一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料及其生產方法

2023-12-05 03:01:36

專利名稱：一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料及其生產方法
技術領域：
本發明屬於化肥技術領域，涉及一種複合肥料，尤其是一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料(XNH4HCO3·YKHCO3)及其製造方法。

背景技術：
碳酸氫銨是我國自力更生發展起來的民族工業產品。隨著社會的發展，作為穩定性較差的單一養分化肥品種已經不能完全適應市場的需要。近年來，我國的化肥行業競相研製了以碳銨為基肥的復混肥料，旨在克服上述缺陷。但由於這種以物理方法加工而成的復混肥料摻合不均勻，擠壓造粒過程中有一定的熱量產生，會使碳銨分解而造成氨的損失，加之肥料的混合效應，潮溼氣候較易吸溼等缺點，仍然不能奏效。


發明內容
本發明的目的在於，提供一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料及其生產方法，本發明利用碳酸氫銨和碳酸氫鉀可以類質同像的特性，對碳酸氫銨改性，生產植物需要的鉀碳銨混晶複合肥料。這種複合肥料穩定性、養分含量均比碳銨有了較大改善，增加了氧化鉀的成分，提高了肥效，可以促進農作物增產。不僅可以作為基肥，而且也可以作為追肥(包括根外施肥)施用。
為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案 一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料，其特徵在於，製得的該鉀碳銨混晶複合肥料的分子式為NH4HCO3·0.25KHCO3或NH4HCO3·0.125KHCO3。
上述類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料的製備方法，其特徵在於，該方法利用碳化法生產碳酸氫銨工藝，在吸收工段增加一臺溶鉀地下槽，將固體氫氧化鉀或碳酸鉀按照消耗定額比例溶解在溶鉀地下槽內，加入稀氨水配製成溶液，使得配製成的溶液中K+≥100克/升，而後用鉀液泵將溶液打入鉀液貯壇內，與母液、稀氨水共同製備濃氨水，濃氨水儲壇溶液最終控制的指標生產NH4HCO3·0.25KHCO3時，K+％＝8.46-8.90，氨水濃度＝14.95％-15.50％；生產NH4HCO3·0.125KHCO3時，K+％＝5.1-5.6，氨水濃度＝15.5-16.0％；冬夏季可作適當調整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而後在碳化塔內利用變換氣中的二氧化碳進行共碳化，過飽和後可生成鉀碳銨混晶複合肥料，其餘操作同碳化法生產碳酸氫銨工藝。
與現有的技術相比，本發明帶來的技術效果是 1.現有技術只能生產碳酸氫銨，本發明可以生產含鉀碳銨。產品由單一養分變成了多種養分。根據「碳基營養計量」的觀點，作物及土壤缺乏碳營養是當前的主要矛盾，充分利用二氧化碳製造碳氮比高的商品化學肥料是減少二氧化碳排放、緩解溫室效應的開發方向。化學肥料尿素、碳銨既是氮肥，又是碳肥，而尿素的碳氮比為0.43，碳銨為0.86，鉀碳銨NH4HCO3·0.25KHCO3則為1.07，是目前利用二氧化碳最好的肥料，其社會效益不言而喻。
2.據慧聰網化工行業頻道報導從2003年開始，美國的科學家們開始對中國特有的化肥-碳酸氫銨利用二氧化碳的機理產生了極大的興趣，並認為它有可能是在用的最好的吸收碳的載體。但最初研製的碳酸氫銨80％揮發了，我國歷經40多年的技術改造，投入科研力量2萬人，現在生產上的節能、大顆粒的造顆上取得成果，但在控制揮發上一直沒有取得太大進展。申請人作過鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.25KHCO3與同種養分的碳酸氫鉀和碳酸氫銨的混合物、以及單純的碳酸氫銨三種物質的穩定性試驗，歷時一個月，碳酸氫鉀和碳酸氫銨的混合物損失三分之二，碳酸氫銨損失三分之一，而鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.25KHCO3或NH4HCO3·1.25KHCO3則幾乎沒有任何損失。這說明鉀碳銨產品的穩定性較碳酸氫銨有了明顯提高，35℃±2℃，24小時碳酸氫銨的分解率為19.8％，而NH4HCO3·0.25KHCO3或NH4HCO3·1.25KHCO3的分解率只有2.46％。
3.碳酸氫鉀不僅作為碳基鉀肥，歐盟等發達國家還將其作為殺蟲劑使用，所以本發明製備的產品可作為藥肥施用。
4.以碳酸氫銨為基礎肥料的混配肥料存在摻合不均勻，擠壓造粒過程中有一定的熱量產生，造成氨損失。加之肥料的混合效應，潮溼氣候易吸潮分解。以本發明製備的產品作為基礎肥料的混配肥料，可以減少氨損失。
5.氮、鉀複合肥料，可以更有效的促進作物增產。重要的是氮鉀複合肥料使用效果遠遠大於單施氮肥的效果。浙江省農科院的試驗表明，在一定量磷肥的基礎上，氮鉀肥配合比單施氮肥有顯著的增產效果，在氮肥用量高時，氮鉀配合施用尤為重要。



