專利名稱：一種類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化肥技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合肥料，尤其是一種類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料(XNH4HCO3·YKHCO3)及其制造方法。
背景技術(shù)：
碳酸氫銨是我國自力更生發(fā)展起來的民族工業(yè)產(chǎn)品。隨著社會的發(fā)展，作為穩(wěn)定性較差的單一養(yǎng)分化肥品種已經(jīng)不能完全適應(yīng)市場的需要。近年來，我國的化肥行業(yè)競相研制了以碳銨為基肥的復(fù)混肥料，旨在克服上述缺陷。但由于這種以物理方法加工而成的復(fù)混肥料摻合不均勻，擠壓造粒過程中有一定的熱量產(chǎn)生，會使碳銨分解而造成氨的損失，加之肥料的混合效應(yīng)，潮濕氣候較易吸濕等缺點，仍然不能奏效。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料及其生產(chǎn)方法，本發(fā)明利用碳酸氫銨和碳酸氫鉀可以類質(zhì)同像的特性，對碳酸氫銨改性，生產(chǎn)植物需要的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料。這種復(fù)合肥料穩(wěn)定性、養(yǎng)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(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)。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(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 一種類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料，其特征在于，制得的該鉀碳銨混晶復(fù)合肥料的分子式為NH4HCO3·0.25KHCO3或NH4HCO3·0.125KHCO3。
上述類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料的制備方法，其特征在于，該方法利用碳化法生產(chǎn)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(nèi)，加入稀氨水配制成溶液，使得配制成的溶液中K+≥100克/升，而后用鉀液泵將溶液打入鉀液貯壇內(nèi)，與母液、稀氨水共同制備濃氨水，濃氨水儲壇溶液最終控制的指標(biāo)生產(chǎn)NH4HCO3·0.25KHCO3時，K+％＝8.46-8.90，氨水濃度＝14.95％-15.50％；生產(chǎn)NH4HCO3·0.125KHCO3時，K+％＝5.1-5.6，氨水濃度＝15.5-16.0％；冬夏季可作適當(dāng)調(diào)整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而后在碳化塔內(nèi)利用變換氣中的二氧化碳進(jìn)行共碳化，過飽和后可生成鉀碳銨混晶復(fù)合肥料，其余操作同碳化法生產(chǎn)碳酸氫銨工藝。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明帶來的技術(shù)效果是 1.現(xiàn)有技術(shù)只能生產(chǎn)碳酸氫銨，本發(fā)明可以生產(chǎn)含鉀碳銨。產(chǎn)品由單一養(yǎng)分變成了多種養(yǎng)分。根據(jù)“碳基營養(yǎng)計量”的觀點，作物及土壤缺乏碳營養(yǎng)是當(dāng)前的主要矛盾，充分利用二氧化碳制造碳氮比高的商品化學(xué)肥料是減少二氧化碳排放、緩解溫室效應(yīng)的開發(fā)方向?；瘜W(xué)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(jù)慧聰網(wǎng)化工行業(yè)頻道報道從2003年開始，美國的科學(xué)家們開始對中國特有的化肥-碳酸氫銨利用二氧化碳的機(jī)理產(chǎn)生了極大的興趣，并認(rèn)為它有可能是在用的最好的吸收碳的載體。但最初研制的碳酸氫銨80％揮發(fā)了，我國歷經(jīng)40多年的技術(shù)改造，投入科研力量2萬人，現(xiàn)在生產(chǎn)上的節(jié)能、大顆粒的造顆上取得成果，但在控制揮發(fā)上一直沒有取得太大進(jìn)展。申請人作過鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.25KHCO3與同種養(yǎng)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(zhì)的穩(wěn)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(chǎn)品的穩(wěn)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(fā)達(dá)國家還將其作為殺蟲劑使用，所以本發(fā)明制備的產(chǎn)品可作為藥肥施用。
