專利名稱：無尾氣排放的磷銨生產方法
技術領域：
本發明屬于固體磷銨生產領域，特別涉及一種固體磷銨的生產方法。
背景技術：
固體磷銨〔磷酸二銨(DAP)和磷酸一銨(MAP)的總稱〕是農用氮、磷化學復合肥的主要品種，也是我國硫磷化工主體產品，氨與濕法磷酸中和反應生產固體磷銨在世界上已有50多年歷史。由于磷礦石硫酸萃取制得的濕法(稀)磷酸，其有效養分P2O5含量(wt％，下同)通常在28％左右(折算為H3PO4含量39％)，中低品位磷礦石萃取制得的濕法(稀)磷酸，其P2O5含量多在23％(折算為H3PO4含量32％)以下，水含量則在65％以上，而固體磷銨產品的P2O5含量要求達到48～50％，允許含水量為1～2％，因此，1噸固體磷銨產品需要2噸多稀磷酸原料，隨之帶入工藝系統約1.5噸水，可見分離水是固體磷銨生產的主要任務。國內外現有各種磷銨生產方法都是消耗外熱源為主的“三段式”分離水流程，即1)生蒸汽濃縮稀磷酸，2)反應熱濃縮中和料漿，3)熱空氣干燥。采用這種流程，大量熱能一次性使用后隨廢氣排入大氣，而且熱空氣作干燥脫水載氣，因其熱容量和濕容量小，故流量大(約5000m3/噸產品)、尾氣排放量大，鼓風機和尾氣引風機耗電量也大。目前代表性的技術水平為噸產品耗熱能3.4GJ、耗電能65kW.h、排放廢氣7500m3。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種無尾氣排放的磷銨生產方法，該方法不僅從源頭消除了廢氣排放物，而且能多級利用反應熱，實現節能、節水。
本發明所述無尾氣排放的磷銨生產方法，其工藝步驟包括低溫磷酸濃縮、反應蒸發、流化反應干燥。低溫磷酸濃縮是在絕對壓力25～35kPa下，以流化反應干燥步驟排出的溫度為75～85℃的尾氣為熱源對稀磷酸進行濃縮，低溫磷酸濃縮排出的二次蒸汽送入水循環吸熱系統，由循環水通過噴射泵抽吸，變成冷凝水排出；反應蒸發是將低溫磷酸濃縮步驟所制備的濃縮磷酸進行預中和反應，并將預中和反應所獲料漿進一步濃縮至符合流化反應干燥步驟所需的含水量，預中和反應的氣氨由循環水通過低溫熱匯裝置使液氨氣化而成，預中和反應所獲料漿的濃縮以生蒸汽為熱源，所排出的反應蒸發尾氣通過生蒸汽過熱后作為流化反應干燥步驟的流化介質；流化反應干燥是將流化介質和氣氨的混合物與反應蒸發步驟所制備的預中和濃縮磷銨料漿在流化條件下進行反應、造粒、干燥，干燥后的顆粒即為磷銨產品，所述氣氨由循環水通過低溫熱匯裝置使液氨氣化而成；上述步驟形成封閉循環系統，連續化生產固體磷銨，各步驟的時間由選用設備的能力和實際負荷量確定。
上述方法中，循環水與低溫磷酸濃縮排出的二次蒸汽混合前的溫度為20～25℃。
上述方法中，所述水循環吸熱系統由循環泵、噴射泵、低溫熱匯裝置及連接管件組成，連接噴射泵與低溫熱匯裝置的管件上開設有冷凝水出口。
采用上述方法生產磷酸二銨，低溫磷酸濃縮步驟將稀磷酸濃縮至P2O5含量34～38％(wt％，下同)；反應蒸發步驟的預中和反應制備中和度為0.3～0.5的酸性磷銨料漿，溫度120～130℃，絕對壓力0.14～0.18MPa，預中和反應所獲料漿濃縮至含水量不大于25％(wt％，下同)；流化反應干燥步驟的流化介質溫度175～185℃，流化介質和氣氨的混合物與磷銨料漿在溫度80～85℃、絕對壓力45～60kPa反應干燥，物料的中和度控制在1.7～1.9，輸出的顆粒狀磷酸二銨產品含水量1～2％(wt％，下同)。
采用上述方法生產磷酸一銨，低溫磷酸濃縮步驟將稀磷酸濃縮至P2O5含量34～38％(wt％，下同)；反應蒸發步驟的預中和反應制備中和度為0.3～0.5的酸性磷銨料漿，溫度120～130℃，絕對壓力0.14～0.18MPa，預中和反應所獲料漿濃縮至含水量不大于25％(wt％，下同)；流化反應干燥步驟的流化介質溫度175～185℃，流化介質和氣氨的混合物與磷銨料漿在溫度80～85℃、絕對壓力45～60kPa反應干燥，物料的中和度控制在0.95～1.05，輸出的顆粒狀磷酸一銨產品含水量1～2％(wt％，下同)。
本發明所述方法與目前國際上具有代表性的Norsk Hydro磷銨生產工藝相比，具有以下有益效果反應-蒸發·反應-干燥·低溫磷酸濃縮過程耦合，產生的可凝性尾氣余壓推動封閉循環的水分離過程，反應熱三級利用，節電30％，節煤35％以上；以濃縮和干燥兩種方式分離出的水蒸汽最后都變成可以回用的冷凝水，既根除了廢氣的排放，又節約了水資源。以Norsk Hydro 60萬噸/年大型磷銨生產線為比較對象，本發明所述方法每萬噸產品節電1.95×105度、節煤625噸、節水1.5萬噸。
圖1是本發明所述無尾氣排放的磷銨生產方法的一種工藝流程圖。
圖中，1-噴射泵、2-循環泵、3-低溫熱匯裝置。
具體實施例方式
實施例1本實施例生產磷酸二銨30噸/小時，產品規格N-P2O5＝18-48。原料液氨6.56噸/小時；P2O5含量23％、水含量65％的稀磷酸62.65噸/小時。
本實施例的工藝流程如圖1所示，包括低溫磷酸濃縮、反應蒸發、流化反應干燥步驟，上述步驟形成封閉循環系統，連續化生產磷酸二銨。低溫磷酸濃縮裝置選用立式降膜蒸發器(見朱家驊等編，《化工原理(上)》，科學出版社，2005，pp.376～377)，反應蒸發裝置選用充氣噴射器(見〔美〕R.H.Perry著，《化學工程手冊(第六版，下)》，化學工業出版社，1993，p.18-106)和外熱式蒸發器(見朱家驊等編，《化工原理(上)》，科學出版社，2005，p.374)，流化反應干燥裝置選用噴霧和流化床干燥器(見朱家驊等編，《化工原理(上)》，科學出版社，2005，pp.218～222)。由于要對低溫磷酸濃縮產生的二次蒸汽回收利用，配置了循環泵1、噴射泵2、低溫熱匯裝置3及連接管件組成的水循環吸熱系統，循環泵的輸出端通過管件與噴射泵的輸入端連接，噴射泵的輸出端通過管件與低溫熱匯裝置的輸入端連接，低溫熱匯裝置的輸出端通過管件與循環泵的輸入端連接；連接噴射泵與低溫熱匯裝置的管件上開設有冷凝水出口。噴射泵2的結構見《化工工藝設計手冊(上)》(化學工業出版社，1986，p.879～881)，低溫熱匯裝置3選用市售管殼式熱交換器，循環泵1為市售商品。
稀磷酸原料進入低溫磷酸濃縮裝置，在絕對壓力35kPa下，由20噸/小時、75℃的尾氣(該尾氣由流化反應干燥步驟排出)濃縮到P2O5含量35％送往反應蒸發裝置；稀磷酸濃縮排出的二次蒸汽進入水循環吸熱系統，由25℃的循環水通過噴射泵2抽吸，變成冷凝水排出；循環水通過低溫熱匯裝置3使6.56噸/小時液氨在8℃的溫度下氣化為氣氨，該氣氨供反應蒸發和流化反應干燥步驟使用。
