複合型長效尿素及其生產工藝和專用設備的製作方法
2023-12-01 09:53:21
專利名稱：複合型長效尿素及其生產工藝和專用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及氮肥，具體地說是一種複合型長效尿素及其生產工藝和專用設備。
尿素是當今世界生產量和使用量最多的一種氮素肥料，第三世界尿素使用量約佔70％以上；我國目前尿素的生產量達到47％，而使用量則超過50％以上。尿素是非酸根醯胺態肥料，氨含量高達46％以上，不板結和酸化土壤，適用於各種土壤和作物，「九五」期間尿素在我國的氮肥比例在不斷擴大，到2000年將增加到60％左右，而碳酸氫銨則下降至36％，所以，開展尿素的長效化研究在我國和世界都具有重要的意義。尿素這種醯胺態氮肥必須經過土壤脲酶的酶解，分解成氨基甲酸銨，進而以銨態氮的形態被植物所利用，但土壤的脲酶活性很高，在夏季氣溫條件下，一般7天時間尿素可全部被酶解，轉化為銨態氮。根據土壤脲酶活性研究得知，表層土壤的脲酶活性是15毫米以下的心土層脲酶活性的4倍以上，所以尿素表層追施5天就會全部被酶解轉化為銨態氮，大量的銨態氮形成作物來不及全部吸收，轉化為氨態氮揮發到大氣中而損失掉。我國的尿素氮素利用率僅有35％左右，而65％的氮素損失掉，這不僅造成能源的浪費，還造成生態環境的汙染。目前提高尿素利用率的研究是世界各國科學家的普遍關注的問題，基本上有三種途徑，一是在尿素中加入脲酶抑制劑，如酚類單一氰醌，用後期噴淋辦法，但其加入量比較大，成本高；二是在尿素中加入硝化抑制劑，因其銨態氮有30％左右轉化為硝態氮而造成淋溶損失，結果不如加入脲酶抑制劑效果好；三是採用包被技術，多採用硫磺包被尿素、甲尿素、丁稀叉二脲等，其增產效率不高，易迅速溶解。以上三種途徑均存在單一使用、成本高、推廣難度大的問題。
為了克服上述不足，本發明的目的是提供一種節省能源、降低成本、增產效果好的複合型長效尿素及其生產工藝和專用設備。
本發明的目的是這樣實現的按重量比計，由氨穩定劑1份和脲酶抑制劑0.1～0.2份組成添加劑，再與尿素混合，其混合比例為0.3～0.8∶100；所述氨穩定劑為氰胺類中單氰胺、二氰二胺或三聚氰胺；所述脲酶抑制劑為苯酚類中鄰苯二酚、對苯二酚或對苯醌；其生產工藝為所述添加劑以固體形式加入，即在生產流程中以70％尿素溶液或尿素熔液為溶劑，溶解並在造粒前加入所述添加劑；其專用設備是在常規尿素設備中增加了定量加料裝置、溶解槽、輸出計量泵，其中溶解槽分別通過管路與定量加料裝置、閃蒸槽、尿液槽從其上部相連，其底部與計量泵管路相連，所述計量泵還通過管路接至閃蒸槽、尿液槽、一段蒸發器；所述定量加料裝置由電動葫蘆、上料鬥、貯料槽、加料器組成，其中所述貯料槽為內有隔板的鬥形容器，其底部鬥形埠內置有由可控變頻控制的加料器，所述加料器為表面帶有凹槽的轉軸，通過其上的減速機和電機與一用計算機控制的變頻調速器相連；所述加料器和溶解槽可直接相連，亦可通過壓縮空氣吹管相連；在所述溶解槽和計量泵之間可設有尿液貯槽。
本發明具有如下優點1．本發明集氨穩定、硝化抑制、脲酶抑制為一體，在尿素顆粒內分布均勻，改變了以往只在顆粒表面存在抑制劑的現狀；另外，其生態效益顯著，經濟投入低，易機械施肥，有利於推廣工作展開；通過與德國SKW公司產品(均為單一添加劑法)對比和文獻檢索發現等氮量可增產4.5％～8.7％。
