СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ Российский патент 2011 года по МПК C05G1/06 

Изобретение относится к получению комплексных минеральных удобрений, содержащих, кроме азота и фосфора, другие полезные элементы, а именно к получению сложных минеральных удобрений NPKS (азот, фосфор, калий, сера) марки 15:15:15:10 с помощью фосфорной и серной кислот, нейтрализуемых аммиаком, причем фосфорная кислота произведена из сырья типа фосфоритов Каратау.

Известен способ получения сложных удобрений /Патент РФ №2177465, опубл. 27.12.2001/, включающий постадийную нейтрализацию смеси фосфорной и серной кислот аммиаком, гранулирование и сушку продукта, отличающийся тем, что нейтрализацию ведут сначала до рН 5,8-6,7 при разрежении 10-30 мм вод.ст., а затем ведут донейтрализацию полученной после первой стадии нейтрализации пульпы до необходимой величины рН. Соотношение в смеси кислот берут равным H₂SO₄:H₃PO₄=1:(0,067-3,0) и дополнительно вводят калийсодержащую добавку либо в пульпу, полученную после первой стадии нейтрализации, либо после донейтрализации в сухом виде или в виде водной суспензии. В водную суспензию калийсодержащей добавки добавляют глину в количестве 0-2% от веса суспензии.

Согласно примеру 1 при использовании фосфорной кислоты концентрацией 35% P₂O₅ в смеси с серной кислотой концентрацией 75% после донейтрализации вносят сульфат калия в сухом виде. Готовый продукт содержит 13,8% азота, 27,6% P₂O₅, 13,8% K₂O, 8,2% серы.

Согласно примеру 2 при использовании фосфорной кислоты концентрацией 26% P₂O₅ и серной кислоты концентрацией 76% и введении суспензии хлористого калия в пульпу после первой стадии нейтрализации и при последующей донейтрализации аммиаком получают продукт, содержащий: азота 14,4%, P₂O₅ 14,4%, K₂O 14,4%, серы 11,3%.

Недостатками данного способа, помимо сложности организации процесса при разрежении, является следующее. Нейтрализацию смеси фосфорной и серной кислот аммиаком осуществляют в одном и том же аппарате - реакторе-смесителе, что приводит к коррозии аппарата в результате термохимического воздействия и к необходимости отвода из данного аппарата большого количества тепла, выделяющегося при нейтрализации серной кислоты аммиаком. Недостатком способа является также использование суспензии хлористого калия из-за увеличения последующих энергозатрат на сушку продукции. Сульфат калия относится к достаточно дорогим реагентам.

Прототипом заявляемого является способ получения комплексных минеральных удобрений /Патент РФ №2116282, опубл. 27.07.1998/ путем смешения фосфорной и серной кислот с аммиаком, гранулирования и сушки продукта, отличающийся тем, что аммиак с фосфорной кислотой смешивают до мольного соотношения P₂O₅:N=1:(2,2-20) с последующим введением серной кислоты и доведением до соотношения P₂O₅:N=1:(5-20) и процесс ведут при 90-150°С. Вводят калийсодержащую добавку до мольного соотношения P₂O₅:K₂O=1:(0,5-10). В качестве калийсодержащей добавки вводят хлористый калий, сульфат калия, калимагнезию либо в суспензию, либо на стадии гранулирования.

Согласно примеру экстракционную фосфорную кислоту смешивают с аммиаком до соотношения P₂O₅:N=1:3,6; к смеси добавляют серную кислоту и аммиак до соотношения P₂O₅:N=1:10 и процесс ведут при температуре 100°С. К полученной смеси добавляют сульфат калия. Полученную смесь высушивают и получают продукт, имеющий состав: N - 16,0%; P₂O₅ - 16,0%; K₂O - 8,0%.

Согласно другому примеру, фосфорную кислоту, полученную из фосфорита, смешивают с аммиаком до мольного соотношения P₂O₅:N=1:3,6 и к смеси реагентов добавляют суспензию, полученную предварительным смешением серной кислоты и аммиака до соотношения P₂O₅:N=1:10,7; процесс ведут при температуре 90°С. В смесь вводят калимагнезию, высушивают и получают продукт, в котором содержится 10,6% Р₂О₅; 10,6% N и 10,6% K₂O.

