способ получения азотно-фосфорного удобрения

Формула изобретения

1. Способ получения азотно-фосфорного удобрения, включающий аммонизацию экстракционной фосфорной кислоты, получение раствора моноаммонийфосфата и нитрата аммония, смешение раствора с нитратом аммония с получением нитратно-фосфатного раствора, упаривание его, донейтрализацию, гранулирование и обработку антислеживающим реагентом, отличающийся тем, что аммонизируют экстракционную фосфорную кислоту с концентрацией 52÷57 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора и с содержанием фосфатов магния в количестве 0,6÷1,9 мас.% в пересчете на оксид магния до получения раствора диаммонийфосфата с рН 6,6÷8,0, который осветляют отстаиванием до содержания в нем фосфатов магния в количестве 0,06÷0,4 мас.% в пересчете на оксид магния и нейтрализуют осветленный раствор азотной кислотой до рН 3,8÷4,6 с получением раствора моноаммонийфосфата и нитрата аммония, который смешивают с плавом нитрата аммония с получением нитратно-фосфатного раствора, а гранулирование удобрения осуществляют приллированием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивают раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония с плавом нитрата аммония с концентрацией 80÷88 мас.% до содержания в конечном продукте фосфата 2÷6 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения сложных азотно-фосфорных минеральных удобрений для сельского хозяйства на основе нитрата аммония и добавок фосфатов аммония и может быть использовано в химической промышленности при производстве минеральных удобрений.

Уровень техники

Известен способ получения сложных гранулированных азотно-фосфорных удобрений, заключающийся в том, что аммонизируют экстракционную фосфорную кислоту, смешивают плав нитрата аммония с раствором моноаммонийфосфата, донейтрализовывают, выпаривают нитратно-фосфатный раствор и гранулируют продукт [1]. При смешении расплава моноаммонийфосфата с плавом нитрата аммония в нем образуются быстровыпадающие осадки, состав которых зависит от использовавшейся для синтеза моноаммонийфосфата экстракционной фосфорной кислоты (далее ЭФК). Осадки затрудняют процесс дальнейшей переработки нитратно-фосфатного раствора, вызывают засорение трубопроводов, приборов контроля и элементов аппаратуры для грануляции, что снижает надежность и ограничивает производительность процесса получения удобрения методом приллирования.

Известен способ получения сложного азотно-фосфорного минерального удобрения, включающий аммонизацию ЭФК, получение и выпаривание раствора, содержащего нитрат и фосфат аммония, его донейтрализацию аммиаком и гранулирование продукта методом приллирования [2]. В известном способе используют ЭФК, полученную путем сернокислого вскрытия апатитового концентрата. В случае использования в качестве сырья апатитового концентрата с высоким содержанием магния, последний сохраняется в ЭФК в большом количестве в виде растворимых ортофосфатов, а также образует нерастворимые осадки, например, в виде гелей при взаимодействии с кремнеземом. Поскольку известный способ предполагает подачу ЭФК в реактор-нейтрализатор выше точки смешения аммиака с азотной кислотой, то образующиеся после аммонизации и выпарки осадки приводят к частому засорению трубопроводов, контрольно-измерительного оборудования и аппаратуры гранулирования, что снижает надежность работы технологического оборудования, приводит к необходимости частых остановок технологического процесса, а это ограничивает производительность получения удобрения методом приллирования.

Известен способ получения сложных азотно-фосфорных удобрений, заключающийся в том, что раствор нитрата аммония смешивают с раствором фосфатов аммония, донейтрализовывают и выпаривают нитратно-фосфатный раствор, гранулируют продукт с последующей обработкой гранул антислеживающим веществом [3]. В известном способе в качестве раствора фосфатов аммония используют 20÷30 процентный по массе (далее - мас.%) раствор аммофоса. Содержащийся в аммофосе диаммонийфосфат разлагается при смешении с раствором аммиачной селитры и выпаривании, что приводит к потерям аммиачного азота. Примеси, содержащиеся в аммофосе, состав которых зависит от марки удобрения и исходного сырья, образуют осадки и твердые отложения в трубопроводах, элементах аппаратуры, забивают отверстия распылительных и фильтрующих устройств при гранулировании методом приллирования, что снижает надежность способа. При этом, частые остановки оборудования приводят к снижению производительности известного способа.

