Способ получения очищенной фосфорной кислоты

Изобретение относится к способу получения очищенной концентрированной фосфорной кислоты, которая может быть использована в производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов. Способ получения очищенной фосфорной кислоты включает очистку жидким органическим растворителем, доочистку при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищаемой кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя с отдувкой фтористых соединений и циркуляции через него очищаемой кислоты и адсорбционную очистку при 75-100°С, при этом отдувку и адсорбционную очистку проводят одновременно при концентрировании путем диспергирования адсорбента в поток циркулирующей очищаемой кислоты при массовом соотношении адсорбент:кислота, равном 1:(50-100), с последующим отделением отработанного адсорбента и образующегося осадка. Предлагаемый способ позволяет снизить расход адсорбента и удельные затраты энергии при сохранении глубокой степени очистки фосфорной кислоты от соединений фтора, железа, кремния, сульфат-ионов. 1 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу получения очищенной концентрированной фосфорной кислоты из экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), которая может быть использована в производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов.

Использование экстракционной фосфорной кислоты для получения вышеуказанных целевых продуктов предопределяет необходимость очистки ЭФК от примесей, которые затрудняют проведение технологических процессов и не позволяют получать целевые продукты заданного качества с высоким выходом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ получения фосфорной кислоты, включающий очистку экстракционной фосфорной кислоты жидким органическим экстрагентом, концентрирование очищенной кислоты и доочистку ее от фтористых соединений и остаточного органического экстрагента.

По этому способу экстракционную фосфорную кислоту очищают от примесей природного происхождения жидкостной экстракцией трибутилфосфатом, далее извлекают фосфорную кислоту из трибутилфосфата водой, концентрируют ее до 80-85% H₃PO₄ в две стадии при температурах 150-160°С, подвергают двойной обработке кислоту перед реэкстракцией и после концентрирования активированным углем и окислителем (перекисью водорода) при температурах 110-130°С, причем данную обработку осуществляют с целью очистки от остатков органической фазы и обесцвечивания (а.с. СССР №1526579 A3, кл. С01В 25/46. Заявл. 20.11.79, опубл. 30.11.89, бюл. №44).

Недостатками аналога являются высокие общие энергозатраты - до 350-400 кг у.т./т Р₂О₅, высокая температура процесса - порядка 150°С, необходимость использования окислителя - перекиси водорода.

Известен способ получения фосфорной кислоты, включающий очистку экстракционной фосфорной кислоты жидким органическим растворителем, доочистку ее при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищенной фосфорной кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя и циркуляции через него очищенной кислоты (Патент РФ 2128623, С01В 25/234, 25/46, заявл. 27.05.98, опубл. 10.04.99, БИ 10).

По этому способу экстракцию ведут трибутилфосфатом. Полученный экстракт подают на реэкстракцию водой и извлекают очищенную фосфорную кислоту, которую подают на доочистку в пенный аппарат, где в результате прямого контактирования с топочными газами при температуре 80-95°С происходит доочистка кислоты от фтора и ее концентрирование до содержания H₃PO₄ - 60-78%, при этом предусмотрен вариант циркуляции очищенной фосфорной кислоты в процессе ее доочистки.

Способ позволяет очистить фосфорную кислоту от фтора, снизить удельные энергозатраты, но при этом недостатком его является то, что при отдувке фтористых соединений очистка происходит в основном от фтора, находящегося в виде фтористоводородной кислоты, при этом комплексные соединения фтора с кремнием, железом, алюминием остаются в фосфорной кислоте и препятствуют получению высококачественных продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, т.е. прототипом, является способ получения ортофосфорной кислоты, включающий очистку ее жидким органическим растворителем (ТБФ), доочистку при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищенной кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя с отдувкой фтористых соединений и циркуляции через него очищенной кислоты, при этом кислоту дополнительно пропускают через слой твердого адсорбента в интервале температур 20-100°С при массовом соотношении адсорбент:кислота, равном 1:(5-10) соответственно, чередуя стадии отдувки и адсорбции, причем адсорбент предварительно обрабатывают слабым раствором фтористоводородных кислот, дополнительной очистке на твердом сорбенте, при этом адсорбцию проводят либо до стадии контакта кислоты с газообразным теплоносителем, либо после нее, а в качестве фтористоводородных кислот используют абсорбционный раствор, который получают при абсорбции фторгазов, выделяющихся в системе, водой (патент РФ №2200702, кл. С01В 25/234, опубл. 20.03.2003).