Способ-прототип недостаточно эффективен по следующим причинам. С целью снижения коррозионной способности смеси фосфорной кислоты, серной кислоты и аммиака процесс ведут в условиях избытка воды для снижения температуры реакции, так как нагрев стенок смесителя до температуры выше 80°С приводит к термохимической коррозии смесителя. Применение разбавленной фосфорной кислоты приводит, в свою очередь, к значительным энергозатратам на последующую сушку продукции. Несмотря на предпринимаемые меры, реактор-смеситель, где по прототипу осуществляется и предварительное смешение фосфорной кислоты с аммиаком, и последующая обработка получаемой пульпы серной кислотой и аммиаком или серной кислотой, предварительно смешанной с аммиаком, подвергается агрессивному термохимическому воздействию серной кислоты и, соответственно, коррозии. Сульфат калия и калимагнезия относятся к достаточно дорогим реагентам. При этом остается недостаточным содержание питательных веществ (азот, фосфор, калий) в получаемом по прототипу комплексном удобрении.

Решаемой задачей и техническим результатом настоящего изобретения являются повышение эффективности способа получения комплексного удобрения за счет разведения в пространстве процессов нейтрализации аммиаком фосфорной и серной кислот и повышения содержания питательных веществ в продукте. Разведение указанных процессов позволяет, в свою очередь, эффективно использовать теплоту нейтрализации серной кислоты аммиаком для выпаривания влаги пульпы и дополнительно минимизировать агрессивное воздействие на оборудование серной кислоты за счет организации специального порядка ввода в трубчатый реактор пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака. Применение более концентрированной фосфорной кислоты интенсифицирует процесс в целом и, в том числе, процесс выпаривания пульпы, содержащей влаги меньше, чем пульпа по способу-прототипу.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ получения комплексных минеральных удобрений, включающий предварительное смешение фосфорной кислоты с аммиаком, последующее смешение полученной пульпы аммонийфосфата с серной кислотой и аммиаком, введение калийсодержащей добавки, гранулирование и сушку продукта, отличается тем, что предварительное смешение концентрированной фосфорной кислоты с аммиаком осуществляют в реакторе-смесителе, а последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой и аммиаком - в трубчатом реакторе, пульпу аммонийфосфата и аммонийсульфата распыляют на смесь ретура, хлористого калия и карбамида в аммонизаторе-грануляторе. 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. Сушку продукта осуществляют в сушильном барабане.

Реакция фосфорной кислоты и аммиака:

3NH₃+2H₃PO₄→NH₄H₂PO₄+(NH₄)₂HPO₄+Q↑

Реакция серной кислоты и аммиака:

2NH₃+H₂SO₄→(NH₄)₂SO₄+Q↑

Хлористый калий и карбамид соединяются в гранулы с сульфатом и фосфатами аммония, образуя комплексное удобрение с содержанием азота как в аммонийной, так и в амидной форме:

NH₄H₂PO₄+(NH₄)₂HPO₄+(NH₄)₂SO₄+KCℓ+CO(NH₂)₂

В предлагаемом способе применяется фосфорная кислота, концентрированная относительно прототипа; возможно, например, использование экстракционной H₃PO₄, получаемой из фосфорита Каратау по технологии Заявителя, с содержанием P₂O₅=35-40%; SO₃ - не более 4,5%; твердых веществ - не более 2% (в соответствии с Технологическим регламентом Заявителя на производство ЭФК из фосфоритов Каратау).

Остальное сырье - H₂SO₄, NH₃ марки «Б», карбамид, KCl - по ГОСТ.

Схема установки для реализации предлагаемого способа приведена на чертеже.

Здесь:

1 - реактор-смеситель с мешалкой, где происходит предварительное смешение фосфорной кислоты с 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 хлористого калия и карбамида 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 H₂SO₄ 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 36-38% в объеме 12 м³/ч подается в реактор-смеситель 1, оснащенной мешалкой, туда же подается промывная жидкость от системы абсорбции в количестве 4-5 м³/ч и жидкий NH₃ 1,0-1,2 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°С до 60°С.

