CN205258333U - 一种提高硝酸磷肥产品p2o5水溶率的*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，包括酸解槽、酸不溶物沉降槽、结晶器、硝酸钙过滤机、中和装置、气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽、氮磷蒸发器、双轴卧式造粒机、干燥机、振动筛、氮磷成品冷却器及包裹筒，本***是将硝酸用磷矿酸解、分离酸不溶物、结晶、过滤、中和、氮磷蒸发、造粒、干燥、筛分、冷却、包装，在一段中和槽中按比例加入母液和硫酸钾，将残留的少部分Ca²⁺转化为钙硫酸钙，减少枸溶性磷酸氢钙盐和不溶性磷酸钙盐的生成，使料浆中增加K⁺，应用该***后的生产工艺节能环保，在提高成品P₂O₅水溶率的同时，向产品中补充植物所需的营养元素钾，并降低中和过程低温状态下的物料粘度，全面提升硝酸磷肥品质。

Description

一种提高硝酸磷肥产品P2O5水溶率的***

技术领域

本发明属于硝酸磷肥生产领域，特别是涉及一种以硝酸和磷矿为原料采用间接冷冻法生产硝酸磷肥的母液氨中和的***及工艺，用于提高硝酸磷肥产品中P₂O₅水溶率。

背景技术

硝酸磷肥生产采用间接冷冻除钙和双轴卧式造粒技术。生产工序主要包括：磷矿的硝酸分解、酸不溶物分离、硝酸钙结晶分离、母液氨中和、NP料浆的浓缩、造粒、干燥、筛分、包装以及硝酸钙的转化制备硝铵等。

在硝酸磷肥装置中和过程中，由于磷酸母液中仍含有较高的Ca²⁺和微量的Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺及酸不溶物等杂质，随着中和过程的进行，中和料浆中会逐步生成较多的难溶性甚至不溶性的磷酸盐，它们均为凝胶状的细小结晶体，因而造成中和料浆粘度增大，尤其是在中和pH值达到2.7和4.5时，料浆粘度将达到高峰值，甚至会使中和工艺操作无法进行，于是，磷酸母液中和工艺采用常压中和槽式反应器，分三段中和完成，各段中和pH值控制为1.6~2.0、2.8~3.2、5.6~6.0。但是随着中和度的提高，将继续生成的部分磷酸盐将转化成不溶性的磷酸钙，且母液中的Ca²⁺越高，生成的不溶性磷酸钙就更多，导致最终产品中的P₂O₅的水溶率降低，影响产品的质量。

冷冻法硝酸磷肥除结晶硝酸钙工艺具有产品浓度高，使用原料单一等优点，但其只能分离出酸解料浆中总钙的65%~75%，除钙率不够高，致使硝酸磷肥最终产品中的P₂O₅水溶率较低，从而降低了P₂O₅的利用率。硝酸磷肥产品质量标准(GB/T10510~2007)中，硝酸磷肥合格品P₂O₅水溶率执行指标为40%，一等品P₂O₅水溶率指标为55%，优等品P₂O₅水溶率指标也只有70%，而磷铵产品中合格品中P₂O₅水溶率指标值至少要求在70%以上。

发明内容

针对以上冷冻法硝酸磷肥除钙工艺技术的不足，结合我国磷矿特点，本实用新型公开了一种提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，应用该***后的生产工艺节能环保，在提高成品P₂O₅水溶率的同时，向产品中补充植物所需的营养元素钾，并降低中和过程低温状态下的物料粘度，全面提升硝酸磷肥品质。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，包括：

酸解槽，用于原料硝酸和磷矿的酸解，可以选浓度为58%~62%硝酸与磷矿进行酸解，由于磷矿中含有铁、铝和硅等杂质，经酸解会产生酸不溶物；

酸不溶物沉降槽，所述酸不溶物沉降槽与酸解槽连通，用于将从酸解槽中溢流出的酸解液进行自然沉降，排出下层酸不溶物；

结晶器，所述结晶器与酸不溶物沉降槽连通，用于将酸不溶物沉降槽中的上层清液引流至结晶器中与冷却剂进行间接换热，使酸解液冷却结晶形成硝酸钙结晶悬浮液；

硝酸钙过滤机，所述硝酸钙过滤机与结晶器连通，用于将硝酸钙结晶悬浮液过滤，形成的硝酸钙滤饼经处理转化为硝酸铵，分离掉大部分硝酸钙后的滤液形成母液，硝酸钙分离量约为65%~75%；