圖1是本發明的製備方法工藝簡圖。
以下結合附圖和本發明的原理對本發明作進一步的詳細說明。

具體實施例方式 本發明的技術構思利用我國傳統的碳化法生產碳酸氫銨工藝，在吸收工段的濃氨水儲槽中，補入適量的氫氧化鉀(或碳酸鉀，也可用氯化鉀和碳酸氫銨離子交換製成碳酸氫鉀，但要增加較多的設備)，而後在碳化塔內利用變換氣中的二氧化碳進行共碳化，鑑於鉀離子和銨離子可以互相置換，溶液過飽和後可生成XNH4HCO3·YKHCO3，其中，X＝1，Y＝0.25或O.125。俗稱鉀碳銨混晶複合肥料。
鉀碳銨混晶複合肥料可製備的種類繁多，本發明以NH4HCO3·0.25KHCO3和NH4HCO3·0.125KHCO3這兩種分子式的製造鉀碳銨混晶複合肥料的工藝進行描述。根據申請人所作的檢索，目前國內外尚沒有這種複合肥料。
一.本發明的理論基礎 1.碳酸氫銨與碳酸氫鉀化學性質近似，均為酸式鹽、單斜晶型，構成酸式鹽的陽離子NH4+和K+，其半徑分別為

和

兩者小於15％，符合生成完全類質同像的三個必要條件，因此可以製備的鉀碳銨複合肥料的種類繁多。
2.可以利用碳化法生產碳酸氫銨工藝，在碳化塔內對碳酸銨(或氫氧化銨)和碳酸鉀(或氫氧化鉀)用變換氣中的二氧化碳進行共碳化。
二.本發明的化工計算 (一)複合肥料的原料消耗計算 1.生產1000千克NH4HCO3·0.25KHCO3複合肥料的原料消耗化學反應方程式如下 NH3+H2O+CO2＝NH4HCO3(1) K2CO3+CO2+H2O＝2KHCO3 (2) 為了得到NH4HCO3·0.25KHCO3的複合肥料，將(2)式兩端分別乘以0.125，即 0.125K2CO3+0.125CO2+0.125H2O＝0.25KHCO3(3) (1)式和(3)式相加，得 NH3+H2O+0.125K2CO3+1.125CO2+0.125H2O＝NH4HCO3·0.25KHCO3(4) 17 17.25104 yx1000 x＝165.87(碳酸鉀的量)-折合鉀離子93.75千克 y＝163.5(氨的用量)-折合銨離子173.1千克 即生產1噸NH4HCO3·0.25KHCO3消耗的K2CO3量等於165.87千克，折合K+＝165.87千克×78/138＝93.75千克，或者折合KOH％＝93.75千克×56/39＝134.6千克。
即可算出生產1噸NH4HCO3·0.25KHCO3複合肥料需消耗氨163.5千克，折合NH4+＝173.1千克。
2.生產1000千克NH4HCO3·0.125KHCO3複合肥料的原料消耗化學反應方程式如下； NH3+H2O+CO2＝NH4HCO3(1) K2CO3+CO2+H2O＝2KHCO3 (2) 為了得到NH4HCO3·0.125KHCO3複合肥料，將(2)式兩端分別乘以0.0625，即 0.0625K2CO3+0.0625CO2+0.0625H2O＝0.125KHCO3(3) (1)式和(3)式相加，得 NH4OH+0.0625K2CO3+1.0625CO2+0.0625H2O＝NH4HCO3·0.125KHCO3(4) 17 8.625 91.5 yx 1000 x＝94.26(碳酸鉀的量)-折合鉀離子53.28千克 y＝185.79(氨的用量)-折合銨離子196.72千克 即生產1噸NH4HCO3·0.125KHCO3複合肥料消耗的K2CO3量等於94.26千克，折合K+＝94.26千克×78/138＝53.28千克，或者折合KOH％＝53.28千克×56/39＝76.51千克。
即可算出生產1噸NH4HCO3·0.125KHCO3複合肥料需消耗氨185.79千克，折合NH4+＝196.72千克。
(二)、實際操作指標 1.生產NH4HCO3·0.25KHCO3 1)根據氨水-二氧化碳結晶像圖，必須保證氨水濃度在15％左右才能保證產品全部生成碳酸氫銨。否則會有其它銨鹽生成，這些銨鹽並不能與碳酸氫鉀類質同像同晶。
2)原合格濃氨水含氨為15％以上，取16.4％作為基準，即1000克溶液中含164克氨，添加93.75克鉀離子以後，兩種介質的濃度分別為 顯而易見，上述指標的氨濃度既可以保證100％生成碳酸氫銨，也能滿足碳酸氫鉀的生成。
3)這樣一來，生產鉀碳銨的新工藝，濃氨水指標變化為 K+％＝8.57 NH3％＝15.O(折合NH4+％＝15.88) 4)對比構成混晶兩種原料投入的重量比

