硫酸钙尿素颗粒及其制备和使用方法技术

公开了硫酸钙尿素(UCS)肥料颗粒及其制备和使用方法。颗粒可包含尿素、硫酸钙和硫酸钙尿素加合物。该颗粒可以包含33重量％至40重量％的元素氮，2重量％至5重量％的元素钙和2重量％至5重量％的元素硫。

Calcium sulfate urea particle and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硫酸钙尿素颗粒及其制备和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年7月21日提交的印度专利申请第201711026033号和2018年2月6日提交的美国临时专利申请第62/626932号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。专利技术背景A.专利
本专利技术一般地涉及硫酸钙尿素肥料颗粒，其包含一种或多于一种硫酸钙尿素加合物。该颗粒可以包含33重量％至40重量％的元素氮，2重量％至5重量％的元素钙和2重量％至5重量％的元素硫。B.相关技术的描述土壤营养素，例如氮、磷、钾和硫，以及微量元素，例如铁、锌、铜和镁，可用于实现农业的繁荣和植物的生长。在重复的种植周期中，土壤中这些营养素的量可能会耗尽，从而导致植物生长受抑制和产量下降。为了抵消这种影响，已开发出肥料来帮助替代耗尽的重要营养素。已经开发出单营养素肥料和多营养素肥料例如肥料掺合物来满足全球作物生产的各种需求。含氮的肥料用于支持植物的健康生长和光合作用。尿素(CH4N2O)是一种含氮化合物，其被广泛用作肥料中的氮源。但是，由于其在土壤中的快速水解和硝化作用，尿素中的氮会迅速流失。同样，在含有其他土壤营养素的肥料掺合物中使用尿素是困难的，因为尿素通常不期望地与化合物如磷酸钙和硫酸钙的水合物以及有机肥料发生反应。这些反应可以产生使固体颗粒或干混合物产物液化的水，导致结块和产物的损失，并增加发生这些不期望的反应的速率。参见Biskupski等人(EP2,774,907)；还参见Achard等人(US5409516)。此外，水的产生增加了在含尿素的肥料的生产过程中必须被除去的水的量，这使得这些掺合肥料难以制造且价格昂贵。参见Schwob(FR2684372)。通过将尿素与硫酸钙结合作为硫酸钙尿素加合物，已减少或克服了在肥料中使用尿素的一些问题。过去，制备用于肥料的尿素加合物例如UCS加合物的目的是在加合物中使尽可能多的游离尿素结合。因此，过去的UCS加合物的制备方案避免使用化学计量过量的量的尿素，从而可以最小化或避免产物中的游离尿素。举例来说，Biskupski等人公开了硫酸钙尿素加合物CaSO4·4CO(NH2)2的用途，以及其通过尿素硫酸溶液与磷酸盐岩反应以连续过程制备的方法。该出版物着重于使用化学计量的量或更少量的尿素来制备硫酸钙尿素加合物，从而明显避免在加工过程和产物中存在游离尿素。此外，在反应中使用大量的水(16重量％至25重量％)以确保所制备的加合物浆料可以有效地从反应室输送(例如泵送)至干燥室。Biskupski等人还公开了增加反应室中的水含量有利于获得完全的反应周转，以制备适合制粒的浆料以及避免老化或冷循环的要求。从制造的角度来看，Biskupski等人的工艺中使用的水量可能会成问题，因为在最终加工过程中除去这些水的成本和难度可能很高，并且可能导致效率低下。作为另一个实例，Achard等人公开了通过硫脲试剂与磷酸钙反应在制备磷氮产物中制备硫酸钙尿素加合物的方法。Achard等人教导了硫酸钙尿素加合物的形成有利于防止游离尿素残留在产物中并减少含有尿素的干燥产物的困难。但是，只有当尿素和硫酸钙以化学计量比反应制备CaSO4·4CO(NH2)2时，才能看到这些益处。值得注意的是，Biskupski等人已提出，Achard等人的反应在产物中产生大量不需要的硫酰氨基化合物(超过1％)。因此，教导了在制备硫酸钙尿素加合物中使用化学计量的量或更少量的尿素与硫酸钙，以减少或消除肥料产物中有问题的游离尿素。但是，通过上述方法制备的硫酸钙尿素加合物最多只能包含27重量％的元素氮，大大低于单独使用尿素时提供的量(46重量％)。此外，如上所述，使用基于浆料的方法需要大量的水来制备加合物。同样，使用已知的制备方法形成能够不希望的副产物。其他人已经尝试使用化学计量过量的尿素来制备硫酸钙尿素加合物。然而，它们最终产物中的氮和/或硫的量仍然很低和/或水分含量很高。举例来说，在波兰专利206964中，对于每摩尔硫酸钙使用六摩尔尿素仅产生具有32.7％的氮和6.3％的硫的产物(参见实施例3)。Whittaker等人(IndustrialandEngineeringChemistry,1933；25(11):1280-1282)报道了在加合物产物中每个硫酸钙包含少于四个尿素并且少于33重量％的氮(参见表II和表III)。此外，罗马尼亚专利111183在实施例2中公开了一种肥料，该肥料具有28％的氮、6.4％的钙、5.2％的硫和11％的水。该罗马尼亚专利的实施例3公开了一种肥料，该肥料具有34％的氮、4.1％的钙和3.2％的硫，但是该产品包含大量的水(6.5％)。这些大量的水会导致固体肥料或干肥料液化、结块和产物损失，并增加发生不期望的反应例如与游离尿素的反应的速度。因此，仍然需要可以在商业规模上有效制备的稳定的氮肥。
技术实现思路
一项发现至少解决了一些与基于尿素的肥料和基于硫酸钙尿素加合物(UCS加合物)的肥料相关的问题。该发现是基于使用超过化学计量比的尿素来制备基于UCS加合物的肥料，该肥料是稳定的并且可以以高于27重量％的浓度包含元素氮。例如，本专利技术的UCS颗粒可以包含33重量％至40重量％的元素氮，2重量％至5重量％的元素钙和2重量％至5重量％的元素硫。在一些优选的情况下，UCS颗粒可以是基于33-0-0的肥料。这在需要更高浓度氮的情况下可能是有益的，并且可以减少提供目标氮量所需的UCS加合物肥料的量。此外，出人意料地发现，在基于浆料的制备过程中，使用超过化学计量比的尿素允许使用较少的水以产生能够被运输(例如泵送)和制粒的可接受的浆料。这有利于减少与干燥浆料、循环水和供应淡水有关的能量需求和成本。另外，已确定将硫酸和氨结合到UCS加合物浆料中会通过放热反应产生硫酸铵。该反应产生的热量可用于从浆料中除去全部或部分水。这有利于减少干燥浆料的能量和成本，并且还为UCS颗粒提供了硫酸铵肥料。另外，如以非限制性方式在实施例中所示的，确定了含有MgO的UCS颗粒大大提高了UCS颗粒的硬度和稳定性。在本专利技术的一个方面，描述了UCS肥料颗粒。UCS肥料颗粒可以包含UCS加合物。UCS加合物可以是CaSO4·4CO(NH2)2。颗粒中最多30重量％的尿素可包含在UCS加合物中。或者，颗粒中至少30重量％的尿素可包含在UCS加合物中。在一些实施方案中，UCS肥料颗粒可包含33重量％至40重量％的元素氮，2重量％至5重量％的元素钙和2重量％至5重量％的元素硫。在一个实例中，UCS肥料颗粒可包含33重量％至37重量％的元素氮，3重量％至5重量％的元素钙，3重量％至5重量％的元素硫。在另一个实例中，UCS肥料颗粒可包含33重量％至35重量％的元素氮，4重量％至5重量％的元素钙，4重量％至5重量％的元素硫。UCS肥料颗粒的自由水分含量可以小于1重量％，优选小于0.8重量％，小于0.5重量％的水或0.25重量％至0.7重量％的水。在一些情况下，UCS肥料颗粒不包含磷、或钾或两者。颗粒的密度可大于水(例如，大于1.0g/mL)。UCS肥料颗粒可以由一种或多于一种粒子组成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含尿素、硫酸钙和硫酸钙尿素加合物的硫酸钙尿素(UCS)肥料颗粒，其中所述颗粒包含33重量％至40重量％的元素氮、2重量％至5重量％的元素钙和2重量％至5重量％的元素硫。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170721 IN 201711026033;20180206 US 62/626,9321.一种包含尿素、硫酸钙和硫酸钙尿素加合物的硫酸钙尿素(UCS)肥料颗粒，其中所述颗粒包含33重量％至40重量％的元素氮、2重量％至5重量％的元素钙和2重量％至5重量％的元素硫。


