專利名稱：控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法。更具體地，本發(fā)明涉及的可調(diào)控緩釋肥其養(yǎng)分的釋放速度是采用不同釋放機(jī)制，以速效釋放、骨架緩釋和表面控釋為三種基本釋放模型，以此三種模型，構(gòu)成獨立釋放系統(tǒng)或組合釋放系統(tǒng)，分別對各生育階段配方肥料包膜，然后按各生育階段所需養(yǎng)分比例混配，可控制營養(yǎng)在一定時間內(nèi)，以一個相對作物所需養(yǎng)分的速度釋放，而形成的顆粒狀復(fù)合肥料。發(fā)明還涉及具有清潔生產(chǎn)、調(diào)節(jié)范圍寬、操作彈性大的化學(xué)生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，在提高農(nóng)作物的產(chǎn)量中，化肥對增產(chǎn)所起的作用占40％左右。然而，由于人類濫用化肥和不合理的施肥，已經(jīng)影響了人類賴以生存的地球環(huán)境。大量資料顯示，一些湖泊富營養(yǎng)化，造成地下水、飲用水中，硝酸鹽、磷酸鹽含量超標(biāo)。特別是氮的過量施用，向大氣遷移，對環(huán)境產(chǎn)生了多方面的危害。
向作物施加營養(yǎng)所獲得的效果，取決于何時向生長媒介釋放哪幾種營養(yǎng)元素、釋放多少量，以及作物、植物可否有效地獲取養(yǎng)分。釋放的營養(yǎng)成分不適合作物、植物的生育階段對營養(yǎng)的需求，則難以獲得種植作物所需目的。因此，需要提供一種可以在一定時間內(nèi)，以一個相對作物所需養(yǎng)分的速度釋放到生長媒介中的肥料。
確切意義的控制釋放肥料是指那些養(yǎng)分釋放速率能與作物需肥規(guī)律相一致，或基本一致的肥料，控制釋放是肥料發(fā)展的必然方向。然而，現(xiàn)有的控釋肥料一是成本高、二是釋放機(jī)制難以實現(xiàn)與作物需肥相一致。
限于緩釋/控釋肥的工藝、包膜技術(shù)及成本等因素，目前，國內(nèi)外還沒有大型的工業(yè)化緩釋/控釋肥料裝置，資料顯示，國內(nèi)外通常采用一種或多種常規(guī)成品肥料、微量元素，經(jīng)物理混合同時或之后、添加緩釋劑，制備緩釋/控釋肥料。至今，還沒有主要營養(yǎng)成分通過化學(xué)方法，按不同作物的生育階段對營養(yǎng)的需求配制營養(yǎng)成分，采用不同釋放機(jī)制包膜的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。
美國專利6,663,686《Controlled release fertilizer and method for production thereof》，該專利公開了一種采用異氰酸酯與有機(jī)蠟反應(yīng)的多羥基產(chǎn)物和蓖麻油組成的混合物，包裹植物營養(yǎng)元素顆粒(常規(guī)成品肥料)，制備控釋肥的方法。
美國專利6,749,659《Controlled release rate fertilizers and methods of making same》，該專利公開了一種采用元素硫與粘土的混合物作為控釋材料，與常規(guī)成品肥料硫銨、尿素、磷酸銨、微量元素等調(diào)配成料漿，制備可控制肥料釋放速率的肥料的方法。
中國專利申請CN1308042A公開了一種葉類蔬菜控釋肥料的制造及使用方法，該方法采用尿素、磷銨、氯化鉀、硫酸鉀、硫酸鉀鎂、控釋添加劑經(jīng)物理混配，制備控釋肥料的方法。
中國專利申請CN1281837A公開了一種采用聚合物和硫多層涂覆顆粒肥料表面，控制肥料釋放的方法。
中國專利申請CN1473806A公開了一種包膜控釋肥的制備方法，該方法根據(jù)保肥供肥的要求，在低溫常壓下，采用流化床將水溶性樹脂溶液包裹在顆粒肥料表面，制備成包膜型控釋肥料。
中國專利申請CN1506337A公開了一種控釋肥料，該方法是將尿素、磷銨、氯化鉀、微量元素、三聚氰胺的固體副產(chǎn)物等經(jīng)過物理方法配制后擠壓造粒，制備成控釋肥料。
中國專利申請2003.5.14CN1417172A公開了一種新型控釋肥料及制備方法，描述了采用尿素、碳銨、磷酸二銨、硫酸銨/或硝酸銨噴漿造粒后包膜的控釋肥料制備方法。
上述緩釋/控釋肥料的生產(chǎn)方法，其主要養(yǎng)分均采用常規(guī)成品肥料、微量元素，依賴物理方法混配，在混配同時或之后，添加緩釋劑制備緩釋/控釋肥料。上述方法的主要缺陷在于采用常規(guī)成品肥料經(jīng)物理混配加工，雜質(zhì)成分復(fù)雜，難于控制，且生產(chǎn)成本高。或肥料配方及其釋放機(jī)制，沒有依據(jù)作物的各生育階段需肥特性供給營養(yǎng)元素。通常采用一種配方進(jìn)行包膜處理，這樣可以實現(xiàn)緩慢釋放，但難以實現(xiàn)養(yǎng)分釋放速與作物需肥規(guī)律相一致或基本一致的控制釋放的目的。更沒有考慮一些作物在前期、中期或后期需要大量快速的吸取養(yǎng)分的生理特性。因此，上述肥料均難以實現(xiàn)一次性施肥。
