CN102731191A - 一种硝酸磷肥母液氨中和工艺 - Google Patents

Abstract

一种硝酸磷肥母液氨中和工艺是将来自硝酸钙过滤工序的磷酸母液在一段中和装置中与气氨进行常压中和反应制得pH=1.6-2.0的酸性料浆，后送入二段强制循环装置继续氨化中和反应使出口料浆的pH为5.6-6.0，水含量为10-15%，由二段中和逸出的含氨气体送入一段中和进行吸收净化，由一段中和逸出的尾气进入中和尾气洗涤，经硝酸水溶液洗涤吸收后排放，洗涤液送入二段中和装置。本发明工艺避开了磷酸母液中和过程特有的粘稠区，而且物料混合均匀，料浆流动性好，NH₃损失小。

Description

一种硝酸磷肥母液氨中和工艺

技术领域

本发明涉及一种生产硝酸磷肥的母液氨中和工艺，尤其是一种以硝酸和磷矿为原料冷冻法生产硝酸磷肥的硝酸磷肥母液氨中和工艺。

背景技术

中国天脊煤化工集团股份有限公司硝酸磷肥装置系80年代从挪威引进，设计年产90万吨硝酸磷肥的现代化大型生产工艺，采用间接冷冻除钙和双轴卧式造粒专利生产技术。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，其中，母液氨中和工序为主要生产工序之一，采用常压中和反应，分三段中和反应完成。

冷冻法除结晶硝酸钙工艺只能分离出酸解料浆中总钙的75%，因此，在硝酸磷肥工艺中和过程中，由于磷酸母液含有较高的Ca²⁺和微量的Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺及酸不溶物等杂质，在中和过程中会形成复杂的化合物，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。于此，为避开中和粘度高峰值，硝酸磷肥工艺母液氨中和工序设计为三段常压中和工艺，酸与氨的中和反应分三段完成，各段中和pH值控制为1.6-2.0、2.8-3.2、5.6-6.0。

常压中和工艺存在的主要问题是pH值难于控制，容易出现过氨化、料浆粘稠现象，氨逸出损失较大，空气漏入较多，中和槽顶部出现结料、结疤现象，操作环境恶劣。

印度古吉拉特邦化肥公司（GNFC)硝酸磷肥的母液氨中和工序为两段中和，一段中和采用强制循环管道反应，在此通入总氨量的80%，pH控制在2.5-3.2；二段中和采用常压槽式反应，在此通入总氨量的20%，pH控制在5.5。该工艺路线设计合理，一段中和采用强制循环反应，充分保证了氨的最大吸收，二段中和只需通入总氨量的20%，避免了在常压反应下发生的中和剧烈反应，整个体系的氨也逸出较少。

四川大学钟本和课题组采用“浓缩料浆法”建立了适合我国中品位磷矿特点的湿法磷铵生产工艺。中国专利CN 100371238C采用酸性料浆浓缩生产磷酸二铵的方法及二次氨化反应器也提供了很好的借鉴。

发明内容

现有生产硝酸磷肥的磷酸母液中含有较高的Ca²⁺和微量的Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺及酸不溶性物质，在中和过程中会生成凝胶结晶后造成中和料浆粘度增大，特别是在pH值达到2.7和4.5时，料浆粘度达到高峰，结料和结疤现象使得中和工艺操作无法进行。为此，本发明提供一种硝酸磷肥母液氨中和工艺。

本发明针对上述问题，所采取的措施是一种硝酸磷肥母液氨中和工艺的技术方案，包括一段中和、二段中和及中和尾气洗涤；其所述中和工艺是对硝酸分解磷矿所得除去硝酸钙总量75%的磷酸母液在中和装置中进行氨气中和；其所述二段中和产生的含氨气体送入一段中和，一段中和产生的尾气经中和尾气洗涤，后导入烟囱排放，中和尾气洗涤液返回二段中和工艺中；其中：

所述一段中和是在一常压反应槽中进行，制备pH=1.6-2.0的酸性料浆；

所述二段中和是在一强制循环管式反应器中进行，并在开车前加入pH=5.6-6.0的料浆；其工艺操作条件是：在微负压100Pa下，反应温度125-135℃，料浆流速1-3m/s，循环倍数30-50，循环次数12-15/h，pH=5.6-6.0，水质量百分含量10-15%。

