способ получения азотно-фосфорного удобрения

Формула изобретения

1. Способ получения азотно-фосфорного удобрения, включающий предварительную нейтрализацию фосфорной кислоты аммиаком и последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой с получением пульпы аммонийфосфата и аммонийсульфата, грануляцию последней пульпы и сушку, отличающийся тем, что предварительную нейтрализацию концентрированной фосфорной кислоты аммиаком осуществляют в реакторе-смесителе, а последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой - в трубчатом реакторе с одновременной подачей в реактор аммиака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют фосфорную кислоту с содержанием Р₂О₅ 35-40%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ввод в трубчатый реактор пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака организуют так, чтобы минимизировать агрессивное воздействие на стенки реактора серной кислоты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пульпу аммонийфосфата и аммонийсульфата распыляют на слой ретура, смешанного с фосфогипсом, в аммонизаторе-грануляторе, куда подают жидкий аммиак до полной нейтрализации пульпы, а сушку осуществляют в сушильном барабане.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению азотно-фосфорных удобрений типа сульфоаммофоса, преимущественно марки NP 16:20, с использованием экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), причем последняя произведена из сырья типа фосфоритов Каратау.

Известен способ получения удобрения (Патент РФ № 2334732, опубл. 27.09.2008), содержащего азот, фосфор и серу, включающий нейтрализацию фосфорной и серной кислот аммиаком при раздельной подаче кислот, отделение пара от пульпы, гранулирование и сушку полученного продукта, отличающийся тем, что из пульпы формируют циркуляционный поток, а нейтрализацию кислот последовательно осуществляют в два этапа, причем на первом этапе нейтрализацию раздельно подаваемых кислот проводят в циркуляционном потоке пульпы при величине рН 2,0÷2,8, а на втором этапе осуществляют донейтрализацию пульпы. Донейтрализацию пульпы осуществляют в трубчатом реакторе, до величины рН 5,0÷8,0. На первый этап нейтрализации подают экстракционную фосфорную кислоту с концентрацией по P₂O₅ 25-29 мас.%, серную кислоту с концентрацией по моногидрату 92÷95 мас.% и абсорбционную жидкость. Перед грануляцией в продукт дополнительно вводят азотсодержащий компонент в количестве 0,5÷6,5% от массы конечного продукта в пересчете на азот. В качестве азотсодержащего компонента используют карбамид, растворы карбамида и аммиачной селитры, причем карбамид вводят в ретур, а растворы в пульпу.

Согласно примеру, получили удобрение состава N_общ. - 20,3%, Р₂ О₅ - 20,4%, S - 12,2%, влажность - 1,2 мас.%, рН продукта 6,14. Продукт соответствует ТУ 2186-678-00209438-04 «Удобрение азотно-фосфорное марки 1:1» (NP 20:20).

Недостатками данного способа являются следующие. Нейтрализацию и фосфорной, и серной кислот аммиаком, хотя и при раздельной подаче кислот, осуществляют в одном и том же аппарате - реакторе-смесителе, что приводит, помимо коррозии аппарата, к необходимости отвода из данного аппарата большого количества тепла, выделяющегося при нейтрализации серной кислоты аммиаком; для отвода выделяющегося тепла по способу-прототипу пульпу возвращают в реактор-смеситель и нагревают этим теплом для испарения влаги, вносимой, в том числе, с абсорбционной жидкостью для разбавления фосфорной кислоты, необходимого для снижения температуры реакции, так как нагрев стенок смесителя до температуры выше 80°С приводит к коррозии смесителя. Применение экстракционной фосфорной кислоты с достаточно невысокой концентрацией P₂O₅ 25-29 мас.% способствует образованию пульпы с большой влажностью. Большая влажность пульпы, в свою очередь, кроме высоких энергозатрат на ее сушку, увеличивает кратность ретура и снижает производительность процесса. Внесение карбамида усложняет процесс и увеличивает себестоимость продукции.

Прототипом заявляемого является способ получения сульфоаммофоса (Патент РФ № 2202522, опубл. 20.04.2003), включающий нейтрализацию фосфорной и серной кислот аммиаком с получением фосфорно-сернокислотной пульпы, имеющей рН 4,6-5,8, отличающийся тем, что предварительно фосфорную кислоту нейтрализуют аммиаком с поддержанием в зоне нейтрализации рН 6,2-9 в присутствии соединений магния в количестве 7-28% MgO по отношению к содержанию P₂O₅ в фосфорной кислоте. Согласно примеру, применяют ЭФК с содержанием P₂O₅ 27,4 мас.%. В получаемую первоначально пульпу магнийаммонийфосфата подают серную кислоту и воду, а затем пульпу, имеющую рН 4,8, упаривают. Пульпу с остаточной влажностью 20% направляют на грануляцию и сушку. Готовый продукт имеет характеристику NP 16,8:20.

