Способ получения диаммонийфосфата

Изобретение относится к способу получения диаммонийфосфата (ДАФ), широко используемого в качестве минерального удобрения для различных видов почв. Способ включает нейтрализацию раствора фосфорной кислоты аммиаком сначала до мольного отношения 1,4, доаммонизацию до мольного отношения 1,8, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов в две ступени с подачей на первую ступень фосфорной кислоты и стоков второй ступени. В качестве фосфорной кислоты, поступающей на первую ступень абсорбции, используют упаренную и неупаренную фосфорные кислоты, подают их раздельно, упаренную кислоту подают двумя потоками, в абсорбционные стоки первой ступени сначала вводят всю неупаренную кислоту, 15-35% от всего количества упаренной кислоты и стоки второй ступени абсорбции при плотности последних 1,01-1,3 г/см³, затем в полученную смесь добавляют остальную упаренную кислоту, при этом количественное соотношение упаренной кислоты, неупаренной кислоты и стоков второй ступени поддерживают в пределах, обеспечивающих плотность смеси не выше 1,55 г/см³. Технический эффект - высокотехнологичный процесс получения диаммонийфосфата с использованием упаренной и неупаренной экстракционной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме.

 

Изобретение относится к способу получения диаммонийфосфата (ДАФ), широко используемого в качестве минерального удобрения для различных видов почв.

Технология получения ДАФ основана на нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком, при этом в качестве фосфорной кислоты используются упаренные и неупаренные фосфорные кислоты или их смеси, использование неупаренной кислоты позволяет не только снизить энергозатраты на производстве, но и добиваться различных технических эффектов.

Так, например, известен способ получения ДАФ, защищенный патентом РФ №2152374, С05В 7/00, 2000 г. По этому способу предварительно смешивают упаренную и неупаренную фосфорные кислоты, смесь нейтрализуют аммиаком в трубчатом реакторе сначала до мольного отношения 1,4, а затем в аммонизаторе-грануляторе донейтрализуют до мольного отношения 1,75. Гранулированный продукт сушат, а отходящие газы со стадии гранулирования и сушки направляют на абсорбцию в две ступени, на первой ступени абсорбцию ведут пульпой фосфатов аммония, а на второй - фосфорной кислотой. Данный способ позволяет не только снизить энергозатраты на упарку всей массы кислоты, но и получить гранулы удобрений с более пластичной поверхностью, что значительно улучшает их потребительские свойства.

Однако, т.к. данный способ предусматривает отдельное предварительное смешение кислот, то на этой стадии возникает неуправляемое выделение фтора, который не улавливается.

Известен также способ получения фосфатов аммония (в том числе ДАФ), защищенный патентом РФ №2201394, С01В 25/28, 2003 г. По этому способу на первую стадию нейтрализации подают часть неупаренной фосфорной кислоты и получают частично аммонизированную кислоту, которую затем упаривают и смешивают с остальной неупаренной кислотой, смесь аммонизируют до необходимого мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄, затем проводят гранулирование и сушку гранул в барабанном грануляторе-сушилке (БГС), отходящие газы после нейтрализации (аппарат САИ) и БГС поступают на абсорбцию.

Такая технология процесса с использованием неупаренной фосфорной кислоты позволяет сократить расход электроэнергии, снизить инкрустацию и коррозию оборудования.

Данный способ обладает тем же недостатком, что и описанный выше.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения ДАФ, защищенный патентом РФ №2224712, С01В 25/28, 2004 г. Способ включает нейтрализацию фосфорсодержащего раствора аммиаком сначала до мольного отношения 1,4, а затем до мольного отношения 1,75, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов в две ступени с подачей на первую ступень фосфорной кислоты и стоков второй ступени. По этому способу неупаренную фосфорную кислоту подают сначала на стадию абсорбции отходящих газов, процесс ведут до получения абсорбционного раствора, представляющего собой частично аммонизированную кислоту с соотношением в ней F:NH₃=0,2-0,6, которую затем упаривают до влажности 26-40%. На первой ступени абсорбции отходящих газов поддерживают мольное отношение NH₃:Н₃PO₄=0,4-0,8, а на второй - 0,1-0,3.

Недостатком данного способа является то, что технология, в основном, рассчитана на использование экстракционной фосфорной кислоты, полученной в дигидратном режиме (пример 1, 2). При использовании экстракционной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме (пример 3), заявленный способ технологически плохо осуществим, т.к. абсорбционные стоки, имеющие соотношение NH₃:Н₃PO₄ на первой ступени 0,8, обладают малой текучестью, что вызывает дополнительные сложности при транспортировке ее на последующую стадию упарки, что влияет на технологичность процесса и снижает его производительность.

Задача предложенного способа - разработка высокотехнологичного процесса получения диаммонийфосфата с использованием упаренной и неупаренной экстракционной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме.

