Способ получения диаммонийфосфата

Изобретение относится к способу получения диаммонийфосфата, широко используемого в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Способ включает одностадийную нейтрализацию жидкого и газообразного аммиака в соотношении 1:(0,25÷3,0) кислым раствором с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=0,5÷0,7 до мольного соотношения в продукте NH₃:Н₃PO₄=1,65÷1,82, грануляцию и сушку продукта в одном аппарате, очистку отходящих газов. Подача на нейтрализацию жидкого и газообразного аммиака в заявленном соотношении позволяет управлять процессом грануляции и использовать тепло реакции для сушки продукта, при этом выход товарной фракции 2÷4 мм достигает 90÷92%, а одностадийная нейтрализация упрощает процесс. 1 ил.

 

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:Н₃PO₄=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 NH₃:Н₃PO₄=0,5÷0,7 нейтрализацию аммиака осуществляют в одну стадию до мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄ 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:Н₃PO₄=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 NH₃: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 NH₃: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:Н₃PO₄, равным 0,5÷0,7, смесь фосфорной кислоты и абсорбционной жидкости с добавкой серной кислоты с NH₃:Н₃PO₄, 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 Р₂O₅ и серная кислота с концентрацией 92,5%. Из реакторного бака 6 фосфорнокислый раствор с температурой 80÷90°С и мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=0,5÷0,7 подается в трубчатый реактор 1 для нейтрализации жидким и газообразным аммиаком.

Пример 1. 18,5 т/час Н₃PO₄ с концентрацией 52% по P₂O₅ 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:Н₃PO₄=1,1. Полученную смесь - фосфорнокислотный раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=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 NH₃: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: Р₂O₅ - 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 Н₃PO₄ с концентрацией 52% по P₂O₅ 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:Н₃PO₄=1,2. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=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 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: P₂O₅ - 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 Н₃PO₄ с концентрацией 52% по P₂O₅ 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:Н₃PO₄=1,3. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=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 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: Р₂О₅ - 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 Н₃PO₄ с концентрацией 52% по Р₂O₅ 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:Н₃PO₄=1,1. Полученную смесь - фосфорнокислотный раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=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 NH₃: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: P₂O₅ - 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 Н₃PO₄ с концентрацией 52% по P₂O₅ 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:Н₃PO₄=1,3. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=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 NH₃: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: Р₂O₅ - 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 Н₃PO₄ с концентрацией 52% по Р₂O₅ 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:Н₃PO₄=1,3. Полученную смесь - фосфорнокислый раствор с мольным соотношением NH₃:Н₃PO₄=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: Р₂O₅ - 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.

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:Н₃PO₄ 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).