在上述中和工艺的技术方案中，进一步的附加技术特征在于：

所述一段中和是在一常压反应槽中加入中和所需气氨总量50%的气氨。

所述二段中和是将来自一段中和50%的酸性料浆由下降管上的一段中和料浆入口Ⅰ加入，50%的酸性料浆由反应管上的一段中和料浆入口Ⅱ加入；二段中和气氨由反应管上部的气氨入口Ⅰ加入中和所需气氨总量的35%，由反应管尾部的气氨入口Ⅱ加入中和所需气氨总量的15%。

所述二段中和气氨入口Ⅰ与气氨入口Ⅱ的中和加料距离是1-3m，进一步选为3m。

所述气氨入口Ⅰ和气氨入口Ⅱ的加料方式是分别通过一气氨喷嘴喷入，在气氨喷嘴的上游流道中分别通过一锥管使料浆与气氨混合均匀。

所述锥管的轴向角度α为10-30°；锥管与气氨喷嘴的距离是100mm。

所述中和装置是一强制循环管式反应器，由闪蒸分离室、下降管、循环泵和反应管依次连通构成环形封闭结构的反应体系；其中：

所述闪蒸分离室的内壁面设置有挡板，上部设置有料浆加入口、下部设置有循环料浆加入口，中部设置有料浆出口及其连通的料浆出口液封管，顶端部安设有除沫器和含氨气体出口；

所述下降管上依次连通设置有中和尾气洗涤液入口、硝铵料浆加入口和一段中和料浆入口Ⅰ；

所述反应管上依次连通设置有气氨入口Ⅰ、一段中和料浆入口Ⅱ和气氨入口Ⅱ。

所述料浆出口是距循环料浆加入口1m，位于料浆入口之下。

实现本发明上述所提供的一种硝酸磷肥母液氨中和工艺技术方案，与现有技术相比，其优点与积极效果如下：

二段中和采用强制循环，有效地避开了中和粘稠点pH=2.7和4.5；进一步采用多点加料方式，有效地防止了局部过氨化，又降低了过程循环比，节约了能量，提高了氨气的吸收效率；同时也维持了过程pH的平稳性，避免了常压反应器空气的漏入，降低了烟囱中氨的排放速率及其尾气的排放量。

气氨入口上游反应管段内加设一锥形管，一是有利于导入气氨，二是有利于气氨与反应料浆的有效混合，同时提高了流体的湍动程度，防止了料浆的结疤与堵塞。

将pH=5.6-6.0的料浆在开车前加入，确保了循环料浆具有良好的流动性，提高了工艺过程运行体系的稳定性。

将硝酸铵溶液和中和尾气洗涤液在循环泵前加入，在调整反应料浆N/P₂O₅比的同时，提高了流体的湍动程度并有效降低了反应料浆的粘度，且有利于防止反应过快出现局部过氨化现象。

将硝酸、磷酸与氨反应产生大量的反应热，用于加热反应料浆和气化料浆中的水分，每公斤氨约蒸发1.3公斤水，过程节能效果明显，甚至可以省去料浆蒸发的预热器；采用强制循环管式反应器多点加料，氨损失少，二段中和尾气通过一段中和反应槽净化，一段中和尾气进入中和尾气洗涤塔吸收冷凝，然后经烟囱排放，这种工艺路线设置不仅能够减少复肥烟囱水蒸汽的排放量，而且维持了系统的水平衡，过程环保效果也尤其明显。

设置闪蒸分离器的料浆出口高于循环料浆入口，提高了反应物料的温度，进一步降低了料浆的粘度，防止了结晶的析出。

在料浆出口管线路设置有液封管，确保强制循环装置处于完全密封状态，既能防止空气的倒吸，又能降低气氨的逸出率。

附图说明

图1是本发明一种硝酸磷肥母液氨中和工艺的示意图。

图2是本发明二段中和工艺的局部示意图。

图3是本发明二段中和加氨气反应管段的局部工艺示意图。 

图中：1：闪蒸分离室；2：挡板；3：料浆入口；4：除沫器；5：含氨气体出口；6：料浆出口；7：液封管；8：下降管；9：中和尾气洗涤液入口；10：硝铵料浆入口；11：一段中和料浆入口Ⅰ；12：循环泵；13：气氨入口Ⅰ；14：反应管；15：一段中和料浆入口Ⅱ；16：气氨入口Ⅱ；17：循环料浆入口；18：气氨喷嘴；19：锥管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明，但本发明的内容不局限于所列举的实施方式的范围。