中和装置，所述中和装置分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通，用于将母液、硫酸钾溶液、气氨、硝酸铵引入至中和装置进行中和反应；

氮磷蒸发器，用于将中和装置中的料浆引出进行蒸发浓缩，并将蒸发出的气氨通过氨回收装置与中和装置连通；

双轴卧式造粒机，所述双轴卧式造粒机与氮磷蒸发器连通，用于将氮磷蒸发器中浓缩的料浆输送至双轴卧式造粒机中进行造粒；

干燥机，所述干燥机与双轴卧式造粒机连通，用于将双轴卧式造粒机中造粒产生的氮磷颗粒进行干燥；

振动筛，所述振动筛分别与干燥机和双轴卧式造粒机连通，用于对干燥后的氮磷颗粒进行筛分，将尺寸不合格的颗粒返回双轴卧式造粒机进行再次造粒；

氮磷成品冷却器，所述氮磷成品冷却器与振动筛连通，用于将振动筛筛分出的尺寸合格的氮磷颗粒输送至氮磷成品冷却器进行冷却；

包裹筒，所述包裹筒与氮磷成品冷却器连通，用于将冷却后的氮磷颗粒包装得到成品。

考虑到工艺的反应程度及后期蒸发、干燥的成本问题，一般将硫酸钾溶液的浓度控制在50%~60%为宜，且硫酸钾水溶液添加量为氨中和母液运行总量的2%~15%。

作为一种优选实施方式，所述中和装置包括一段中和机构，包括或不包括再中和机构，所述一段中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通，所述再中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐连通，所述一段中和机构、再中和机构、氮磷蒸发器依次以串联的形式连通；当中和装置只包括一段中和机构不包括再中和机构时，一段中和机构直接与氮磷蒸发器以串联的形式连通，使一段中和机构中流出的溶液直接流至氮磷蒸发器进行氮磷蒸发；当中和装置既包括一段中和机构又包括再中和机构时，当然再中和机构可以是一段或多段分中和机构依次串联，一段中和机构、再中和机构和氮磷蒸发器依次串联，使一段中和机构中流出的溶液进入再中和机构进行再次中和后再引流至氮磷蒸发器进行氮磷蒸发。

作为一种优选实施方式，所述中和装置包括一段中和机构和再中和机构，所述再中和机构包括二段中和机构和三段中和机构，所述二段中和机构和三段中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐连通，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构、氮磷蒸发器依次以串联的形式连通，即，所述经硝酸钙过滤机过滤后的母液和硫酸钾溶液只加入到一段中和机构中，所述气氨和硝酸铵分别加入到一段中和机构、二段中和机构和三段中和机构中。

当然母液氨中和工段中所用的气氨可以包括从氮磷料浆浓缩工段中回收的气氨。

由于母液中除含有H₃PO₄、HNO₃外，还含有较高的Ca(NO₃)₂和微量的Mg(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、Al(NO₃)₃及一些酸不溶物，在中和装置中，使一段中和槽中绝大部分的Ca(NO₃)₂与K₂SO₄反应生成微溶的CaSO₄，使中和装置中的Ca²⁺的量很少，转化成CaHPO₄和Ca₃(PO₄)₂极少，提高成品中P₂O₅水溶率，提升P₂O₅利用率；

如果本技术方案的中和装置采用一、二、三段中和机构依次连接，则可将一、二、三段中和机构中的pH值控制为1.6~2.0、2.8~3.2、5.6~6.0，在中和装置中，随着中和pH值的增加，依次发生下列化学反应：