中國專利申請CN1035725C公開了一種硫酸鉀型三元復(fù)合肥的生產(chǎn)方法，該方法是將氯化鉀與濃硫酸反應(yīng)制取硫酸氫鉀后，用熱水稀釋硫酸氫鉀，然后與稀磷酸混合，再用氣氨中和，最后將中和制得的料漿法進(jìn)行濃縮、噴漿、造粒干燥。
中國專利申請CN1130322C公開了一種高濃度顆粒狀尿基氮鉀復(fù)合肥料的制造方法，該方法是將尿素合成中的熔融尿素與氯化鉀或硫酸鉀在115～135℃熔融，磷酸鹽作為造粒返料加入，組成氮磷鉀復(fù)合肥。
中國專利申請CN1264691A公開了一種熔融尿素(尿液)噴漿造粒制取尿基復(fù)合肥的生產(chǎn)方法，該方法是將尿素生產(chǎn)過程中的尿液或固體尿素熔融制備料漿，加入鉀鹽和水配制成熔融料漿，再將熔融料漿噴灑在粉體磷酸鹽上造粒，制備尿基復(fù)合肥。
上述硫基法、尿基法生產(chǎn)的復(fù)合肥料均不具備緩釋/控釋功能，且在生產(chǎn)高濃度復(fù)合肥時，受其自身工藝限制，養(yǎng)分調(diào)節(jié)范圍窄，難以生產(chǎn)依據(jù)作物生理所需營養(yǎng)元素的高濃度配方。硫基法產(chǎn)品中氮以硫酸銨為主，因此在生產(chǎn)高濃度肥料時，均難實現(xiàn)配方中添加促進(jìn)作物生長的微量元素和其它功能性成分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是提供一種大型工業(yè)化可調(diào)控緩釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，主要營養(yǎng)成分是采用化學(xué)方法獲得，其工藝具備調(diào)節(jié)范圍寬、操作彈性大、以實現(xiàn)提高緩釋/控釋肥料產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗和成本的清潔生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供的可調(diào)控緩釋肥料，其養(yǎng)分的釋放速度是采用不同釋放機(jī)制，以速效釋放型、骨架緩釋型和表面控釋型為三種基本釋放模型，以此三種模型，構(gòu)成獨立釋放系統(tǒng)或組合釋放系統(tǒng)，分別對各生育階段配方肥料包膜，控制營養(yǎng)在一定時間內(nèi)，以一個相對作物所需養(yǎng)分的速度釋放，而形成的顆粒狀復(fù)合肥料。如由速效型與表面控釋型組合為中期速效釋放型、后期速效釋放型；由骨架緩釋型與表面控釋型組合為在某一時間內(nèi)定期釋放等等。采用上述方法制備的緩釋/控釋肥料，一次性施肥，釋放周期可調(diào)，滿足不同作物各生理階段對營養(yǎng)成份的需求。經(jīng)三年大田試驗及元素示蹤結(jié)果表明其肥料利用率達(dá)到60％以上，可減少和消除失衡施肥造成的污染，有利生態(tài)環(huán)境的改善。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一種在生產(chǎn)高濃度的復(fù)合肥時，通過反應(yīng)或熔融的原料，以高氮、高磷、高鉀型原料為主，以利于氮磷鉀比例可在較大范圍內(nèi)易于調(diào)整，以及有空間添加作物所需的中量、微量元素、功能性添加劑。
本發(fā)明的基本原理是1、依據(jù)不同作物各生育階段所需營養(yǎng)元素，以化學(xué)方法獲得主要營養(yǎng)成分后，添加中量、微量元素、促進(jìn)劑、功能性添加劑、緩釋/控釋劑。不同作物各生育階段的劃分是根據(jù)作物吸收養(yǎng)分的特性確定，此方面的數(shù)據(jù)在各種作物專業(yè)栽培手冊中均可以獲得。肥料配方分段的主要因素有其一，不同作物各生育期內(nèi)所需主要營養(yǎng)元素(氮磷鉀)的比例——確定肥料配方；其二，各生育階段的周期——確定釋放周期與何時開始釋放、何時結(jié)束釋放；其三，種植作物的的產(chǎn)量——確定該生育階段各種營養(yǎng)元素的量。
為降低成本，減少操作，當(dāng)幾個生育階段主要養(yǎng)分比例接近時可將其合并。幾種主要作物不同生育期吸收氮磷鉀的比例及其肥料配方分段見表1
主要作物不同生育期吸收氮、磷、鉀的比例