如图1所述，实施本发明一种硝酸磷肥母液氨中和工艺，是在现有技术的基础上，对硝酸磷肥母液氨中和工艺进行进一步的改进，改进后的中和工艺技术方案包括一段中和工艺、二段中和工艺及中和尾气洗涤工艺。应当说明的是，本发明实施中和工艺是对硝酸分解磷矿所得除去硝酸钙总量75%的磷酸母液在中和装置中进行氨气中和；其实施其二段中和工艺所产生的含氨气体送入一段中和，一段中和工艺所产生的尾气经中和尾气洗涤，后导入烟囱排放，中和尾气洗涤液返回到二段中和工艺中循环使用。

在具体的实施过程中，本中和工艺是将一段中和置于一常压反应槽中进行中和，由此获得pH=1.6-2.0的酸性料浆。

在二段中和工艺的实施过程中，是将二段中和置于一强制循环管式反应器中，由循环泵12作为动力源进行循环中和反应，并在开车前将pH=5.6-6.0的料浆加入，其中和反应的操作条件是在微负压100Pa下进行，即真空度为100Pa下进行，控制中和反应的温度为125-135℃，控制中和反应的料浆流速为1-3m/s，所进行的循环中和倍数为30-50，循环次数为12-15/h，水质量百分含量为10-15%，进行中和反应，以此获得pH=5.6-6.0的酸性料浆。

在上述中和工艺方案的实施过程中，其中和工艺的具体方法说明如下：

在一常压反应槽中加入中和所需气氨总量的50%的气氨实现其一段中和。

实施二段中和是将来自一段中和50%的酸性料浆由下降管8的端部的一段中和料浆入口Ⅰ 11加入，50%的酸性料浆由反应管14上部的一段中和料浆入口Ⅱ15加入；二段中和气氨由反应管14端部的气氨入口Ⅰ13加入中和所需气氨总量的35%，由反应管14尾部的气氨入口Ⅱ16加入中和所需气氨总量的15%。

在加料的工艺过程中，二段中和气氨入口Ⅰ13与气氨入口Ⅱ16的中和加料距离控制在1-3m；尤其是在3m处，中和反应效果较好。

尤其是在二段中和气氨入口Ⅰ13和气氨入口Ⅱ16的加料方式，采用一气氨喷嘴18进行喷入加料，以及气氨喷嘴18的上游管道中分别通过一锥管19将气氨与中和料浆分布与气氨相交进行混合，有效地防止了料浆的结疤与堵塞问题。

此外，有效地防止料浆结疤与堵塞的措施还在于：将一锥管19的轴向角度α设置为10-30°，尤其是设置为30°更好，并与气氨喷嘴18的距离设置为1mm，将料浆出口6与循环料浆加入口17的距离设置为1m，并位于料浆入口3之下，实际操作效果较为显著。

下面通过用于本发明生产硝酸磷肥母液氨的中和装置，进一步说明本发明中和工艺的具体实施方式。

如图2和图3所述，实施本发明一种用于生产硝酸磷肥母液氨中和工艺的中和装置，包括一段中和装置、二段中和装置以及中和尾气洗涤装置；其所述中和装置是用于对生产硝酸分解磷矿所得除去硝酸钙总量75%的磷酸母液氨气进行中和，其所述二段中和装置产生的含氨气体通过管道输入一段中和装置，一段中和装置产生的尾气经中和尾气洗涤装置，后导入烟囱排放，中和尾气洗涤装置的洗涤液经管道返回到二段中和装置，构成硝酸磷肥母液氨中和装置；其中：

实施二段中和装置，包括一强制循环管式反应器，是由闪蒸分离室1、下降管8、循环泵12、反应管14依次连通构成环形封闭结构体系。

如图1所述，其中，闪蒸分离室1的内壁面设置有挡板2；顶部设置并安装有除沫器4和含氨气体出口5，料浆出口6及其料浆出口液封管7设置于闪蒸分离室1的中上部，pH=5.6-6.0的料浆加入口3和循环料浆加入口17设置于闪蒸分离室1的上下部位，闪蒸分离室1的底端连通有下降管8，在下降管8上依次连通设置有中和尾气洗涤液入口9、硝铵料浆加入口10和一段中和料浆入口Ⅰ11，然后设置连通有循环泵12，循环泵12后连通设置有的反应管14，在反应管14上依次连通设置有气氨入口Ⅰ13、一段中和料浆入口Ⅱ15和气氨入口Ⅱ16。