低溫磷酸濃縮步驟制備的濃縮磷酸與2.5噸/小時氣氨在反應蒸發裝置中0.16MPa絕對壓力下進行預中和反應并放熱，溫度升高到120℃，同時用生蒸汽10噸/小時使預中和料漿濃縮至含水量不大于25％，送往流化反應干燥裝置噴霧干燥；反應蒸發裝置排出的120℃左右的反應蒸發尾氣通過生蒸汽過熱到180℃作為流化反應干燥步驟的流化介質。
上述流化介質與4.06噸/小時氣氨混合后進入流化反應干燥裝置，在溫度80℃、絕對壓力50kPa下與流化顆粒及噴霧磷銨料漿反應放熱并使顆粒干燥，輸出含水量1.5％的顆粒狀磷酸二銨產品30噸/小時；流化反應干燥裝置始終保持過熱狀態，排出的75℃左右的尾氣也保持過熱，送往低溫磷酸濃縮裝置作為熱源。
實施例2本實施例生產磷酸一銨30噸/小時，產品規格N-P2O5＝10-50。原料液氨4噸/小時；P2O5含量23％、水含量65％的稀磷酸65.22噸/小時。
本實施例的工藝流程如圖1所示，包括低溫磷酸濃縮、反應蒸發、流化反應干燥步驟，上述步驟形成封閉循環系統，連續化生產磷酸一銨。本實施例所使用的低溫磷酸濃縮裝置、反應蒸發裝置、流化反應干燥裝置、循環泵1、噴射泵2、低溫熱匯裝置3與稀磷酸原料進入低溫磷酸濃縮裝置，在絕對壓力25kPa下，由24噸/小時、80℃的尾氣(該尾氣由流化反應干燥步驟排出)濃縮到P2O5含量38％送往反應蒸發裝置；稀磷酸濃縮排出的二次蒸汽進入水循環吸熱系統，由20℃的循環水通過噴射泵2抽吸，變成冷凝水排出；循環水通過低溫熱匯裝置3使4噸/小時液氨在8℃的溫度下氣化為氣氨，該氣氨供反應蒸發和流化反應干燥步驟使用。
低溫磷酸濃縮步驟制備的濃縮磷酸與1噸/小時氣氨在反應蒸發裝置中0.18MPa絕對壓力下進行預中和反應并放熱，溫度升高到125℃，同時用生蒸汽14噸/小時使預中和料漿濃縮至含水量不大于25％，送往流化反應干燥裝置噴霧干燥；反應蒸發裝置排出的125℃左右的反應蒸發尾氣通過生蒸汽過熱到185℃作為流化反應干燥步驟的流化介質。
上述流化介質與3噸/小時氣氨混合后進入流化反應干燥裝置，在溫度85℃、絕對壓力55kPa下與流化顆粒及噴霧磷銨料漿反應放熱并使顆粒干燥，輸出含水量1.2％的顆粒狀磷酸一銨產品噸/小時；流化反應干燥裝置始終保持過熱狀態，輸出的80℃的尾氣也保持過熱，送往低溫磷酸濃縮裝置作為熱源。
權利要求
1.一種無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于工藝步驟包括低溫磷酸濃縮、反應蒸發、流化反應干燥；低溫磷酸濃縮是在絕對壓力25～35kPa下，以流化反應干燥步驟排出的溫度為75～85℃的尾氣為熱源對稀磷酸進行濃縮，低溫磷酸濃縮排出的二次蒸汽送入水循環吸熱系統，由循環水通過噴射泵抽吸，變成冷凝水排出；反應蒸發是將低溫磷酸濃縮步驟所制備的濃縮磷酸進行預中和反應，并將預中和反應所獲料漿進一步濃縮至符合流化反應干燥步驟所需的含水量，預中和反應的氣氨由循環水通過低溫熱匯裝置使液氨氣化而成，預中和反應所獲料漿的濃縮以生蒸汽為熱源，所排出的反應蒸發尾氣通過生蒸汽過熱后作為流化反應干燥步驟的流化介質；流化反應干燥是將流化介質和氣氨的混合物與反應蒸發步驟所制備的預中和濃縮磷銨料漿在流化條件下進行反應、造粒、干燥，干燥后的顆粒即為磷銨產品，所述氣氨由循環水通過低溫熱匯裝置使液氨氣化而成；上述步驟形成封閉循環系統。
2.根據權利要求1所述的無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于循環水與低溫磷酸濃縮排出的二次蒸汽混合前的溫度為20～25℃。