Задача решена в предложенном способе получения ДАФ, включающем нейтрализацию раствора фосфорной кислоты аммиаком сначала до мольного отношения 1,4, а затем до мольного отношения 1,8, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов в две ступени, при этом на первую ступень абсорбции отходящих газов подают неупаренную фосфорную кислоту и стоки второй ступени. На первую ступень абсорбции дополнительно подают упаренную фосфорную кислоту. В абсорбционные стоки первой ступени сначала вводят всю неупаренную кислоту, 15-35% от всего количества упаренной кислоты и стоки второй ступени абсорбции при плотности последних 1,01-1,3 г/см³, затем в полученный частично аммонизированный раствор фосфорной кислоты добавляют остальную упаренную кислоту, при этом количественное соотношение упаренной кислоты, неупаренной кислоты и стоков второй ступени поддерживают в пределах, обеспечивающих плотность смеси не выше 1,55 г/см³. На второй ступени абсорбции отходящие газы орошают водой.

Сущность способа заключается в следующем. При получении кислоты в полугидратном режиме упарка пульпы (как предусмотрено в примере 3 прототипа) вызывает загустевание последней и соответственно затрудняет проведение процесса. Чтобы избежать этого часть полугидратной кислоты предварительно упаривают. Для того, чтобы избежать выделения неконтролируемого фтора (на стадию абсорбции подают отходящие газы только со стадий нейтрализации, грануляции и сушки), упаренную и неупаренные кислоты предварительно не смешивают, а подают раздельными потоками на первую ступень абсорбции газов. Как было указано выше, для технологичности процесса необходимо добиться таких реологических свойств смеси абсорбционных стоков и фосфорной кислоты, поступающей на дальнейшую нейтрализацию NH₃, например, в трубчатый реактор, чтобы в процессе не возникали технологические трудности, связанные с транспортировкой реагентов и работой технологического оборудования в условиях использования полугидратной фосфорной кислоты. Актуальность разработки такого способа связана с тем, что в настоящее время не только существуют цеха производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) в полугидратном режиме, но и предполагается перевод уже действующих цехов, работающих в дигидратном режиме на полугидратный.

Нами разработаны технологические показатели, которые влияют на получение необходимого эффекта. Определяющим является плотность смеси, представляющая собой частично аммонизированную фосфорную кислоту, которая затем поступает на стадию основной нейтрализации аммиаком. Эта плотность не должна превышать 1,55 г/см³. Повышение ее приведет к повышению вязкости смеси, ее загустеванию и невозможности перекачивания.

Поэтому все технологические приемы разработанного способа направлены именно на это. Так весь объем упаренной кислоты подают в два приема, так как при подаче всего объема упаренной кислоты мольное отношение NH₃/Н₃PO₄ понижается до значения ниже 0,3, при котором резко увеличивается выделение фтора. При этом упаренная кислота распределяется по точкам подачи в определенных объемах. Сначала в абсорбционные стоки первой ступени вводят 15-35% от всего количества упаренной кислоты. Если подают менее 15% всего объема упаренной кислоты, то мольное отношение NH₃/Н₃PO₄ увеличивается. Пульпа густеет. Если подают более 35%, то мольное отношение падает ниже 0,3 (выделение фтора). После введения первой части упаренной кислоты вводят абсорбционные стоки второй ступени с плотностью 1,01-1,3 г/см³. Снижение плотности приводит к снижению производительности системы, а повышение к повышению плотности раствора, поступающего на основную нейтрализацию, выше 1,55 г/см³.

Для того, чтобы поддерживать такую плотность (1,55 г/см³), также необходимо вводить компоненты, а именно неупаренную фосфорную кислоту, упаренную фосфорную кислоту и стоки второй ступени в строго определенных количествах. Эти количества определяются в каждом процессе конкретно в зависимости от качества и концентрации используемых кислот, от колебания содержания аммиака в отходящих газах и других показателей производственного процесса.

На вторую стадию абсорбции подается вода, количество которой также регламентируется плотностью абсорбционных стоков на второй ступени.

Использование предложенного способа позволит при использовании фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме, сделать процесс достаточно технологичным, исключить загустевание пульпы, ликвидировать забивку пульпопроводов.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Упаренная фосфорная кислота в количестве 48 т/ч, концентрацией 53% P₂O₅ и плотностью 1,70 г/см³ делится на два потока, один из которых в количестве 7,4 т/ч подается на 1-ую ступень узла очистки газов (15% от общего количества упаренной фосфорной кислоты).

Неупаренная полугидратная фосфорная кислота с концентрацией не менее 35,5% Р₂O₅ и плотностью γ=1,39 г/см³, взятая в количестве 16,5 т/ч, также поступает на 1-ую ступень очистки газов. Одновременно на 1-ую ступень очистки газов подаются стоки со 2-ой ступени очистки в количестве 5,5 т/ч и плотностью γ=1,30 г/см³.