2.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其中颗粒中至少30重量％的尿素包含在硫酸钙尿素加合物中。


3.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其包含33重量％至37重量％的元素氮、3重量％至5重量％的元素钙和3重量％至5重量％的元素硫。


4.根据权利要求3所述的UCS肥料颗粒，其包含33重量％至35重量％的元素氮、4重量％至5重量％的元素钙和4重量％至5重量％的元素硫。


5.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其还包含小于1重量％的游离水分，优选小于0.8重量％的游离水分，小于0.5重量％的游离水分或0.25重量％至0.7重量％的游离水分。


6.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其中加合物为CaSO4·4CO(NH2)2。


7.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其包含硫酸钙尿素加合物粒子、尿素粒子和硫酸钙粒子。


8.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其还包含1.5重量％至4重量％的MgO，并且其中所述颗粒的硬度为10N/颗粒至50N/颗粒。


9.根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒，其还包含硫酸铵。


10.一种肥料掺合物或复合肥料，其包含根据权利要求1所述的UCS肥料颗粒和至少一种另外的组分，优选地，至少一种另外的组分为肥料。


11.根据权利要求10所述的肥料掺合物或复合肥料，其中至少一种另外的组分是基于磷酸盐的肥料、基于尿素的肥料或基于钾的肥料。


12.根据权利要求10所述的肥料掺合物或复合肥料，其中至少一种另...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·乔治·凯尔斯，穆罕默德·阿卡莎·M·哈利勒，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL