Способ получения жидких комплексных удобрений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ц 4 С 05 В 7/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и(5кл 268 зарообъе" ния потерь аммиакадов производства,бавляют конденсатченный на стадии д уменьшения отхожидкую фазу докового пара, полупергирования, ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХКОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ, включающийнейтрализацию фосфорной кислоты аммиаком с температурой реагентов 60 -120 С под давлением и последующеедиспергирование под давлением пдуктов реакции в жидкую фазу вме одного аппарата, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повьппения содержания полиформ, концентрациипитательных веществ в готовом продукте при одновременном упрощении процесса и снижения энергозатрат и металлоемкости, нейтрализацию кислотыведут при избытке аммиака, взятогов количестве 1-1,2 мас,ч. от содержания в готовом продукте, и давлениипревьппающем давление на стадии диспергирования,. которую осуществляютпри давлении О, 12-0, 5 ат, и в качестЯ 01124412 А ве жидкой фазы используют воду, содер жащую готовый продукт.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я 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, о т л и - ч а ю щ и й с я . 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, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что жидкую фазу берут в количестве, равном 2-40 мас.ч воды на 1 мас.ч. продукта нейтрали ции е5. Способ по пп.1-4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью возможности использования фосфорной кислоты с концентрацией менее 647 кислоту до стадии нейтрализации обрабаты вают аммиаком при молярном соотношении О, 1-1,7 и температуре 180-190 С и пары воды отделяют.6. Способ по пп.1-5, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью с е"Изобретение относится к способамполучения жидких комплексных удобрений (ЖКУ) широко используемьпс в сельском хозяйстве.Известен способ получения ЖКУ 5путем нейтрализации экстракционнойполифосфорной кислоты с концентрацией 68-723 газообразным аммиакомс последующим растворением плава вазотнофосфорном растворе при атмосферном давлении с одновременнымохлаждением раствора в выносных холодильниках-теплообменниках 1,Недостатком способа является мно"гостадийность процесса (аммониэацияэкстракционной полифосфорной кислотыи азотнофосфорных удобрений осуществляется в 2-3 стадии, нейтрализацияЭВК проводится в количестве 55-602от обычного расхода его, а остальная 20часть вводится в раствор ЖКУ), необходимость аппаратуры для отвода реакционного тепла и улавливания аммиака от отходящих газов, необходимость в прйнудительном рецикле и перемешивающих,механических устройствах, что значительно усложняет процесс.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемо 30му результату является способ получения жидких комплексных удобренийпутем нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком с температурой реагентов60-120 С под давлением и последующее З 5диспергирование под давлением продуктов реакции в жидкую фазу в объемеодного аппарата. Нейтрализацию кислоты ведут аммиаком, взятым в количестве 0,55-0,7 мас.ч. от содержания его 4 Ов готовом продукте и давлении, равномдавлению на стадии диспергированияи составляющем 0,02"О, 1 ат. В качестве жидкой фазы используют аммиачнуюводу 2,45Недостатками известного способаявляются низкое содержание полиформ(503) и низкая концентрация питательных веществ (азота) в готовом продукте (8-9 Х), а также сложность процесса,выэванная нерастворимостьюрасплава в аппарате и трудности вывода егоиз системы, большая металлоемкостьаппаратуры из-за малоэффективногосмешивания плава и аммиачной воды во 55взвешенном состоянии и необходимостиулавливания аммиака (потери аммиаказначительные и составляют 3-5 Е),у Цель изобретения - повышение содержания полиформ, концентрации питательных веществ в готовом продуктепри одновременном упрощении процесса, снижение энергозатрат