Известен способ получения сложных азотно-фосфорных удобрений, заключающийся в том, что аммонизируют экстракционную фосфорную кислоту с концентрацией 52÷54 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора, полученный фосфорсодержащий раствор смешивают с раствором нитрата аммония в два этапа, полученный нитратно-фосфатный раствор донейтрализовывают, выпаривают, гранулируют, обрабатывают гранулы антислеживающим веществом [4]. В известном способе (1-й вариант) ЭФК аммонизируют до моноаммонийфосфата, в силу чего примеси, содержащиеся в ЭФК, формируют осадки, приводящие к забиванию отверстий разбрызгивающего оборудования, фильтров плава при гранулировании методом приллирования, а также создают отложения в элементах оборудования и в трубопроводах, что ограничивает производительность известного способа и снижает надежность работы оборудования.

Наиболее близок к заявляемому способ получения сложных азотно-фосфорных удобрений, заключающийся в том, что аммонизируют экстракционную фосфорную кислоту, получают раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония, смешивают его с нитратом аммония с получением нитратно-фосфатного раствора, упаривают его, донейтрализовывают, гранулируют и обрабатывают антислеживающим реагентом [4]. В известном способе (2-й вариант) ЭФК аммонизируют до моноаммонийфосфата, в силу чего содержащиеся в ней примеси переходят в раствор моноаммонийфосфата и образуют в нем и нитратно-фосфатном растворе быстровыпадающие осадки. При использовании ЭФК с высоким содержанием магния количество осадков и отложений на элементах оборудования возрастает, что вызывает частое забивание оборудования для гранулирования и трубопроводов при использовании для гранулирования метода приллирования, а это снижает надежность работы оборудования, ограничивает производительность известного способа из-за простоев. Примеси диаммонийфосфата, содержащиеся в получаем аммонизацией растворе моноаммонийфосфата, при повышенных температурах разлагаются, вызывая потери аммонийного азота.

Раскрытие изобретения.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения сложного азотно-фосфорного удобрения на основе нитрата аммония и добавки фосфата аммония, полученной из экстракционной фосфорной кислоты с высокой концентрацией примесей в виде фосфатов магния, методом приллирования.

Основной технический результат изобретения заключается в уменьшении числа отказов, простоев технологического оборудования для гранулирования и транспортировки и повышении за счет этого надежности и производительности способа. Изобретение позволяет получить также технический результат, выражаемый в уменьшении потерь аммонийного азота за счет предотвращения разложения фосфатной добавки после смешения с раствором нитрата аммония. Кроме того, оно позволяет получить дополнительный технический результат, заключающийся в уменьшении выбросов нитрата аммония и аммиака из башен приллирования.

Достижение указанных технических результатов обеспечивается тем, что в способе получения азотно-фосфорного удобрения, заключающемся в том, что аммонизируют экстракционную фосфорную кислоту, получают раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония, смешивают раствор с нитратом аммония с получением нитратно-фосфатного раствора, упаривают его, гранулируют и обрабатывают антислеживающим реагентом, аммонизируют экстракционную фосфорную кислоту концентрацией 52÷57 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора и с содержанием фосфатов магния 0,6÷1,9 мас.% в пересчете на оксид магния до получения раствора диаммонийфосфата с рН 6,6÷8,0, который осветляют отстаиванием до содержания в нем фосфатов магния в количестве 0,06÷0,4 мас.% в пересчете на оксид магния, нейтрализуют осветленный раствор азотной кислотой до рН 3,8÷4,6 с получением раствора моноаммонийфосфата и нитрата аммония, который смешивают с плавом нитрата аммония с получением нитратно-фосфатного раствора, а гранулирование удобрения осуществляют приллированием.

Способ также можно осуществлять так, что смешивают раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония с плавом нитрата аммония с концентрацией 80÷88 мас.% до содержания в конечном продукте фосфатов 2÷6 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора.