由表1可知，不同作物各生育階段所需的營養(yǎng)成分是有較大區(qū)別的，為實現(xiàn)養(yǎng)分釋放速率與作物需肥規(guī)律相一致或基本一致的目的，本發(fā)明采用不同釋放機(jī)制，用功能高分子材料及添加劑，分別對各生育階段配方肥料包膜，然后，按作物各生長階段的周期，計算各階段需肥量的比例，將各階段包膜后的顆粒混配，制備成一次性施肥的可調(diào)控緩釋復(fù)合肥?？刂茽I養(yǎng)成分的速度釋放。一次性施肥，釋放周期可調(diào)，滿足不同作物各生理階段對營養(yǎng)成份的需求。
本發(fā)明的釋放機(jī)制，與國內(nèi)外現(xiàn)有的緩釋/控釋技術(shù)相比，具有成本低，操作簡單，可實現(xiàn)真正意義上的控制釋放，即養(yǎng)分釋放速率與作物需肥規(guī)律相一致或基本一致的目的。采用本發(fā)明的骨架包膜與表面包膜的釋放機(jī)制(或方法)，已有的緩釋/控釋包膜材料，選擇范圍寬，并可調(diào)控釋放速度與周期。本發(fā)明人2001年受巴陵分公司委托進(jìn)行“超級雜交稻專用復(fù)合肥緩釋、控釋技術(shù)研究”，經(jīng)過三年大田試驗及元素示蹤方法，獲得緩釋/控釋的預(yù)期結(jié)果，肥料利用率達(dá)到65％以上，并獲得單季807kg/畝的成果。實踐證明本發(fā)明的釋放機(jī)制是行之有效的控制釋放方法。發(fā)明專利CN03124577.3，CN03124578.1中已描述了其包膜材料制備方法與肥料配方。
2、利用尿素較易與直鏈有機(jī)化合物生成絡(luò)合物的特點，在尿素中加入復(fù)合直鏈有機(jī)化合物作為“媒介”，改善尿素與肥料中其它成分共熔條件，降低混合料漿熔融溫度，防止縮二脲的生成、節(jié)約能源。其中直鏈脂肪酸自身可以與尿素形成低熔點的絡(luò)合物，又可以作為尿素與無機(jī)鹽絡(luò)合的“橋梁”，并可以對無機(jī)鹽表面處理，改善其共熔性能。本發(fā)明配制的熔融絡(luò)合促進(jìn)劑，應(yīng)用于本工藝中，其熔融溫度可調(diào)，共熔料漿可多次熔融——凝固。
3、要使復(fù)合肥生產(chǎn)中各種原料(硫酸氫鉀、硫酸鉀、氯化鉀、尿素、磷銨、微量元素等)共熔，采用現(xiàn)有的方法，很難獲得滿足工藝條件的共熔參數(shù)。本發(fā)明依據(jù)表面處理技術(shù)改善物料性能和(或)改善工藝條件。用于本發(fā)明表面處理技術(shù)的有偶聯(lián)劑、熔融絡(luò)合促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑、催化劑、表面處理劑。
4、速效釋放型是依據(jù)作物根系吸收特點和土壤特性，在肥料中加入可促使肥料形成根系易吸收的離子態(tài)，并降低土壤、根系膠質(zhì)阻力，實現(xiàn)作物速效吸收養(yǎng)分的目的；速效釋放型，應(yīng)用于作物的快速返青時，在肥料造粒前添加養(yǎng)分吸收促進(jìn)劑即可；當(dāng)需制備中期或后期速效型釋放肥料時，在肥料粉體時加入養(yǎng)分吸收促進(jìn)劑，并造粒后，進(jìn)行表面包膜作為表面控釋型處理，在預(yù)定期內(nèi)，表面包膜溶脹、崩裂或生物降解后，內(nèi)部肥料即實施速效釋放；可作為速效釋放型的材料主要有陰離子、陽離子表面活性劑、兩面表面活性劑等。
骨架緩釋型是在粉體肥料中加入高分子緩釋材料，控制該配方養(yǎng)分在此生育階段的周期內(nèi)釋放，即控制養(yǎng)分的釋放周期；可作為骨架緩釋型的材料有水溶性高分子材料，如丙烯酸類、聚乙烯醇類、甲殼素、羧甲基纖維素等；此類高分子的基本特征是在未聚合或固化前為水溶性，在一定溫度下，聚合或固化后為水難溶或不溶，但可溶脹、生物降解、光降解的膜；適合肥料的緩釋/控釋材料選擇的基本原則是成本低廉、操作簡便、安全、可降解(不會造成污染)，釋放周期調(diào)整靈活(一般控制濃度即可)。
表面控釋型是在顆粒肥料表面涂膜，控制肥料何時釋放，即控制各階段肥料在什么時候釋放；當(dāng)需制備中期或后期骨架緩釋型肥料時，在肥料粉體時加入骨架型緩釋劑，并造粒后，進(jìn)行外包膜作為表面控釋型處理，在預(yù)定期內(nèi)，表面包膜溶脹、崩裂或生物降解后，內(nèi)部肥料即實施在預(yù)定周期內(nèi)釋放；可作為表面控釋型包膜材料丙烯酸及聚丙烯酸類、聚乙烯類、等其它高分子乳液，包膜材料的降解周期，主要依據(jù)高分子材料玻璃化溫度、鏈段松弛力等特性選取，預(yù)定釋放前受土壤中微生物降解的影響小，依據(jù)水的滲入速度控制，產(chǎn)生溶脹，膨脹漲裂，控制膜內(nèi)養(yǎng)分的定期釋放。
根據(jù)作物的生理特性，各生育階段配方和釋放肥料，各種作物的生長生理階段的劃分，一般按照作物各生育階段周期內(nèi)所需要的營養(yǎng)元素、作物吸收養(yǎng)分的特點、環(huán)境因素(日照、氣候等)、周期時間、單位面積的產(chǎn)量、肥料利用率、土壤性質(zhì)(主要有酸堿、微生物)等因素，計算和調(diào)節(jié)肥料中有效成份。
