способ получения сложных удобрений

Формула изобретения

1. Способ получения сложных удобрений, включающий нейтрализацию аммиаком смеси фосфорной и серной кислот с получением фосфатной пульпы, введение калийсодержащего компонента, гранулирование и сушку продукта, отличающийся тем, что в качестве фосфорной кислоты используют неупаренную фосфорную кислоту, серную кислоту вводят в количестве 0,2-0,5 т на 1 т P₂O₅, аммиак на нейтрализацию подают в количестве, необходимом до достижения в готовом продукте мольного отношения NН₃:Н₃РO₄, равного 1,0-1,5, а полученную фосфатную пульпу смешивают с калийсодержащим компонентом, затем продукт смешения с влажностью 20-60% направляют на гранулирование и сушку, причем процесс гранулирования и сушки проводят одновременно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве калийсодержащего компонента используют хлористый калий или сульфат калия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения сложных NPK-удобрений, широко используемых в сельском хозяйстве.

Известен способ получения комплексных удобрений путем смешения смеси фосфорной и серной кислот с калийными солями с последующей аммонизацией смеси до рН 4-4,5, ее охлаждением и отделением кристаллического продукта. Для уменьшения слеживаемости готового продукта в кислотную смесь вводят ПАВ.

Недостатками этого способа являются сложность и многостадийность процесса, его длительность, необходимость введения ПАВ для улучшения физических свойств удобрений, неуравновешенность состава удобрений по компонентам и недостаточно высокое содержание питательных веществ. (Авт. свидетельство СССР №707901 кл. C 05 G 3/06 1980 г.)

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения NPK-удобрений (например, диаммофоски), включающий нейтрализацию аммиаком смеси фосфорной и серной кислот с получением фосфатной пульпы, введение калийсодержащего компонента, гранулирование и сушку продукта. (Бабкин В.В., Бродский А.А. Фосфорные удобрения России. - М.: Маргус, 1995, с.228, 235-238).

По этому способу используют концентрированную фосфорную кислоту концентрацией 52% (см. табл.4.18 ссылки с.228). Серную кислоту добавляют в количестве 0,165 т на 1 т P₂O₅. Полученную смесь нейтрализуют аммиаком и полученную фосфатную пульпу с мольным отношением NН₃:Н₃РO₄, равным 1,40-1,45, и влажностью 13-15% подают в аммонизатор-гранулятор (схема 4-38 с.236 ссылки), куда одновременно подают КСl, смешанный с ретуром, и аммиак. Доаммонизацию ведут до м.о. 1,70 и выше, а затем продукт поступает в сушильный барабан. В результате получают продукт марки 9:25:25 (P₂O₅общ - 25-26%, N - 9-10%, K₂O - 25-26%).

Недостатком способа является:

- использование для производства упаренной фосфорной кислоты, что предопределяет наличие выпарной установки, а следовательно, ведет не только к увеличению энергозатрат, но и к выделению соединений фтора, в газовую фазу и дальнейшую их утилизацию, что значительно усложняет и удорожает процесс.

- Проведение доаммонизации для получения необходимой марки удобрения м.о. NН₃:Н₃РO₄ доводят до 1,7-1,85, что сопряжено с высокими выбросами аммиака; повышенными энергозатратами на рециркуляцию аммиака, а также к необходимости усиления систем очистки отходящих газов.

- Низкое качество готового продукта (пористость гранул, склонность продукта к слеживаемости).

- Низкий выход готового продукта.

Нами поставлена задача: создание способа получения сложного NPK-удобрения, позволяющего устранить все вышеописанные недостатки и при этом получить удобрение практически такой же марки.

Поставленная задача решена в способе получения сложных NPK-удобрений, включающем нейтрализацию аммиаком смеси фосфорной и серной кислот с получением фосфатной пульпы с введением калийсодержащего компонента, гранулирование и сушку продукта. По этому способу в качестве фосфорной кислоты используют неупаренную фосфорную кислоту, серную кислоту вводят в количестве 0,2-0,5 т на 1 т P₂O₅, аммиак на нейтрализацию вводят в количестве, необходимом для достижения в готовом продукте NH₃:Н₃РO₄, равного 1,0-1,5; полученную фосфатную пульпу смешивают с калийсодержащим компонентом, затем продукт смешения с влажностью 20-60% подают на гранулирование и сушку, причем процесс гранулирования и сушки проводят одновременно.