Предлагаемый способ позволяет решить проблему получения сложного азотно-фосфорного удобрения методом приллирования путем введения в аммиачную селитру фосфатной добавки, полученной из ЭФК с высоким содержанием соединений магния, например из ЭФК, полученной из Ковдорского апатитового концентрата. Наличие в ЭФК высокой концентрации фосфатов магния в совокупности с другими примесями (железа, алюминия, кальция, кремния и т.п.) является причиной образования при аммонизации суспензированного фосфатного раствора, содержащего высокую концентрацию твердых и растворенных примесей. Примеси вызывают отложения в элементах оборудования и закупорку корзин грануляции, фильтров плава и трубопроводов и, как следствие, частые отказы и длительные остановки агрегатов, преимущественно грануляционных башен, что ограничивает производительность и делает экономически малоэффективным получение из ЭФК с высоким содержанием магния азотно-фосфорного удобрения методом приллирования. Наблюдения показывают, что магнийсодержащие отложения являются основной причиной отказов. Фосфатные растворы на основе моноаммонийфосфата не позволяют обеспечить удаления из них в требуемой степени фосфатов магния и других нерастворимых примесей. В предлагаемом способе аммонизация ЭФК до получения раствора диаммонийфосфата позволяет получить суспензированный фосфатный раствор, в котором возможно отделение частицы твердой фазы методом отстаивания (удаление осадка из осветляемого раствора) и достижение приемлемого уровня содержания фосфатов магния и других твердых примесей, при котором существенно уменьшается число отказов оборудования и возрастает производительность производства удобрения методом приллирования. Экспериментально установлено, что при осветлении суспензированного фосфатного раствора до уровня содержания примесей, не превышающего 0,4 мас.% по оксиду магния, существенно уменьшается частота отказов и увеличивается время наработки на отказ для оборудования, реализующего способ, что повышает производительность способа, а при осветлении до достижения массовой доли фосфатов магния в растворе уровня, близкого к 0,06 мас.% в пересчете на оксид магния, дополнительно уменьшается частота отказов и увеличивается наработка на отказ. Осветление раствора диаммонийфосфата до массовой доли оксида магния менее 0,06 мас.% методом отстаивания технически труднодостижимо и экономически нецелесообразно из-за уменьшения производительности способа, обусловленной увеличением продолжительности отстаивания. Контролируя в осветленном фосфатном растворе указанное содержание фосфатов магния в пересчете на оксид магния, мы одновременно достигаем необходимую степень осветления и по другим твердым примесям, поскольку их уровень достигает значений, приемлемых для гранулирования методом приллирования. Нейтрализация диаммонийфосфата азотной кислотой осуществляется по реакции

Нейтрализация осветленного фосфатного раствора азотной кислотой до величин рН в пределах 3,8÷4,6 позволяет уменьшить вероятность отложения осадков из фосфатов магния на оборудовании, что уменьшает частоту отказов и повышает производительность. Уменьшение рН до величин менее 3,8 существенно не влияет на снижение вероятности образования отложений, а увеличение рН до значений более 4,6 не позволяет полностью преобразовать диаммонийфосфат в моноаммонийфосфат, что ведет к потере аммонийного азота и, кроме того, увеличивается вероятность образования отложений. Нейтрализация азотной кислотой в указанных пределах позволяет полностью преобразовать раствор диаммонийфосфата в раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония в воде (далее - раствор моноаммонийфосфата). Таким образом, нейтрализация азотной кислотой позволяет предотвратить разложение диаммонийфосфата по реакции

и тем самым уменьшить потери аммонийного азота. Благодаря этому уменьшаются нагрузка на оборудование по очистке газов и концентрация аммиака в абсорбционной жидкостей.

При содержании моноаммонийфосфата в конечном продукте в количестве от 2÷6 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора, уменьшаются выбросы нитрата аммония и аммиака из грануляционных башен. Введение моноаммонийфосфата в количестве более 6 мас.% затрудняет работу грануляционного оборудования из-за увеличения вероятности отложений и, соответственно, снижает производительность работы оборудования; уменьшение его содержания менее - 2 мас.% снижает питательную ценность удобрения и существенно не уменьшает указанные выбросы.

Указанные закономерности и пределы установлены для ЭФК концентрацией 52÷57 мас.% в пересчете на пятиокись фосфора и с содержанием фосфатов магния 0,6÷1,9 мас.% в пересчете на оксид магния.

В соответствии с изложенным, предлагаемый способ позволяет повысить надежность работы технологического оборудования, увеличить производительность способа и уменьшить потери аммонийного азота из-за предотвращения разложения фосфатной добавки, а также уменьшить выбросы аммиака и нитрата аммония в атмосферу.

Осуществление изобретения.

Предлагаемый способ может быть реализован на существующем оборудовании по производству аммиачной селитры, в частности с применением агрегатов большой единичной мощности, например АС 60, АС 72.