и металлоемкости, воэможность использованияфосфорной кислоты с концентрациейменее 643, снижение потерь и уменьшение отходов производства,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу полученияжидкиМ комплексных удобрений, включающему нейтрализацию фосфорной кислоты аммиаком с температурой реагенотов 60"120 С под давлением и последующее диспергирование продуктов реакции в жидкую Фазу в объеме одногоаппарата, нейтрализацию кислоты ведут при избытке аммиака, взятого вколичестве 1-1,2 мас,ч. от содержания его в готовом продукте, и давлении, превышающем давление на стадиидиспергирования, которую осуществля"ют. при давлении О, 12-0,5 ат, и вкачестве жидкой фазы используют воду,содержащую готовый продукт.Давление на стадии нейтрализацииподдерживают на 0,2-3,0 ат большим,чем на стадии диспергирования продуктов реакции.Диспергирование продуктов реакцииведут 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 мас.ч. на 1 мас,ч. продукта нейтрализации.Кислоту до стадии нейтрализацииобрабатывают аммиаком при молярномсоотношении О, 1-1,7 и температуре180"190 С и пары воды отделяют,В жидкую фазу добавляют конденсатсокового пара, полученный на стадиидиспергирования,.Избыток аммиака на стадии нейтрализации по отношению к количеству,которое реагирует с кислотой, позволяет увеличить содержание азота вплане с соответствующим большим вы"делением тепла и повышением температуры. Это особенно важно.при использовании кислот с пониженным содержанием Р 0, для которых достигаетсянеобходимое содержание полиформ вконечном продукте. Кроме того, в этомслучае увеличивается парциальное давление аммиака в среде с интенсификацией процесса и уменьшением длитель-,1174417 4 как снижение его приводит к уменьшению степени конверсии аммиака в конечном продукте, а увеличение нормы аммиака не увеличивает. содержания питательных веществ, но при этом рез ко возрастают потери аммиака.Давление на стадии смешения про дуктов,реакции и жидкой фазы представлено в табл, 2. ности протекания реакции. Иепрореагировавший аммиак и образовавшиеся пары воды являются хорошими диспергаторами продуктов реакции с водой и готовым продуктом. Повышенное давле- Б ние в стадии нейтрализации по сравнению со стадией диспергирования (смешения и донейтрализации) увеличивает длительность пребывания реагирующих веществ на стадии нейтрализации и 10 создаются необходимые условия перепада давления при истечении продуктов реакции в готовый продукт вместе с водойПониженное давление на стадии диспергирования обуславливает мгно венное вскипание с выделением паров воды и соответственно отвод тепла химической реакции при низкой постоянной температуре жидкой фазы, при которой не происходит гидролиза и 20 соответственно понижения содержания полиформ в продукте. За счет образования пара при скоростях 5-25 и/с происходит интенсивное перемешивание и диспергирование продуктов реакции 25 с образованием большой межфазной поверхности, что обуславливает полноту реакции донейтрализации продуктов с большим содержанием азота и мгновенное растворение плава полифосфата ам-ЗО мония с образованием однородного ко-. нечного продукта. Кроме того, образующийся пар при указанных скоростях обеспечивает надежный вывод продукта за счет аэролифта иэ зоны дисперги- рования с минимальным временем пребывания в зоне диспергирования. В данном случае нет необходимости устанавливать механические перемешивающие устройства и соответственно делать выносные холодильники с внешним рециклом готового продукта с помощью специальных насосов, Равномерная температура среды во всем объеме стадии диспергирования и небольшое время 4 пребывания гарантируют низкие значе ния степени гидролиза. Для отвода .