В качестве калийсодержащих соединений могут быть использованы хлористый калий или сульфат калия.

Сущность способа заключается в следующем. Как известно, основной проблемой, возникающей при разработке технологии на основе фосфатов аммония и калийного компонента является проблема получения качественных гранул для марок с высоким содержанием калийной составляющей, т.к. осложняется процесс гранулообразования, он становится более чувствителен к изменению влажности и кислотности. При этом выход фракции 1-2 мм достаточно высок (38-45%), после грохочения часть этой фракции возвращают в качестве ретура, что приводит к накоплению ретура и остановке процесса.

Проведение (в предложенном нами способе) предварительного смешения калийсодержащего компонента путем растворения калийной соли в фосфатной пульпе позволяет равномерно распределить калий в смеси, поступающий на гранулирование. При этом в процессе смешения происходят обменные реакции и образуются такие соединения, как дигидрофосфат калия, калийаммонийфосфат и другие, которые позволяют значительно улучшить качество продукта, получить более прочные и неслеживающиеся гранулы. Проведение процесса гранулирования и сушки одновременно позволило использовать барабанный гранулятор-сушилку - БГС, влагосъем в котором значительно выше. Это позволяет подавать на гранулирование и сушку пульпу с повышенной влажностью, т.е. более подвижную, улучшает условия транспортировки и позволяет более равномерно нанести ее на завесу ретура, следовательно повышается прочность гранул, их однородность. Готовый продукт практически не слеживающийся. Кроме того, БГС позволяет снизить ретурность процесса, а следовательно, снизить затраты на создание систем классификации.

Все вышесказанное определило пределы влажности фосфатно-калийной пульпы в 20-60%. Влажность 20% обусловлена предельными реологическими свойствами, определяющими возможность транспортирования пульпы и последующее нанесение ее на завесу ретура в БГС. Влажность пульпы 60% обусловлена тем, что при более высокой влаге производительность системы падает, а энергозатраты возрастают.

Стадию нейтрализации проводят в так называемом “фосфатно-сульфатном” режиме: повышение количества серной кислоты (в расчете на Р₂O₅ в смеси) и снижение количества вводимого на нейтрализацию аммиака, с одной стороны, снижает выбросы аммиака, а с другой стороны, позволяет получать продукт такой же марки, что и в прототипе, без проведения дополнительной доаммонизации продукта.

Способ проиллюстрирован следующими примерами:

Пример 1. 21,2 т неупаренной фосфорной кислоты с содержанием Р₂O₅ 27%, разбавленной абсорбционными стоками, и 2,3 т 92,5% серной кислоты (норма ввода серной кислоты составляет 0,37 т H₂SO₄/т P₂O₅) нейтрализуют в скоростном аммонизаторе-испарителе (САИ) до мольного отношения NH₃:Н₃РO₄=1,3. Полученную пульпу смешивают с 10,0 т хлористого калия и подвергают интенсивному перемешиванию. Далее фосфатно-калийную пульпу влажностью 30% подают в аппарат БГС, где осуществляют гранулирование и сушку гранул. После гранулирования, совмещенного с сушкой, получают готовый продукт NPK, в котором мольное отношение NH₃:Н₃РO₄=1,3, в количестве 25 т. Прочность полученных гранул составляет 8 МПа. Марка удобрения 9:24:24. Количество готового продукта 2-5 мм - 98%. Количество фракции 1-2 мм - 2%. Удобрение практически не слеживается.

Пример 2. 13,6 т неупаренной фосфорной кислоты с содержанием Р₂O₅ 36%, разбавленной абсорбционными стоками, и 1,2 т 100% серной кислоты (норма ввода серной кислоты составляет 0,24 т H₂SO₄/т Р₂O₅) нейтрализуют в трубчатом реакторе, установленном на бак, до мольного отношения NН₃:Н₃РO₄=1,3. Полученную пульпу смешивают с 9,3 т сульфата калия и подвергают интенсивному перемешиванию. Далее фосфатно-калийную пульпу влажностью 35% подают в аппарат БГС, где осуществляют гранулирование и сушку гранул. После гранулирования, совмещенного с сушкой, получают готовый продукт с мольным отношением NH₃:Н₃РO₄=1,3, не содержащий хлора. Количество - 20 т. Марка удобрения 8:24:24. Прочность полученных гранул составляет 8МПа. Выход фракции 2-5 мм - 98%, количество фракции 1-2 мм - 2%. Удобрение практически не слеживается.