4.以碳酸氫銨為基礎(chǔ)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(chǎn)生，造成氨損失。加之肥料的混合效應(yīng)，潮濕氣候易吸潮分解。以本發(fā)明制備的產(chǎn)品作為基礎(chǔ)肥料的混配肥料，可以減少氨損失。
5.氮、鉀復(fù)合肥料，可以更有效的促進(jìn)作物增產(chǎn)。重要的是氮鉀復(fù)合肥料使用效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單施氮肥的效果。浙江省農(nóng)科院的試驗表明，在一定量磷肥的基礎(chǔ)上，氮鉀肥配合比單施氮肥有顯著的增產(chǎn)效果，在氮肥用量高時，氮鉀配合施用尤為重要。
圖1是本發(fā)明的制備方法工藝簡圖。
以下結(jié)合附圖和本發(fā)明的原理對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思利用我國傳統(tǒng)的碳化法生產(chǎn)碳酸氫銨工藝，在吸收工段的濃氨水儲槽中，補(bǔ)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制成碳酸氫鉀，但要增加較多的設(shè)備)，而后在碳化塔內(nèi)利用變換氣中的二氧化碳進(jìn)行共碳化，鑒于鉀離子和銨離子可以互相置換，溶液過飽和后可生成XNH4HCO3·YKHCO3，其中，X＝1，Y＝0.25或O.125。俗稱鉀碳銨混晶復(fù)合肥料。
鉀碳銨混晶復(fù)合肥料可制備的種類繁多，本發(fā)明以NH4HCO3·0.25KHCO3和NH4HCO3·0.125KHCO3這兩種分子式的制造鉀碳銨混晶復(fù)合肥料的工藝進(jìn)行描述。根據(jù)申請人所作的檢索，目前國內(nèi)外尚沒有這種復(fù)合肥料。
一.本發(fā)明的理論基礎(chǔ) 1.碳酸氫銨與碳酸氫鉀化學(xué)性質(zhì)近似，均為酸式鹽、單斜晶型，構(gòu)成酸式鹽的陽離子NH4+和K+，其半徑分別為
和
兩者小于15％，符合生成完全類質(zhì)同像的三個必要條件，因此可以制備的鉀碳銨復(fù)合肥料的種類繁多。
2.可以利用碳化法生產(chǎn)碳酸氫銨工藝，在碳化塔內(nèi)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(jìn)行共碳化。
二.本發(fā)明的化工計算 (一)復(fù)合肥料的原料消耗計算 1.生產(chǎn)1000千克NH4HCO3·0.25KHCO3復(fù)合肥料的原料消耗化學(xué)反應(yīng)方程式如下 NH3+H2O+CO2＝NH4HCO3(1) K2CO3+CO2+H2O＝2KHCO3 (2) 為了得到NH4HCO3·0.25KHCO3的復(fù)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(chǎn)1噸NH4HCO3·0.25KHCO3消耗的K2CO3量等于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(chǎn)1噸NH4HCO3·0.25KHCO3復(fù)合肥料需消耗氨163.5千克，折合NH4+＝173.1千克。
2.生產(chǎn)1000千克NH4HCO3·0.125KHCO3復(fù)合肥料的原料消耗化學(xué)反應(yīng)方程式如下； NH3+H2O+CO2＝NH4HCO3(1) K2CO3+CO2+H2O＝2KHCO3 (2) 為了得到NH4HCO3·0.125KHCO3復(fù)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(chǎn)1噸NH4HCO3·0.125KHCO3復(fù)合肥料消耗的K2CO3量等于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(chǎn)1噸NH4HCO3·0.125KHCO3復(fù)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(biāo) 1.生產(chǎn)NH4HCO3·0.25KHCO3 1)根據(jù)氨水-二氧化碳結(jié)晶像圖，必須保證氨水濃度在15％左右才能保證產(chǎn)品全部生成碳酸氫銨。否則會有其它銨鹽生成，這些銨鹽并不能與碳酸氫鉀類質(zhì)同像同晶。