На втором этапе частично аммонизированная пульпа аммонийфосфата подается в трубчатый реактор 2, где происходит смешение H₂SO₄, NH₃ и частично аммонизированной до м.о. 0,4-0,6 пульпы аммонийфосфата из реактора-смесителя 1. Расходы компонентов, подаваемых в трубчатый реактор 2: H₂SO₄ 5,5-6,5 м³/ч; NH₃ 4,8-5,2 т/ч; частично аммонизированная 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 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. 1,3-1,4.

Далее из трубчатого реактора 2 пульпа при помощи специальной форсунки распыляется на смесь ретура, хлористого калия и карбамида в грануляторе-аммонизаторе 3, где за счет вращения последнего происходит гранулообразование.

В грануляторе-аммонизаторе 3 под слой ретура с хлористым калием и карбамидом подается жидкий NH₃ в объеме 0,5-1,0 т/ч для доведения степени аммонизирования гранулированной шихты до м.о. 1,4-1,7.

Шихта из гранулятора-аммонизатора 3 с содержанием влаги 1,5-2,5% подается для просушки в сушильный барабан 4, где просушивается до содержания влаги не более 1,5%.

В ретур до его подачи в гранулятор-аммонизатор 3 при помощи дозаторов на блоке 5 подается KCl в количестве 10,5-10,8 т/ч и карбамид в количестве 2,3-2,7 т/ч. Подача KCl в ретур - из расчета доведения K₂O в готовом продукте до (15±1)%. Подача карбамида в ретур - из расчета доведения общего азота в готовом продукте до (15±1)%.

На выходе получается азотно-фосфорно-калийное удобрение марки NPKS 15:15:15:10 с содержанием соответственно питательных веществ, %:

N(_общ)=15±1 (в том числе амидного азота 2,5-3,0%);

P₂O₅=15±1;

K₂O=15±1;

S=10±1.

Предлагаемый способ получения комплексных минеральных удобрений эффективнее прототипа за счет разведения по разным реакторам процессов нейтрализации аммиаком фосфорной и серной кислот. Разведение этих процессов позволяет, в свою очередь, использовать концентрированную фосфорную кислоту и получать соответственно более концентрированное удобрение, а также 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 меньше, чем пульпа по способу-прототипу.

Дополнительная минимизация агрессивного воздействия на оборудование серной кислоты обеспечена организацией специального порядка ввода в трубчатый реактор пульпы аммонийфосфата, серной кислоты и аммиака.

Применение карбамида делает удобрение более универсальным за счет содержания в нем азота не только аммонийного, но и амидного; применение хлористого калия экономичнее, чем применение сульфата калия и/или калимагнезии.

Изобретение относится к получению комплексных минеральных удобрений, содержащих, кроме азота и фосфора, другие полезные элементы. Способ включает предварительное смешение фосфорной кислоты с аммиаком, последующее смешение полученной пульпы аммонийфосфата с серной кислотой и аммиаком, введение калийсодержащей добавки, гранулирование и сушку продукта. Предварительное смешение концентрированной фосфорной кислоты с аммиаком осуществляют в реакторе-смесителе. Последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой и аммиаком - в трубчатом реакторе. Пульпу аммонийфосфата и аммонийсульфата распыляют на смесь ретура, хлористого калия и карбамида в аммонизаторе-грануляторе. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса получения удобрения, повысить содержание питательных веществ в удобрении, эффективно использовать теплоту нейтрализации серной кислоты аммиаком для выпаривания влаги пульпы, минимизировать агрессивное воздействие на оборудование серной кислоты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения комплексных минеральных удобрений, включающий предварительное смешение фосфорной кислоты с аммиаком, последующее смешение полученной пульпы аммонийфосфата с серной кислотой и аммиаком, введение калийсодержащей добавки, гранулирование и сушку продукта, отличающийся тем, что предварительное смешение концентрированной фосфорной кислоты с аммиаком осуществляют в реакторе-смесителе, а последующее смешение пульпы аммонийфосфата с серной кислотой и аммиаком - в трубчатом реакторе, пульпу аммонийфосфата и аммонийсульфата распыляют на смесь ретура, хлористого калия и карбамида в аммонизаторе-грануляторе.

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.