CN101343200B

CN101343200B - 一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法及其系统

Info

Publication number: CN101343200B
Application number: CN2008102155463A
Authority: CN
Inventors: 马凯; 郑秀兴; 王金铭; 王礼龙; 宋安新
Original assignee: SINO-ARAB CHEMICAL FERTILIZER Co Ltd
Current assignee: SINO-ARAB CHEMICAL FERTILIZER Co Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101343200A

Abstract

本发明涉及一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法及系统，其步骤如下：(1)硫酸氢钾制备，得混酸I；(2)硝酸分解磷矿粉，得混酸II；(3)混酸I与混酸II混合；(4)将步骤(3)所得混酸III与液氨或气氨反应，得硫基复合肥料。本发明的方法及系统比目前的硝基硫基肥生产工艺流程更直接简单，充分利用了硝酸的硝态氮及酸性和反应热，利用了浓硫酸氯化钾的低温脱氯和显热，减少了中间步骤，显著降低了能耗和腐蚀，减少了基建和设备投资。

Description

一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法及其系统

技术领域

本发明特别涉及一种硫基复合肥料的方法及其系统，特别涉及一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法及其系统。属于肥料领域。

背景技术

目前生产硝基-硫基复合肥的方法中，最具代表性的是管式反应器-回转鼓氨化粒化工艺。其主要工艺特点为：硫酸钾，硝酸铵与造粒机管式反应器中喷出的磷铵料浆在转鼓造粒机中混合，粘结成粒。粒子经干燥，筛分，包裹后即为成品。

该制备方法使用硫酸钾和硝酸铵等成品肥料作为原料。原料硝酸铵主要是由稀硝酸与氨中和制得。原料硫酸钾主要由曼海姆法转化制得。该制备方法的缺点在于使用了本来可以作为成品肥出售的硝铵和硫酸钾为原料，做了二次加工，工序繁杂，中间运输，包装物等损耗大。生产硫酸钾的曼海姆工艺，基建、设备投资大，反应温度在600～700℃，能耗高，腐蚀严重。

二十世纪九十年代，为了降低硫基肥成本，有人开发了低温转化的硫酸氢钾工艺，将反应温度由曼海姆法的600～700℃降低至110～130℃，缓解了腐蚀，基建、设备投资大幅降低。该工艺主要技术特点：浓硫酸与氯化钾在内衬耐酸瓷砖的混凝土反应槽中反应，直接通入蒸汽加热保温，反应生成硫酸氢钾和氯化氢，氯化氢被水吸收生成盐酸。脱氯转化后的硫酸氢钾料浆与稀磷酸混合，制得混酸，混酸在中和槽或造粒机管式反应器中氨化，生成氨化料浆。根据氨化形式不同，氨化料浆或者直接喷入造粒机，转鼓粘结成粒，或者将在预中和槽中氨化好的料浆用泵运输送至造粒-干燥一体机中，低压蒸汽雾化后涂布造粒。该工艺降低了转化脱氯温度，但是迫于工艺的水、热平衡，硝态氮很难大量加入。

因此，本发明提供一种硝酸直接分解磷矿，同时结合了浓硫酸氯化钾低温脱氯工艺生产硫基复合肥的工艺及其方法，该工艺比以上工艺简单直接，能耗低，腐蚀少，减少了基建、设备的数量和投资。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种工艺简单直接，能耗低，腐蚀小，基建、设备投资少的硝酸直接分解磷矿，同时结合浓硫酸氯化钾低温脱氯工艺生产硫基复合肥的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法，其步骤如下：

(1)硫酸氢钾制备

将硫酸和氯化钾加入混凝土反应槽，维持硫酸过量20％～100％，槽底通蒸汽加热，反应温度维持在110～130℃，停留时间控制在5～10小时，反应生成的氯化氢被风机抽入盐酸吸收系统，依次通过换热器、降膜吸收器、填料塔等3～5级吸收，最后生成浓度30％左右盐酸，反应产物为混酸I；

主要化学反应：KCI+H₂SO₄＝KHSO₄+HCl↑

(2)硝酸分解磷矿粉

从硝酸装置出来的40％～60％稀硝酸经流量计计量后加入混凝土反应槽，磷矿粉由皮带计量称计量后加入反应槽，维持硝酸与磷矿粉的摩尔比在10：1～2：1之间，反应温度为40～100℃；同时通入少量蒸汽维持反应温度；反应产物为混酸II；

