Способ получения жидких комплексных удобрений Советский патент 1985 года по МПК C05B7/00 

Изобретение относится к способамполучения жидких комплексных удобрений (ЖКУ) широко используемых в сель ском хозяйстве. Известен способ получения ЖКУ путем нейтрализации экстракционной полифосфорной кислоты с концентрацией 68-72% газообразным аммиаком с последующим растворением плава в азотнофосфорном растворе при атмосферном давлении с одновременным охлаждением раствора в выносных холо дильниках-теплообменниках П J. Недостатком способа является многостадийность процесса (аммониэация экстракционной полифосфррной кислоты и азотнофосфорных удобрений осуществляется в 2-3 стадии, нейтрализация ЭВК проводится в количестве 55-60% от обычного расхода его, а остальная часть вводится в раствор ЖКУ), необходимость аппаратуры для отвода реакционного тепла и улавливания аммиака от отходящих газов, необходимость в принудительном рецикле и перемешивакицих .механических устройствах, что значительно усложняет процесс . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату являете способ получе ния жидких комплексных удобрений путем нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком с температурой реагентов 60-120 0 под давлением и последующее диспергирование под давлением продук тов реакции в жидкую фазу в объеме одного аппарата. Нейтрализацию кисло ты ведут аммиаком, взятым в количест ве 0,55-0,7 мае.ч. от содержания его в готовом продукте и давлении, равно давлению на стадии диспергирования и составляющем 0,02-0,1 ат. В качест ве жвдкой фазы используют аммиачную воду 2 . « Недостатками известного способа являются низкое содержание полиформ (50%) и низкая концентрация питатель ных веществ (азота) в готовом продук те (8-9%), а также сложность процесса,вызванная нерастворимостью расплава в аппарате и трудности вывода его из системы, большая металлоемкость аппаратуры из-за малоэффективного смешивания плава и аммиачной воды во взвешенном состоянии и необходимости улавливания аммиака (потери аммиака значительные и составляют 3-5%). 1 172 Цель изобретения - повьшение содержания полиформ, концентрации питательных веществ в готовом продукте при одновременном упрощении процесса, снижение энергозатрат и металлоемкости, возможность использования фосфорной кислоты с концентрацией менее 64%, снижение потерь и уменьше кие отходов производства. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения ЖИДКШ4 комплексных удобрений, включающему нейтрализацию фосфорной кислоты аммиаком с температурой реаген тов 60-120°С под давлением и последующее диспергирование продуктов реакции в жидкую фазу в объеме одного аппарата, нейтрализацию кислоты ве дут при избытке аммиака, взятого в количестве 1-1,2 мае.ч. от содержания его в готовом продукте, и давлении, превьпнающем давление на стадии диспергирования, которую осуществляют при давлении 0,12-0,5 ат, ив качестве жидкой фазы испольэуют воду, содержащую готовый продукт. Давление на стадии нейтрализации поддерживают на 0,2-3,0 ат большим, чем на стадии диспергирования продуктов реакции. Диспергирование продуктов реакции ведут в жидкую фазу, содержащую избыток влаги 1,1-2,0 массового содер жания его в готовом продукте. Жидкую фазу берут в количестве, равном 2-40 мае.ч. на 1 мае.ч, продукта нейтрализации. Кислоту до стадии нейтрализации обрабатывают аммиаком при молярном соотношении 0,1-1,7 и температуре 180-190с и пары воды отделяют. В жидкую фазу добавляют конденсат сокового пара, полученный на стадии диспергирования;. Избыток аммиака на стадии нейтрализации по отношению к количеству, которое реагирует с кислотой, позволяет увеличить содержание азота в плаве с соответствующим большим выделением тепла и повьш1ением температуры. Это особенно важно.