2．本發明採用的氨穩定、脲酶抑制和硝化抑制作用產生交互作用，複合性好，可減少N2O和亞硝態氮的形成量。
3．本發明生產工藝合理，可操作性強。
4．本發明中所述添加劑理化性狀穩定。①本發明的肥效期長達100～120天，比普通尿素長2倍；②本發明的氮素利用率可增至42％，比普通尿素提高8個百分點；③本發明在等氮量施肥條件下，在大田、水果和蔬菜等作物上可增產10～20％；④在相同產量的條件下，施用本發明可減少施肥量20％～25％；⑤本發明可作基肥一次性施入，免去追肥工序，氮肥的釋放量與作物需肥量基本能達到同步。
5．本發明能減少環境汙染。氮素在土壤中的轉化進程中主要形成兩種有害物質一種是氧化亞氮，它的年形成量約為尿素施用量的3.4％～4.0％，氧化亞氮是破壞臭氧層的主要溫室氣體之一，根據280天的田間測定，本發明由於含氨穩定劑，可減少氧化亞氮的排放量18％～70％；氮素在土壤中的另一種轉化形式是形成硝態氮，它能汙染地下水，能在葉菜類植物的莖葉內大量累積，是一種較強的致癌物質，而本發明加入的氨穩定劑有一個(-CN)氰基是一種較強的硝化抑制劑，可以延緩亞硝態氮形成的時間和數量。
6．本發明在生產過程中能與普通尿素生產工藝相匹配，減少投資，縮短技改時間，實現工業化生產。
7．本發明所採用添加劑呈納米級分散。實驗室模擬試驗表明，在一段蒸發尿液1 36℃的高溫條件下，本發明採用的添加劑用量1％時，在2～3秒時間內全部熔融；當量增至3％時，在7～8秒時間內可與尿液全部熔融，溫度僅降低2℃。所述添加劑皆為有機化合物，可以與不同比例在尿液中進行熔融，使其形成70～300μm的納米級分散，通過一段和二段蒸發可以達到均勻的程度，從而增加了尿素的穩定性，減少添加劑的添加量，降低了尿素成本。通過室內模擬試驗，對本發明產生的少量氣體作火焰試驗，證明不產生可燃氣體，生產安全可靠；又測定使整個生產系統參數穩定，不增加產品的縮二脲和水分的含量，產品質量可以得到保證。
8．本發明中所述添加劑能與尿素形成共結晶體。本發明中添加的氨穩定劑和脲酶抑制劑如氰醌和二氰二胺都是無定型形態的有機化合物，而尿素也是一種無酸根肥料的有機化合物，三者在一定溫度條件下熔融為一體不會改變其各自的理化特性，通過測試分析看出，其添加量與可檢測量幾乎沒有改變，說明沒有新化合物形成；氰醌添加劑與尿素形成共結晶體後，三種化合物的排序，可能是有序排列，也可能是隨機分布，但都形成一種納米網絡排列，與常規單一質的尿素不同，存在著臨界效應，這種臨界效應就是改變尿素性質的重要依據。測定觀察結果表明，所述添加劑與尿素有兩種結合形態，即納米顆粒鑲嵌狀態存在於尿素結晶體的界面；另一種呈納米顆粒填充在尿素結晶體的內部，這種含有氰醌添加劑的尿素具有長效性和穩定性。
9．本發明實現了尿素的改性，增加了尿素在土壤中的穩定性。本發明所採用的氰醌還是一種較理想的脲酶抑制劑，室內模擬試驗效果抑制率高達67％，由於控制了添加劑用量，使脲酶活性得到部分抑制，在15天以後開始分解，不會影響作物苗期對氮素的需求。而二氰二胺是一種氨穩定劑，當尿素分解成(NH+4)銨態氮後，二氰二胺分子中含有仲銨(=NH)和伯銨(-NH2)能與離子銨所轉化生成的部分分子氨產生氫鍵締合團簇作用，從而能起到尿素分解形成的銨態氮在土壤中的穩定作用。在土壤水分和溫度條件適宜的情況下，在硝化細菌和亞硝化細菌的作用下，使銨態氮轉化為硝態氮，由於二氰二胺分子中的氰基(-CN)是一個較強的硝化抑制劑，可以減緩土壤中硝態氮的形成時間和數量，所以本發明添加劑的選擇可以實現尿素的改性。
