CN103011114A

CN103011114A - 一种生产磷酸二氢钾的方法

Info

Publication number: CN103011114A
Application number: CN2012105804819A
Authority: CN
Inventors: 杨位红; 胡兆平; 李新柱; 张敏; 刘鹏; 王伯通; 王娜
Original assignee: GUIZHOU KINGENTA ECOLOGICAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: GUIZHOU KINGENTA ECOLOGICAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：（1）向含磷酸中加入氯化钾，制得混合溶液，将混合溶液通入超重力解吸塔中反应，控制混合溶液加入量及混合物的取出量保持超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量；（2）将步骤（1）制得的混合物取出，经冷却结晶后，固液分离，固体经干燥制得磷酸二氢钾。本发明所述方法反应温度最高仅为100℃，低于现有技术170～280℃的反应温度，因此，降低了对设备的腐蚀性，降低了固定成本的损耗；并且无废渣排放，联产较高浓度的盐酸，对环境友好，具有较好的社会效益和经济效益。

Description

一种生产磷酸二氢钾的方法

技术领域

本发明涉及一种生产磷酸二氢钾的方法，属于高浓度肥料生产技术领域。

背景技术

磷酸二氢钾（KH₂PO₄）作为高效磷钾复合肥被广泛的应用在粮食、瓜果、蔬菜等几乎全部的作物上，能够起到增产增收、改善农产品品质、抗倒伏、抵御干热风等诸多作用。其工业级产品还是一种全水溶性肥料。因此，磷酸二氢钾近年来得到了迅速发展和广泛应用。

目前工业化生产的方法主要有中和法、萃取法和离子交换法。中和法是通过热法磷酸和钾碱的中和反应制备，该方法工艺技术成熟，产品质量高，约占全国磷酸二氢钾总生产能力的90%以上。但其生产成本高，导致磷酸二氢钾的价格一直居高不下。萃取法工艺流程复杂，且有机溶剂价格较高，投资大。离子交换法制备产品质量虽然较好，但其蒸发能耗大。此外，还有复分解法、直接法、结晶法和电解法等，但都未得到工业化应用。其中磷酸与氯化钾复分解法工艺流程短，副产稀盐酸，相较于磷酸盐与氯化钾的复分解反应原料成本低，主要通过高温法或萃取法来提高产率。萃取法成本高，萃取剂再生回收伴随损失、失活现象，溶剂再生回收能耗大，三废不易解决；而高温法能耗大，高温下的氯化氢对设备腐蚀严重，但如果降低反应温度的同时能实现氯化氢从反应体系中的移除，则以此方法实现大规模工业化生产磷酸二氢钾成为可能。

中国专利文献CN101343052A（申请号200810045949.8）公开了一种生产磷酸二氢盐的方法，它主要包括将氯化物与过量的磷酸混合，制得料液，将该料液加入到喷雾干燥器中雾化成细小液滴，并与足以使氯化物与磷酸发生复分解反应的热空气瞬间接触加热，使氯化物与磷酸发生复分解反应逸出氯化氢气体，剩余的反应产物经水解，调节PH值，冷却、结晶制得磷酸二氢盐产品。

中国专利文献CN101343053A（申请号200810045950.0）公开了一种生产复合磷酸盐的方法，它主要包括将氯化物与过量的磷酸混合，制得料液，将该料液加入到喷雾干燥器中雾化成细小液滴，并与足以使氯化物与磷酸发生复分解反应的热空气瞬间接触加热，使氯化物与磷酸发生复分解反应，逸出氯化氢气体，剩余的反应产生制得复合磷酸盐产品。

中国专利文献CN101857214A（申请号201010223536.1）公开了一种磷酸二氢钾的生产方法，采用氯化钾粉末与磷酸溶液混合后在喷雾塔内进行复分解反应，反应生成的氯化氢气体随热空气逸出，用于制备盐酸或氯酸盐；逸出氯化氢气体后的复分解反应物料进行水解、中和、结晶制得磷酸二氢钾产品。

上述技术的不足之处在于：1.其反应温度在170～280℃，能耗大，热利用率低；对设备的腐蚀性很高2.中国专利文献CN101343052A和CN101343053A中，蒸发过程产生大量的水蒸汽与氯化氢气体在一起，得到的盐酸浓度太低，还需要对低浓度盐酸进行提浓才能作为产品出售；3.中国专利文献CN101343052A和CN101343053A中，由于喷雾干燥尾气中氯化氢浓度低，其吸收装置的投资大幅度增加。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种低能耗生产磷酸二氢钾的方法，本发明工艺简单，对设备腐蚀性小，无废渣排放同时联产氯基磷钾肥及较高浓度的盐酸。