Пример 3. 14,4 т неупаренной фосфорной кислоты с содержанием Р₂О₅ 25%, разбавленной абсорбционными стоками, и 1,7 т 92,5% серной кислоты (норма ввода серной кислоты составляет 0,45 т H₂SO₄/т Р₂O₅) нейтрализуют в скоростном аммонизаторе-испарителе (САИ) до мольного отношения NН₃:Н₃РO₄=1,0. Полученную пульпу смешивают с 6,0 т хлористого калия и подвергают интенсивному перемешиванию. Далее фосфатно-калийную пульпу, влажностью 60% подают в аппарат БГС, для гранулирования и сушки. После гранулирования, совмещенного с сушкой, получают 10 т готового продукта - NPK марки 8:24:24, прочность полученных гранул составляет 8 МПа. Выход фракции 2-5 мм - 98%, количество фракции 1-2 мм - 2%. Удобрение практически не слеживается.

Пример 4. 18,0 т неупаренной фосфорной кислоты с содержанием P₂O₅ 40%, разбавленной абсорбционными стоками, и 3,9 т 92,5% серной кислоты (норма ввода серной кислоты составляет 0,5 т ₂SO₄/т Р₂O₅) нейтрализуют в скоростном аммонизаторе-испарителе (САИ) до мольного отношения NН₃:Н₃РO₄=1,5. Полученную пульпу смешивают с 12,0 т хлористого калия и подвергают интенсивному перемешиванию. Далее фосфатно-калийную пульпу влажностью 20% подают в аппарат БГС, где осуществляют гранулирование и сушку гранул. После гранулирования, совмещенного сушкой, получают готовый продукт - NPK с мольным отношением NН₃:Н₃РO₄=1,5. Марка 10:24:24. Количество готового продукта - 30 т, прочность полученных гранул составляет 8 МПа. Выход фракции 2-5 мм - 97%, количество фракции 1-2 мм - 3%. Удобрение практически не слеживается.

Пример 5. 15,0 т неупаренной фосфорной кислоты с содержанием P₂O₅ 40%, разбавленную абсорбционными стоками, и 1,3 т 92,5% серной кислоты (норма ввода серной кислоты составляет 0,2 т ₂SO₄/т P₂O₅) нейтрализуют в скоростном аммонизаторе-испарителе (САИ) до мольного отношения NН₃: Н₃РO₄=1,4. Полученную пульпу смешивают с 6,0 т хлористого калия и подвергают интенсивному перемешиванию. Далее фосфатно-калийную пульпу влажностью 30% подают в аппарат БГС, где осуществляют гранулирование и сушку гранул. После гранулирования, совмещенного с сушкой, получают сложное удобрение - NPK марки 9:26:26 в количестве 25 т, мольное отношение в готовом продукте NН₃:Н₃РO₄=1,4. Прочность полученных гранул составляет 8 МПа. Выход фракции 2-5 мм - 97%, количество фракции 1-2 мм - 3%. Удобрение практически не слеживается.

Использование предложенного способа в промышленности позволит:

- получать NPK-удобрения состава: N 8-10%; P₂O₅ 24-26%; К₂О 24-25% из неупаренной фосфорной кислоты, содержащей 25-40% Р₂О₅ (и, тем самым, исключить энергозатратную стадию концентрирования фосфорной кислоты);

- использовать для производства сложных NPK-удобрений технологические схемы с аппаратом БГС;

- уменьшить рецикл (и энергозатраты на его организацию) аммиака на стадиях нейтрализации и сушки в 2-5 раз (за счет снижения мольного отношения NН₃:Н₃РO₄ в готовом продукте до 1,0-1,5);

- повысить качество сложных удобрений (однородный элементный и гранулометрический состав, повысить сферичность гранул);

- на 50-70% снизить слеживаемость сложных удобрений;

- повысить выход товарной фракции готового продукта.