способ получения диаммонийфосфата

Формула изобретения

Способ получения диаммонийфосфата, включающий нейтрализацию аммиака кислым раствором, содержащим фосфорную кислоту, грануляцию и сушку продукта в одном аппарате, очистку отходящих газов, отличающийся тем, что в качестве кислого раствора, содержащего фосфорную кислоту, используют раствор с мольным соотношением NH₃ :H₃PO₄=0,5÷0,7, нейтрализацию аммиака осуществляют в одну стадию до мольного соотношения NH₃:Н₃ PO₄ в продукте, равного 1,65÷1,82, при этом на нейтрализацию подают смесь жидкого и газообразного аммиака при их массовом соотношении соответственно 1:(0,25÷3,00).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству фосфорных минеральных удобрений, а конкретно к способу получения диаммонийфосфата, широко используемого в качестве удобрения в сельском хозяйстве.

Известен способ получения диаммонийфосфата, включающий нейтрализацию аммиака кислым компонентом, содержащим фосфорную кислоту, до мольного соотношения NH₃:Н ₃PO₄=1,75, грануляцию, сушку продукта и очистку отходящих газов. (Технология фосфорных и комплексных удобрений. Под ред. Эвенчика С.Д. и Бродского А.А., М.: Химия, 1987, с.194). В известном способе осуществляется двухстадийная нейтрализация аммиака фосфорной кислотой. В результате нейтрализации на первой стадии до мольного отношения NH₃ :Н₃PO₄=1,35-1,40 получают частично нейтрализованный фосфорнокислый раствор (пульпу). Недостатком известного способа является то, что из-за заниженной вязкости подаваемой пульпы фосфатов аммония в процессе грануляции образуется большое количество мелкой фракции, из-за чего выход товарной фракции 2÷4 мм не превышает 70%.

Известен способ получения диаммонийфосфата, включающий нейтрализацию аммиака кислым компонентом, содержащим фосфорную и серную кислоты, до мольного отношения 1,75, грануляцию, сушку, классификацию готового продукта, очистку отходящих газов (Патент РФ 2122989, МПК С05В 7/00, опубл. 1998). Недостатком известного способа являются высокие энергетические затраты и недостаточное качество продукции (слеживаемость, пористость), обусловленные двухстадийностью нейтрализации, совмещением второй стадии нейтрализации со стадией грануляции, раздельным процессом сушки. Повышенный расход аммиака при нейтрализации приводит к дополнительным энергозатратам на рециркуляцию аммиака в системе, а неоднородность пульпы после первой стадии нейтрализации приводит к неоднородности состава гранулированного продукта, что повышает его пористость и слеживаемость, обуславливает недостаточный выход товарной фракции 2÷4 мм.

Известен способ получения диаммонийфосфата, включающий нейтрализацию жидкого аммиака кислым компонентом, содержащим фосфорную кислоту, до мольного отношения 1,7, грануляцию и сушку продукта в одном аппарате, очистку отходящих газов (Патент РФ 2030370, МПК С05В 7/00, опубл. 1995). Недостатком указанного способа является то, что в двухстадийной нейтрализации аммиака используются два последовательно работающих трубчатых реактора, вследствие чего процессы нейтрализации и грануляции становятся трудно управляемыми, большое количество аммиака с отходящими газами попадает в аппараты адсорбции, имеются большие энергетические затраты на единицу продукции, а выход товарной фракции 2÷4 мм нестабилен и существенно снижен.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения диаммонийфосфата, включающий нейтрализацию аммиака в трубчатом реакторе кислым раствором, содержащим фосфорную кислоту, грануляцию и сушку продукта в одном аппарате, очистку отходящих газов (Патент РФ 2026849, МПК С05В 7/00, опубл. 1995). Известный способ характеризуется сложностью технологического процесса, обусловленной необходимостью обработки пульпы в автоклаве после первой стадии нейтрализации. При этом в силу сложности согласования процессов нейтрализации и грануляции-сушки известный способ не обеспечивает высокого выхода товарной фракции 2÷4 мм. Обработка в автоклаве не обеспечивает рациональное использование тепла реакции, что сохраняет повышенные энергозатраты в процессе грануляции и сушки.