本发明的技术方案如下：

一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：

（1）向含P₂O₅20～60wt%的磷酸中加入氯化钾，氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为（1～2）:1，制得混合溶液，将混合溶液通入超重力解吸塔中反应，向超重力解吸塔中不断通入空气，在温度20～100℃的条件下反应，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，推动反应的进行，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，控制混合溶液加入量及混合物的取出量保持超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为1～15wt%；

主要反应如下：

KCl+H₃PO₄——→KH₂PO₄+HCl↑

（2）将步骤（1）制得的混合物取出，经冷却结晶后，固液分离，固体经干燥制得磷酸二氢钾。

根据本发明优选的，所述步骤（1）中氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为（1.1～1.6）:1。

根据本发明优选的，所述步骤（1）中氯化氢气体通入吸收塔制得盐酸。

进一步优选的，所述步骤（1）中反应温度为75～100℃；上述超重力解吸塔出口溶液中，氯离子含量为1～10wt%。

根据本发明优选的，所述步骤（2）中的冷却结晶，温度为10～30℃，析晶时间为0.5～12h，进一步优选的，析晶时间为2～6h。

根据本发明优选的，上述步骤（2）经固液分离获得的滤液浓缩后，做为稀释液配制步骤（1）中含P₂O₅ 20～60wt%的磷酸进行重复利用。

本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明所述方法反应温度最高仅为100℃，低于现有技术170～280℃的反应温度，因此，降低了对设备的腐蚀性，降低了固定成本的损耗；

2、本发明所生产的磷酸二氢钾纯度高；

3、本发明所述方法无废渣排放，联产较高浓度的盐酸，对环境友好，具有较好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面通过实例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。

原料说明

磷酸，纯度：工业级，浓度为85%，购自晨阳化工有限公司公司；

氯化钾，纯度：工业级，购自贵州开阳公司；

设备说明

超重力解吸塔，规格：

1400×3500型号：定制，购自山西新华环保责任有限公司；

吸收塔，规格：

2000×9600型号：定制，购自河北华信忠良玻璃钢有限公司；

板框压滤机，规格：500/1500×1500-U型号：XAZGF，购自山东景津环保设备有限公司；

实施例1

一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：

（1）将磷酸稀释至含P₂O₅ 46wt%，按氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为1.5:1的比例加入氯化钾，制成磷酸与氯化钾的混合溶液，加入超重力解吸塔中，保持反应温度为80℃，同时向超重力解吸塔中不断通入空气，在超重力场作用下，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，通过吸收塔吸收，最终可得到浓度为30wt%的盐酸，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制磷酸与氯化钾的混合溶液加入量及反应后混合物的取出量，控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为1wt%。

（2）将步骤（1）取出的混合物冷却至25℃，析晶1h，经离心机固液分离，干燥后，制得磷酸二氢钾，固液分离所得滤液浓缩后与原料磷酸混合配制含P₂O₅ 46wt%的磷酸，混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.5:1，通过此过程可达到滤液循环使用的目的。

所得磷酸二氢钾产品质量指标，表中百分数均为重量百分数：

实施例2

一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：

（1）将工业级磷酸稀释至含P₂O₅ 56wt%，按氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为1.1:1的比例加入氯化钾，制成磷酸与氯化钾的混合溶液，加入超重力解吸塔中，保持反应温度为60℃，同时向超重力解吸塔中不断通入空气，在超重力场作用下，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，通过吸收塔吸收，最终可得到浓度为25wt%的盐酸，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制磷酸与氯化钾的混合溶液加入量及反应后混合物的取出量，控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为15wt%。

（2）将步骤（1）取出的混合物冷却至10℃，析晶0.5h，经离心机固液分离，干燥后，制得磷酸二氢钾，固液分离所得滤液浓缩后与原料磷酸混合配制含P₂O₅ 56wt%的磷酸，混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.1:1，通过此过程可达到滤液循环使用的目的。

实施例3

一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：

（1）将工业级磷酸稀释至含P₂O₅ 23wt%，按氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为1.6:1的比例加入氯化钾，制成磷酸与氯化钾的混合溶液，加入超重力解吸塔中，保持反应温度为100℃，同时向超重力解吸塔中不断通入空气，在超重力场作用下，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，通过吸收塔吸收，最终可得到浓度为31wt%的盐酸，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制磷酸与氯化钾的混合溶液加入量及反应后混合物的取出量，控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为10wt%。