епла химической реакции за счет испарения влаги и создания активного идродинамического 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 высоЖ кой 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 оказывает соотношение плава и жидкой фазы. При больших соотношениях жидкой фазы к плаву образуется развитая межфазная поверхность, что способствует интенсификации 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 647 по РО в ней содержится значительное количество воды, которая при испарении увеличивает парциальное давление паров и уменьшает содержание полиформ в продуктах реакции. Предварительная нейтрализация кислоты при молярном соотношении кис. лоты 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 507 при концентрации кислоты менее 643 по РО.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 1,0-1,2 мас.ч. от содержания его в готовом продукте, такКак видно из табл. 2 наиболее целесообразным является давление О, 120,5 ат, так как при снижении его увеличиваются поверхности теплообменников и металла .вследствие увеличенияколичества образующегося соковогопара и уменьшения полезной разноститемператур между охлаждающей водойи паром, а при увеличении его резко 10возрастает степень гидролиза на стадии смешения с соответствующим понижением степени конверсии в готовомпродукте.Скорость перемешивания образующегося пара на стадии диспергированияпродуктов реакции в жидкую фазу представлена в табл. 3,Как видно из табл. 3 при скоростиобразующихся паров воды менее 5 м/с 20уменьшается перемешивание продуктовреакции и воды вместе с готовым продуктом, что приводит к увеличениюпотерь аммиака из-за небольшой межфазной поверхности и неравномерности распределения плава в жидкой фазе и соответственно значительнымнеравномерностям по объему температуры продукта. Увеличение скорости более 25 м/с приводитк резкомуувеличе- Зонию потерь аммиака без увеличения кратности циркуляции жидкой фазы из-за ма-"лого времени контакта продуктов реакции с ЖКУ и водой и проскока газообразного аммиака.35П р и м е р 1, Экстракционнаяфосфорная кислота, содержащая 647.Р О, со степенью конверсии 4 Х и температурой 80 С в количестве 1000 кгнейтрализуется аммиаком с температу Орой 100 С в количестве 229 кг (массовое количество аммиака по отношениюк содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре 320 С и давлении 0,32 ат, 45и далее продукты реакции (план, пары,воы, аммиак) диспергируются в смесьготового продукта ЖКУ и воды в количестве 2 мас.ч. смеси на 1 мас.ч. продуктов реакции при давлении О, 12 ат.Количество ЖКУ 1303 кг, воды 1155 кг,избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУ составляет 1,77. В резугуьтате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт ЖКУ 1882 кг исоковый пар воды 502 кг. За счет скорости сокового пара в смеси 5 м/сготовый продукт перемешивается и выводится в количестве 1882 кг и возвращается в количестве 1303 кг. Температура смеси составляет 52 С. Соковый пар далее конденсируется и возвращается для смешения с продуктамиреакции. В результате получают ЖКУмарки 10:34:О, количество полиформ впродукте 607.,П р и м е р 2. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 647. Р О,со степенью конверсии 27 и температурой 80 С в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой100 С в количестве 228,5 кг (массовое количество аммиака по отношениюк содержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при температуре 300 С и давлении 3,5 ат, идалее продукты реакции (плав, пары,воды, аммиак) диспергируются в смесьготового продукта ЖКУ и воды в количестве 40 мас.ч. смеси на 1 мас.ч.,продуктов реакции при давлении 0,5 ат.Количество ЖКУ 4809 1 кг, воды 1069 кг(избыток воды по отношению к содержанию ее в ЖКУ составляет 1,64), В результате смешения и донейтрализацииполучается конечный продукт ЖКУ1882 кг и соковый пар воды 416 кг. Засчет скорости сокового пара 25 и/сготовый 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 спродуктами реакции. В результатеполучают ЖКУ марки 10:34:О, количество полиформ в продукте 607П р и м е р 3. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 647 РО,со степенью конверсии 47, температурой 780 С в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой100 С в количестве 231 кг (массовоекопичество аммиака по отношению ксодержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плана при температуре 320 С и давлении 1,8 ат, идалее продукты реакции (план, пары,воды, аммиак) диспергируют в смесьготового продукта.