圖1為本發明專用設備結構示意圖。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例1在甘肅省某化工廠實驗，通過實驗田對小麥實驗按重量比計，由單氰胺1份和鄰苯二酚0.1份組成添加劑，再與尿素混合，其混合比例為0.3∶100；生產工藝與現有技術不同之處在於所述添加劑以固體形式加入，即在生產流程中以70％尿素溶液或尿素熔液為溶劑，溶解並在造粒前加入所述添加劑；本發明生產工藝過程如下(1)從閃蒸槽5輸入尿液到溶解槽2中，尿液在溶解槽2的溫度在80℃以上，尿液含水量在30％左右；(2)以固體形式向溶解槽2投所述添加劑。開動加料器14，向溶解槽2投入所述添加劑同時打開吹風閥門，其轉速通過計算機用變頻控制器來調節，60分鐘後停止加料器14，停止向溶解槽2內投入所述添加劑。
(3)開計量泵3，向系統投入所述添加劑，在溶解槽2內已經按要求匹配配製1m3的含所述添加劑的尿素溶液時，啟動計量泵3，把配置好的尿液打入一段蒸發器6中；並同時啟動定量加料裝置1，用閥門控制使其進液量與計量泵3輸出量達到同步；(4)用蒸汽將尿液溫度提至130～140℃後進入二段蒸發分離器，分離後的氣相升壓送至二段蒸發表面冷卻器，二段蒸發分離的尿液濃度為99.5％，使所述添加劑通過溶解均勻分布在尿液中；(5)將這種尿液由尿液泵加壓送至造粒塔頂圓錐形造粒噴頭，含所述添加劑的熔融尿素經造粒頭分散成1～2.5mm的液滴向下噴灑，在塔內降落過程中固化，形成尿素圓形顆粒；所述複合型長效尿素的專用設備，在常規尿素設備中增加了定量加料裝置、溶解槽、輸出計量泵，其中溶解槽2分別通過管路與定量加料裝置1、閃蒸槽5、尿液槽4從其上部相連，其底部與計量泵3管路相連，所述計量泵3還通過管路接至閃蒸槽5、尿液槽4、一段蒸發器6；所述定量加料裝置1由電動葫蘆11、上料鬥12、貯料槽13、加料器14組成，其中所述貯料槽13為內有隔板的鬥形容器，其底部鬥形埠內置有由可控變頻控制的加料器14，所述加料器14為表面帶有凹槽的轉軸，通過其上的減速機和電機與一用計算機控制的變頻調速器相連；所述加料器14和溶解槽2通過壓縮空氣吹管15相連。
本發明的工作過程是當來自閃蒸槽5的具有上述比例的尿液進入溶解槽2的同時，將所述添加劑按所述比例通過定量加料裝置1輸入溶解槽2，溶解添加劑和尿液，再通過計量泵3將其熔融母液打入一段、二段蒸發器，使含添加劑的熔融母液與尿素充分融合，造粒，包裝。
其實施結果表明本發明為淺褐色球形顆粒，與尿素相比，等氮量可增產20％，等產量可節肥25％，可一次基施，免除多次追肥工序，相對普通尿素，氮素利用率可提高8個百分點。通過實驗田，與普通尿素相比小麥的增產幅度為16.0％。
本發明的小麥田間試驗增產效果如表1所示表11．本發明對春小麥的增產結果
2．本發明對地膜冬小麥的增產效果
實施例2與實施例1不同之處在於按重量比計，由二氰二胺1份和對苯二酚0.2份組成添加劑，再與尿素混合，其混合比例為0.8∶100；所述複合型長效尿素的專用設備，所述加料器14和溶解槽2直接相連；在所述溶解槽2和計量泵3之間設有尿液貯槽。
本發明的工作過程是來自閃蒸槽5的尿液一部分直接送入溶解槽2與來自定量加料裝置1的所述添加劑溶解後，經計量泵3控制，再與另一部分經尿液槽4的尿液結合後打入一、二段蒸發器。
