg、磷酸二氫銨20kg，尿素54kg和硫酸鉀27.7kg，攪拌均勻，余同實施例1。
[0021 ] 實施例4
[0022]在50L常壓反應釜中依次加入85 %磷酸6.5kg、磷酸二氫銨1kg，尿素28kg和硫酸鉀14.9kg，攪拌均勻，余同實施例1。
[0023]實施例5
[0024]在50L常壓反應釜中依次加入85%磷酸13kg、磷酸二氫銨16kg，尿素34.3kg、硫酸鉀48kg、氯化鋅42g、氯化銅21g和硼砂87g，攪拌均勾，余同實施例1。
[0025]實施例6
[0026]在50L常壓反應爸中依次加入85%磷酸6.5kg、磷酸二氫錢8kg，尿素28kg、硫酸鉀14.9kg、氯化鋅10g、氯化銅5.3g和硼砂22g，攪拌均勾，余同實施例1。
[0027 ]圖4:本發明產品氮、磷、鉀含量和水中溶解度表。
【主權項】
1.高水溶性多聚磷酸銨-硫酸鉀肥料的新制備方法，它需要解決的技術問題是研發一種多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料的新制備方法。2.高水溶性多聚磷酸銨-硫酸鉀肥料的新制備方法，其特征在于按照以下步驟: 1)將按照一定質量配比的85%磷酸、磷酸二氫銨、尿素和硫酸鉀(85%磷酸:磷酸二氫銨:尿素:硫酸鉀=1:1.2-1.4:2.0-2.5:1.8-2.5)加入到反應釜內，在釜內混合溶解，攪拌均勻； 2)攪拌下使反應釜升溫至110°C，反應5分鐘，再升高溫度到120°C反應10分鐘； 3)待反應完成以后使反應釜內溫度逐步降低，同時用稀磷酸溶液吸收反應產生的氨氣，即可得到本發明的產物。3.根據權利要求2所述的高水溶性多聚磷酸銨肥料新的制備方法，其特征在于步驟(I)直接加入適量的磷酸、磷酸二氫銨、尿素和硫酸鉀無需處理，無需溶劑。4.步驟(2)反應時間在15分鐘內完成;根據權利要求2所述的高水溶性多聚磷酸銨肥料新的制備方法，其特征在于步驟(3)用稀磷酸溶液吸收反應中產生的氨氣。
【專利摘要】本發明涉及一種高水溶性多聚磷酸銨-硫酸鉀肥料(圖1)的制備方法，解決的技術問題是縮短多聚磷酸銨-硫酸鉀水溶性肥料制備時間，降低反應溫度，減少縮二脲的生成量，解決生產過程中的溢料問題，提高生產工藝的安全性。反應過程是將85％磷酸∶磷酸二氫銨∶尿素∶硫酸鉀＝1∶1.2-1.4∶2.0-2.5∶1.8-2.5(質量百分比)加入到反應釜內，攪拌均勻，使反應釜升溫至110℃，反應5分鐘，再升高溫度到120℃反應10分鐘，待反應完成以后使反應釜內溫度逐步降低，同時用稀磷酸溶液吸收反應產生的氨氣，即可得到本發明的產物。本發明產品磷含量(P2O5)10.0-30.0％，氮含量13-25％，鉀含量(K2O)10-26％，水中溶解度不低于18克/100毫升水。
【IPC分類】C05G1/06
【公開號】CN105669285
【申請號】CN201510966963
【發明人】苗志偉, 蔡國偉
【申請人】南開大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月22日