Предлагаемый способ осуществляли следующим образом. ЭФК с концентрацией 52÷57 мас.% в пересчете на Р₂ O₅ (пятиокись фосфора) и содержащую 0,6÷1,9 мас.% фосфатов магния (в пересчете на MgO (оксид магния)), а также содержащую другие примеси, аммонизировали газообразным аммиаком до получения раствора диаммонийфосфата с величиной рН равной 6,6÷8,0. Полученный раствор осветляли методом отстаивания в каскадном отстойнике путем последовательного слива. При этом контролировали содержание фосфатов магния путем отбора проб. При достижении степени осветления по содержанию фосфатов магния в осветленной части фосфатного раствора в количествах 0,06÷0,4 мас.% в пересчете на MgO процесс прекращали. Осветленный раствор диаммонийфосфата нейтрализовали азотной кислотой до рН 3,8÷4,6. Полученный в результате нейтрализации раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония подавали на смешение с плавом нитрата аммония, полученным нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком, с концентрацией 80÷88 мас.% в количестве, обеспечивающем требуемую марку азотно-фосфатного удобрения. Полученный нитратно-фосфатный раствор упаривали при температуре 175÷180°С, упаренный раствор донейтрализовывали газообразным аммиаком до рН 4-5, после чего высококонцентрированный плав с содержанием нитрата аммония не менее 98% гранулировали в башне приллирования с последующим охлаждением в кипящем слое. Гранулированный продукт обрабатывали антислеживающим реагентом на основе аминов жирных кислот в количестве 0,06÷1,2 масс.%. Для получения удобрения использовали ЭФК следующих составов, мас.%:

Р2O5 общ.	52÷57
MgO	0,6÷1,9

Для нейтрализации диаммонийфосфата применялась 53÷55% азотная кислота.

В результате получен гранулированный продукт, в том числе оптимального состава, содержащий, мас.%:

N	31÷33
Р2O5	2÷6

Возможность осуществления заявляемого способа и его эффективность подтверждается следующими конкретными примерами его реализации:

Пример 1.

ЭФК в количестве 2,08 т/час (тонн в час) с содержанием компонентов, мас.%:

Р2O5 общ.	52,0
Р 2O5 свобод.	48,0
СаО	0,1
MgO	0,6
F	0,3
Al2O3	0,03
Fe2O 3	0,25
SO3	0,72
твердые примеси	0,5

аммонизировали газообразным аммиаком при соблюдении мольного соотношения NH₃: Н₃PO₄=2 в струйном реакторе до получения раствора диаммонийфосфата с рН, равной 8,0. Пульпу разбавляли водой до необходимой плотности и полученный раствор последовательно осветляли в каскадном отстойнике с периодическим отбором проб на содержание оксида магния. При достижении содержания фосфатов магния в осветленной части фосфатного раствора в количестве 0,06% по массе в пересчете на MgO процесс прекращали, полученный осветленный раствор диаммонийфосфата в количестве 2,29 т/час нейтрализовали азотной кислотой до рН 3,8. Приготовленный раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония подавали на смешение с плавом нитрата аммония с концентрацией 80% по массе в количестве 54,3 т/час. Полученный нитратно-фосфатный раствор упаривали при температуре 175÷180°С до содержания влаги 0,5 мас.%, проводили донейтрализацию аммиаком до рН 4, затем приллировали в грануляционной башне и охлаждали в кипящем слое. После этого гранулированный продукт обрабатывали антислеживающим реагентом.

Получили продукт следующего состава, мас.%:

N	33,0
Р2O5	2.0

Грануляционный состав:

фракция 1÷4 мм	97%
фракция менее 1 мм	3%
фракция более 6 мм	отсутствует
Статическая прочность гранул	1,7 кг/гран.
Рассыпчатость	100%

В процессе работы осуществляли контроль за состоянием производственного оборудования.

При высаживании фосфатов магния до содержания 0,06 мас.% значительно сокращается время простоя башен, что приводит к увеличению производительности.

Основная причина отказов - отложения фосфатов магния на оборудовании для гранулирования (забивка корзин грануляции, фильтров плава, налипание на конуса и т.п.),

Производительность, т/сутки	1700
Потери аммиака, кг	32,2

Пример 2.