при использовании кислот с пониженным содержанием , для которых достигается необходимое содержание полиформ в конечном продукте. Кроме того, в этом случае увеличивается парциальное давление аммиака в среде с интенсификацией процесса и уменьшением длитель-: ности протекания реакции. Непрореагировавший аммиак и образовавшиеся пары воды являются хорошими диспергаторами продуктов реакции с водой и готовым продуктом. Повышенное давление в стадии нейтрализации по сравне нию со стадией диспергирования (смешения и донейтрализации) увеличивает длительность пребьгоания реагирующих веществ на стадии нейтрализации и создаются необходимью условия перепа да давления при истечении продуктов реакции в готовый продукт вместе с водой. .Пониженное давление на стадии диспергирования обуславливает мгновенное вскипание с вьщелением паров воды и соответственно отвод тепла химической реакции при низкой постоянной температуре жидкой фазы, при которой не происходит гидролиза и соответственно понижения содержания полиформ в продукте. За счет образования пара при скоростях 5-25 м/с происходит интенсивное перемеишвание и диспергирование продуктов реакции с образованием большой межфазной поверхности, что обуславливает полноту реакции донейтрализации продуктов с большим содержанием азота и мгновенное растворение плава полифосфата ам мония с образованием однородного конечного продукта. Кроме того, образующийся пар при указанных скоростях обеспечивает надежный вывод продукта за счет аэролифта из зоны диспергирования с минимальным временем пребывания в зоне диспергирования. В данном случае нет необходимости уста навливать механические перемешивающие устройства и соответственно делать выносные холодильники с внешним рециклом готового продукта с помощью специальных насосов. Равномерная тен пература среды во всем объеме стадии диспергирования и небольшое время пребывания гарантируют низкие значе ния степени гидролиза. Для отвода епла химической реакции за счет ис1арения влаги и создания активного гидродинамического режима перемешивания продуктов реакции и готового продукта по предлагаемому способу подается избыток воды по отношению к содержанию ее в конечном продукте. Регулирование избытка воды при соот ветствующих остаточных давлениях и в зависимости от вязкости ЖКУ позволяет получить конечный продукт с высо174кой концентрацинй питательных веществ по азоту и фосфору. При диспергировании продуктов реакции с аммиаком в смесь ЖКУ и воды значительное влияние на содержание азота и степень гидролиза оказьгеает соотношение плава и жидкой фазы. При больших соотношениях жидкой фазы к плаву образуется развитая межфазная поверхность, что способствует интенсифика1 ии донейтрализации с получением продукта с рН 6,5-7,0. Кроме того, аппарат работает в гидродинамическом режиме полного смешения, обеспечивая равномерную температуру в объеме зоны диспергирования. При снижении концентрации кислоты менее 64% по в ней содержится значительное количество воды, которая при испарении увеличивает парциальное давление паров и уменьшает содержание полиформ в продукзах реакции. Предварительная нейтрализация кислоты при молярном соотношении кислоты и аммиака 0,1-1,7 и температуре 180-190°С с отделением паров воды позволяет на стадии нейтрализации в избытке аммиака получать глубокую дегидратацию со степенью конверсии в готовом продукте до 50% при концентрации кислоты менее 64% по . При растворении плава с ЖКУ, особенно для марок ЖКУ с повышенным содержанием азота, с образовавшимися парами воды частично выносится аммиак. При конденсации паров образуется слабая аммиачная вода, конденсат. В этом случае конденсат целесообразно использовать для растворения плава. Количество подаваемого аммиака на стадию нейтрализации фосфорной кислоты по отношению к содержанию в готовом продукте представлено в табл.1 Как видно из табл. 1, наиболее целесообразным является количество аммиака, подаваемого на нейтрализацию, равное 1,,2 мае.ч. от содержания его в готовом продукте, так как снижение его приводит к уменьшению степени конверсии аммиака в конечном продукте, а увеличение нормы аммиака не увеличивает.содержания питательных веществ, но при этом резко возрастают потери аммиака. Давление на стадии смешения продуктов, реакции и жидкой фазы представлено в табл. 2.

