способ получения диаммонийфосфата

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИАММОНИЙФОСФАТА, включающий постадийную нейтрализацию фосфорнокислого раствора аммиаком до молярного отношения 1,6 - 1,8 с последующими грануляцией, сушкой продукта и абсорбцией отходящих газов, отличающийся тем, что аммиаком нейтрализуют фосфорнокислый раствор с молярным отношением 0,4 - 0,75, затем полученную пульпу обрабатывают в автоклаве при 110 - 150^oС и 1,0 - 2,5 атм. с отделением пара, причем на нейтрализацию вводят аммиак в количестве, необходимом для получения после автоклава пульпы с молярным отношением 1,05 - 1,45, которую подают на вторую стадию нейтрализации и затем гранулируют и сушат в одном аппарате.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фосфорнокислого раствора с молярным отношением 0,4 - 0,75 используют абсорбционные стоки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения диаммонийфосфата, широко используемого в сельском хозяйстве в качестве минерального удобрения.

Известен способ получения диаммонийфосфата путем нейтрализации аммиаком фосфоpной кислоты до молярного отношения (МО)NH₃ к H₃PO₄ = 0,60-0,70 на первой стадии и до MO NH₃ к H₃PO₄ = 1,7 на второй стадии с одновременной кристаллизацией и сушкой продукта (Кармышов В.Ф. Производство и применение кормовых фосфатов. М.: Химия, 1987, с.196).

В качестве недостатков данного способа следует отметить сложность технологического процесса и невозможность получения гранулированного продукта, что значительно снижает потребительские свойства диаммонийфосфата из-за его слеживаемости.

Наиболее близким к описываемому по технологической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения диаммонийфосфата, включающий постадийную нейтрализацию фосфорно-кислого раствора (фосфорной кислоты) аммиаком до МО NH₃ к H₃PO₄ = =1,35-1,40 на первой стадии, донейтрализацию полученных продуктов нейтрализации до МО = 1,6-1,8 - на второй стадии, грануляцию, сушку продукта и очистку отходящих газов. Стадия донейтрализации совмещена с грануляцией. Процесс сушки продукта проводят после стадии грануляции при температуре 75-78^о С. (Технология фосфорных и комплексных удобрений. Под ред. Эвенчика С.Д. и Бродского А.А., М., Химия, 1987).

Недостатком известного способа является то, что при нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком до МО NH₃ к H₃PO₄ = =1,35-1,40 происходит образование пульпы с неоднородными свойствами. Это обусловлено тем, что при этом резко изменяются физико-химические свойства пульпы: растворимость, вязкость и др. Резкое снижение растворимости фосфатов аммония приводит к выделению твердой фазы в растворе, донейтрализация которого сопровождается значительным диффузионным сопротивлением. Обычно, в целях преодоления диффузионного сопротивления необходимо поддерживать избыточное количество (10-30% от стехиометрии) аммиака на всех стадиях нейтрализации. Все это приводит к значительной объемной неоднородности пульп по МО, вязкости и растворимости. Эта неоднородность пульпы "закрепляется" при выплескивании ее на слой продукта в аммонизатор-гранулятор. При этом избыток аммиака (от стехиометрии) приводит к повышенному рециклу аммиака и соответственно к энергозатратам. Процесс грануляции и донейтрализации продуктов нейтрализации на поверхности (и внутри) гранул приводит к повышенной пористости из-за неоднородных свойств гранул, обусловленных неоднородными свойствами пульпы. Проведение совместно процессов грануляции и донейтрализации пленки продуктов нейтрализации на пористой грануле приводит к повышенному диффузионному сопротивлению процесса донейтрализации и, следовательно, к повышенному рециклу аммиака. Неоднородность продуктов нейтрализации, на первой стадии, приводит к возрастающей неоднородности состава по объему гранул готового продукта, что приводит к дополнительному перераспределению аммиака между гранулами и, следовательно, к слеживаемости во время хранения.

Таким образом, получение диаммонийфосфата по прототипу предопределяет повышенный рецикл аммиака (энергозатраты), повышенную пористость (слеживаемость) гранулированного диаммонийфосфата.