и воды в количест"ве 20 мас,ч. смеси на 1 мас.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 донейтрализацииобразуется конечный продукт ЖКУ1730 кг и соковый пар воды 432 кг.За счет скорости сокового пара в смеси 10 м/с готовый продукт перемешивается и выводится в количестве1730 кг и возвращается в количестве23689 кгТемпература смеси составоляет 73,7 С. Соковый пар в количестве 432 кг конденсируется и возвращается для смешения с продуктами реакции. В результате получают ЖКУ марки11:37:О, количество полиформ в продукте 647,15П р и м е р 4. Экстракционная фосфорная кислота в количестве 1000 кг,содержащая 587 Р 2 0, при температуре120 С взаимодействует с аммиаком,подаваемым в количестве 118 кг сполучением продуктов реакции притемпературе. 190 С и паров воды вколичестве 170 кг. Пары воды отделяютсяв.центробежном сепараторе, а остальные продукты реакции с температурой 25о180 С далее нейтрализуются аммиакомв количестве 59 кг (общее массовоеколичество аммиака на стадиях нейтрализации 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, воды, аммиак) диспергируются в смесьготового продукта ЖКУ и воды в количестве 20 мас.ч. смеси на 1 мас.ч.продуктов реакции при давлении 0,2 ат,Количество ЖКУ 23364 кг, воды 776 кг,избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУ составляет 1,65. В результате смешения и донейтрализации получается конечный продукт ЖКУ 1706 кги соковый пар воды 307 кг. За счетскорости сокового пара 10 м/с готовый продукт перемешивается и выводит ся в количестве 1706 кг и возвращается в количестве 23364 кг. Температура смеси составляет 65 С. Соковыйпар в количестве 307 кг далее конденсируется и вместе с соковым паром170 кг от предварительной нейтрализации возвращаются для смешения с продуктами реакции. В результате получают ЖКУ марки 10:34:0 со степенью кон"версии 557.П р и м е р 5. Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 683 РО,со степенью конверсии 307 и температурой 60 С нейтрализуется аммиакомос температурой 60 С в количестве243 кг (весовое количество аммиака поотношению к содержанию в конечномпродукте равно 1,0) с получением плава при температуре 320 С и давлении0,4 ат, и далее продукты реакции(плав, пары, воды, аммиак) диспергируются в смесь готового продукта ЖКУи воды в количестве 20 мас.ч. смесина 1 мас.ч, продуктов реакции придавлении 0,2 ат. Количество ЖКУ23621 кг, воды 1239 кг, избыток воды по отношению к содержанию в ЖКУсоставляет 1,64. В результате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт ЖКУ 20000 кг и соковый 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. Температурасмеси составляет 65 С. Соковый пардалее конденсируется и возвращаетсядля смешения с продуктами реакции.В результате получают ЖКУ марки10;34:О, количество полиформ в продукте 707,П р и и е р 6, Экстракционная фосфорная кислота, содержащая 647. РО,со степенью конверсии 107. и температурой 80 С в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температуройо80 С в количестве 229 кг (массовоеколичество аммиака го отношению ксодержанию в конечном продукте равно 1,0) с получением плава при темьпературе 290 С и давлении 1,0 ат, идалее продукты реакции (плав, пары,воды, аммиак) диспергируются в смесьготового продукта ЖКУ и воды в количестве 40 мас.ч. смеси на 1 мас.ч.продуктов реакции при давлении 0,2 ат.Количество ЖКУ 48038 кг, воды у1122 кг, избыток воды по отношениюк содержанию в ЖКУ составляет 1,72.В результате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт1882 кг и соковый пар воды 469 кг,За счет скорости сокового пара в смеси 15 м/с готовый продукт перемешивается и выводится в количестве1882 кг и возвращается в количестве 48038 кг. Температура смеси сосотавляет 65 С. Соковый пар далее конденсируется и возвращается для смещения с продуктами реакции. В ре 1174417 10зультата получают ЖКУ марки 10:34:О, количество полиформ в продукте 60%.