值 按照消耗定額 按照新操作指標 只所以產生這樣的差距，新的操作指標是在原碳酸氫銨的基礎上套用的參考指標，並不一定與鉀碳銨的生產實際消耗指標完全吻合，如果能夠將氨水指標適當修正，達到既不影響碳酸氫銨的生成，又不做大的調整.那麼將銨離子指標調整為即氨水濃度為14.95％，那麼按照新操作指標兩者的

值幾乎完全一致。
2.生產NH4HCO3·O.125KHCO3 1)根據氨水-二氧化碳結晶像圖，必須保證氨水濃度在15％左右才能保證產品全部生成碳酸氫銨。否則會有其它銨鹽生成，這些銨鹽並不能與碳酸氫鉀類質同像同晶。
2)原合格濃氨水為15％以上，取16.4％作為基準，即1000克溶液中含164克氨，添加53.28克鉀離子以後，兩種介質的濃度分別為 顯而易見，上述指標的氨濃度既可以保證100％生成碳酸氫銨，也能滿足碳酸氫鉀的生成。
3)這樣一來，生產鉀碳銨的新工藝，濃氨水指標變化為 K+％＝5.06 NH3％＝15.0(折合NH4+％＝15.88) 4)對比構成混晶兩種原料投入的重量比

值 按照消耗定額 按照新操作指標 只所以產生這樣的差距，新的操作指標是在原碳酸氫銨的基礎上套用的參考指標，並不一定與鉀碳銨的生產實際消耗指標完全吻合，如果能夠將氨水指標適當修正，達到既不影響碳酸氫銨的生成，又不做大的調整.那麼將銨離子指標調整為即氨水濃度為15.53％，按照新操作指標兩者的