Как видно из табл. 2 наиболее целесообразным является давление 0,120,5 ат, так как при снижении его увеличиваются поверхности теплообменников и металла вследствие увеличения количества образующегося сокового пара и уменьшения полезной разности температур между охлаждающей водой и паром, а при увеличении его резко возрастает степень гидролиза на стадии смешения с соответствующим понижением степени конверсии в готовом продукте.

Скорость перемешивания образующегося пара на стадии диспергирования продуктов реакции в жидкую фазу пред ставлена в табл. 3.

Как видно из табл. 3 при скорости образующихся паров воды менее 5 м/с уменьшается перемешивание продуктов реакции и воды вместе с готовым продуктом, что приводит к увеличению потерь аммиака из-за небольшой межфазной поверхности и неравномерноети распределения плава в жидкой фазе и соответственно значительным неравномерностям по объему температуры продукта. Увеличение скорости блее 25м/с приводитк резкомуувеличению потерь аммиака без увеличения кратности циркуляции жидкой фазы из-за малого времени контакта продуктов реакции с ЖКУ и водой и проскока газообразного аммиака.

Пример 1. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 64% Pj,05-, со степенью конверсии 4% и температурой 80 с в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой 100 С в количестве 229 кг (массовое количество аммиака по отношению к содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре и давлении 0,32 ат, и далее продукты реакции (плав, пары , аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУ и воды в количестве 2 мае.ч. смеси на 1 . прдуктов реакции при давлении 0,12 ат. Количество ЖКУ 1303 кг, воды 1155 кг избыток воды по отношению к содержанию в ЖУ составляет 1,77. В результте смешения и донейтрализации образуется конечный продукт ЖУ 1882 кг и соковый пар воды 502 кг. За счет скорости сокового пара в смеси 5 м/с готовый продукт перемешивается и выводится в количестве 1882 кг и возвращается в количестве 1303 кг. Температура смеси составляет . Соковьй пар далее конденсируется и возвращается для смешения с продуктами реакции. В результате получают ЖКУ марки 10:34:0, количество полиформ в продукте 60%.

Пример 2. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 64% PjOj-, со степенью конверсии 2% и температурой 80 с в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой в количестве 228,5 кг (массовое количество аммиака по отношению к содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре и давлении 3,5 ат, и далее продукты реакции (плав, пары, воды, аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУ и воды в количестве 40 мае.ч. смеси на 1 мае.ч., продуктов реакции при давлении 0,5 ат Количество ЖКУ 48091 кг, воды 1069 кг (избыток воды по отношению к содержанию ее в ЖКУ составляет 1,64). В результате смешения и донейтрализации получается конечный продукт ЖКУ 1882 кг и соковый пар воды 416 кг. За счет скорости сокового пара 25 м/с готовый продукт перемешивается и выводится в количестве 1882 кг и возвращается в количестве 48091 кг. Температура смеси составляет 86 с. Соковый пар в количестве 416 кг конденсируется и возвращается для смешения с продуктами реакции. В результате получают ЖКУ марки 10:34:0, количество полиформ в продукте 60%.