Указанный недостатки устраняются в предлагаемом способе получения диаммонийфосфата, включающем постадийную нейтрализацию фосфорнокислого раствора аммиаком до МО NH₃ к H₃PO₄ = 1,6-1,8, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов. По этому способу аммиаком нейтрализуют фосфорнокислый раствор с МО, равным 0,4-0,75. Этот раствор можно получать отдельно, но целесообразнее использовать в качестве него абсорбционные стоки, полученные путем промывки отходящих газов со стадий нейтрализации, грануляции-сушки фосфорной кислотой. При этом концентрацию фосфорной кислоты, подаваемой на стадию абсорбции, подбирают в зависимости от содержания в отходящих газа аммиака, но обязательно доводят молярное отношение в абсорбционных стоках до 0,4-0,75. Пульпу, полученную после нейтрализации этого фосфорнокислого раствора аммиаком на первой стадии, подают в автоклав и обрабатывают ее в нем при температуре 110-150^о С и давлении 1,0-2,5 ати. Пар от пульпы отделяют и выводят из процесса. Количество аммиака, подаваемого на первую стадию нейтрализации, выбирают таким образом, чтобы после автоклава МО пульпы было равно 1,0-1,45. Пульпу с этим молярным отношением аммиака и фосфорной кислоты направляют на вторую стадию нейтрализации до конечного молярного отношения, равного 1,6-1,8, а затем - на грануляцию и сушку продукта, проводимых в одном аппарате.

Новым в способе является нейтрализация на первой стадии частично аммонизированной фосфорной кислоты с молярным отношением NH₃ к H₃PO₄ = 0,4-0,75, проведение определенной обработки полученной пульпы в автоклаве с отведением из процесса пара, причем количество аммиака и условия обработки в автоклаве должны определяться из необходимого молярного отношения пульпы после автоклава, равного 1,05-1,45, поступающей на вторую стадию нейтрализации до молярного отношения 1,6-1,8, а также проведение именно в этом процессе грануляции и сушки в одном аппарате.

Сущность способа заключается в том, что напряженную (в диффузионном плане) стадию нейтрализации до молярного отношения 1,05-1,45 проводят в более мягких условиях. Прежде всего нейтрализуют не саму фосфорную кислоту, а фосфорнокислый раствор с молярным отношением 0,4-0,75. При этом более плавно поднимается температура процесса и меньше концентрационные градиенты. Использование для этой стадии абсорбционных стоков позволяет замкнуть технологическую схему, что особенно важно при получении диаммонийфосфата, так как процесс идет с выделением большого количества отходящих газов. Молярное отношение в фосфорнокислом растворе, подаваемом на первую стадию нейтрализации, определено из многих факторов: концентрации применяемой фосфорной кислоты, ее количества, выбираемых в зависимости от количества и состава отходящих газов, конкретными условиями при обработке пульпы в автоклаве и, следовательно, количества аммиака подаваемого на первую стадию.

Обработка пульпы после первой стадии нейтрализации в автоклаве необходима для того, чтобы снять диффузионное сопротивление, выравнить (усреднить) по объему свойства пульпы (по молярному отношению, вязкости, текучести, растворимости и т.д.). Кроме того, от пульпы отделяют пар и отводят из процесса до проведения грануляции-сушки в аппаратах БГС (барабанный гранулятор-сушилка), что значительно снижает дальнейшие энергозатраты. Условия обработки пульпы в автоклаве выбраны таким образом, чтобы, с одной стороны, не потерять пластичность пульпы (снизить выделения аммиака, так как при предлагаемых условиях аммиак удерживается пульпой), а, с другой стороны, отвести максимально возможное количество пара. Температура обработки пульпы в автоклаве составляет 110-150^о С. Это обусловлено тем, что с ростом температуры повышается растворимость солей в пульпе, и в результате получается более однородная по составу пульпа, доаммонизация которой до молярного отношения 1,6-1,8 естественно приводит к получению однородного готового продукта, в котором отсутствует перераспределение (внутри и снаружи гpанулы) аммиака, что снижает слеживаемость и пористость продукта. В то же время, повышение температуры автоклавирования приводит к повышению рецикла аммиака за счет повышения упругости NH₃ и, следовательно к повышению энергозатрат на рециркуляцию аммиака. Варьирование давления влияет на снижение энергозатрат на 10-16% по сравнению со способом-прототипом. Повышение давления автоклавирования выше 2,5 ати нецелесообразно, так как соответствующего снижения рециркуляции аммиака не наблюдается, а сложности обслуживания автоклава возрастают. Понижение давления автоклавирования ниже 1,0 ати ведет к резкому повышению рецикла аммиака. Процесс, который проходит в автоклаве, позволяет снизить диссипативные потери тепла пульпой и, тем самым, снизить затраты тепла на подогрев пульпы на следующих стадиях. Количество аммиака на первой стадии нейтрализации определяется тем, чтобы после автоклава молярное отношение пульпы было 1,05-1,45. Нижний предел молярного отношения пульпы ограничен тем, что происходит кристаллизация продукта в растворе или в автоклаве, или после него, процесс становится не технологичным, оборудование забивается. Верхний предел молярного отношения пульпы после автоклава обусловлен текучестью пульпы и соответственно необходимой технологичностью процесса на следующих стадиях. Проведение процесса грануляции и сушки в одном аппарате делает схему универсальной, менее объемной, окатывание гранул происходит значительно лучше, продукт более стабильный.