2)原合格濃氨水含氨為15％以上，取16.4％作為基準(zhǔn)，即1000克溶液中含164克氨，添加93.75克鉀離子以后，兩種介質(zhì)的濃度分別為 顯而易見，上述指標(biāo)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(chǎn)鉀碳銨的新工藝，濃氨水指標(biāo)變化為 K+％＝8.57 NH3％＝15.O(折合NH4+％＝15.88) 4)對比構(gòu)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(biāo) 只所以產(chǎn)生這樣的差距，新的操作指標(biāo)是在原碳酸氫銨的基礎(chǔ)上套用的參考指標(biāo)，并不一定與鉀碳銨的生產(chǎn)實際消耗指標(biāo)完全吻合，如果能夠?qū)彼笜?biāo)適當(dāng)修正，達(dá)到既不影響碳酸氫銨的生成，又不做大的調(diào)整.那么將銨離子指標(biāo)調(diào)整為即氨水濃度為14.95％，那么按照新操作指標(biāo)兩者的
值幾乎完全一致。
2.生產(chǎn)NH4HCO3·O.125KHCO3 1)根據(jù)氨水-二氧化碳結(jié)晶像圖，必須保證氨水濃度在15％左右才能保證產(chǎn)品全部生成碳酸氫銨。否則會有其它銨鹽生成，這些銨鹽并不能與碳酸氫鉀類質(zhì)同像同晶。
2)原合格濃氨水為15％以上，取16.4％作為基準(zhǔn)，即1000克溶液中含164克氨，添加53.28克鉀離子以后，兩種介質(zhì)的濃度分別為 顯而易見，上述指標(biāo)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(chǎn)鉀碳銨的新工藝，濃氨水指標(biāo)變化為 K+％＝5.06 NH3％＝15.0(折合NH4+％＝15.88) 4)對比構(gòu)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(biāo) 只所以產(chǎn)生這樣的差距，新的操作指標(biāo)是在原碳酸氫銨的基礎(chǔ)上套用的參考指標(biāo)，并不一定與鉀碳銨的生產(chǎn)實際消耗指標(biāo)完全吻合，如果能夠?qū)彼笜?biāo)適當(dāng)修正，達(dá)到既不影響碳酸氫銨的生成，又不做大的調(diào)整.那么將銨離子指標(biāo)調(diào)整為即氨水濃度為15.53％，按照新操作指標(biāo)兩者的
值完全一致。
結(jié)論 1.生產(chǎn)NH4HCO3·0.25KHCO3復(fù)合肥料 (1)產(chǎn)品NH4HCO3·0.25KHCO3復(fù)合肥料的消耗定額 鉀離子消耗定額93.75千克/噸產(chǎn)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(chǎn)品NH4HCO3·0.25KHCO3復(fù)合肥料的實際操作指標(biāo) 濃氨水的鉀離子指標(biāo)8.46％-8.90％ 濃氨水的氨含量指標(biāo)14.95％-15.50％(冬夏季可作適當(dāng)調(diào)整) 濃氨水的二氧化碳指標(biāo)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后，容易引起氨的揮發(fā)，所以本指標(biāo)也可適當(dāng)提高到75-90毫升/毫升。
(3)產(chǎn)品出廠質(zhì)量指標(biāo) 產(chǎn)品名稱鉀碳氨 化學(xué)表達(dá)式NH4HCO3·0.25KHCO3 物理形態(tài)白色顆粒結(jié)晶 養(yǎng)分含量N％≥12.5；KO2％≥12.5；CO2％≥50 水分含量H2O％≤3.0 2.生產(chǎn)NH4HCO3·0.125KHCO3復(fù)合肥料 (1)產(chǎn)品NH4HCO3·0.125KHCO3復(fù)合肥料的消耗定額 鉀離子消耗定額53.28千克/噸產(chǎn)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(chǎn)品NH4HCO3·0.125KHCO3的實際操作指標(biāo) 濃氨水的鉀離子指標(biāo)5.1％～5.6％ 濃氨水的氨含量指標(biāo)15.5％～16.0％(冬夏季可作適當(dāng)調(diào)整) 濃氨水的二氧化碳指標(biāo)可維持原70毫升/毫升～80毫升/毫升不變?？紤]到加入碳酸鉀或氫氧化鉀以后，容易引起氨的揮發(fā)，所以本指標(biāo)也可適當(dāng)提高到75毫升/毫升～90毫升/毫升。
(3)產(chǎn)品出廠質(zhì)量指標(biāo) 產(chǎn)品名稱鉀碳銨 化學(xué)表達(dá)式NH4HCO3·0.125KHCO3 物理形態(tài)白色顆粒結(jié)晶 養(yǎng)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(chǎn)品的養(yǎng)分質(zhì)量均符合ZBG21002-87國家復(fù)混肥標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明是一種用化學(xué)方法加工成的氮、鉀復(fù)合肥料。