Полученный частично аммонизированный раствор с плотностью γ=1,4 г/см³ смешивается с оставшейся частью упаренной фосфорной кислоты.

Далее раствор с плотностью 1,50 г/см³ поступает на нейтрализацию в трубчатые реакторы, где аммонизируется жидким аммиаком до мольного отношения NH₃/Н₃PO₄=1,4. Температура в трубчатых реакторах составляет 130°С. Полученная пульпа подается в аммонизатор-гранулятор, в котором происходит доаммонизация шихты до мольного отношения 1,80 и ее гранулирование. Далее шихту направляют в сушильный барабан, где она высушивается до остаточной влаги 1,5% Н₂O. Высушенный продукт поступает на классификацию, после которой готовый продукт в количестве 64 т/ч и содержанием N=18,1%, Р₂O₅=46,1% подается на склад.

Пример 2. Упаренная фосфорная кислота в количестве 56 т/ч, концентрацией 53% P₂O₅ и плотностью 1,70 г/см³ делится на два потока, один из которых в количестве 16,5 т/ч подается на 1-ую ступень узла очистки газов (34% от общего количества упаренной фосфорной кислоты).

Неупаренная полугидратная фосфорная кислота с концентрацией не менее 35,5% P₂O₅ и плотностью γ=1,39 г/см³, взятая в количестве 4,1 т/ч, также поступает на 1-ую ступень очистки газов. Одновременно на 1-ую ступень очистки газов подаются стоки со 2-ой ступени очистки в количестве 6,8 т/ч и плотностью γ=1,057 г/см³.

Полученный частично аммонизированный раствор смешивается с оставшейся частью упаренной фосфорной кислоты.

Далее раствор с плотностью 1,55 г/см³ поступает на нейтрализацию в трубчатые реакторы, где аммонизируется жидким аммиаком до мольного отношения NH₃/Н₃PO₄=1,4. Температура в трубчатых реакторах составляет 140°С. Полученная пульпа подается в аммонизатор-гранулятор, в котором происходит доаммонизация шихты до мольного отношения 1,80 и ее гранулирование. Далее шихту направляют в сушильный барабан, где она высушивается до остаточной влаги 1,5% H₂O. Высушенный продукт поступает на классификацию, после которой готовый продукт в количестве 64 т/ч и содержанием N=18,1%, P₂O₅=46,l% подается на склад.

Пример 3. Упаренная фосфорная кислота в количестве 51 т/ч, концентрацией 53% P₂O₅ и плотностью 1,70 г/см³ делится на два потока, один из которых в количестве 11,5 т/ч подается на 1-ую ступень узла очистки газов (22,5% от общего количества упаренной фосфорной кислоты).

Неупаренная полугидратная фосфорная кислота с концентрацией 35,5% Р₂O₅ и плотностью γ=1,39 г/см³, взятая в количестве 12,3 т/ч, также поступает на 1-ую ступень очистки газов. Одновременно на 1-ую ступень очистки газов подаются стоки со 2-ой ступени очистки в количестве 3,1 т/ч и плотностью γ=1,10 г/см³.

Полученный частично аммонизированный раствор с плотностью γ=1,45 г/см³ смешивается с оставшейся частью упаренной фосфорной кислоты.

Далее раствор с плотностью 1,55 г/см³ поступает на нейтрализацию в трубчатые реакторы, где аммонизируется жидким аммиаком до мольного отношения NH₃/Н₃PO₄=1,4. Температура в трубчатых реакторах составляет 145°С. Полученная пульпа подается в аммонизатор-гранулятор, в котором происходит доаммонизация щихты до мольного отношения 1,80 и ее гранулирование. Далее шихту направляют в сушильный барабан, где она высушивается до остаточной влаги 1,5% H₂O. Высушенный продукт поступает на классификацию, после которой готовый продукт в количестве 64 т/ч и содержанием N=18,1%, Р₂O₅=46,1% подается на склад.

Способ получения диаммонийфосфата, включающий нейтрализацию раствора фосфорной кислоты аммиаком сначала до мольного отношения 1,4, доаммонизацию до мольного отношения 1,8, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов в две ступени, при этом на первую ступень абсорбции отходящих газов подают неупаренную фосфорную кислоту и стоки второй ступени, отличающийся тем, что на первую ступень абсорбции дополнительно подают упаренную фосфорную кислоту в количестве 15-35% от всего ее количества и стоки второй ступени абсорбции при плотности последних 1,01-1,3 г/см³, а затем в полученный частично аммонизированный раствор фосфорной кислоты вводят остальную упаренную фосфорную кислоту, при этом количественное соотношение упаренной, неупаренной кислоты и стоков второй ступени поддерживают в пределах, обеспечивающих плотность полученного раствора фосфорной кислоты не выше 1,55 г/см³.