П р и м е р 1. В трубчатый реактор подают фосфорнокислый абсорбционный раствор с МО 0,4 в количестве 1000 кг и нейтрализуют его 70 кг аммиака. Полученную пульпу подают в автоклав и обрабатывают при температуре 110^о С и давлении 1,0 ати. Выделившийся пар отводят из процесса на различные технологические нужды. В результате такой обработки получают пульпу с МО 1,05. Эту пульпу подают во второй трубчатый реактор и нейтрализуют аммиаком до МО 1,6, а затем донейтрализованную пульпу вводят в БГС, где ее гранулируют и сушат топочными газами, температура которых на входе составляет 250^о С. После грануляции и сушки получают 656 кг диаммонийфосфата состава: Р₂О₅ - 46% , N - 18%. Выход товарной фракции (гранулы размером 1-4 мм) - 80%. Пористость - 6%.

На абсорбцию поступают отходящие газы, содержащие 14,5 г/м³ аммиака. Их обрабатывают фосфорной кислотой, взятой в таком количестве, чтобы получить 1000 кг фосфорнокислого раствора с МО 0,4, который подают в первый трубчатый реактор. Газы после абсорбции содержат 50 млг/м³ аммиака и фтора 10 млг/м³.

П р и м е р 2. В трубчатый реактор подают фосфорнокислый абсорбционный раствор с МО 0,6 в количестве 1000 кг и нейтрализуют его 58,2 кг аммиака. Полученную пульпу подают в автоклав и обрабатывают при температуре 130^о С и давлении 2 ати. Выделившийся пар отводят из процесса на различные технологические нужды. В результате такой обработки получают пульпу с МО 1,2. Эту пульпу подают во второй трубчатый реактор и нейтрализуют аммиаком до МОЛ 1,7, а затем донейтрализованную пульпу вводят в БГМ, где ее гранулируют и сушат топочными газами с температурой 250^о С на входе. После грануляции и сушки получают 656 кг диаммонийфосфата состава: Р₂О₅ - 46%, N - 18%. Выход товарной фракции - 80%. Пористости - 7%. На абсорбцию поступают отходящие газы, содержащие 21,8 г/м² аммиака. Их обрабатывают фосфорной кислотой, взятой в таком количестве, чтобы получить 1000 кг абсорбционного фосфорнокислого раствора с МО 0,6, который подают в первый трубчатый реактор. Газы после абсорбции содержат 50 млг/м³ аммиака и 10 млг/м³ фтора.

П р и м е р 3. В трубчатый реактор подают фосфорнокислый абсорбционный раствор с МО 0,75 в количестве 1000 кг и нейтрализуют его 67,9 кг аммиака. Полученную пульпу подают в автоклав и обрабатывают при температуре 150^о С и давлении 2,5 ати. Выделившийся пар отводят из процесса на различные технологические нужды. В результате такой обработки получают пульпу с МО 1,45. Эту пульпу подают во второй трубчатый реактор и нейтрализуют аммиаком до МО 1,8, а затем донейтрализованную пульпу вводят в БГС, где ее гранулируют и сушат топочными газами с температурой 250^о С на входе. После грануляции и сушки получают 656 кг диаммонийфосфата состава: Р₂О₅ - 46%, N - 18%. Выход товарной фракции - 80%. Пористость - 6%. На абсорбцию поступают отходящие газы, содержащие 27 г/м³. Их обрабатывают фосфорной кислотой, взятой в таком количестве, чтобы получить 1000 кг фосфорнокислого раствора с МО 0,75, который подают в первый трубчатый реактор. Газы после абсорбции содержат 50 млг/м³ аммиака и 10 млг/м³ фтора.

Предложенный способ получения диаммоний фосфата позволит получить продукт по короткой схеме с хорошим выходом товарной фракции. Процесс практически бессточный, выбросы аммиака и фтора удовлетворяют санитарным нормам. Процесс позволяет значительно сократить энергозатраты (на 12-17%).