脲甲醛缓释肥料的制备

表３含氨蒸汽回收系统增加设备
设备躬称 循环泵 填料塔 规格 流量１２．５ｍ３／ｈ．扬程２０ｍ，电机功率３．０ ｋｗ 台数
１
５０１１×１０－４＝５１７．８刀兀。
２）电费运行中每小时消耗电７８．５ ｋＷ，以 年运行３００ ｄ、电费０．６元／ｋＷ・ｈ计，年消耗电的 费用：７８．５×２４×３００Ｘ０．６×１０－４＝３３．９万元。 ３）ＮａＯＨ费用以２００８年消耗为基准，全 年共消耗液碱ｌ
［收稿日期］２０１０一ｌｌ一２４ ［作者简介］张文辉（１９６４一），男，河南西华人，高级工程师。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｉｅｈａｎ３２７＠１２６．ｃｏｎａ
万方数据
２０１１年
第２６卷第２期
张文辉等
脲甲醛缓释肥料的制备
・１３・
７．５的磷酸缓冲溶液中可溶解的氮和不溶解的氮。 ＡＯＡＣ提ｆｎ利用ＡＩ值，即产物的可利用指数来
ｐｒｏｃｅｓｓ
ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ｕｒｅａ—ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｔｈｅ ｐＨ ｏｆ
ａｒｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ：ｎ（ｕ）／ｎ（Ｆ）ｏｆ
１．３，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ
７．０—７．５ ｗｉｔｈ ａｌｋａｌｉｎｅ ｉｎ ｏｆ ４０ ｏＣ．ｒｅａｃｔｉｏｎ ＡＩ ｏｆ ５５．２６％，ｔｈｅ
ｈｙｄｒｏｘｙｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐＨ ｏｆ３．０—３．５ ｔｉｍｅ ｏｆ １．５ ｈ。ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ
３．３ ｈ。
化钠、磷酸，均为丁业品。
５００
ｍＬ三口烧瓶，电动搅拌器，恒温水浴锅，
温度计，分析天平，定氮仪（ＫＤＮ一０８Ａ），真空抽 滤装置。 ４．２实验步骤 在装有电动搅拌器的５００ ｍＬ三口烧瓶中加入
９８．８
ｇ尿素、１９７．６ ｍＬ水，置于恒温水浴中，启动
搅拌器，当升温至４０℃时，加入一定量ＮａＯＨ溶 液调节ｐＨ值呈弱碱性，加入１００ ｇ甲醛水溶液， 反应１．５ ｈ；加入一定量Ｈ３Ｐ０。溶液调节ｐＨ值旱酸 性，温度保持４０℃不变，反应１．５ ｈ后终止反应， 抽滤，将部分滤饼置于９０℃烘箱中烘干２ ｈ。采用 ＡＯＡＣ制定的标准测定产品活性指数‘“，分析实验 结果，得到制备脲甲醛肥料的适宜丁艺条件。 分别取在适宜Ｔ艺条件下得到的产品适量，于
ｒａｔｅ
ｗｉｔｈ ａｃｉｄ ｉｎ ｍｅｔｈｙｌｅｎａｔｉｏｎ．ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ＡＯＡＣ． ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ９０ ｏＣ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ａｒｅ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｏｆ ６７．６７％．Ｔｈｅｓｅ
ＨＣＨＯ＋Ｈ２ＮＣＯＮＨ２—＿Ｈ：ＮＣＯＮＨＣＨ２０Ｈ（一羟甲基脲）；（１）
ＨＣＨＯ＋Ｈ２ＮＣＯＮＨＣＨ２０Ｈ———’ＨＯＣＨ２ＮＨＣＯＮＨＣＨ２０Ｈ。