肥料主要營養(yǎng)元素依據(jù)作物生長需要調(diào)節(jié)范圍寬，可滿足不同作物，不同生理周期對營養(yǎng)元素的需求，其中氮、磷、鉀可調(diào)節(jié)范圍N＝10～25％、P2O5＝10～25％、K2O＝10～20％，特別適合高濃度復(fù)合肥的生產(chǎn)。
5、KHSO4與KH2PO4反應(yīng)生成硫酸鉀和磷酸的過程，因兩者平衡常數(shù)的差小，反應(yīng)不完全，溶液中仍存在多種離子。采用絡(luò)合劑選擇性地與磷酸絡(luò)合，使得該反應(yīng)進(jìn)行較為完全。
反應(yīng)生成的磷酸脲對作物生長具有顯著促進(jìn)作用，其效果優(yōu)于尿素等其它氮肥，磷酸脲的作用有以下幾方面①直接提高了肥料中有效磷的含量；②能夠造成酸性環(huán)境，并中和過剩的氨；③磷和氮元素相互協(xié)同，使兩種元素的有效利用率都得到提高；④磷酸脲能促進(jìn)作物生理代謝和對氮、磷、鈣的吸收和利用。
本發(fā)明的方法如下硫酸鉀、磷酸脲與磷銨的制備(生產(chǎn)方法)主要原料濃硫酸(98％H2SO4)、磷酸(50％P2O5)、氯化鉀(60％K2O)、尿素生產(chǎn)中的熔融尿素或尿液、氨(99％NH3)，按以下反應(yīng)制備硫酸鉀與磷酸脲混合料漿。
本發(fā)明采用氯化鉀粉體(60～80目)與濃硫酸反應(yīng)時，加入促進(jìn)劑生成“微晶”硫酸氫鉀，生成硫酸氫鉀溶液泵入復(fù)分解槽，與磷酸和氯化鉀反應(yīng)生成的磷酸二氫鉀溶液反應(yīng)，得到硫酸鉀和磷酸混合料漿，再加入硫酸鉀穩(wěn)定劑，上述兩反應(yīng)過程釋放的氯化氫經(jīng)水吸收制備成鹽酸(31％HCl)；向硫酸鉀與磷酸混合溶液中連續(xù)加入計量的尿液或熔融尿素，得到含水約5～15％的硫酸鉀與磷酸脲的混合料漿，然后加入復(fù)合穩(wěn)定劑；按以下反應(yīng)制備磷銨
此反應(yīng)是在環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，與管式反應(yīng)器相比，環(huán)流反應(yīng)器可更方便、有效地控制中和度，調(diào)節(jié)磷酸一銨與磷酸二銨的比例。
硫酸鉀、磷銨、尿素和微量元素共熔料漿的制備(生產(chǎn)方法)將添加有穩(wěn)定劑的硫酸鉀與磷酸脲混合料漿泵入共熔絡(luò)合反應(yīng)釜，與釜內(nèi)添加有絡(luò)合促進(jìn)劑，來自尿素裝置的熔融尿素或尿液(也可加入固體尿素熔融)、以及另一反應(yīng)得到的磷銨混合共熔，得到硫酸鉀、磷酸脲、磷銨與尿素、以及部分尿素絡(luò)合物的共熔料漿(此混合熔融體可反復(fù)熔融、凝固)。將配方的中量、微量元素、流動性能改善劑加入到混合共熔體內(nèi)，攪拌均勻，形成流動性良好的、較為穩(wěn)定的熔融混合體(此混合熔融體可反復(fù)熔融、凝固)，共熔料漿NPK和功能添加劑組份比例，是依據(jù)作物生理特性，按不同生育階段所需養(yǎng)分，分別配制成不同生育期配方；分階段配方肥料的制備(生產(chǎn)方法)劃分配方階段依據(jù)作物生理特性，按不同生長階段需肥特性確定營養(yǎng)成份，添加中量、微量元素和功能性添加劑。通過化學(xué)方法和混配分別制備各階段肥料。然后按不同釋放機(jī)制，添加速效釋放型養(yǎng)分吸收促進(jìn)劑、骨架緩釋型包膜溶液。
依據(jù)作物生理特性，按比例將合成混熔的熔融料漿分別造粒，造?？梢圆捎脟姖{造粒機(jī)、圓盤造粒機(jī)、流化床造粒設(shè)備、以及熔融造粒設(shè)備。
后期釋放的顆粒肥料造粒后，在包膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行外包膜(表面控釋型包膜)。然后將各階段顆粒肥料按一定比例混合后計量包裝，得到一次性施肥的可調(diào)控緩釋肥料。
發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、可直接利用尿素生產(chǎn)過程中的尿液或熔融尿素，以及液氨，減少了投資，降低了能耗和生產(chǎn)成本。主要原料由化學(xué)方法獲得，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。操作環(huán)境好，三廢綜合利用完全，屬清潔生產(chǎn)工藝。
2、加入的流動性能改善劑，絡(luò)合促進(jìn)劑，使混合熔融料漿具有較為穩(wěn)定性能。可有效的防止管道堵塞，可實現(xiàn)料漿多次熔融——凝固。
3、添加的鉀穩(wěn)定劑可有效的防止氨化中和過程硫酸鉀轉(zhuǎn)換為硫酸銨，銨穩(wěn)定劑可有效的并可降低產(chǎn)品氨(氮)的損失。