Задачей изобретения является получение гранулированного диаммонийфосфата с использованием одностадийной аммонизации. Технический результат изобретения заключается в упрощении процесса, снижении энергозатрат, повышении выхода товарной фракции 2÷4 мм до уровня не менее 90%. При этом максимально используют теплоту процесса аммонизации (нейтрализации).

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе получения диаммонийфосфата, включающем нейтрализацию аммиака кислым раствором, содержащим фосфорную кислоту, грануляцию и сушку продукта в одном аппарате, очистку отходящих газов, в качестве кислого раствора, содержащего фосфорную кислоту, используют раствор с мольным соотношением NH ₃:Н₃PO₄=0,5÷0,7 нейтрализацию аммиака осуществляют в одну стадию до мольного соотношения NH₃:Н₃ PO₄ в продукте, равного 1,65÷1,82, а на нейтрализацию подают смесь жидкого и газообразного аммиака при их массовом соотношении соответственно 1:(0,25÷3,00).

Новым в способе является нейтрализация жидкого и газообразного аммиака кислым раствором, содержащим фосфорную кислоту, в одностадийном процессе от мольного соотношения NH₃:Н ₃PO₄=0,5÷0,7 в растворе до соотношения 1,65÷1,82 в продукте. Изменение соотношения жидкого и газообразного аммиака от 1:0,25 до 1:3, соответственно, позволяет регулировать процесс грануляции, получая выход товарной фракции 2÷4 мм от 90 до 92% и достичь полного высушивания продукта теплотой реакции. Энергия экономится и при использовании отходного технологического низкотемпературного тепла (30÷40°С) при превращении жидкого аммиака в газообразный.

При уменьшении соотношения жидкого и газообразного аммиака менее 1:0,25 либо увеличении более 1:3 процесс грануляции становится малочувствительным к изменению отношения, а процент выхода фракции 2÷4 мм достигает менее 90%, кроме того, при соотношении большем 1:3 возрастают потери тепла реакции и выделение не прореагировавшего аммиака в газовую фазу, вследствие чего возрастает нагрузка на систему абсорбции. Мольные соотношения аммиака и фосфорной кислоты в исходном кислом растворе и в пульпе продукта, поступающей на грануляцию, определяют возможность проведения процесса аммонизации (нейтрализации) в одну стадию. Уменьшение соотношения NH ₃:Н₃PO₄ в кислом растворе менее 0,5, а степени аммонизации NH₃ :Н₃PO₄ в продукте менее 1,65 приводит к ухудшению процесса грануляции, уменьшению выхода продукта, снижению его качества (увеличивается слеживаемость, уменьшается выход товарной фракции). Увеличение соотношения NH ₃:Н₃PO₄ в кислом растворе более 0,7, а степени аммонизации NH₃ :Н₃PO₄ в продукте более 1,82 приводит к возрастанию потерь аммиака при нейтрализации, возрастанию потерь энергии на рециркуляцию аммиака, ухудшает гранулометрический состав продукта.

В качестве кислого раствора используется смесь экстракционной фосфорной кислоты и абсорбционной жидкости с NH₃:Н ₃PO₄, равным 0,5÷0,7, смесь фосфорной кислоты и абсорбционной жидкости с добавкой серной кислоты с NH₃:Н₃PO ₄, равным 0,5÷0,7. Концентрированная серная кислота (92÷93 мас.%) может, например, вводиться из расчета 40÷80 кг на 1000 кг Р₂O₅ .

На чертеже приведена установка для производства диамммонийфосфата по изобретению, иллюстрирующая технологическую схему его производства.