產(chǎn)品的商品名稱為鉀碳銨，學(xué)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于1∶1的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料NH4HCO3·KHCO3，含N％＝7.82，K2O％＝26.26，適合于煙草等經(jīng)濟(jì)作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等于1∶0.5的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.5KHCO3，含N％＝10.85，K2O％＝18.22，適合于水果、蔬菜等高鉀需求作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等于1∶0.25的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.25KHCO3，含N％＝12.5，K2O％＝12.5，適合于一般的經(jīng)濟(jì)作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等于1∶0.125的鉀碳銨混晶NH4HCO3·0.125KHCO3，含N％＝14.8，K2O％＝6.0，適合于水稻、小麥、玉米等糧食作物；碳酸氫銨與碳酸氫鉀摩爾比等于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(nóng)用碳酸氫銨國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
實現(xiàn)發(fā)明的最好實現(xiàn)方式見工藝流程圖(附圖1) 本說明書以生產(chǎn)NH4HCO3·0.25KHCO3產(chǎn)品為例，生產(chǎn)NH4HCO3·0.125KHCO3與NH4HCO3·0.25KHCO3產(chǎn)品工藝相同，只是生產(chǎn)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(chǎn)碳酸氫銨的設(shè)備包括碳化主塔1、預(yù)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(jī)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(yè)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(nèi)，溶劑來自稀氨水儲壇13的稀氨水，配制成的溶液中K+≥100克/升，而后用鉀液泵18將溶液打入鉀液貯壇19內(nèi)，與來自母液儲壇11的母液和稀氨水儲壇13的稀氨水共同制備濃氨水。濃氨水儲壇11內(nèi)的溶液最終控制指標(biāo)K+％＝8.46-8.90，氨水濃度＝14.95-15.50％，冬夏季可作適當(dāng)調(diào)整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而后在碳化塔內(nèi)利用變換氣中的二氧化碳進(jìn)行共碳化，過飽和后可生成鉀碳銨混晶復(fù)合肥料，其余操作同碳化法生產(chǎn)碳酸氫銨工藝。
權(quán)利要求
1.一種類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料，其特征在于，制得的該鉀碳銨混晶復(fù)合肥料的分子式為X NH4HCO3·Y KHCO3，其中X＝1，Y＝0.25或0.125。
2.權(quán)利要求1所述的類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料的制備方法，其特征在于，該方法利用碳化法生產(chǎn)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(nèi)，加入稀氨水配制成溶液，使得配制成的溶液中K+≥100克/升，而后用鉀液泵將溶液打入鉀液貯壇內(nèi)，與母液、稀氨水共同制備濃氨水，濃氨水儲壇溶液最終控制的指標(biāo)生產(chǎn)NH4HCO3·0.25KHCO3時，K+％＝8.46-8.90，氨水濃度＝14.95％-15.50％；生產(chǎn)NH4HCO3·0.125KHCO3時，K+％＝5.1-5.6，氨水濃度＝15.5-16.0％；冬夏季可作適當(dāng)調(diào)整，二氧化碳＝75-90毫升/毫升，而后在碳化塔內(nèi)利用變換氣中的二氧化碳進(jìn)行共碳化，過飽和后可生成鉀碳銨混晶復(fù)合肥料，其余操作同碳化法生產(chǎn)碳酸氫銨工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種類質(zhì)同像合成的鉀碳銨混晶復(fù)合肥料及其生產(chǎn)方法，利用碳化法生產(chǎn)碳酸氫銨工藝，將濃氨水中加入氫氧化鉀(或碳酸鉀)，而后在碳化塔內(nèi)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(jìn)行共碳化，最終得到學(xué)名X個碳酸氫銨合Y個碳酸氫鉀的鉀碳銨混晶復(fù)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(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)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