4、解決了熔融尿素與鉀鹽、磷酸鹽共熔性能差的難題。對多物料低共熔點的特性可在較大范圍內(nèi)調(diào)整料漿的濃度。當(dāng)生產(chǎn)對氯不敏感作物用肥料時，可直接將熔融尿素、氯化鉀以及絡(luò)合促進(jìn)劑熔融混合后，再與磷銨共熔，形成氮、磷、鉀混合料漿。
5、共熔料漿含水份含量低，可直接將熔融料漿造粒，無需干燥過程，節(jié)省了能耗。
6、產(chǎn)品規(guī)格調(diào)整靈活，生產(chǎn)高濃度配方時，仍可添加中量、微量元素和功能性添加劑。生產(chǎn)的氮、磷、鉀顆粒狀二元或三元復(fù)合肥，產(chǎn)品顆粒表面光滑、圓潤，不易結(jié)塊。
7、依據(jù)不同作物的生理特性，可方便的調(diào)節(jié)包膜材料的濃度，控制釋放周期，一次性施肥節(jié)省費用和勞動力。采用本發(fā)明控制釋放機(jī)制，經(jīng)三年的大田試驗和元素示蹤結(jié)果顯示，肥料利用率＞65％。
8、采用環(huán)流反應(yīng)器進(jìn)行氨中和反應(yīng)，中和度可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。薄層反應(yīng)釜可有效地解決磷酸與氯化鉀反應(yīng)時生成的氯化氫的逸出，確保產(chǎn)品中氯含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。


附圖1是本發(fā)明硫酸鉀、磷酸脲工藝流程方框圖。
附圖2是本發(fā)明氯化鉀、磷銨工藝流程方框圖附圖3是本發(fā)明氨化中和環(huán)流反應(yīng)器。
圖3中A-磷酸料漿；B-氣態(tài)氨；C-中和料漿；d-加熱或冷卻介質(zhì)入口；e-加熱或冷卻介質(zhì)出口；1.噴射泵；2.環(huán)流管；3.夾套換熱器；4.列管換熱器；5.電動調(diào)節(jié)閥；6.安全裝置接口；7、8、9分別為溫度、壓力、PH傳感器。
具體實施例方式
下面通過對本發(fā)明具體實施例的詳細(xì)描述進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但實施例不是對本發(fā)明的限制。
實施例一將98％硫酸165kg置于300L帶夾套加熱和攪拌的反應(yīng)釜中，預(yù)熱至約85℃，邊攪拌邊加入粉體氯化鉀(K2O≥60％)125kg，反應(yīng)過程中，用水射泵循環(huán)抽吸反應(yīng)過程產(chǎn)生的氯化氫，維持反應(yīng)溫度115～125℃，反應(yīng)60～90min，得到硫酸氫鉀料液。
將50％磷酸317kg，置于500L帶夾套加熱和攪拌的薄層反應(yīng)釜中，邊攪拌邊加入粉體氯化鉀(K2O≥60％)125kg，反應(yīng)過程中，用水射泵循環(huán)抽吸反應(yīng)過程產(chǎn)生的氯化氫，維持反應(yīng)溫度95～125℃，壓力-0.6～-0.8Mpa，反應(yīng)60min，得到含水5～8％的磷酸二氫鉀料液。
將反應(yīng)得到的硫酸氫鉀與磷酸二氫鉀各217kg放入500L的反應(yīng)釜中，在60～80℃下，反應(yīng)45～60min，反應(yīng)過程中連續(xù)加入計量的熔融尿素96kg，生成硫酸鉀和磷酸脲的混合料漿，加入穩(wěn)定劑，將環(huán)流反應(yīng)器反應(yīng)得到的磷銨21.5kg，加入銨穩(wěn)定劑后，與上述混合料漿一并泵入1200L熔融絡(luò)合反應(yīng)釜。然后，與反應(yīng)釜內(nèi)添加有絡(luò)合促進(jìn)劑的熔融尿素(200kg)混合共熔，在絡(luò)合促進(jìn)劑的作用下部分生成尿素絡(luò)合物的半透明混合料漿，再加入料漿流動性能改善劑(25kg)、微量元素78kg、功能添加劑114kg。制備成含N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15，含水約5～8％的混合熔融料漿。
若生產(chǎn)速效釋放型肥料則在上述料漿中添加養(yǎng)分吸收促進(jìn)劑，然后造粒。
若生產(chǎn)繼速效肥料之后的控釋肥料時，即在上述料漿中添加骨架型包膜溶液，然后造粒。
若生產(chǎn)中期或后期(即經(jīng)過一定時間后再釋放)的控釋肥料時，在上述料漿中添加骨架型包膜溶液，經(jīng)造粒、篩分，然后進(jìn)行外包膜、干燥。
將速效型、緩釋型、中期和后期生產(chǎn)的顆粒肥料分別檢驗、計量、混合、包裝，得到一次性施肥的緩釋/控釋復(fù)合肥。
實施例二(高氮型N∶P2O5∶K2O＝25∶10∶10)將98％硫酸111kg置于300L帶夾套加熱和攪拌的反應(yīng)釜中，預(yù)熱至約85℃，邊攪拌邊加入粉體氯化鉀(K2O≥60％)84kg，反應(yīng)過程中，用水射泵循環(huán)抽吸反應(yīng)過程產(chǎn)生的氯化氫，維持反應(yīng)溫度115～125℃，反應(yīng)60～90分鐘，得到硫酸氫鉀料液。