首先在第一段中和时，气氨与母液中的硝酸和磷酸发生反应，生成硝酸铵和磷酸一铵，反应式为：

Ca(NO₃)₂+K₂SO₄=CaSO₄+2KNO₃

NH₃+HNO₃=NH₄NO₃

NH₃+H₃PO₄=NH₄H₂PO₄

在中和第二段，磷酸一铵继续与气氨发生反应，生成磷酸二铵，反应式为：

NH₄H₂PO₄+NH₃=(NH₄)₂HPO₄

以上反应即为中和过程的主反应，在发生主反应的同时，磷酸一铵又与母液中的Ca(NO₃)₂和Mg(NO₃)₂发生一系列副反应，反应式如下：

2NH₄H₂PO₄+Ca(NO₃)₂=Ca(H₂PO₄)₂+2NH₄NO₃

2NH₄H₂PO₄+Mg(NO₃)₂=Mg(H₂PO₄)₂+2NH₄NO₃

若继续中和至第三段，磷酸一钙与磷酸一镁又能转化生成磷酸二钙和磷酸二镁，反应式为：

Ca(H₂PO₄)₂+Ca(NO₃)₂+2NH₃=2CaHPO₄+2NH₄NO₃

Mg(H₂PO₄)₂+Mg(NO₃)₂+2NH₃=2MgHPO₄+2NH₄NO₃

若继续中和下去，则二钙和二镁又转化成三钙和三镁，反应式为：

2CaHPO₄+Ca(NO₃)₂+2NH₃=Ca₃(PO₄)₂+2NH₄NO₃

2MgHPO₄+Ca(NO₃)₂+2NH₃=Mg₃(PO₄)₂+2NH₄NO₃

随着中和过程的进行，中和料浆中会逐步生成较多的难溶性甚至不溶性的磷酸氢盐和磷酸正盐，使最终成品的P₂O₅水溶率降低，影响成品质量，因此，使母液中Ca²⁺，尤其是进入二、三段中和机构中料浆中Ca²⁺的含量越低越好，在本技术方案的一段中和机构中引入硫酸钾溶液，使一段中和机构中绝大部分的Ca(NO₃)₂与K₂SO₄反应生成微溶的CaSO₄，使进入二、三段中和机构中Ca²⁺的量很少，转化成CaHPO₄和Ca₃(PO₄)₂极少，提高成品中P₂O₅水溶率，提升P₂O₅利用率。

作为一种优选实施方式，所述一段中和机构是由1个一段中和槽构成的。

作为一种优选实施方式，所述一段中和机构是由至少2个一段中和槽并联构成的，所述各个一段中和槽分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通。

作为一种优选实施方式，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构分别是由1个一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽构成的，所述一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽与氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。

作为一种优选实施方式，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构中至少有1个中和机构是由至少2个中和槽并联后再与相邻N段中和机构（N为一、二或三）或氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。

与现有技术相比本发明具有如下特点：

（1）硫酸钾水溶液加入中和一段中和槽，利用中和分段反应生成物不同的反应机理，将母液组分中的残留的少部分硝酸钙与硫酸钾在第一段中和反应，形成硫酸钙，减少母液中残留硝酸钙在第三段中和时反应量；

（2）控制50%~60%浓度的硫酸钾水溶液添加量为氨中和母液运行总量的2%~15%，既保留了冷冻法硝酸磷肥产品固有的特性，同时最终产品中还增加了植物特有的营养元素钾，植物可以获取更多的微量元素；

（3）利用50%~60%浓度的硫酸钾水溶液中的水份所特有的低粘度特性，通过加入一段中和，降低了一、二、三段低温中和物料的粘度；

（4）硫酸钾配制成硫酸钾水溶液，便于远距离高楼层输送，解决了老装置改造空间小的局限性，同时增加硫酸钾水溶液储槽，保证了硫酸钾持续稳定加入。

采用本发明***的工艺不仅节能环保，还能在提高最终产品P₂O₅水溶率的同时，实现向产品中补充植物所需的营养元素钾和降低中和过程低温状态下的物料粘度，可全面提升硝酸磷肥装置最终产品P₂O₅水溶率和硝酸磷肥品质，最终成品中P₂O₅水溶率由原来的40%~55%提高到了70%以上，甚至能达到85%以上。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的整体工艺流程图。

图2为本实用新型实施例2的整体工艺流程图。

图3为本实用新型实施例3~4的整体工艺流程图。

图中：1.酸解槽、2.酸不溶物沉降槽、3.结晶器、4.硝酸钙过滤机、5.一段中和槽、6.二段中和槽、7.三段中和槽、8.氮磷蒸发器、9.双轴卧式造粒机、10.干燥机、11.振动筛、12.氮磷成品冷却器、13.包裹筒、14.氨回收装置、15.气氨罐、16.硝酸铵储罐、17.硫酸钾溶液缓冲槽。