Способ получения диаммонийфосфата по настоящему изобретению реализуется следующим образом: в трубчатый реактор 1 подается жидкий и газообразный аммиак при их соотношении 1:(0,25÷3,0), соответственно, и фосфорнокислый раствор из сборника 6. Подача в трубчатый реактор 1 жидкого и газообразного аммиака осуществляется автоматически по расходу фосфорной кислоты из сборника 6. Соотношение жидкого и газообразного аммиака изменяют от 1:0,25 до 1:3,0, что определяет количество товарной фракции в гранулированном продукте после барабанного гранулятора-сушилки 2. При увеличении количества газообразного аммиака содержание мелкой фракции в продукте увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. Продукт реакции нейтрализации - пульпа диаммонийфосфата, имеющая температуру 147÷150°С, распыляется в барабанном грануляторе-сушилке 2 на слой продукта и высушивается топочными газами. Так как во время реакции нейтрализации выделяется большое количество тепла, то при увеличении соотношения жидкого и газообразного аммиака от 1:0,9 и выше, продукт высушивается преимущественно реакционным теплом. Высушенный продукт просеивается через грохот 3, крупная фракция измельчается в дробилке 4 и вместе с мелкой фракцией возвращается в барабанный гранулятор-сушилку 2, а товарная фракция 2÷4 мм охлаждается в охладителе 5. Воздух вместе с пылью диаммонийфосфата отсасывается из охладителя 5 вентилятором 14, очищается водой в абсорбере 13 и выбрасывается в атмосферу. Абсорбционная жидкость - раствор фосфатов аммония - из сборника 12 поступает в сборник второй ступени очистки газа 9, в который подается фосфорная кислота. В абсорбере 10 газ очищается от остатков аммиака и фтора и вентилятором 11 выбрасывается в атмосферу. Избыток фосфорнокислого раствора из сборника 9 подается в сборник 7 первой ступени очистки газов. Из барабанного гранулятора-сушилки 2 газ с температурой 95÷110°С попадает в абсорбер первой ступени очистки газов, в котором мольное соотношение NH₃ :Н₃PO₄ фосфорнокислотной абсорбционной жидкости повышается до 1,1÷1,3, а избыток жидкости попадает в реакторный бак 6, куда добавляется фосфорная кислота с концентрацией 52% по Р₂O ₅ и серная кислота с концентрацией 92,5%. Из реакторного бака 6 фосфорнокислый раствор с температурой 80÷90°С и мольным соотношением NH₃:Н ₃PO₄=0,5÷0,7 подается в трубчатый реактор 1 для нейтрализации жидким и газообразным аммиаком.

Пример 1. 18,5 т/час Н₃PO ₄ с концентрацией 52% по P₂O ₅ смешивают в сборнике емкостью 50 м³ с 2,6 т/час серной кислоты с концентрацией 92,5% и 28 т/час абсорбционной жидкости - фосфорнокислого раствора с мольным соотношением NH₃:Н₃PO ₄=1,1. Полученную смесь - фосфорнокислотный раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃ PO₄=0,5 в количестве 50 т/час подают в трубчатый реактор, где он нейтрализуется жидким и газообразным аммиаком в соотношении 1:0,25 до мольного соотношения NH ₃:Н₃PO₄=1,8. Полученная пульпа распыляется в барабанный гранулятор-сушилку, где высушивается горячим газом, классифицируется и из нее получается 45 т/час готового продукта следующего состава: Р ₂O₅ - 46,2%, N - 18,1%, влага - 1,8%. Выход фракции 2÷4 мм составляет 92%. Газы очищаются до санитарной нормы - 15 мг/м³ NH₃ .

Пример 2. 20,0 т/час Н₃PO ₄ с концентрацией 52% по P₂O ₅ смешивают в сборнике емкостью 50 м³ с 2,6 т/час серной кислоты с концентрацией 92,5% и 26,5 т/час абсорбционной жидкости - смеси фосфорнокислого раствора с мольным соотношением NH₃:Н₃ PO₄=1,2. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н ₃PO₄=0,6 в количестве 50 т/час подают в трубчатый реактор, где ее нейтрализуют жидким и газообразным аммиаком при соотношении 1:0,9 до мольного соотношения NH ₃:Н₃PO₄=1,8. Полученная пульпа распыляется в барабанный гранулятор-сушилку, где она высушивается горячим газом и теплотой реакции, классифицируется и получается 45 т/час готового продукта следующего состава: P ₂O₅ - 46,2%, N - 18,1%, влага - 1,7%. Выход фракции 2÷4 мм составляет 92%. Газы очищаются до санитарной нормы - 15 мг/м³ NH₃ .