3.根據權利要求1或2所述的無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于生產磷酸二銨時，低溫磷酸濃縮步驟將稀磷酸濃縮至P2O5含量34～38％；反應蒸發步驟的預中和反應制備中和度為0.3～0.5的酸性磷銨料漿，溫度120～130℃，絕對壓力0.14～0.18MPa，預中和反應所獲料漿濃縮至含水量不大于25％；流化反應干燥步驟的流化介質溫度175～185℃，流化介質和氣氨的混合物與磷銨料漿在溫度80～85℃、絕對壓力45～60kPa反應干燥，物料的中和度控制在1.7～1.9，輸出的顆粒狀磷酸二銨產品含水量1～2％。
4.根據權利要求1或2所述的無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于生產磷酸一銨時，低溫磷酸濃縮步驟將稀磷酸濃縮至P2O5含量34～38％；反應蒸發步驟的預中和反應制備中和度為0.3～0.5的酸性磷銨料漿，溫度120～130℃，絕對壓力0.14～0.18MPa，預中和反應所獲料漿濃縮至含水量不大于25％；流化反應干燥步驟的流化介質溫度175～185℃，流化介質和氣氨的混合物與磷銨料漿在溫度80～85℃、絕對壓力45～60kPa反應干燥，物料的中和度控制在0.95～1.05，輸出的磷酸一銨產品含水量1～2％。
5.根據權利要求1或2所述的無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于水循環吸熱系統由循環泵(1)、噴射泵(2)、低溫熱匯裝置(3)及連接管件組成，連接噴射泵(2)與低溫熱匯裝置(3)的管件上開設有冷凝水出口。
6.根據權利要求3所述的無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于水循環吸熱系統由循環泵(1)、噴射泵(2)、低溫熱匯裝置(3)及連接管件組成，連接噴射泵(2)與低溫熱匯裝置(3)的管件上開設有冷凝水出口。
7.根據權利要求4所述的無尾氣排放的磷銨生產方法，其特征在于水循環吸熱系統由循環泵(1)、噴射泵(2)、低溫熱匯裝置(3)及連接管件組成，連接噴射泵(2)與低溫熱匯裝置(3)的管件上開設有冷凝水出口。
全文摘要
一種無尾氣排放的磷銨生產方法，包括低溫磷酸濃縮、反應蒸發、流化反應干燥。低溫磷酸濃縮是在壓力25～35kPa下用流化反應干燥步驟排出的溫度為75～85℃的尾氣對稀磷酸進行濃縮，所排出的二次蒸汽由循環水通過噴射泵抽吸，變成冷凝水排出；反應蒸發是將濃縮磷酸進行預中和反應，并將預中和反應所獲料漿濃縮至符合流化反應干燥步驟所需的含水量，預中和反應所排出的反應蒸發尾氣通過生蒸汽過熱后作為流化反應干燥步驟的流化介質；流化反應干燥是將流化介質和氣氨的混合物與預中和濃縮料漿在流化條件下進行反應、造粒、干燥。預中和反應和流化反應干燥的氣氨由循環水通過低溫熱匯裝置使液氨氣化而成。
文檔編號C01B25/28GK1927704SQ200610022018
公開日2007年3月14日 申請日期2006年10月9日 優先權日2006年10月9日
發明者朱家驊, 夏素蘭, 周勇, 郭仕偉, 黃進, 黃世剛 申請人:四川大學, 貴州宏福實業開發有限總公司