將50％磷酸213kg，置于300L帶夾套加熱和攪拌的薄層反應(yīng)釜中，邊攪拌邊加入粉體氯化鉀(K2O≥60％)84kg，反應(yīng)過程中，用水射泵循環(huán)抽吸反應(yīng)過程產(chǎn)生的氯化氫，維持反應(yīng)溫度95～110℃，壓力-0.6～-0.8Mpa，反應(yīng)60分鐘，得到含水5～8％的磷酸二氫鉀料液。
將反應(yīng)得到的硫酸氫鉀與磷酸二氫鉀放入500L的反應(yīng)釜中，在60～80℃下，反應(yīng)45～60min，反應(yīng)過程中連續(xù)加入計量的熔融尿素65kg，生成硫酸鉀和磷酸脲的混合料漿，加入穩(wěn)定劑。將環(huán)流反應(yīng)器反應(yīng)得到的磷銨14kg，加入銨穩(wěn)定劑后，與上述混合料漿一并泵入1200L熔融絡(luò)合反應(yīng)釜。然后，與反應(yīng)釜內(nèi)添加有絡(luò)合促進(jìn)劑的熔融尿素(460kg)混合共熔，在絡(luò)合促進(jìn)劑的作用下部分生成尿素絡(luò)合物的半透明混合料漿，再加入料漿流動性能改善劑(10kg)、微量元素78kg、功能添加劑65kg。制備成含N∶P2O5∶K2O＝25∶10∶10，含水約5～8％的混合熔融料漿。然后添加40kg骨架型緩釋劑，攪拌均勻后造粒后，得到符合GB15063-2001標(biāo)準(zhǔn)的氮磷鉀總養(yǎng)分為45％的控釋復(fù)合肥1000kg。釋放周期為55～65天。
實施例三(高鉀型N∶P2O5∶K2O＝15∶10∶20)將50％磷酸280kg，置于200L帶夾套加熱和攪拌的薄層反應(yīng)釜中，邊攪拌邊加入熔融尿素86kg，維持反應(yīng)溫度95～110℃，反應(yīng)40分鐘，得到含水8～15％的磷酸脲。
將粉體氯化鉀(K2O≥60％)334kg加入到1200L熔融絡(luò)合反應(yīng)釜，與反應(yīng)釜內(nèi)添加有絡(luò)合促進(jìn)劑的熔融尿素(241kg)混合共熔，然后將上述反應(yīng)得到的磷酸脲泵入，在絡(luò)合促進(jìn)劑的作用下部分生成尿素絡(luò)合物的半透明混合料漿，再加入料漿流動性能改善劑(15kg)、微量元素107kg、功能添加劑94kg。制備成含N∶P2O5∶K2O＝15∶10∶20，含水約5～8％的混合熔融料漿。然后添加40kg骨架型緩釋劑，攪拌均勻后造粒、篩分，將篩分后的顆粒在涂膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行表面涂膜，經(jīng)干燥后得到符合GB15063-2001標(biāo)準(zhǔn)的氮磷鉀總養(yǎng)分為45％的控釋復(fù)合肥950kg。表面控釋膜于30～40天內(nèi)溶脹、崩裂后，由骨架型膜材料控制釋放周期為55～65天。
實施例四(控釋肥料配制方法)制備棉花成熟期控釋肥料，成熟期的周期約為45～60天，從現(xiàn)蕾期到開花期開始約75～80天。成熟期氮磷鉀分別占棉花生長所需養(yǎng)分的36.5％、65.4％和80.6％，其N∶P2O5∶K2O＝1∶1.79∶2.21，然后按單位作物產(chǎn)量或單位面積施肥量計算此階段所需氮磷鉀數(shù)量，再依據(jù)作物和土壤特性配制中量、微量元素，結(jié)合光照(累積溫度)以及土壤微生物加入功能添加劑。將此階段配方肥料采用骨架包膜(即將緩釋劑加入肥料粉體后造粒，以骨架包膜的方式，控制肥料在45～60天內(nèi)基本釋放完畢)，然后將經(jīng)過骨架包膜的顆粒肥料，進(jìn)行外包膜，其目的是控制所包裹的肥料在前期(約60天)不釋放，即控制外包膜在約45～60天后崩裂、溶脹，或生物降解，然后由骨架包膜控制在45～60天內(nèi)釋放后期配方的養(yǎng)分。
權(quán)利要求
1.控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于以氯化鉀、硫酸、磷酸、以及尿素生產(chǎn)過程中的氨、尿液、熔融尿素為主要原料，在上述原料反應(yīng)過程添加穩(wěn)定劑、絡(luò)合促進(jìn)劑、料漿流動性能改善劑等，依據(jù)作物不同生育階段所需養(yǎng)分，按各階段配方分別調(diào)整NPK比例，再在各階段配方中加入微量元素、作物生長調(diào)節(jié)劑等，然后分別以速效釋放、骨架緩釋、表面控釋釋放模型組合成不同的釋放機(jī)制，分別造粒包膜后，按作物各生長階段的周期，計算各階段需肥量的比例，將各階段包膜后的顆粒混配，制備成一次性施肥的可調(diào)控緩釋復(fù)合肥，該釋放模型及