Способ-прототип недостаточно эффективен по следующим причинам. Применение экстракционной фосфорной кислоты с достаточно невысокой концентрацией P₂O₅ порядка 27 мас.%. способствует образованию пульпы с большой влажностью, что соответственно приводит к необходимости упаривания пульпы. Это требует установки дополнительного выпарного оборудования и ведет к усложнению процесса и увеличению энергозатрат. Реактор-смеситель, где осуществляется и предварительная нейтрализация фосфорной кислоты аммиаком, и последующая обработка получаемой пульпы серной кислотой, подвергается агрессивному воздействию серной кислоты и, соответственно, коррозии. Для снижения термохимической коррозии в реактор-смеситель добавляется вода; так что на грануляцию и сушку направляют пульпу с высокой остаточной влажностью 20%.

Решаемой задачей и техническим результатом настоящего изобретения являются повышение эффективности способа получения азотно-фосфорного удобрения за счет применения более концентрированной экстракционной фосфорной кислоты и разведения в пространстве процессов нейтрализации аммиаком фосфорной и серной кислот. Разведение этих процессов позволяет, в свою очередь, эффективно использовать теплоту нейтрализации серной кислоты аммиаком для выпаривания влаги пульпы и дополнительно минимизировать агрессивное воздействие на оборудование серной 3 кислоты за счет организации специального порядка ввода в трубчатый реактор пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ получения азотно-фосфорного удобрения, включающий предварительную нейтрализацию фосфорной кислоты аммиаком и последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой с получением пульпы аммонийфосфата и аммонийсульфата, грануляцию последней пульпы и сушку, отличается тем, что предварительную нейтрализацию концентрированной фосфорной кислоты аммиаком осуществляют в реакторе-смесителе, а последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой - в трубчатом реакторе с одновременной подачей в реактор аммиака. Используют фосфорную кислоту с содержанием P₂O₅ 35-40%. Ввод в трубчатый реактор пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака организуют так, чтобы минимизировать агрессивное воздействие на стенки реактора серной кислоты. Пульпу аммонийфосфата и аммонийсульфата распыляют на слой ретура, смешанного с фосфогипсом, в аммонизаторе-грануляторе, куда подают жидкий аммиак до полной нейтрализации пульпы. Сушку осуществляют в сушильном барабане.

Данным способом удается получить высококонцентрированное азотно-фосфорное удобрение для сельского хозяйства с содержанием питательных веществ: N (общий)=(16±1)%, P₂O₅=(20±1)% (дополнительно продукт содержит в своем составе серу). Для доведения заданных параметров содержания питательных веществ N и P ₂O₅ в готовом продукте может применяться фосфогипс - отход производства экстракционной фосфорной кислоты.

Получение удобрения происходит по реакциям нейтрализации H ₃PO₄ и H₃SO₄ аммиаком с получением фосфатов аммония (аммонийфосфата) и сульфата аммония (аммонийсульфата):

2NH₃+H₂SO₄ =(NH₄)₂SO₄+ Q

В предлагаемом способе применяется фосфорная кислота концентрированная относительно прототипа; возможно, например, использование экстракционной H₃PO₄, получаемой из фосфорита Каратау по технологии Заявителя, с содержанием P ₂O₅=35-40%; SO₃ - не более 4,5%; твердых веществ - не более 3% (в соответствии с Технологическим регламентом Заявителя на производство ЭФК из фосфоритов Каратау).

Остальное сырье - H₂SO₄, NH ₃ марки «Б» - по ГОСТ.

Состав фосфогипса, в соответствии с Технологическим регламентом Заявителя на производство ЭФК из фосфоритов Каратау, приведен в табл.1 (для сравнения приведен также состав фосфогипса, получаемого при производстве ЭФК из апатитового концентрата).

Таблица 1
Состав фосфогипса
№	Показатель	Из апатитового концентрата массовая доля, %	Из фосфоритов Каратау массовая доля, %
1	P2O 5, в том числе водораствор., не более	1,323, в том числе водораствор. 0,661	1,6, в том числе водораствор. 0,6
2	F общ. не более	0,37	0,30
3	Na2O	0,02-0,2
4	Fe2 O3	0,09-0,16	0,1-0,3
5	Al2O3	0,08-0,22	0,1-0,2
6	К2О	0,004-0,08
7	SiO2	0,5-1,0
8	СаО		31-33
9	SO3		44-47
10	MgO		0,1-0,2
11	H2O	45	до 40

Схема установки для реализации предлагаемого способа приведена на чертеже.