（2）将步骤（1）取出的混合物冷却至30℃，析晶2h，经板离心机固液分离，干燥后，制得磷酸二氢钾，固液分离所得滤液浓缩后与原料磷酸混合配制含P₂O₅ 23wt%的磷酸，混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.6:1，通过此过程可达到滤液循环使用的目的。

实施例4

一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：

（1）将工业级磷酸稀释至含P₂O₅ 35wt%，按氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为1.4:1的比例加入氯化钾，制成磷酸与氯化钾的混合溶液，加入超重力解吸塔中，保持反应温度为90℃，同时向超重力解吸塔中不断通入空气，在超重力场作用下，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，通过吸收塔吸收，最终可得到浓度为30wt%的盐酸，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制磷酸与氯化钾的混合溶液加入量及反应后混合物的取出量，控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为8wt%。

（2）将步骤（1）取出的混合物冷却至15℃，析晶0.5h，经离心机固液分离，干燥后，制得磷酸二氢钾，固液分离所得滤液浓缩后与原料磷酸混合配制含P₂O₅ 35wt%的磷酸，混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.4:1，通过此过程可达到滤液循环使用的目的。

实施例5

一种生产磷酸二氢钾的方法，包括如下步骤：

（1）将工业级磷酸稀释至含P₂O₅ 46wt%，按氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为1.2:1的比例加入氯化钾，制成磷酸与氯化钾的混合溶液，加入超重力解吸塔中，保持反应温度为70℃，同时向超重力解吸塔中不断通入空气，在超重力场作用下，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，通过吸收塔吸收，最终可得到浓度为28wt%的盐酸，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，通过监测超重力解吸塔出口溶液中氯离子的含量控制磷酸与氯化钾的混合溶液加入量及反应后混合物的取出量，控制超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为5wt%。

（2）将步骤（1）取出的混合物冷却至22℃，析晶1h，经离心机固液分离，干燥后，制得磷酸二氢钾，固液分离所得滤液浓缩后与原料磷酸混合配制含P₂O₅ 46wt%的磷酸，混合溶液中氯元素与磷元素的摩尔比为1.2:1，通过此过程可达到滤液循环使用的目的。

对比例

按照中国专利文献CN10857214A（申请号201010223536.1）公开的实施例制备磷酸二氢钾的方法，具体步骤如下：

用含P₂O₅质量百分比为40%的磷酸与粒度为75μm～96μm氯化钾粉末以P：Cl=1.6：1的摩尔比进行反应，先使氯化钾与磷酸充分混合，将混合物料打入喷雾塔进行反应，进塔气温500℃，出塔气温200℃，复分解反应的温度控制在260℃，反应后的物料加水，以含P₂O₅质量百分比为35%的磷酸在90℃的温度下进行水解后，加氢氧化钾调水解溶液pH值至4.3～4.7，冷却结晶，得磷酸二氢钾产品，结晶母液返回pH调节槽循环利用。喷雾过程中产生的氯化氢气体用水洗涤吸收制得盐酸。

该条件下反应，喷雾塔内物料转化率为99.2%，副产盐酸浓度为20.15%，磷酸二氢钾产品质量指标如下表，表中百分数均为重量百分数：

分析：

与对比例相较，本发明实施例在较低的温度下即60～100℃之间生产出工业级磷酸二氢钾产品，磷酸二氢钾含量最高可达99.14%，对设备的腐蚀性低，能耗低。反应工艺简单，反应后物料经pH调节后无需水解。

Claims

1.一种生产磷酸二氢钾的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）向含P₂O₅ 20～60wt%的磷酸中加入氯化钾，氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为（1～2）:1，制得混合溶液，将混合溶液通入超重力解吸塔中反应，向超重力解吸塔中不断通入空气，在温度20～100℃的条件下反应，溶液中的氯化氢气体不断解吸被空气带出，推动反应的进行，同时不断从解吸塔中取出反应后的混合物，控制混合溶液加入量及混合物的取出量保持超重力解吸塔出口溶液中氯离子含量为1～15wt%；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中氯化钾与磷酸中磷元素的摩尔比为（1.1～1.6）:1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中氯化氢气体通入吸收塔制得盐酸。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中反应温度为75～100℃；上述超重力解吸塔出口溶液中，氯离子含量为1～10wt%。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的冷却结晶，温度为10～30℃，析晶时间为0.5～12h。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，析晶时间为2～6h。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤（2）经固液分离获得的滤液浓缩后，做为稀释液配制步骤（1）中含P₂O₅ 20～60wt%的磷酸进行重复利用。