生產(chǎn)方法包括下列步驟(1)氯化鉀粉體與98％濃硫酸反應(yīng)時，加入促進(jìn)劑，使其生成“微晶”硫酸氫鉀，然后將硫酸氫鉀與磷酸和氯化鉀反應(yīng)得到的磷酸二氫鉀溶液反應(yīng)，在反應(yīng)過程中逐步加入計量尿液或熔融尿素，得到硫酸鉀和磷酸脲混合溶液，再加入硫酸鉀穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑，上述反應(yīng)過程釋放的氯化氫經(jīng)水吸收制備成31％鹽酸；(2)將添加有穩(wěn)定劑的硫酸鉀與磷酸脲混合料漿泵入熔融絡(luò)合反應(yīng)釜，與釜內(nèi)添加有熔融絡(luò)合促進(jìn)劑，來自尿素生產(chǎn)過程的熔融尿素或尿液混合共熔后，得到硫酸鉀、磷酸脲與尿素的熔融混合物和部分尿素絡(luò)合物的共熔料漿，若作物在該生育階段需高磷養(yǎng)分時，還可以加入另一反應(yīng)得到的磷銨，更準(zhǔn)確的調(diào)整NPK比例，然后依據(jù)作物生理特性，將配方的微量元素、流動性能改善劑加入到混合共熔體內(nèi)，攪拌均勻，形成流動性良好、較為穩(wěn)定的、并可反復(fù)熔融、凝固熔融混合體；(3)若生產(chǎn)對氯元素不敏感作物的控釋肥料時，按作物各生育階段所需養(yǎng)分，分階段配方，可直接將粉碎的氯化鉀、反應(yīng)得到的磷酸脲和磷銨、熔融尿素或尿液在熔融絡(luò)合釜內(nèi)共熔，得到不同生育階段所需養(yǎng)分的共熔料漿。(4)依據(jù)作物生理特性，按不同生長階段的周期確定營養(yǎng)成份，速效釋放型肥料配方主要依據(jù)土壤性質(zhì)與作物根系吸收特性加入促進(jìn)根系吸收的添加劑、在緩釋型肥料配方中加入骨架緩釋型包膜材料；(5)依據(jù)作物生理特性，計算各階段養(yǎng)分比例，然后分階段將熔融料漿分別造粒，造?？梢圆捎脟姖{造粒機(jī)、圓盤造粒機(jī)、流化床造粒設(shè)備、熔融造粒設(shè)備。(6)在后期釋放的肥料是在添加速效促進(jìn)劑、或經(jīng)骨架型包膜后的顆粒表面包膜，進(jìn)行表面控釋型處理。(7)最后將各階段(速效型、骨架緩釋型、表面控釋型)顆粒肥料，依據(jù)作物各生育周期，計算各配方階段需肥量的比例，然后，混配各階段包膜后的顆粒，制備成一次性施肥的控釋復(fù)合肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于控釋肥料的不同釋放機(jī)制由速效釋放、骨架緩釋和表面控釋，構(gòu)成三種基本釋放模型，依據(jù)作物各生育階段對養(yǎng)分的需求，以此三種基本釋放模型，可構(gòu)成獨立釋放系統(tǒng)或組合釋放系統(tǒng)，按此釋放機(jī)制生產(chǎn)的肥料，可實現(xiàn)一次性施肥，養(yǎng)分釋放速率能與作物需肥規(guī)律相一致或基本一致，其肥料利用率達(dá)到60％以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于速效釋放型是依據(jù)作物根系吸收特點和土壤特性，在肥料中加入可促使肥料形成根系易吸收的離子態(tài)，并降低土壤、根系膠質(zhì)阻力，實現(xiàn)作物速效吸收養(yǎng)分的目的；速效型是在粉體或料漿肥料中添加養(yǎng)分吸收促進(jìn)劑后造粒；制備中期或后期速效型釋放肥料時，在前述速效釋放的基礎(chǔ)上進(jìn)行表面包膜，表面控釋膜在預(yù)定期內(nèi)溶脹、崩裂或生物降解后，內(nèi)部肥料即實施速效釋放；可作為速效釋放型的材料主要有生物表面活性劑、陰離子、陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑、調(diào)理劑等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于骨架緩釋型是在粉體肥料中加入功能緩釋材料，控制該配方養(yǎng)分在此生育階段的周期內(nèi)釋放，即控制養(yǎng)分的釋放周期；可作為骨架緩釋型的材料有水溶性高分子材料，如丙烯酸類、聚乙烯醇類、甲殼素、羧甲基纖維素等；表面控釋型是在顆粒肥料表面涂膜，控制肥料何時釋放，即在預(yù)定期內(nèi)，表面包膜溶脹、崩裂或生物降解后，內(nèi)部肥料即實施在預(yù)定周期內(nèi)釋放；包膜材料的降解周期，主要控制功能材料玻璃化溫度、鏈段松弛力等特性，依據(jù)水的滲入而產(chǎn)生溶脹，膨脹漲裂的周期，控制膜內(nèi)養(yǎng)分的定期釋放，也可依據(jù)微生物初始降解周期確定，但受土壤微生物菌群等因素制約，其釋放周期準(zhǔn)確性欠佳，可作為表面控釋型包膜材料主要有丙烯酸及聚丙烯酸類、聚乙烯醇類、聚乙烯類等其它高分子水溶液或乳液