一种低聚磷酸铵的制备方法技术

本发明专利技术涉及聚磷酸铵制备技术领域，具体地说是一种低聚磷酸铵及其制备方法和应用。以磷酸铵盐为主要原料，在缩合剂存在下反应，获得平均聚合度为1.5～20的聚磷酸铵；所述缩合剂为尿素、五氧化二磷、三聚氰胺中的一种或几种；其中，缩合剂:磷酸铵盐的物质的量的比为(0.001～1.55):1。本发明专利技术的合成方法所采用的主要原料是磷酸铵盐，相比现有技术主要原料采用正磷酸、聚磷酸、五氧化二磷有原料廉价易得的特点，产品生产成本低，对设备要求低，并且能耗比较低，反应时间短的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚磷酸铵制备
，具体地说是一种低聚磷酸铵的制备方法和应用。
技术介绍
现代农业生产中，日益向集约化、机械化、自动化方向发展。农田的播种、浇灌、施肥和喷药等操作日益融合，液体肥料是自动化设施施肥的最佳形式，液体肥料具有利用率高，适合精准施肥的特点。相对于农业中广泛应用的磷肥磷酸二氢铵，水溶性低聚磷酸铵具有溶解度高，水溶液的pH值接近中性，作物使用安全系数高，结晶温度较低，对金属离子有良好的鳌合作用等特点。聚磷酸铵(Ammoniumpolyphosphate，简称APP)是一种含氮和磷的聚磷酸盐，其分子通式为(NH4)n+2PnO3n+1，当聚合度n为2～20时水溶性好，通常称为低聚磷酸铵，是液体肥料的重要原料，当聚合度n大于20时难溶于水，通常称为高聚磷酸铵，是工业上广泛应用的阻燃剂。根据文献报道的聚磷酸铵合成工艺路线，主要有湿法磷酸法、磷酸与尿素缩合法、聚磷酸氨化法和正磷酸铵脱水聚合法，这些合成路线在制备高聚磷酸铵的方法中被广泛报道。高聚磷酸铵的制备中以提高聚合度，降低水溶性为目的，而低聚磷酸铵则需控制产品的平均聚合度在20以下，使产品具备很高溶解度用于配制高浓度液体肥料。应用性能方面要求的差异，导致对产品平均聚合度要求不同，即使采用相同工艺路线，其工艺参数差别很大。有多篇文献报道了肥料用低聚磷酸铵的制备方法。US3382059报道了用商品湿法磷酸浓缩成过磷酸，在管式反应器中与氨反应，生成熔融态高浓度聚磷酸铵，加水冷却成商品级10-34-0(氮磷钾质量分数)的液体肥料产品。US3342579报道了用聚磷酸中通入氨气的方法制备聚磷酸铵。CN103373717A介绍了用聚磷酸与碳酸氢铵在反应釜中发生反应制备聚磷酸铵。以上所报道的方法都是要先制备出多聚磷酸，进而制备低聚磷酸铵。多聚磷酸的原料是磷酸，其含量要求在50～65％之间，湿法磷酸制备过程中的初始产品，磷酸的含量在20～28％之间。文献报道了用正磷酸与尿素进行缩合制备低聚磷酸铵的方法，其中所采用的磷酸含量为85％，这同样需要将低浓度的磷酸浓缩成含量为85％的磷酸(农用肥料聚磷酸铵的制备与应用[J].磷肥与复肥，2008,23(2):49-50.新型肥料聚磷酸铵生产技术与应用初探[J].化肥工业，2008,35(4):16-17.工业聚磷酸铵的简易制备.化工时刊,1999,(11):34-35)。CN103787726A介绍了一种多聚磷酸铵水溶性肥料及其制备方法，该方法将磷酸、尿素、硫酸钾、氯化锌、氯化铜、硼砂和辅料加入到反应釜在180～185℃反应30～45分钟，再升温至200～205℃反应1.5～2小时制得多聚磷酸铵。该制备方法简单、实用，但制备的多聚磷酸铵溶解度为18～52g/100gH2O，无法制得品级为10-34-0的液体肥料产品。目前的磷肥生产中，普遍以低浓度磷酸通入氨气制备成磷酸二氢铵，如果将低含量的磷酸浓缩成50％甚至更高含量，需增加脱水设备，不仅增加成本，而且会增加能耗。此外，工业上普遍采用的湿法制备磷酸杂质多，用其直接制备低聚磷酸铵，难于得到高溶解度的产品。用磷酸制备多聚磷酸铵的工艺中，磷酸易于腐蚀设备，对反应器材质要求高。对于磷酸二氢铵为主要原料，加入各种缩合剂制备的文献报道较多，但是集中在高聚磷酸铵的制备方法中。文献报道了正磷酸铵盐和尿素为物质的量比为0.8:1～1:1，反应温度250～400℃，通氨气或者不通氨气的条件下得到聚合度高于50的聚磷酸铵，产品用于阻燃剂。(JournaloftheAmericanChemicalSociety,1969,91(1):62-67.Industrial&EngineeringChemistryResearch,2010,49(12):5523-5529.BulletinoftheChemicalSocietyofJapan,2000,73(1):115-119.Phosphorus,Sulfur,andSiliconandtheRelatedElements,1999,144(1):235-238.)