通過實驗田，與氰醌長效尿素相比玉米的增產幅度為13.0％，等產量可節肥22％。
本發明的玉米田間試驗增產效果如表2所示表21．本發明對玉米的增產結果
2．本發明對地膜玉米的增產效果
實施例3與實施例1不同之處在於按重量比計，由三聚氰胺1份和苯醌0.12份組成添加劑，再與尿素混合，其混合比例為0.6∶100；通過實驗田，與氰醌長效尿素相比水稻的增產幅度為15.0％，等產量可節肥22％本發明的水稻田間試驗增產效果如表3所示表3
實施例4與實施例1不同之處在於按重量比計，由二氰二胺1份和對苯二酚0.17份組成添加劑，再與尿素混合，其混合比例為0.4∶100；通過實驗田，與氰醌長效尿素相比甜菜的增產幅度為17.0％，等產量可節肥24％。
本發明的甜菜田間試驗增產效果如表4所示表4
權利要求
1．一種複合型長效尿素，其特徵在於按重量比計，由氨穩定劑1份和脲酶抑制劑0.1～0.2份組成添加劑，再與尿素混合，其混合比例為0.3～0.8∶100。
2．按照權利要求1所述複合型長效尿素，其特徵在於所述氨穩定劑為氰胺類中單氰胺、二氰二胺或三聚氰胺；所述脲酶抑制劑為苯酚類中鄰苯二酚、對苯二酚或對苯醌。
3．一種按照權利要求1所述複合長效尿素的生產工藝，其特徵在於所述添加劑以固體形式加入，即在生產流程中以70％尿素溶液或尿素熔液為溶劑，溶解並在造粒前加入所述添加劑。
4．一種按照權利要求1所述複合型長效尿素的專用設備，其特徵在於在常規尿素設備中增加了定量加料裝置、溶解槽、輸出計量泵，其中溶解槽(2)分別通過管路與定量加料裝置(1)、閃蒸槽(5)、尿液槽(4)從其上部相連，其底部與計量泵(3)管路相連，所述計量泵(3)還通過管路接至閃蒸槽(5)、尿液槽(4)、一段蒸發器(6)。
5．按照權利要求4所述複合型長效尿素的專用設備，其特徵在於所述定量加料裝置(1)由電動葫蘆(11)、上料鬥(12)、貯料槽(13)、加料器(14)組成，其中所述貯料槽(13)為內有隔板的鬥形容器，其底部鬥形埠內置有由可控變頻控制的加料器(14)，所述加料器(14)為表面帶有凹槽的轉軸，通過其上的減速機和電機與一用計算機控制的變頻調速器相連。
6．按照權利要求5所述複合型長效尿素的專用設備，其特徵在於所述加料器(14)和溶解槽(2)可直接相連，亦可通過壓縮空氣吹管(15)相連。
7．按照權利要求5所述複合型長效尿素的專用設備，其特徵在於在所述溶解槽(2)和計量泵(3)之間可設有尿液貯槽。
全文摘要
本發明涉及一種複合型長效尿素及其生產工藝和專用設備。按重量比計,由氨穩定劑1份和脲酶抑制劑0.1～0.2份組成添加劑,再以0.3～0.8∶100的比例與尿素混合;其生產工藝是添加劑以固體形式加入;其專用設備是在常規尿素設備中增加了定量加料裝置、溶解槽、輸出計量泵,其溶解槽分別與定量加料裝置、閃蒸槽、尿液槽從其上部相連,其底部與計量泵管路相連,計量泵還接閃蒸槽、尿液槽、一段蒸發器。本發明節省能源、成本低、增產效果好。
文檔編號C05G3/08GK1314329SQ0011023
公開日2001年9月26日 申請日期2000年3月22日 優先權日2000年3月22日
發明者張志明, 李欣, 張德生 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所