根据不同的硝酸加入量，主要化学反应有：

3Ca₃(PO₄)₂·CaF₂+7HNO₃＝6CaHPO₄+3.5Ca(NO₃)₂+HF+0.5CaF₂

3Ca₃(PO₄)₂·CaF₂+14HNO₃＝3Ca(H₂PO₄)₂+7Ca(NO₃)₂+2HF

3Ca₃(PO₄)₂·CaF₂+20HNO₃＝6H₃PO₄+10Ca(NO₃)₂+2HF

4HF+SiO₂＝SiF₄↑+2H₂O

(3)混酸I与混酸II混合

将步骤(1)所得混酸I与步骤(2)所得混酸II经溢流管溢流，进入硫酸钙结晶槽(4#或7#)，混合反应，混合物为混酸III；

(4)将步骤(3)所得混酸III与液氨或气氨反应，得硫基复合肥料。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤如下：将步骤(3)所得混酸III通过混酸液的输送泵(6)输送至过滤机(7)，去除滤渣；所得滤液由泵(8)送至氨中和槽管式反应器(9)，与液氨或气氨(5)中和后喷入中和槽(11)，得氮磷钾总含量在30％～40％液体肥。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤如下：将步骤(3)所得混酸III直接用混酸输送泵(6)输送至造粒机管式反应器(9)，与液氨或气氨在管式反应器(9)中反应，氨化料浆喷射进入转鼓造粒机(10)，与返料混合，粘结成肥料颗粒，所得肥料颗粒再经干燥，筛分，破碎，冷却，包装；获得氮磷钾总浓度在25％～34％的硝基-硫基复合肥。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤如下：将步骤(3)所得混酸III分出一部分或全部去过滤，将硫酸钙结晶部分或全部滤除，再通入造粒机管式反应器(9)氨化造粒，所得肥料颗粒再经干燥，筛分，破碎，冷却，包装，得氮磷钾总浓度在40％～60％的复合肥。

本发明的另一目的是提供一种适用于上述硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的系统。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的系统，其特征在于包括依次相连的混凝土反应槽、混酸泵、过滤机、管式反应器和造粒机；所述混凝土反应槽包括硝酸分解磷矿的反应槽和氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽和硫酸钙结晶槽，所述硝酸分解磷矿的反应槽与所述硫酸钙结晶槽之间以及所述氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽与所述硫酸钙结晶槽之间通过槽间隔墙的上部和下部的溢流管相连接；所述硫酸钙结晶槽再通过混酸泵和管道与所述过滤机或管式反应器相连接；所述过滤机通过混酸泵和管道与所述管式反应器相连接。

一种优选技术方案，其特征在于：所述管式反应器直接喷浆至中和槽或造粒机。

一种优选技术方案，其特征在于：所述硝酸分解磷矿的反应槽为1个或2个串联，通过溢流管道相连接；所述氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽为2个或4个串联，通过溢流管道相连接。

一种优选技术方案，其特征在于：所述混酸泵采用离心泵，其材质为聚四氟乙烯，F46，UB6，CD4Mcu，聚丙烯或玻璃钢；所述混酸泵与所述过滤机之间的管道采用内衬四氟管道或玻璃钢、聚丙烯、SUS316L。

一种优选技术方案，其特征在于：所述管式反应器为内衬四氟结构，所有接液部分均为内衬四氟结构。

一种优选技术方案，其特征在于：所述过滤机为带式或转盘式过滤机。

一种优选技术方案，其特征在于：所述混凝土反应槽采用三层结构，最外层为普通混凝土，中间层为玻璃钢，硫化橡胶，耐酸混凝土，最内层采用耐酸瓷砖，碳砖，花岗岩，浸渍碳砖或玻璃；所述混凝土反应槽与混凝土反应槽之间采用泡沫板或夹缝隔开。

有益效果：

本发明的方法及系统比目前的硝基硫基肥生产工艺流程更直接简单，充分利用了硝酸的硝态氮及酸性和反应热，利用了浓硫酸氯化钾的低温脱氯和显热，减少了中间步骤，显著降低了能耗和腐蚀，减少了基建和设备投资。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1为本发明实施例之一的工艺流程示意图。