文献报道了正磷酸铵盐和尿素为物质的量比在0.8:1～1:1范围内，反应温度160～200℃条件下，可以制备得到聚合度34～400之间的聚磷酸铵，产品用于阻燃剂。(无机盐工业，2006,38(3):28-33.无机盐工业，2008,40(11):24-25.磷肥与复肥，2008,23(2):16-23.磷肥与复肥，2010,25(3):21-23.化工矿物与加工，2011,40(7):15-17.四川理工学院学报(自然科学版)，2013,26(1):6-8)专利CN101830450A公开了用磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵中的一种或几种混合物作为反应原料，以尿素、三聚氰胺一种或两种的混合物作为缩合剂在180～280℃下分两步进行反应，尤其第二步中通入湿氨气，0.5～4小时后冷却出料、粉碎即可得到结晶II型聚磷酸铵。对几种常用的生产低聚磷酸铵合成方法进行成本核算。目前几种用于低聚磷酸铵生产的主要原料市场价格如下：工业级85％磷酸5000元/吨，工业级99％液氨4500元/吨，工业级99％五氧化二磷8500元/吨，工业级115％聚磷酸9800元/吨，工业级99％碳酸铵4200元/吨，磷酸氢二铵(磷酸二铵)5600元/吨，磷酸二氢铵(磷酸一铵)4000元/吨，工业级尿素1600元/吨。其中以湿法磷酸为例，每生产一吨聚磷酸铵产品需要85％磷酸1.05吨，液氨0.21吨，因此成本为5250元/吨。而聚磷酸氨化法，碳酸铵中和法等需要使用聚磷酸或者碳酸铵，生产低聚磷酸铵的成本更高。因此急需一种生产成本低、溶解度高的低聚磷酸铵制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是公开了一种使用磷酸铵盐为主要原料制备低聚磷酸铵的方法，该方法具有生产成本低，对设备要求低，并且能耗比较低(典型反应温度不高于200℃，典型反应时间不超过160min)的优点；生产的低聚磷酸铵溶解度高(100～200g/100gH2O)，直接或者以原料形式制备性能优良的水溶性肥料。为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：一种低聚磷酸铵的制备方法，以磷酸铵盐为主要原料，在缩合剂存在下反应，获平均聚合度为1.5～20的聚磷酸铵；所述缩合剂为尿素、五氧化二磷、三聚氰胺中的一种或几种；其中，缩合剂：磷酸铵盐的物质的量的比为0.001～1.55：1。该反应也可以在反应促进剂和/或消泡剂的存在下反应，获平均聚合度为1.5～20的聚磷酸铵；其中，反应促进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低聚磷酸铵的制备方法，其特征在于：以磷酸铵盐为主要原料，在缩合剂存在下反应，获平均聚合度为1.5～20的聚磷酸铵；所述缩合剂为尿素、五氧化二磷、三聚氰胺中的一种或几种；其中，缩合剂：磷酸铵盐的物质的量的比为0.001～1.55：1。

【技术特征摘要】
1.一种低聚磷酸铵的制备方法，其特征在于：以磷酸铵盐为主要原料，在缩合剂存在下反
应，获平均聚合度为1.5～20的聚磷酸铵；所述缩合剂为尿素、五氧化二磷、三聚氰胺中的
一种或几种；其中，缩合剂：磷酸铵盐的物质的量的比为0.001～1.55：1。
2.按权利要求1所述的低聚磷酸铵的制备方法，其特征在于：以磷酸铵盐为主要原料，
在缩合剂存在下，同时在反应促进剂和/或消泡剂的存在下反应，获平均聚合度为1.5～20的
聚磷酸铵；其中，反应促进剂：磷酸铵盐的物质的量的比为0.001～0.5：1；消泡剂的添加量
为磷酸铵盐质量的0.001～5％。
3.按权利要求1或2所述的低聚磷酸铵的制备方法，其特征在于：所述磷酸铵盐为磷酸
氢二铵和/或磷酸二氢铵。
4.按权利要求2所述的低聚磷酸铵的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，李天一，
申请(专利权)人：沈阳中化农药化工研发有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21