Здесь:

1 - реактор-смеситель с мешалкой, где происходит предварительная нейтрализация фосфорной кислоты аммиаком (подача которых показана стрелками; третья стрелка - подача в реактор-смеситель промывной жидкости);

2 - трубчатый реактор, где осуществляется последующее смешение пульпы аммонийфосфата (из реактора-смесителя 1) с серной кислотой и аммиаком с получением пульпы аммонийфосфата и аммонийсульфата;

3 - гранулятор-аммонизатор;

4 - сушильный барабан;

5 - блок дозирования фосфогипса в ретур.

Рекомендуется оригинальный порядок ввода в трубчатый реактор 2 пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака, позволяющий минимизировать агрессивное воздействие на стенки реактора 2 серной кислоты. Трубчатый реактор 2 цилиндрический, предпочтительно сужающийся по ходу потока смешиваемых компонентов, изготовлен из металла и выложен изнутри химзащитным материалом. В голове трубчатого реактора 2 имеются три штуцера, причем по центральному штуцеру, ось которого параллельна оси реактора, подают H₂SO₄, а по двум остальным штуцерам, установленным так, что их оси находятся под углом к оси реактора и навстречу друг другу, подают NH₃ и пульпу аммонийфосфата из реактора-смесителя 1. Таким образом, поток агрессивной H ₂SO₄ в трубчатом реакторе 2 оказывается изолирован от стенок реактора 2 закручивающимися неагрессивными потоками NH₃ и пульпы аммонийфосфата.

Пример конкретного осуществления способа

На первом этапе фосфорная кислота (произведенная из фосфорита Каратау по технологии Заявителя) с содержанием P₂O₅ 35-38% в объеме Q=15-17 м³/ч подается в реактор-смеситель 1, оснащенный мешалкой, туда же подается промывная жидкость от системы абсорбции в количестве 4-5 м³/ч и жидкий аммиак 1,2-1,6 т/ч, где все перемешивается и где фосфорная кислота частично аммонизируется до мольного отношения (м.о.) 0,4-0,6. Температура в реакторе-смесителе 1 составляет от 50 до 60°С.

На втором этапе частично аммонизированная до 0,4-0,6 пульпа аммонийфосфата из реактора-смесителя 1 подается в трубчатый реактор 2; туда же подается серная кислота H₂SО₄ и аммиак NH₃. Расходы составляют: H₃SO₄ 6-7 м³/ч, NH₃ 4,5-5,5 т/ч, пульпа из реактора-смесителя 18-22 м³/ч. За счет теплоты нейтрализации серной кислоты аммиаком в трубчатом реакторе 2 происходит интенсивное испарение лишней влаги на выходе пульпы из трубчатого реактора 2. Температура паров, отходящих из трубчатого реактора 2, составляет порядка 140°С. Трубчатый реактор 2 при этом не подвергается коррозии благодаря указанному выше порядку ввода в него смешиваемых компонентов.

На выходе из трубчатого реактора 2 получаем пульпу аммонийфосфата и аммонийсульфата, аммонизированную до м.о. 0,7-0,9.

Из трубчатого реактора 2 аммонизированная до м.о. 0,7-0,9 пульпа при помощи специальной форсунки распыляется на слой ретура, смешанного с фосфогипсом из фосфоритов Каратау, в грануляторе-аммонизаторе 3, где за счет вращения последнего происходит образование гранул. Под слой ретура в грануляторе-аммонизаторе 3 подается жидкий NH₃ в количестве 0,1-0,2 т/ч для полной донейтрализации пульпы до м.о. 1,0-1,1.

Полученная в грануляторе-аммонизаторе 3 шихта продукта с м.о. 1,0-1,1 и содержанием влаги 1,2-2% подается в сушильный барабан 4, где высушивается до содержания влаги не более 1,2%.

Фосфогипс из фосфоритов Каратау подается в ретур с помощью блока дозирования 5 из расчета 0,026 тонн на 1 тонну готового удобрения для доведения до нормы в готовом удобрении питательных веществ: N=(16±1)%, P₂O₅=(20±1)% (таким образом, частично используются отходы производства экстракционной фосфорной кислоты).

Решена задача повышения эффективности способа получения азотно-фосфорного удобрения за счет разведения в пространстве - по разным аппаратам - процессов нейтрализации аммиаком фосфорной и серной кислот. Разведение этих процессов позволяет, в свою очередь, эффективно использовать теплоту нейтрализации серной кислоты аммиаком для выпаривания влаги пульпы. Применение концентрированной фосфорной кислоты интенсифицирует процесс в целом и, в том числе, процесс выпаривания пульпы, содержащей влаги значительно меньше, чем пульпа по способу-прототипу.

Дополнительно обеспечена минимизация агрессивного воздействия на оборудование серной кислоты специальным порядком ввода в трубчатый реактор пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака. Частично утилизируется отход производства экстракционной фосфорной кислоты - фосфогипс.