图2为本发明实施例之二的工艺流程示意图。

图3为本发明实施例之三的工艺流程示意图。

图4为本发明实施例之一的工艺流程配用的混凝土反应槽的结构示意图。

图5为本发明实施例之二的工艺流程配用的混凝土反应槽的结构示意图。

图6为本发明中混凝土反应槽的槽底通蒸汽管的结构示意图。

图7为本发明管式反应器的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

利用本发明中的混凝土转化槽，混酸泵，过滤机，氨中和槽等，制造硝基-硫基液体肥。工艺图详见图1。如图1所示，为本发明实施例之一的工艺流程示意图。如图4所示，为本发明实施例之一的工艺流程配用的混凝土反应槽的结构示意图。该反应槽为整体结构，槽之间有缓冲热膨胀的夹层隔板或缝隙3；隔板3可以为泡沫塑料、聚丙烯板或橡胶板，缝隙宽度0.5～5mm；反应槽为三层结构，外层1为普通混凝土，中间层2可以为玻璃钢、耐酸混凝土、橡胶板，内层4可以为耐酸瓷砖，无硅耐酸瓷砖，碳砖，浸渍碳砖，花岗岩，玻璃。

硝酸装置生产的60％稀硝酸3经流量计计量后，以7.8m³/h的速度加入5#硝酸分解磷矿的反应槽，含P₂O₅34％磷矿粉4以皮带计量称计量，以5.1t/h同时加入。反应温度为50～60℃，停留时间为2～4小时。通过反应槽之间隔墙的底部开口溢流至6#硝酸分解磷矿的反应槽。最后通过溢流管道溢流至7#硫酸钙结晶槽。

浓硫酸1经流量计计量，以2.9m³/h的速度加入1#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽，氯化钾2由皮带计量称计量，以3.4t/h的速度同时加入，与硫酸混合反应，同时通入蒸汽维持温度在120～130℃之间，蒸汽从底部通入，并且预埋内衬外包聚四氟乙烯或F₄₆塑料合金的通气管；其他地埋管结构也采用碳钢或不锈钢内衬外包聚四氟乙烯或F₄₆塑料合金结构，详见图6；1为外包防腐层，聚四氟乙烯或F₄₆材质；2为内衬防腐层，四氟乙烯或F₄₆材质；3为止水带，普通碳钢或不锈钢材质；4为钢管骨架，碳钢或不锈钢材质；5为连接法兰。脱氯产物通过反应槽之间隔墙的开口依次溢流至2#，3#，4#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽。最后溢流至7#槽。停留时间约5～10小时。

混酸液在7#硫酸钙结晶槽内反应生成硫酸钙结晶和含NPK三元素的酸性肥料溶液，将混酸III由混酸输送泵6输送至转盘过滤机7，滤渣去除。滤液由泵8送至氨中和槽管式反应器9，与液氨或气氨5中和后喷入中和槽11，包装做成NPK总含量在30％～40％液体肥。所述混酸输送泵为离心泵，材质可以聚四氟乙烯，F₄₆，UB6，CD4Mcu，聚丙烯、玻璃钢。管道采用内衬四氟管道。还可以采用玻璃钢、聚丙烯、SUS316L。

所述管式反应器9的结构示意图参见图7；由轴向入口法兰1，径向入口法兰2，钢管壳体3，文丘里4、7，内衬5，喷头6组成；轴向入口法兰1和径向入口法兰2的材质为SUS316L不锈钢，也可采用SUS304、SUS304L、SUS316等其他材质；喷头6可以采用SUS316L不锈钢，也可采用SUS304、SUS304L、SUS316等其他材质；壳体(3)可以采用不锈钢或碳钢；文丘里4、7和内衬5为四氟材质；反应器所有接液部位均有四氟内衬。