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于依據(jù)作物的生理特性，按不同生長階段確定營養(yǎng)成份，然后按各階段周期計算各配方階段需肥量的比例，各種作物的生長階段的劃分，一般按照作物各生育階段周期內(nèi)所需要的營養(yǎng)元素、作物吸收養(yǎng)分的特點、環(huán)境因素(日照、氣候等)、周期時間、單位面積的產(chǎn)量、肥料利用率、土壤性質(zhì)(主要有酸堿、微生物)等因素，計算和調(diào)節(jié)肥料中有效成份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于磷酸二氫鉀的制備方法是采用50％P2O5磷酸與氯化鉀反應(yīng)，反應(yīng)是在配置有循環(huán)水射泵的連續(xù)薄層反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)溫度為105～125℃，反應(yīng)時間30～60min，反應(yīng)壓力-0.4～-0.8Mpa，反應(yīng)過程生成的氯化氫用水吸收，制備成31％的鹽酸，其薄層反應(yīng)釜是依據(jù)溶液上方蒸汽分壓原理設(shè)計，與其它反應(yīng)釜相比，具有易于將反應(yīng)生成的氯化氫移出的特點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于硫酸氫鉀與磷酸二氫鉀的反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為60～85℃，反應(yīng)時間30～60min，反應(yīng)過程中連續(xù)加入尿液或熔融尿素，反應(yīng)生成硫酸鉀和磷酸脲(磷酸脲對作物生長具有顯著促進(jìn)作用，其效果優(yōu)于尿素等其它氮肥)，反應(yīng)后添加硫酸鉀穩(wěn)定劑——三聚磷酸鈉，其添加量為硫酸鉀0.1～0.5％；復(fù)合穩(wěn)定劑為銨穩(wěn)定劑和磷化合物穩(wěn)定劑，銨穩(wěn)定劑由30％十五烷基磺酰氯和70％雙氰銨組成，磷化合物穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣，其添加量為磷酸脲的0.1～0.5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于磷銨反應(yīng)是在具有進(jìn)料噴射泵、環(huán)流管、夾套換熱器、列管換熱器、料漿進(jìn)口、氨氣進(jìn)口、中和料漿出口、回流調(diào)節(jié)閥構(gòu)成、安全裝置、溫度、壓力、PH等傳感器組成的特殊的環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控釋復(fù)合肥養(yǎng)分釋放模型及生產(chǎn)方法，其特征在于生產(chǎn)對氯元素不敏感作物的控釋肥料時，可直接將氯化鉀、反應(yīng)得到的磷酸脲和磷銨、熔融尿素或尿液在熔融絡(luò)合釜內(nèi)共熔，過程中加入絡(luò)合促進(jìn)劑和流動性能改善劑，熔融絡(luò)合促進(jìn)劑為直鏈有機(jī)化合物，可以作為熔融絡(luò)合促進(jìn)劑的有硬脂酸、硬脂酸鹽、液體石蠟、蓖麻油、白油、桐油、植物油、機(jī)油等直鏈有機(jī)化合物，最佳的是熔點為-10～+60℃直鏈有機(jī)化合物，其添加量為熔融料重量的0.1～3％，上述物質(zhì)既是熔融絡(luò)合促進(jìn)劑，也是流動性能改善劑。
全文摘要
本發(fā)明將氯化鉀分別與濃硫酸和磷酸反應(yīng)，并回收氯化氫，再將兩生成物反應(yīng)，過程中加入尿液得到硫酸鉀與磷酸脲混合料漿，加入穩(wěn)定劑、流動性能改善劑后，在熔融釜內(nèi)與尿素和另一反應(yīng)得到的磷銨混熔，依據(jù)作物不同生育階段所需養(yǎng)分，按階段配方調(diào)整NPK比例，并加入功能添加劑。然后分別以速效釋放、骨架緩釋、表面控釋型組合成不同的釋放機(jī)制，分別造粒、包膜，然后按各階段周期，計算各階段需肥量的比例，制備成控釋復(fù)合肥。本方法采用尿素生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)品，降低了能耗和成本并防止縮二脲的生成，優(yōu)化了工藝。一次性施肥，釋放周期可調(diào)，滿足不同作物各生理階段對營養(yǎng)成分的需求?？蓽p少和消除失衡施肥造成的污染，有利生態(tài)環(huán)境的改善。
文檔編號C05G1/00GK1644568SQ200410047069
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者周端午 申請人:周端午