Пример 3. 21,5 т/час Н₃PO ₄ с концентрацией 52% по P₂O ₅ смешивают в сборнике емкостью 50 м³ с 2,6 т/час серной кислоты с концентрацией 92,5% и 25,0 т/час абсорбционной жидкости - смеси фосфорнокислого раствора с мольным соотношением NH₃:Н₃ PO₄=1,3. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н ₃PO₄=0,7 в количестве 50 т/час подают в трубчатый реактор, где ее нейтрализуют жидким и газообразным аммиаком при соотношении 1:3,0 до мольного соотношения NH ₃:Н₃PO₄=1,8. Полученная пульпа распыляется в барабанный гранулятор-сушилку, где она высушивается горячим газом и теплотой реакции, классифицируется и получается 45 т/час готового продукта следующего состава: Р ₂О₅ - 46,2%, N - 18,1%, влага - 1,7%. Выход фракции 2÷4 мм составляет 92%. Газы очищаются до санитарной нормы - 15 мг/м³ NH₃ .

Пример 4. 18,5 т/час Н₃PO ₄ с концентрацией 52% по Р₂O ₅ смешивают в сборнике емкостью 50 м³ с 2,6 т/час серной кислоты с концентрацией 92,5% и 28 т/час абсорбционной жидкости - фосфорнокислого раствора с мольным соотношением NH₃:Н₃PO ₄=1,1. Полученную смесь - фосфорнокислотный раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃ PO₄=0,5 в количестве 50 т/час подают в трубчатый реактор, где он нейтрализуется жидким и газообразным аммиаком в соотношении 1:0,25 до мольного соотношения NH ₃:Н₃PO₄=1,65. Полученная пульпа распыляется в барабанный гранулятор-сушилку, где высушивается горячим газом, классифицируется и из нее получается 45 т/час готового продукта следующего состава: P ₂O₅ - 46,2%, N - 18,1%, влага - 1,8%. Выход фракции 2÷4 мм составляет 90%. Газы очищаются до санитарной нормы - 15 мг/м³ NH₃ .

Пример 5. 21,5 т/час Н₃PO ₄ с концентрацией 52% по P₂O ₅ смешивают в сборнике емкостью 50 м³ с 2,6 т/час серной кислоты с концентрацией 92,5% и 25,0 т/час абсорбционной жидкости - смеси фосфорнокислого раствора с мольным соотношением NH₃:Н₃ PO₄=1,3. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н ₃PO₄=0,7 в количестве 50 т/час подают в трубчатый реактор, где ее нейтрализуют жидким и газообразным аммиаком при соотношении 1:3,0 до мольного соотношения NH ₃:Н₃PO₄=1,82. Полученная пульпа распыляется в барабанный гранулятор-сушилку, где она высушивается горячим газом и теплотой реакции, классифицируется и получается 45 т/час готового продукта следующего состава: Р ₂O₅ - 46,2%, N - 18,1%, влага - 1,7%. Выход фракции 2÷4 мм составляет 91%. Газы очищаются до санитарной нормы - 15 мг/м³ NH₃ .

Пример 6 (контрольный). 21,5 т/час Н₃ PO₄ с концентрацией 52% по Р ₂O₅ смешивают в сборнике емкостью 50 м³ с 2,6 т/час серной кислоты с концентрацией 92,5% и 25,0 т/час абсорбционной жидкости - смеси фосфорнокислого раствора с мольным соотношением NH₃:Н ₃PO₄=1,3. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н ₃PO₄=0,7 в количестве 50 т/час подают в трубчатый реактор, где ее нейтрализуют жидким аммиаком при соотношении до мольного соотношения NH₃ :Н₃PO₄=1,8. Полученная пульпа распыляется в барабанный гранулятор-сушилку, где она высушивается горячим газом и теплотой реакции, классифицируется и получается 45 т/час готового продукта следующего состава: Р ₂O₅ - 46,2%, N - 18,1%, влага - 1,7%. Выход фракции 2÷4 мм составляет 74%. Газы очищаются до санитарной нормы - 15 мг/м³ NH₃ .

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить технологию, уменьшить энергозатраты и увеличить выход товарной фракции при производстве диаммонийфосфата.

Благодаря указанным преимуществам, изобретение может быть использовано при производстве фосфорных минеральных удобрений.