值完全一致。
結論 1.生產NH4HCO3·0.25KHCO3複合肥料 (1)產品NH4HCO3·0.25KHCO3複合肥料的消耗定額 鉀離子消耗定額93.75千克/噸產品，折合碳酸鉀165.87千克/噸； 氨離子消耗定額173.1千克/噸，折合氨的消耗定額163.5千克/噸。
(2)產品NH4HCO3·0.25KHCO3複合肥料的實際操作指標 濃氨水的鉀離子指標8.46％-8.90％ 濃氨水的氨含量指標14.95％-15.50％(冬夏季可作適當調整) 濃氨水的二氧化碳指標可維持原70-80毫升/毫升不變。考慮到加入碳酸鉀或氫氧化鉀以後，容易引起氨的揮發，所以本指標也可適當提高到75-90毫升/毫升。
(3)產品出廠質量指標 產品名稱鉀碳氨 化學表達式NH4HCO3·0.25KHCO3 物理形態白色顆粒結晶 養分含量N％≥12.5；KO2％≥12.5；CO2％≥50 水分含量H2O％≤3.0 2.生產NH4HCO3·0.125KHCO3複合肥料 (1)產品NH4HCO3·0.125KHCO3複合肥料的消耗定額 鉀離子消耗定額53.28千克/噸產品，折合碳酸鉀94.26千克/噸； 銨離子消耗定額196.72千克/噸，折氨的消耗定額185.79千克/噸。
(2)產品NH4HCO3·0.125KHCO3的實際操作指標 濃氨水的鉀離子指標5.1％～5.6％ 濃氨水的氨含量指標15.5％～16.0％(冬夏季可作適當調整) 濃氨水的二氧化碳指標可維持原70毫升/毫升～80毫升/毫升不變。考慮到加入碳酸鉀或氫氧化鉀以後，容易引起氨的揮發，所以本指標也可適當提高到75毫升/毫升～90毫升/毫升。
(3)產品出廠質量指標 產品名稱鉀碳銨 化學表達式NH4HCO3·0.125KHCO3 物理形態白色顆粒結晶 養分含量N％≥14.8；KO2％≥6.0；CO2％≥52 水分含量H2O％≤3.0 以上兩種鉀碳銨產品的養分質量均符合ZBG21002-87國家復混肥標準。
本發明是一種用化學方法加工成的氮、鉀複合肥料。產品的商品名稱為鉀碳銨，學名X個碳酸氫銨合Y個碳酸氫鉀，分子式XNH4HCO3·YKHCO3。鉀碳銨的種類繁多，如碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等於1∶1的鉀碳銨混晶複合肥料NH4HCO3·KHCO3，含N％＝7.82，K2O％＝26.26，適合於菸草等經濟作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等於1∶0.5的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.5KHCO3，含N％＝10.85，K2O％＝18.22，適合於水果、蔬菜等高鉀需求作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等於1∶0.25的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.25KHCO3，含N％＝12.5，K2O％＝12.5，適合於一般的經濟作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等於1∶0.125的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.125KHCO3，含N％＝14.8，K2O％＝6.0，適合於水稻、小麥、玉米等糧食作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等於1∶0.02的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.02KHCO3，含N％＝16.8，K2O％＝1.0，可以滿足GB3559-83農用碳酸氫銨國家標準的要求。
實現發明的最好實現方式見工藝流程圖(附圖1) 本說明書以生產NH4HCO3·0.25KHCO3產品為例，生產NH4HCO3·0.125KHCO3與NH4HCO3·0.25KHCO3產品工藝相同，只是生產NH4HCO3·0.125KHCO3時，K+％＝5.1-5.6，氨水濃度＝15.5-16.0％。
參照附圖，在氮肥廠碳化車間吸收工段工藝流程中，生產碳酸氫銨的設備包括碳化主塔1、預碳化塔2、綜合塔3、清洗塔4、氣水分離器5、碳銨液泵6、濃氨水泵7、清水泵8、稠厚器9、離心機10、母液儲壇11、吸氨泵12、稀氨水儲壇13、高位吸氨器14、吸氨水冷排管15、濃氨水儲壇16。
在上述的稀氨水儲壇13旁邊增加溶鉀地下槽17和一臺鉀液泵18及鉀液貯槽19。具體操作如下 將工業固體氫氧化鉀(或者碳酸鉀)按照消耗定額比例溶解在溶鉀地下槽17內，溶劑來自稀氨水儲壇13的稀氨水，配製成的溶液中K+≥100克/升，而後用鉀液泵18將溶液打入鉀液貯壇19內，與來自母液儲壇11的母液和稀氨水儲壇13的稀氨水共同製備濃氨水。濃氨水儲壇11內的溶液最終控制指標K+％＝8.46-8.90，氨水濃度＝14.95-15.50％，冬夏季可作適當調整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而後在碳化塔內利用變換氣中的二氧化碳進行共碳化，過飽和後可生成鉀碳銨混晶複合肥料，其餘操作同碳化法生產碳酸氫銨工藝。
權利要求
1.一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料，其特徵在於，製得的該鉀碳銨混晶複合肥料的分子式為X NH4HCO3·Y KHCO3，其中X＝1，Y＝0.25或0.125。
2.權利要求1所述的類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料的製備方法，其特徵在於，該方法利用碳化法生產碳酸氫銨工藝，在吸收工段增加一臺溶鉀地下槽，將固體氫氧化鉀或碳酸鉀按照消耗定額比例溶解在溶鉀地下槽內，加入稀氨水配製成溶液，使得配製成的溶液中K+≥100克/升，而後用鉀液泵將溶液打入鉀液貯壇內，與母液、稀氨水共同製備濃氨水，濃氨水儲壇溶液最終控制的指標生產NH4HCO3·0.25KHCO3時，K+％＝8.46-8.90，氨水濃度＝14.95％-15.50％；生產NH4HCO3·0.125KHCO3時，K+％＝5.1-5.6，氨水濃度＝15.5-16.0％；冬夏季可作適當調整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而後在碳化塔內利用變換氣中的二氧化碳進行共碳化，過飽和後可生成鉀碳銨混晶複合肥料，其餘操作同碳化法生產碳酸氫銨工藝。
全文摘要
本發明公開了一種類質同像合成的鉀碳銨混晶複合肥料及其生產方法，利用碳化法生產碳酸氫銨工藝，將濃氨水中加入氫氧化鉀(或碳酸鉀)，而後在碳化塔內對氫氧化銨和氫氧化鉀(或碳酸鉀)用變換氣中的二氧化碳進行共碳化，最終得到學名X個碳酸氫銨合Y個碳酸氫鉀的鉀碳銨混晶複合肥料。
文檔編號C05G1/00GK101157580SQ20071001836
公開日2008年4月9日 申請日期2007年7月27日 優先權日2007年7月27日
發明者劉長有, 卓澤凡 申請人:西安巨川國際投資有限公司, 劉長有