（２）
（二羟甲基脲）
２）亚甲基化反应在酸性条件下，羟甲基脲 与过量的尿素反应，生成甲叉二脲和二甲叉三脲， 甲叉二脲和二甲叉ｉ脲继续与羟甲基脲反应，生成 聚合度更高的聚甲叉脲。该阶段为放热反应。
满足ｐＨ，值在７～１０范同内，ｐＨ２值控制为３～５。 ４制备脲甲醛的实验研究
４．１
衡量氮的有效利用率，并规定ｍ值不得低于４魄““。
ＡＩ＝［（ＷＷＩＮ一埘讯州）／加砌］×１００％。
实验原料和仪器 尿素、甲醛（Ｗ（ＨＣＨＯ）３８％水溶液）、氢氧
３制备脲甲醛反应条件的选择 脲甲醛缓释肥料是不同聚合度的聚甲叉脲的混 合物“。聚甲叉脲的聚合度越高，越不容易分解， 缓释性越高，肥效期越长；反之，缓释性越低，肥 效期越短。尿素和甲醛原料配比ｎ（Ｕ）／ｎ（Ｆ）、 反应体系酸碱度、反应温度和反应时间都会影响脲 甲醛肥料的缓释性等物理性质，因此首先确定制备 脲甲醛的反应条件。 ３．１尿素一甲醛的摩尔比 在尿素一甲醛的摩尔比ｎ（Ｕ）／ｎ（Ｆ）＞２的情 况下生成全水溶性产品（甲叉二脲和二甲叉ｉ脲）； 在ｎ（Ｕ）／ｎ（Ｆ）为ｌ～２时，得到大部分不溶于 水的脲甲醛肥料；在ｎ（Ｕ）／ｎ（Ｆ）＜１时，生成 不溶于水的高分子量树脂产物。６，８ Ｊ。生产脲甲醛肥料 适宜的尿素一甲醛的摩尔比介于１．２—１．５。ｎ（Ｕ）／ ｎ（Ｆ）太高，肥料中聚合度低的聚甲叉脲比例较 高，导致肥料释氮速度较快，从而氮的利用率降 低；ｎ（Ｕ）／ｎ（Ｆ）太低，肥料中聚甲叉脲的聚合 度较高，肥料释氮速度过慢．肥效期过长。本实验 中尿素一甲醛的摩尔比选择１．３。 ３．２反应温度和时间 第一步反应的温度控制在４０—７０℃较合适”１， 为降低能耗，本实验选择４０℃反应１．５ ｈ；第二步 反应的温度维持在３０～５０℃为宜曲。，本实验选择 ４０℃反应１．５
８０、９０、１００、１ １０
ｏＣ条件下各烘干２ ｈ，测定产品
活性指数，比较获得产品较佳的烘干温度。 ５结果和讨论 ５．１产品合成工艺 合成反应条件见表１，ｐＨ值对产品ＡＩ值及氮 转化率的影响结果见表２。
表１合成反应条件
。（Ｕ）／ｎ（Ｆ）尿素／甲醛／蒸馏水／堑！！垦丝垦查翌里茔丝垦！里
１．３
９８．８ １００
４０℃，反应时间为１．５ ｈ；产品烘干温度为９０℃。在此条件下得到产品活性指数ＡＩ＝５５．２６％，氮的转化率６７．６７％，
达到了ＡＯＡＣ制定的指标要求。 ［关键词］脲甲醛缓释肥；制备；工艺条件 ［中图分类号］ＴＱ４４９＂．１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００７—６２２０（２０１１）０２—００１２—０３
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｒｅａ－－ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｓｌｏｗ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎ—ｈｕｉ．ＷＥｌ Ｃｈａｎ。ＧＵ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｓｈｏｕ—ｙｕ ｓｌｏｗ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｏｐｔｉｍｕｍ
１９７．６
４０
１．５
４０
１．５
ｐＨ值 羟甲基化反应在碱性条件下进行，ｐＨ。值为
实验
表２
ｐＨ值对产品ＡＩ值和氮转化率的影响
皿甲基化反应
Ｖ（Ｈ３Ｐ０４）／ｍ１．ｐＨ２
羟甲堆化反应
序号Ｖ（ＮａＯＨＶｍｌ。ｐＨ
ＡＩ／％氮的转 化率／％