基于上述一种生产硝酸磷肥的母液氨中和工艺及其中和装置实施方式的基础上，下面通过具体实施方式再次对说明本发明的具体实施方式做出说明如下：

实施方式1

实施一种生产硝酸磷肥的母液氨中和工艺，其中和工艺流程如图1所示，具体工艺步骤如下：

1、一段中和

在一常压反应槽中进行母液和氨气的反应，气氨加入量为中和所需气氨总量的50%，制备pH=1.6-2.0的酸性料浆；

2、二段中和

二段中和工艺是在一强制循环管式反应器中进行，如图2和图3，本工艺采用多点加料方式，来自一段中和的酸性料浆一分为二，50%的酸性料浆从一段中和料浆入口Ⅰ11加入，50%的酸性料浆从一段中和料浆入口Ⅱ15加入，气氨也分两点加入，中和所需气氨总量的35%从有气氨入口Ⅰ13加入，中和所需气氨总量的15%从有气氨入口Ⅱ16加入，两气氨入口的加料距离为3m。

反应所需的气氨从气氨喷嘴18送入，在气氨入口Ⅰ13的上游流道设置的锥管19的锥管角度为30°，在气氨入口Ⅱ16的上游流道设置的锥管19的锥管角度为10°，气氨入口设置在锥管顶部。

二段中和装置料浆出口6高于循环料浆加入口171m。

二段中和装置的工艺操作条件是在微负压100Pa下进行，即真空度为100Pa下进行，反应温度 125℃，料浆流速1m/s，循环倍数30，循环次数12次/h，pH=5.6-6.0，水质量百分含量15%。

3、尾气处理

二段中和反应产生的含氨气体送入一段中和装置，一段中和反应产生的尾气在中和尾气洗涤塔用1%的硝酸水溶液进行洗涤吸收，尾气然后导入烟囱排放，中和尾气洗涤液返回二段中和装置。

实施方式2 

实施一种生产硝酸磷肥的母液氨中和工艺，其工艺流程如图1所示，具体的工艺步骤如下：

1、一段中和

在一常压反应槽中进行母液和氨气的反应，气氨加入量为中和所需气氨总量的50%，制备pH=1.6-2.0的酸性料浆。

2、二段中和

二段中和工艺是在一强制循环管式反应器中进行，如图2和图3，本工艺采用多点加料方式，来自一段中和的酸性料浆一分为二，50%的酸性料浆从一段中和料浆入口Ⅰ11加入，50%的酸性料浆从一段中和料浆入口Ⅱ15加入，气氨也分两点加入，中和所需气氨总量的35%从有气氨入口Ⅰ13加入，中和所需气氨总量的15%从有气氨入口Ⅱ16加入，两气氨入口距离为1m。

反应所需的气氨从气氨喷嘴18送入，在气氨入口Ⅰ13的上游流道设置的锥管19的锥管角度为10°，在气氨入口Ⅱ16的上游流道设置的锥管19的锥管角度为20°，气氨入口设置在锥管顶部。

二段中和装置料浆出口6高于循环料浆加入口171m。

二段中和装置的工艺操作条件是在微负压条件下，即在真空度为100Pa的条件下，反应温度130℃，料浆流速2m/s，循环倍数40，循环次数14次/h，pH=5.6-6.0，水质量百分含量12%。

3、尾气处理

二段中和反应产生的含氨气体送入一段中和装置，一段中和反应产生的尾气在中和尾气洗涤塔用1%的硝酸水溶液进行洗涤吸收，尾气然后导入烟囱排放，中和尾气洗涤液返回二段中和装置。

实施方式3  

实施一种生产硝酸磷肥的母液氨中和工艺，其工艺流程如图1所述，具体的步骤如下：

1、一段中和

在一常压反应槽中进行母液和氨气的反应，气氨加入量为中和所需气氨总量的50%，制备pH=1.6-2.0的酸性料浆。

2、二段中和

二段中和装置是在一种强制循环管式反应器中进行，如图2和图3，本工艺采用采用多点加料方式，来自一段中和的酸性料浆一分为二，50%的酸性料浆从一段中和料浆入口Ⅰ11加入，50%的酸性料浆从一段中和料浆入口Ⅱ15加入，气氨也分两点加入，中和所需气氨总量的35%从有气氨入口Ⅰ13加入，中和所需气氨总量的15%从有气氨入口Ⅱ16加入，两气氨入口距离为1.5m。