П р и м е р 3. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 64% , со степенью конверсии 4%, температурой 780с в количестве 1000 кг нейтрализуется аммидком с температурой в количестве 231 кг (массовое количество аммиака по отношению к содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре и давлении 1,8 ат, и далее продукты реакции (плав, пары, воды, аммиак) диспергируют в смесь готового продукта, и воды в количестве 20 мае.ч. смеси на 1 мае,ч. продуктов реакции при давлении 0,3 ат. Количество ЖКУ 23689 кг, воды 931 кг, избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУ составляет 1,87). В результате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт ЖУ 1730 кг и соковый пар воды 432 кг. За счет скорости сокового пара в сме си 10 м/с готовый Продукт перемешивается и выводится в количестве 1730 кг и возвращается в количестве 23689 кг. Температура смеси составляет 73,7 С, Соковый пар в количестве 432 кг конденсируется и возвращается для смешения с продуктами реакции. В результате получают ЖКУ марки 11:37:0, количество полиформ в продукте 64%. П р и м е р 4. Экстракционная фос форная кислота в количестве 1000 кг, содержащая 58% PjO, при температуре взаимодействует с аммиаком, подаваемым в количестве 118 кг с получением продуктов реакции при температуре 190°С и паров воды в количестве 1 70 кг.Пары воды отделяются в центробежном сепараторе, а остальные продукты реакции с температурой 180 С далее нейтрализуются аммиаком в количестве 59 кг (общее массовое количество аммиака на стадиях нейтра лизации кислоты по отношению к содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре 280°С и давлении 0,7 ат, и далее продукты реакции (плав, пары, во ды, аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУ и воды в количестве 20 мае.ч. смеси на 1 мае.ч. продуктов реакции при давлении 0,2 а Количество ЖКУ 23364 кг, воды 776 кг избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУ составляет 1,65. В результате смешения и донейтрализации полу чается конечный продукт ЖКУ 1706 кг. и соковьй пар воды 307 кг. За счет скорости сокового пара 10- м/с готовьй продукт перемешивается и выводит ся в количестве 1706 кг и возвращает ся в количестве 23364 кг. Температура смеси составляет 65°С. Соковый пар в количестве 307 кг далее конден сируется и вместе с соковым паром 170 кг от предварительной нейтрализа ции возвращаются для смешения с продуктами реакции. В результате получа ют ЖКУ марки 10:34:0 со степенью кон версии 55%. П р и м е р 5. Экстракционная фос форная кислота, содержащая 68% со степенью конверсии 30% и температурой нейтрализуется аммиаком с температурой 60 С в количестве 243 кг (весовое количество аммиака по отношению к содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре 320°С и давлении 0,4 ат, и далее продукты реакции (плав, пары, воды, аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУ и воды в количестве 20 мае.ч. смеси на 1 мае.ч. продуктов реакции при давлении 0,2 ат. Количество ЖКУ 23621 кг, воды 1239 кг, избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУ составляет 1,64. В результате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт ЖКУ 20000 кг и соковьй пар воды 482 кг. За счет скорости сокового пара в смеси 15 м/с готовый продукт перемешивается и выводится в количестве 2000 кг и возвращается в количестве 23621 кг. Температура смеси составляет 65°С, Соковьй пар далее конденсируется и возвращается для смешения с продуктами реакции. В результате получают ЖКУ марки 10:34:0, количество полиформ в продукте 70%.. П р и м е р 6. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 64% , со степенью конверсии 10% и температурой 80°С в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой 80°С.в количестве 229 кг (массовое количество аммиака по отношению к содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре 290с и давлении 1,0 ат, и далее продукты реакции (плав, пары, воды, аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУ и воды в количестве 40 мае.ч. смеси на 1 мае.ч. продуктов реакции при давлении 0,2ат. Количество ЖКУ 48038 кг, воды f 1122 кг, избыток воды по отношению к Ьодержанию в ЖКУ составляет 1,72. В результате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт 1882 кг и соковый пар воды 469 кг. . За счет скорости сокового пара в смеси 15 м/с готовьй продукт перемешивается и выводится в количестве 1882 кг и возвращается в количестве 48038 кг. Температура смеси составляет 65 С. Соковьй пар далее конденсируется и возвращается для смешения с продуктами реакции. В реэультата получают ЖКУ марки 10:34:0, количество полиформ в продукте 60%.

Пример 7. Экстракционная фосфорная кислота с содержа1гаем 64% P( у со степенью конверсии 4% и тем пературой 80®С в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой fOOc в количестве 228 кг (массовое количество аммиака по отношению к содержанию в конечном продукте равно 10) с получением плава при температуре 290 Jc и давлении 1,2 ат, и далее продукты реакция (плав, пары, воды, аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУ и аммиачной воды концентрацией 5,7 г/Л в количестве 20 мае.ч. смеси на 1 мае.ч. продуктов реакции при давлении 0,2ат Количество ЖКУ 23779 кг, воды 881 кг избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУ составляет . В результате смешения и донейтрализахщи образуется конечнь1й продукт 1600 кг и соковый пар воды 514 кг. За счет скорости сокового пара 10 м/с готовый продукт перемегшвается и выводится в количестве 1600 кг и возвращается в количестве 23779 кг. Температура смеси составляет . Соковьй пар в количестве 514 кг с содержанием аммиака 5 кг смевшрается с водой в количестве 367 кг при температуре и далее конденсируется и возвращается на смешение с продуктами реакции. В результате получают ЖУ марки 12:40:0, количество полиформ в продукте 58%.