ЭФК в количестве 2,08 т/час с содержанием компонентов, мас.%:

Р2O5 общ.	54,0
Р 2O5 свобод.	48,4
СаО	0,16
MgO	1,2
F	0,3
Al2O3	0,03
Fe2O 3	0,25
SO3	0,72
твердые примеси	0,5

аммонизировали газообразным аммиаком при соблюдении мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄=1,4 в струйном реакторе до получения раствора диаммонийфосфата с рН, равной 6,6. Пульпу разбавляли водой до необходимой плотности и полученный раствор последовательно осветляли в каскадном отстойнике с периодическим отбором проб на содержание оксида магния. При достижении содержания фосфатов магния в осветленной части фосфатного раствора в количестве 0,1 мас.% в пересчете на MgO процесс прекращали, полученный осветленный раствор диаммонийфосфата в количестве 2,3 т/час нейтрализовали азотной кислотой до рН 4,2. Полученный раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония подавали на смешение с плавом нитрата аммония с концентрацией 85 мас.% в количестве 25,8 т/час. Полученный нитратно-фосфатный раствор упаривали при температуре 175÷180°С до содержания влаги 0,5 мас.%, проводили донейтрализацию аммиаком до рН 4,5, затем приллировали в грануляционной башне и охлаждали в кипящем слое. После этого гранулированный продукт обрабатывали антислеживающим реагентом.

Получили продукт следующего состава, мас.%:

N	32,1
Р2O	4,0

Грануляционный состав:

фракция 1÷4 мм	97%
фракция менее 1 мм	3%
фракция более 6 мм	отсутствует
Статическая прочность гранул	1,9 кг/гран.
Рассыпчатость	100%

В процессе работы осуществляли контроль за состоянием оборудования и его производительностью.

При высаживании фосфатов магния до содержания 0,1 мас.% сокращается время простоя башен, что приводит к увеличению производительности.

Основная причина отказов - отложения фосфатов магния на оборудовании для гранулирования (забивка корзин грануляции, фильтров плава, налипание на конуса и т.п.).

Производительность, т/сутки	1600
Потери аммиака, кг	28,29

Пример 3.

ЭФК в количестве 2,09 т/час с содержанием компонентов, мас.%:

Р2O5 общ.	57,0
Р 2O5 свобод.	48,4
CaO	0,16
MgO	1,9
F	0,3
Al2O3	0,03
Fe2О 3	0,25
SO3	0,72
твердые примеси	0,5

аммонизировали газообразным аммиаком при соблюдении мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄=1,6 в струйном реакторе до получения раствора диаммонийфосфата с рН, равной 7,0. Пульпу разбавляли водой до необходимой плотности и полученный раствор последовательно осветляли в каскадном отстойнике с периодическим отбором проб на содержание оксида магния. При достижении степени осветления и содержания фосфатов магния в осветленной части раствора диаммонийфосфата в количестве 0,4 мас.% в пересчете на MgO процесс прекращали, полученный осветленный раствор диаммонийфосфата нейтрализовали азотной кислотой до рН 4,6. Полученный раствор моноаммонийфосфата и нитрата аммония в количестве 4,58 т/час подавали на смешение с плавом нитрата аммония с концентрацией 88 мас.% в количестве 25,1 т/час, обеспечивая требуемую марку азотно-фосфорного удобрения. Приготовленный нитратно-фосфатный раствор выпаривали при температуре 175÷180°С до содержания влаги 0,5 мас.%, проводили донейтрализацию аммиаком до рН 5, затем приллировали в грануляционной башне и охлаждали в кипящем слое. После этого гранулированный продукт обрабатывали антислеживающим реагентом.

Получили продукт следующего состава, мас.%:

N	31,0
Р2O5	6,0

Грануляционный состав:

фракция 1÷4 мм	97%
фракция менее 1 мм	3%
фракция более 6 мм	отсутствует
Статическая прочность гранул	2,2 кг/гран.
Рассыпчатость	100%

В процессе работы осуществляли контроль за состоянием и производительностью оборудования.

При высаживании фосфатов магния до содержания 0,4 мас.% сокращается время простоя башен, что приводит к увеличению производительности.

Основная причина отказов - отложения фосфатов магния на оборудовании для гранулирования (забивка корзин грануляции, фильтров плава, налипание на конуса и т.п.).

Производительность, т/сутки	1500
Потери аммиака, кг	27,5

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №214548, С 05 В 11/00, опубликовано 05.08.1969.

2. Патент Российской Федерации №2174970, С 05 С 1/00, C 05 G 1/06, опубликован 20.10.2001.

3. Патент Российской Федерации №2169720, С 05 В 7/00, C 05 G 1/06, опубликован 27.06.2001.

4. Патент Российской Федерации №2171795, С 05 В 7/00, С 05 С 1/00, опубликован 20.10.2001 (прототип).