具体实施方式

现结合实施例对本实用新型做进一步解释说明。

实施例1

提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，将浓度为62%的硝酸与磷矿在酸解槽中进行酸解，由于磷矿中含有铁、铝和硅等杂质，经酸解会产生酸不溶物；将酸解槽中溢出的酸解液引流至酸不溶物沉降槽中进行自然沉降，下层酸不溶物经收集后排出，上层清液流至结晶器中，由质量分数为20%的氨水作冷却剂与酸解液进行换热结晶冷却；将结晶后的硝酸钙结晶悬浮液从结晶器中引流至硝酸钙过滤机中，将过滤形成的硝酸钙滤饼经工艺处理转化为硝酸铵，将分离掉75%硝酸钙后形成的母液与占母液运行总量约为2%的浓度为50%的硫酸钾水溶液引入中和装置，该中和装置只有一段中和槽，一段中和槽中的物料流经氮磷蒸发器，氮磷蒸发器中蒸发出的气氨进入氨回收装置，氨回收装置中的氨、气氨罐中的气氨、硝酸氨储罐中的硝酸铵进入一段中和槽进行反应；氨磷蒸发器中的料浆经浓缩后依次经双轴卧式造粒机造粒、干燥机干燥、振动筛筛分，将尺寸不合格的颗粒返回双轴卧式造粒机进行再次造粒，将尺寸合格的成品颗粒送至氮磷成品冷却器冷却、包裹筒包装得到成品，成品的P₂O₅水溶率可达到70%。

实施例2

提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，将浓度为60%的硝酸与磷矿在酸解槽中进行酸解，由于磷矿中含含有铁、铝和硅等杂质，经酸解会产生酸不溶物；将酸解槽中溢出的酸解液引流至酸不溶物沉降槽中进行自然沉降，下层酸不溶物经收集后排出，上层清液流至结晶器中，由质量分数为20%的氨水作冷却剂与酸解液进行换热结晶冷却；将结晶后的硝酸钙结晶悬浮液从结晶器中引流至硝酸钙过滤机中，将过滤形成的硝酸钙滤饼经工艺处理转化为硝酸铵，将分离掉70%硝酸钙后形成的母液与占母液运行总量约为8%的浓度为55%的硫酸钾水溶液引入中和装置，该中和装置是由一段中和槽和二段中和槽组成的，一段中和槽中的物料依次流经二段中和槽和氮磷蒸发器，氮磷蒸发器中蒸发出的气氨进入氨回收装置，氨回收装置中的氨、气氨罐中的气氨、硝酸氨储罐中的硝酸铵分别进入一段中和槽和二段中和槽进行反应；氨磷蒸发器中的料浆经浓缩后依次经双轴卧式造粒机造粒、干燥机干燥、振动筛筛分，将尺寸不合格的颗粒返回双轴卧式造粒机进行再次造粒，将尺寸合格的成品颗粒送至氮磷成品冷却器冷却、包裹筒包装得到成品，成品的P₂O₅水溶率可达到75%。

实施例3

提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，将浓度为60%的硝酸与磷矿在酸解槽中进行酸解，由于磷矿中含含有铁、铝和硅等杂质，经酸解会产生酸不溶物；将酸解槽中溢出的酸解液引流至酸不溶物沉降槽中进行自然沉降，下层酸不溶物经收集后排出，上层清液流至结晶器中，由质量分数为20%的氨水作冷却剂与酸解液进行换热结晶冷却；将结晶后的硝酸钙结晶悬浮液从结晶器中引流至硝酸钙过滤机中，将过滤形成的硝酸钙滤饼经工艺处理转化为硝酸铵，将分离掉72%硝酸钙后形成的母液与占母液运行总量为11%，浓度为58%的硫酸钾水溶液引入中和装置的一段中和槽中，所述中和装置是由一、二、三段中和槽构成的，一段中和槽中的物料依次流经二段中和槽、三段中和槽及氮磷蒸发器，氮磷蒸发器中蒸发出的气氨进入氨回收装置，氨回收装置中的氨、气氨罐中的气氨、硝酸氨储罐中的硝酸铵分别进入一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽进行反应，并将一、二、三段中和槽中的pH值控制为2.0、3.2、6.0；氨磷蒸发器中的料浆经浓缩后依次经双轴卧式造粒机造粒、干燥机干燥、振动筛筛分，将尺寸不合格的颗粒返回双轴卧式造粒机进行再次造粒，将尺寸合格的成品颗粒送至氮磷成品冷却器冷却、包裹筒包装得到成品，成品的P₂O₅水溶率可达到85%。