反应所需的气氨从气氨喷嘴18送入，在气氨入口Ⅰ13的上游流道设置的锥管19的锥管角度为20°，在气氨入口Ⅱ16的上游流道设置的锥管19的锥管角度为20°，气氨入口设置在锥管顶部。

二段中和装置料浆出口6高于循环料浆加入口171m。

二段中和装置的工艺操作条件是在微负压条件下，即在真空度为100Pa的条件下，反应温度 135℃，料浆流速3m/s，循环倍数50，循环次数15次/h，pH=5.6-6.0，水质量百分含量10%。

3、尾气处理

二段中和反应产生的含氨气体送入一段中和装置，一段中和反应产生的尾气在中和尾气洗涤塔用1%的硝酸水溶液进行洗涤吸收，尾气然后导入烟囱排放，中和尾气洗涤液返回二段中和装置。 

Claims (9)

1. 一种硝酸磷肥母液氨中和工艺，包括一段中和、二段中和及中和尾气洗涤；其所述中和工艺是对硝酸分解磷矿所得除去硝酸钙总量75%的磷酸母液在中和装置中进行氨气中和，其所述二段中和产生的含氨气体送入一段中和，一段中和产生的尾气经中和尾气洗涤，后导入烟囱排放，中和尾气洗涤液返回二段中和；其中：

所述一段中和是在一常压反应槽中进行，制备pH=1.6-2.0的酸性料浆；

所述二段中和是在一强制循环管式反应器中进行，并在开车前加入pH=5.6-6.0的料浆；其工艺操作条件是：在微负压100Pa下，反应温度125-135℃，料浆流速1-3m/s，循环倍数30-50，循环次数12-15/h，pH=5.6-6.0，水质量百分含量10-15%。

2.如权利要求1所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述一段中和是在一常压反应槽中加入中和所需气氨总量50%的气氨。

3.如权利要求1所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述二段中和是将来自一段中和50%的酸性料浆由下降管（8）上的一段中和料浆入口Ⅰ（11）加入，50%的酸性料浆由反应管（14）上的一段中和料浆入口Ⅱ（15）加入；二段中和气氨由反应管（14）上部的气氨入口Ⅰ（13）加入中和所需气氨总量的35%，由反应管（14）尾部的气氨入口Ⅱ（16）加入中和所需气氨总量的15%。

4.如权利要求3所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述二段中和气氨入口Ⅰ（13）与气氨入口Ⅱ（16）的中和加料距离是1-3m。

5.如权利要求4所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述二段中和气氨入口Ⅰ（13）与气氨入口Ⅱ（16）的中和加料距离进一步选为3m。

6.如权利要求3所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述气氨入口Ⅰ（13）和气氨入口Ⅱ（16）的加料方式是分别通过一气氨喷嘴（18）喷入，在气氨喷嘴（18）的上游流道中分别通过一锥管（19）使料浆与气氨混合均匀。

7.如权利要求6所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述锥管（19）的轴向角度α为10-30°；锥管（19）与气氨喷嘴（18）的距离是100mm。

8.如权利要求1所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述中和装置是一强制循环管式反应器，由闪蒸分离室（1）、下降管（8）、循环泵（12）和反应管（14）依次连通构成环形封闭结构的反应体系；其中：

所述闪蒸分离室（1）的内壁面设置有挡板（2），上部设置有料浆加入口（3）、下部设置有循环料浆加入口（17），中部设置有料浆出口（6）及其连通的料浆出口液封管（7），顶端部安设有除沫器（4）和含氨气体出口（5）；

所述下降管（8）上依次连通设置有中和尾气洗涤液入口（9）、硝铵料浆加入口（10）和一段中和料浆入口Ⅰ（11）；

所述反应管（14）上依次连通设置有气氨入口Ⅰ（13）、一段中和料浆入口Ⅱ（15）和气氨入口Ⅱ（16）。

9.如权利要求1所述的硝酸磷肥母液氨中和工艺，其所述料浆出口（6）是距循环料浆加入口（17）1m，位于料浆入口（3）之下。

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