所得液体肥中含氮15.8％，含磷8.4％，含钾11％。氯根约为1％。

实施例2：

利用本发明中的混凝土转化槽，混酸泵，造粒机管式反应器等，制造硝基-硫基颗粒肥。工艺图详见图2。如图2所示，为本发明实施例之二的工艺流程示意图。

硝酸装置生产的60％稀硝酸3经流量计计量后，以7.8m³/h的速度加入3#硝酸分解磷矿的反应槽，如图5所示，为本发明实施例之二的工艺流程配用的混凝土反应槽的结构示意图。该反应槽为整体结构，槽之间有缓冲热膨胀的夹层隔板或缝隙3；隔板3可以为泡沫塑料、聚丙烯板或橡胶板，缝隙宽度0.5～5mm；反应槽为三层结构，外层1为普通混凝土，中间层2可以为玻璃钢、耐酸混凝土、橡胶板，内层4可以为耐酸瓷砖，无硅耐酸瓷砖，碳砖，浸渍碳砖，花岗岩，玻璃。含P₂O₅30％磷矿粉4以皮带计量称计量，以7.3t/h同时加入。反应温度为50～60℃，停留时间为2～4小时。反应液溢流至4#硫酸钙结晶槽。

浓硫酸(98％)1经流量计计量，以3.9m³/h的速度加入1#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽，氯化钾2由皮带计量称计量，以3.8t/h的速度同时加入，与硫酸混合反应，同时通入蒸汽维持温度在110～115℃之间。脱氯产物通过反应槽之间隔墙开口溢流至2#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽，最后溢流至4#硫酸钙结晶槽。

在4#硫酸钙结晶槽混合反应后将混酸III直接用混酸泵6输送至造粒机管式反应器9，与液氨或气氨5在管式反应器9中反应，氨化料浆喷射进入转鼓造粒机10，与返料混合，粘结成粒，肥料颗粒再经干燥，筛分，破碎，冷却，包装为成品肥。

所得成品肥含氮12.6％，含磷7.9％，钾9.1％，硫11.6％，钙14.5％，氯根1.0％。

实施例3：

利用本发明中的混凝土转化槽，混酸泵，造粒机管式反应器等，制造硝基-硫基颗粒肥。工艺图详见图3。如图3所示，为本发明实施例之三的工艺流程示意图。

硝酸装置生产的60％稀硝酸3经流量计计量后，以5.1m³/h的速度加入5#硝酸分解磷矿的反应槽，含P₂O₅30％磷矿粉4以皮带计量称计量，以8.4t/h同时加入。反应温度为80～100℃，反应产物通过反应槽之间隔墙的底部开口溢流至6#硝酸分解磷矿的反应槽继续反应。最后通过溢流管道溢流至7#硫酸钙结晶槽。停留时间为2～4小时。98％的浓硫酸1经流量计计量，以4.4m³/h的速度加入1#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽，氯化钾2由皮带计量称计量，以4.3t/h的速度同时加入，与硫酸混合反应，同时通入蒸汽维持温度在110～115℃之间。脱氯产物通过反应槽之间隔墙开口依次溢流至2#，3#，4#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽。最后溢流至7#硫酸钙结晶槽。停留时间约5～10小时。

在7#硫酸钙结晶槽混合反应后产物混酸III分出一部分由混酸输送泵6输送至带式过滤机7，滤渣去除。滤液与未经过滤的混酸III混合后由泵8送至氨中和槽管式反应器9，与液氨或气氨5中和后喷入转鼓造粒机10，肥料颗粒再经干燥，筛分，破碎，冷却，包装为成品肥。

所得成品肥含氮14.7％，含磷14.1％，钾16.2％，氯根1.0％。

实施例4：

利用本发明中的混凝土转化槽，混酸泵，过滤机，造粒机管式反应器等，制造硝基-硫基颗粒肥。工艺图详见图3。

硝酸装置生产的40％稀硝酸3经流量计计量后，以11.5m³/h的速度加入5#硝酸分解磷矿的反应槽，含P₂O₅34％磷矿粉4以皮带计量称计量，以6.6t/h同时加入。反应温度为40～50℃，停留时间为2～4小时。通过反应槽之间隔墙的底部开口溢流至6#槽。最后通过溢流管道溢流至7#硫酸钙结晶槽。

98％浓硫酸1经流量计计量，以3.5m³/h的速度加入1#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽，氯化钾2由皮带计量称计量，以3.4t/h的速度同时加入，与硫酸混合反应，同时通入蒸汽维持温度在110～120℃之间。脱氯产物通过反应槽之间隔墙的底部开口依次溢流至2#，3#，4#氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽。最后溢流至7#硫酸钙结晶槽。停留时间约5～10小时。