П р и м е р 7. Экстракционная фос фориая кислота с содержанием 643 РО, со степенью конверсии 4 Х и тем. первтурой 80 фС в количестве 1000 кг нейтрализуется аммиаком с температурой 100 С в количестве 228 кг (массовое количество аммиака по отношению О к содержанию в конечном продукте равно 10) с получением плава при температуре 290 С и давлении 1,2 ат, и . далее продукты реакции (плав, пары, воды, аммиак) диспергируются в смесь 1 З готового продукта ЖКУ и аммиачной воды концентрацией 5,7 г/л в количестве 20 мас.ч. смеси на 1 мас.ч. продуктов реакции при давлении 0,2 ат. Количество ЖКУ 23779 кг, воды 881 кг, 20 избыток воды по отношению к содержа" нию в ЖКУ составляет 2,4. В результате смешения и донейтрализации образуется конечный продукт 1600 кг и , соковый пар воды 514 кг. За счет21 скорости сокового пара 10 м/с готовый продукт перемешивается и выводится в количестве 1600 кг и возвращаетая в количестве 23779 кг, Температура смеси составляет 65 С. Соковый з 0 пар в количестве 514 кг с содержанием аммиака 5 кг смешираатся с водой в количестве 367 кг при температуреф25 С и далее конденсируется и возвращается на смешение с продуктами 35 реакции, В результате получают ЖКУ марки 12:40:О, количество полиформ в продукте 583Использование предлагаемого способа позволяет получать стандартную 46 базовую марку ЖКУ 10 ф 34 фО из ортофосфорной кислоты с концентрацией 58-64 Ж по РОп со степенью конверсии 55"603. По известному способу данная марка получается только из 4 попифосфорной кислоты с концентра" цией 68-703 по Р О, что дает большой экономический эффек на стадии концентрирования ЭФК за счет снижения расходов тонлива, электроэнергии, 0 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 527 вместо 447., что дает экономический эффект на стадии производства за счет меньшего расхода воды, повышения 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 повьппается степень конверсии на 10-157, что улучшает качество ЖКУ. Уменьшается расход электроэнергии на транспортирование оборотной воды, создание вакуума.Кроме того, сокращается металлоемкость за счет аппарата, работающего под давлением 0,12-0,5 ат вместо 0,05-0, 1 ат и уменьшения поверхности теплообменников иэ-за уменьшения количества образующегося пара и увеличения полезной разности температур.По предлагаемому способу вынос аммиака составляет не более 0,37, который полностью улавливается конденсатом и возвращается вместе с ним в процесс, По известному способу вынос аммиака составляет до 5 Е, поэтому для улавливания его необходимо иметь специальную систему адсорбции с дополнительнымн 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 653 по Р О и степенью конверсии ее 1-4 Х, вместо концентрации 68-707 по РОп и степени конверсии 30-403. Кроме того, по предлагаемому способу исключаются перемешивающне механические устройства,. перекачивающие мощные насосы на 300 м /ч, система адсорбции, поверхность теплообменных аппаратов сокращается в 3.5 раз. Повышается надежность работы оборудования из-за отсутствия перекачивающих рециркуляционных насосов, мешалок, системы аб" сорбции.12 1174417 Табли а 1 й Й МВ%Количество аммиака, кг/кгъефВаВВВ %т07 10 11 1215 Показатели 64 37 62 62 60 0,1 05 2 Таблица 2 Ла вление, ат 0,12 / 0,3 / П,5 Показатели 0,6ефач1 64 6485,9 9015 64 64 50,4 54 Концентрация ЭВК по Р О ,Температура ЖКУ,.С 73,7 Степень гидролиза на стадии смешения,0,05 О,0,2 05 ЗэО Поверхность теплообменннков,м/т ЖКУ 2,66 2,4 4,0 13,3 9,6 Таблица 3 Показатели 15 525ЗО 64 64 3,0 0,3 40 40 Составитель Т.Докшина Редактор Н.Яцола Техред О.Неце Корректор М. ПожоЗаказ 5134/24 Тираж 419 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 Концентрация ЭФК по Р О,Содержание азота в ЖКУ, %Содержание РО в ЖКУ, %Степень конверсии в ЖКУПотери аммиака, Х Концентрация ЭФК по РО, %Потери аммиакаКратность циркуляции, кг/кг 64 64 10 10 34 34 50 60 64 64 64 10 01 01 0 4 20