７～１０较合适，ＮａＯＨ、ＫＯＨ和Ｎａ２Ｃ０３等均可用于 调节该阶段的ｐＨ值，本实验中采用ＮａＯＨ。亚甲 基化反应的ｐＨ：值控制为３～５为宜，可选用磷酸、 硫酸、盐酸等调节，由于磷酸可提供作物必需的 磷，故本实验选用磷酸调节第二阶段的ｐＨ值‘“。 实验中以一定浓度的酸碱溶液来控制体系的ｐＨ 值，通过单因素实验，考察ｐＨ值对反应的影响。 本实验中ＮａＯＨ溶液的配比为２
（１％一０．００１％×１７／１４）Ｘ ６０×２４×３００Ｘ ８０％＝３４５２ｔ。
冷凝液中养分的回收，不但增加了工厂的经济 效益，而且减少了环境污染，具有很好的社会效益。
［参考文献］
［１］杨翠彦．石灰焦引进Ａｓ循环工艺与操作［Ｊ］．河北冶金，２０００
（６）：２８—３１．
年回收氨的效益为：
（上接第１３页） 的活性指数和氮的转化率影响较为显著，在同一 ｐＨ。值下，ｐＨ：值为３．０—３．５时产品活性最高，而 在同一ｐＨ：值下，ｐＨ。值为７．０～７．５时产品活性最 高；当ｐＨ。值为６．５～７．０、ｐＨ２值为３．０—３．５时氮 的转化率最高，但此条件下得到的产品活性不是最 高。由于母液可循环利用，实验更注重考察活性指 数。因此，综合考虑，控制ｐＨ。值为７．０—７．５、ｐＨ： 值为３．０～３．５较适宜。 ５．３产品烘干温度 不同烘干温度下产品的活性指标数据见表３。
９８．８、１００
５．２适宜的ｐＨ值 由表２实验结果可知反应体系的ｐＨ值对产品 （下转第４４页）
万方数据
２０１１生 ・４４・
磷肥与复肥
３ ４５２×１
第２６卷第２期
从汽提塔出来的１２０ ｏＣ含氨蒸汽在填料吸收塔 与硝铵循环液和Ｗ（ＨＮＯ，）６０％的硝酸并流接触， 生成的硝铵液进入液封槽，尾气从吸收塔底部出来 进入气液分离器，分离出的硝铵液进入液封槽，经 溢流送人中和系统或贮存销售，分离出的气体经金 属网除沫后排人烟囱。增加的设备见表３。
计算，消耗低压蒸汽５．１—９．０ ｔ／ｈ，设计值≤８．９
１
气液分离器 除沫分离器
西１ ５００ｍｉｌｌ×２ １１６ｍｌ／ｌ 咖１ ９００ｍｉｌｌ×１
１ ５００ ｈｉｍ
１ ｌ
１
ｈ。以设计最大值８．９ ｔ／ｈ、吨低压蒸汽２５元计算， 年低压蒸汽费用：８．９×２４×３０１１×２５×１０４＝１６０．２万元。 上述几项合计，年经济效益为：
ｕｐ
ｔｏ
ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｒｅａ－ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｓｌｏｗ ｒｅｌｅａｓｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
尿素具有含氮量高和生产成本低的优点，因 此，在农业上得到了广泛应用。尿素容易淋失和分 解，施入土壤后其氮的利用率仅为４０％左右¨…， 这不仅降低了经济效益，也污染土壤和水源，对我 们赖以生存的环境造成危害¨１。为此，世界多国均 在开发尿素缓释技术，以提高肥料中氮的利用率。 目前，国内已研制出包膜尿素、涂层尿素、大颗粒 尿素、长效氮肥等新型尿素产品‘“。其中脲甲醛肥 料是一种具有良好物理性和缓释性的长效氮肥，能 够促进土壤形成团粒结构，改善土壤通透性，增加 作物根系穿透力一。。近几年脲甲醛肥料在我国的需 求量和生产量逐年增加，是具有潜力的缓释肥料品 种。 本实验对脲甲醛缓释肥料的制备工艺进行优 化，得到适宜的工艺条件，产品达到了美国农业化 学家协会（ＡＯＡＣ）制定的标准要求。 １脲甲醛合成原理 脲甲醛是由甲醛和尿素经以下两步反应制得一。。 １）羟甲基化反应在碱性条件下，甲醛和尿 素反应生成羟甲基脲：