混酸液在7#硫酸钙结晶槽内反应生成硫酸钙结晶和含NPK三元素的酸性肥料溶液，该悬浮液泵送至转盘过滤机，过滤后的滤液由泵送入造粒机管式反应器，与液氨反应后喷浆至造粒机成粒，肥料颗粒再经干燥，筛分，破碎，冷却，包装为成品肥。其中成品肥含氮22.7％，含磷16.0％，含钾16.3％。氯根约为1.5％。

Claims

1.一种硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法，其步骤如下：

(1)混酸I制备

将硫酸和氯化钾加入混凝土反应槽，维持硫酸过量20％～100％，槽底通蒸汽加热，反应温度维持在110～130℃，停留时间控制在5～10小时，反应生成的氯化氢被风机抽入盐酸吸收系统，依次通过换热器、降膜吸收器以及填料塔吸收，最后生成浓度30％盐酸，反应产物为混酸I；

(2)硝酸分解磷矿粉

从硝酸装置出来的40％～60％稀硝酸经流量计计量后加入混凝土反应槽，磷矿粉由皮带计量称计量后加入反应槽，维持硝酸与磷矿粉的摩尔比在10∶1～2∶1之间，反应温度为40～100℃；同时通入少量蒸汽维持反应温度，得混酸II；

(3)混酸I与混酸II混合

将步骤(1)所得混酸I与步骤(2)所得混酸II经溢流管溢流，进入硫酸钙结晶槽，混合反应，混合物为混酸III；

2.根据权利要求1所述的硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤如下：将步骤(3)所得混酸III通过混酸液的输送泵(6)输送至过滤机(7)，去除滤渣；所得滤液由泵(8)送至氨中和槽管式反应器(9)，与液氨或气氨(5)中和后喷入中和槽(11)，得氮磷钾总含量在30％～40％液体肥。

3.根据权利要求1所述的硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤如下：将步骤(3)所得混酸III直接用混酸输送泵(6)输送至造粒机管式反应器(9)，与液氨或气氨在管式反应器(9)中反应，氨化料浆喷射进入转鼓造粒机(10)，与返料混合，粘结成粒，获得氮磷钾总浓度在25％～34％的硝基-硫基复合肥。

4.根据权利要求1所述的硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体步骤如下：将步骤(3)所得混酸III分出一部分或全部去过滤，将硫酸钙结晶部分或全部滤除，再通入造粒机管式反应器氨化造粒；得氮磷钾总浓度在40％～60％的复合肥。

5.权利要求1-4中任一项所述的硝酸分解磷矿粉生产硫基复合肥料的系统，其特征在于包括依次相连的混凝土反应槽、混酸泵、过滤机、管式反应器和造粒机；所述混凝土反应槽包括硝酸分解磷矿的反应槽和氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽和硫酸钙结晶槽，所述硝酸分解磷矿的反应槽与所述硫酸钙结晶槽之间以及所述氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽与所述硫酸钙结晶槽之间通过槽间隔墙的上部和下部的溢流管相连接；所述硫酸钙结晶槽再通过混酸泵和管道与所述过滤机或管式反应器相连接，所述过滤机或管式反应器通过管道与中和槽或造粒机相连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述硝酸分解磷矿的反应槽为1个或2个串联，通过溢流管道相连接；所述氯化钾与硫酸反应脱氯的反应槽为2个或4个串联，通过溢流管道相连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述混酸泵采用离心泵，其材质为聚四氟乙烯，F46，UB6，CD4Mcu，聚丙烯或玻璃钢；所述混酸泵与所述过滤机之间的管道采用内衬四氟管道或玻璃钢、聚丙烯、SUS316L。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述管式反应器为内衬四氟结构。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述过滤机采用带式或转盘式过滤机。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述混凝土反应槽采用三层结构，最外层(1)为普通混凝土，中间层(2)为玻璃钢、硫化橡胶或耐酸混凝土，最内层(4)采用耐酸瓷砖、碳砖、花岗岩、浸渍碳砖或玻璃；所述混凝土反应槽之间采用泡沫板或夹缝(3)隔开。