Использование предлагаемого способа позволяет получать стандартную базовую марку ЖКУ 10:34:0 из ортофосфорной кислоты с концентрацией 58-64% по PiOs со степенью конверсии 55-60%, По известному способу данная марка получается только из полифосфорной кислоты с концентрацией 68-70% по PjOy, что дает большой экономический эффек на стадии концентрирования ЭФК за счет снижения расходов топлива, электроэнергии воды и увеличения мощности станции концентрирования с переводом на производство менее концентрированной

ЭФК на 30-50%. По предлагаемому способу можно получать ЖКУ с суммой питательных веществ до 52% вместо 44%, 5 что дает экономический эффект на стадии производства за счет меньшего расхода воды, повьшения производительности установки и снижения затрат электроэнергии, а также на стадиях транспортирования, хранения и внесения в почву.

При одной и той же концентрации ЭФК по предлагаемому способу по сравнению с известным повьшиется степень

5 конверсии на 10-15%, что улучшает качество ЖКУ. Уменьшается расход электроэнергии на транспортирование оборотной воды, создание вакуума. Кроме того, сокращается метаплоем0 кость за счет аппарата, работающего под давлением 0,12-0,5 ат вместо 0,05-0,1 ат и уменьшения поверхности теплообменников из-за уменьшения количества образующегося пара и уве5 личення полезной разности температур. По предлагаемому способу вынос аммиака составляет не более 0,3%, который полностыл улавливается конденсатом и возвращается вместе с ним в

0 процесс. По известному способу вынос аммиака составляет до 5%, поэтому для улавливания его необходимо иметь специальную систему адсорбции с дополнительными затратами металла, воды,

, электроэнергии и вспомогательного оборудования.

При сравнении предлагаемого способа с известными базовую марку ЖКУ 10:34:0 и 12:37:0 можно получать из

кислоты с концентрацией 65% по и степенью, конверсии ее 1-4%, вместо концентращш 68-70% по и степени конверсии 30-40%. Кроме того, по предлагаемому способу исключаются

5 перемешиваюпше механические устройства, перекачйваю1ф е мощные насосы на 300 м/ч, система адсорбции, поверхность теплообменных аппаратов сокращается в 3i5 раз. Повьш1ается.

Q надежность работы оборудования из-за отсутствия перекачивающих рециркуляционных насосов, мешалок, системы абсорбции.

Т а б л и I а 1

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ, включающий нейтрализацию фосфорной кислотБ аммиаком с температурой реагентов 60 120°С под давлением и последующее диспергирование под давлением продуктов реакции в жидкую фазу в объеме одного аппарата, отличающийся тем, что, с целью повьппения содержания полиформ, концентрации питательных веществ в готовом продукте при одновременном упрощении процесса и снижения энергозатрат и металлоемкости, нейтрализацию кислоты ведут при избытке аммиака, взятого в количестве 1-1,2 мае.ч. от содержания в готовом продукте, и давлении, превьппающем давление на стадии диспергирования,, которую осуществляют при давлении 0,12-0,5 ат, и в качестве жидкой фазы используют воду, содержащую готовый продукт. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что давление на стадии нейтрализации поддерживают на 0,2-3,0 ат большим, чем на стадии диспергирования продуктов реакции. 3.Способ по ПП.1 и 2, отличающийся, тем, что диспергирование продуктов реакции ведут в жидкую фазу, содержащую избыток влаги 1,1-2,0 массового содержания ее в готовом продукте. 4.Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что жидкую фазу берут в количестве, равном 2-40 мае.ч сл воды на 1 мае.ч. продукта нейтрализации. 5.Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что, с целью возможности использования фосфорной кислоты с концентрацией менее 64%, кислоту до стадии нейтрализации обрабаты вают аммиаком при молярном соотноше4iii нии 0,1-1,7 и температуре 180-190°С и пары воды отделяют. 6.Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что, с-целью снижения потерь аммиака и уменьшения отходов производства, в жидкую фазу добавляют конденсат сокового пара, полученный на стадии диспергирования.

Концентрация ЭВК по ., % Температура ЖКУ,с

Степень гидролиза на стадии смешення,%

Поверхность теплообменников,

м2/т ЖКУ

64 64 64 64 64

VSfl

so,4 54 73,7 85,9 90,5

0,5 3,0

0,05 0,1 0,2

2,66 2,4

13,3 9,6 4,0

Таблица 3