К недостаткам прототипа следует отнести высокий расход адсорбента - массовое соотношение адсорбент:кислота 1:(5-10) и высокие удельные затраты энергии - 300-350 кг у.т./т Р₂О₅.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание способа получения очищенной фосфорной кислоты, позволяющего снизить расход адсорбента и удельные затраты энергии при сохранении глубокой степени очистки фосфорной кислоты от соединений фтора, железа, кремния, сульфат-ионов.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения очищенной фосфорной кислоты, включающем очистку экстракционной фосфорной кислоты жидким органическим растворителем, доочистку при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищаемой кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя с отдувкой фтористых соединений и циркуляции через него очищаемой кислоты и адсорбционную очистку при 75-100°С, при этом отдувку и адсорбционную очистку проводят одновременно при концентрировании путем диспергирования адсорбента в поток циркулирующей очищаемой кислоты при массовом соотношении адсорбент:кислота, равном 1:(50-100), с последующим отделением отработанного адсорбента и образующегося осадка.

В качестве твердых сорбентов используют активированные угли БАУ, БАУ-А, АГ-3, 607С.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1.

При получении очищенной фосфорной кислоты проводят очистку экстракционной фосфорной кислоты с содержанием 67% H₃PO₄ жидким органическим растворителем путем смешения в экстракционной колонне с жидким трибутилфосфатом. Экстракционную фосфорную кислоту после стадии экстракционной очистки ТБФ, содержащей 54% H₃PO₄, 0,042% F и 0,0045% ТБФ, подвергают доочистке при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищенной кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя с отдувкой фтористых соединений и циркуляции через него очищаемой кислоты и адсорбционной очистке при 75°С. При этом адсорбент вводится в систему путем диспергирования адсорбента в поток циркулирующей очищаемой кислоты при массовом соотношении адсорбент: кислота, равном 1:50. Смешение свежего адсорбента, свежей очищаемой кислоты и оборотной суспензии адсорбента в очищаемой кислоте, возвращаемой из отстойника, осуществляется в реакторе с мешалкой перед стадией одновременного концентрирования с отдувкой фтористых соединений и адсорбционной очистки. В качестве адсорбента используют активированный уголь марки БАУ с размером частиц не менее 5 мкм. Одновременное концентрирование с отдувкой фтористых соединений и адсорбционная очистка осуществляется в аппарате тарельчатого типа, работающего в пенном режиме при плотности орошения 5-75 м³/(м²·ч). Далее производят отделение отработанного адсорбента и образующегося при адсорбционной очистке осадка от раствора фосфорной кислоты методом отстаивания. Скорость осаждения определяется степенью насыщения адсорбента. При степени насыщения 50% скорость осаждения составляет 15 мм/ч. Часть кислоты с неотработанным адсорбентом из средней зоны отстойника возвращают на стадию отдувки. Осветленную жидкость подают на фильтр тонкой очистки, где происходит отделение кислоты от мелкой фракции адсорбента. В результате получают очищенную фосфорную кислоту, содержащую 73% H₃PO₄; SO₄ ^2-<0,03%; F<0,007%; Fe<0,005%, SiO₂<0.0017%. Удельные затраты энергии на получение 1 т кислоты по предлагаемому способу составляют 250-270 кг у.т./т Р₂О₅.

Пример 2. Способ по примеру 1, отличающийся тем, что соотношение адсорбент:кислота поддерживают 1:75 и температура на стадии доочистки 85°С, а в качестве адсорбента используют активированный уголь марки АГ-3. Удельные затраты энергии на получение 1 т кислоты по предлагаемому способу составляют 270-290 кг у.т./т P₂O₅.

Пример 3. Способ по примеру 1, отличающийся тем, что соотношение адсорбент:кислота поддерживают 1:100 и температура на стадии доочистки 100°С, а в качестве адсорбента используют активированный уголь марки 607С. Удельные затраты энергии на получение 1 т кислоты по предлагаемому способу составляют 290-310 кг у.т./т P₂O₅.

Результаты примеров сведены в таблицу.

Данные таблицы свидетельствуют, что использование заявленного изобретения позволяет сохранить глубокую степень очистки от соединений фтора, железа, кремния, серы при снижении расхода адсорбента в 5-10 раз и снижении энергозатрат на 15-30%.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет перейти на непрерывный режим адсорбционной очистки, снизить кратность циркуляции очищаемой кислоты на стадии отдувки фтористых соединений.

Способ получения очищенной фосфорной кислоты, включающий очистку экстракционной фосфорной кислоты жидким органическим растворителем, доочистку при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищаемой кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя с отдувкой фтористых соединений и циркуляции через него очищаемой кислоты и адсорбционную очистку при 75-100°С, отличающийся тем, что отдувку и адсорбционную очистку проводят одновременно при концентрировании путем диспергирования адсорбента в поток циркулирующей очищаемой кислоты при массовом соотношении адсорбент:кислота, равном 1:(50-100), с последующим отделением отработанного адсорбента и образующегося осадка.