实施例4

提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，将浓度为58%的硝酸与磷矿在酸解槽中进行酸解，由于磷矿中含含有铁、铝和硅等杂质，经酸解会产生酸不溶物；将酸解槽中溢出的酸解液引流至酸不溶物沉降槽中进行自然沉降，下层酸不溶物经收集后排出，上层清液流至结晶器中，由质量分数为20%的氨水作冷却剂与酸解液进行换热结晶冷却；将结晶后的硝酸钙结晶悬浮液从结晶器中引流至硝酸钙过滤机中，将过滤形成的硝酸钙滤饼经工艺处理转化为硝酸铵，将分离掉65%硝酸钙后形成的母液与占母液运行总量为15%，浓度为60%的硫酸钾水溶液引入中和装置的一段中和槽中，所述中和装置是由一、二、三段中和槽构成的，一段中和槽中的物料依次流经二段中和槽、三段中和槽及氮磷蒸发器，氮磷蒸发器中蒸发出的气氨进入氨回收装置，氨回收装置中的氨、气氨罐中的气氨、硝酸氨储罐中的硝酸铵分别进入一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽进行反应，并将一、二、三段中和槽中的pH值控制为1.8、3.0、5.8；氨磷蒸发器中的料浆经浓缩后依次经双轴卧式造粒机造粒、干燥机干燥、振动筛筛分，将尺寸不合格的颗粒返回双轴卧式造粒机进行再次造粒，将尺寸合格的成品颗粒送至氮磷成品冷却器冷却、包裹筒包装得到成品，成品的P₂O₅水溶率可达到80%。

Claims (7)

1.一种提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于包括：

酸解槽，用于原料硝酸和磷矿的酸解；

酸不溶物沉降槽，与酸解槽连通；

结晶器，与酸不溶物沉降槽连通；

硝酸钙过滤机，与结晶器连通，将硝酸钙结晶悬浮液过滤，形成硝酸钙滤饼和母液；

中和装置，与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通；

氮磷蒸发器；

双轴卧式造粒机，与氮磷蒸发器连通；

干燥机，与双轴卧式造粒机连通；

振动筛，与干燥机和双轴卧式造粒机连通；

氮磷成品冷却器，所述氮磷成品冷却器与振动筛连通，将振动筛筛分出的尺寸合格的氮磷颗粒输送至氮磷成品冷却器进行冷却；

包裹筒，所述包裹筒与氮磷成品冷却器连通，将冷却后的氮磷颗粒包装得到成品。

2.如权利要求1所述的提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于：所述中和装置包括一段中和机构，包括或不包括再中和机构，所述一段中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通，所述再中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐连通，所述一段中和机构、再中和机构、氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。

3.如权利要求2所述的提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于：所述中和装置包括一段中和机构和再中和机构，所述再中和机构是由二段中和机构和三段中和机构构成的，所述二段中和机构和三段中和机构分别与气氨罐、硝酸铵储罐连通，所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构、氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。

4.如权利要求2所述的提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于：所述一段中和机构是由1个一段中和槽构成的。

5.如权利要求2所述的提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于：所述一段中和机构是由至少2个一段中和槽并联构成的，所述各个一段中和槽分别与气氨罐、硝酸铵储罐、硝酸钙过滤机和硫酸钾溶液缓冲槽连通。

6.如权利要求3所述的提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于：所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构分别是由1个一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽构成的，所述一段中和槽、二段中和槽、三段中和槽与氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。

7.如权利要求3所述的提高硝酸磷肥产品P₂O₅水溶率的***，其特征在于：所述一段中和机构、二段中和机构、三段中和机构中至少有1个中和机构是由至少2个中和槽并联后再与相邻段中和机构或氮磷蒸发器依次以串联的形式连通。