CN111661831A - 一种磷酸和氯化钾生产磷酸钾盐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磷酸钾盐的方法，具体地说是以磷酸和氯化钾为原料，二者经过充分的溶解和混合后，送入到专用的焙烧炉中，磷酸和氯化钾混合液从焙烧炉顶部的喷枪喷入到炉内，与从焙烧炉底部进入的高温气体逆流混合；磷酸和氯化钾混合液在高温下反应生成的氯化氢随尾气排出经水洗后得到成品盐酸，磷酸钾盐则发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐，固体颗粒状的聚合磷酸钾盐从焙烧炉底部出料，经过热水溶解并用H3PO4或KOH调节其pH值，最后再经结晶、过滤、洗涤干燥后则可制得成品磷酸钾盐。

Description

一种磷酸和氯化钾生产磷酸钾盐的方法
技术领域
本发明涉及一种磷酸钾盐的生产方法，属于磷化工领域。具体地说是以磷酸和氯化钾为原料，二者经过充分的溶解和混合后送入专用的焙烧炉中与从焙烧炉底部进入的高温气体逆流混合；磷酸和氯化钾混合液在高温下反应生成的氯化氢随尾气排出并经水洗后得到成品盐酸，磷酸钾盐则发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐，固体颗粒状的聚合磷酸钾盐从焙烧炉底部出料，经过热水溶解并用H3PO4或KOH调节其pH值，最后再经过结晶、过滤、洗涤干燥后则可制得成品磷酸钾盐。
背景技术
磷酸钾盐作为磷酸盐工业的重要产品之一，在化工、农业、工业、食品、医药等行业有着广泛的应用。特别是磷酸二氢钾作为一种高效优质复合肥料，近年来广泛用于经济作物和粮食作物，其肥效高，有效养分达80%以上，而且不含氯，水溶性好，易被植物吸收，深受农业部门的欢迎，极大地促进了磷酸钾盐的发展；此外，磷酸二氢钾又具有良好的铁电性，还可用于电子工业和声纳系统。在食品加工中，磷酸钾盐作为食品的品质改良剂、缓冲剂、整合剂、乳化剂和凝胶剂；在酿造行业，磷酸钾盐用于酵母培养；同时磷酸钾盐还可作为饲料添加剂；在医药工业中磷酸钾盐用于医药中间体的生产，如甘油磷酸钾等。
磷酸钾盐的生产有多种方法，目前主要采用的中和法工艺路线是以磷酸和氢氧化钾或碳酸钾为原料，利用酸碱中和机理，使钾离子对于磷酸的氢进行取代，生成的盐即为磷酸钾盐，控制不同的工艺条件可制得不同取代程度的磷酸钾盐，例如，若控制中和溶液pH值为4.2~4.6可生成磷酸二氢钾，控制溶液pH值为8.6~9.0可生成磷酸氢二钾，控制溶液pH值在14.0以上时可生成磷酸三钾。中和法生产原理简单，产品质量较高，但以氢氧化钾或碳酸钾为原料导致其原料成本较高，大规模的使用受到限制。
有研究人员开发了以廉价的氯化钾与磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠等进行复分解制备磷酸氢二钾的方法。其中氯化钾与磷酸的复分解反应需在较高温度下尽可能去除氯化氢才能得到合格的产品，但在实际生产中当氯化氢脱除到一定程度后，残余的氯化氢很难脱除使得产品中的氯含量偏高。而氯化钾与磷酸二氢铵或磷酸二氢钠的复分解反应则是利用在不同温度下，磷酸二氢钾的溶解度和NaCl、NH4Cl的溶解度差异较大，通过精确控制工艺条件分别结晶分离以制得磷酸二氢钾产品；以磷酸钠盐或铵盐与氯化钾复分解反应生产磷酸二氢钾的方法必须将副产物尽可能分离出来才能提高产品的纯度和降低成本，从目前的技术水平来看，该法流程较长，需要精确控制工艺条件分离不同的物质，操作要求高，且收率较低，虽然利用了廉价的氯化钾为原料，但其综合生产成本并无优势。
也有研究人员从脱除氯离子方面进行改进而形成的如离子交换法、萃取法等工艺流程。离子交换法是利用离子交换树脂的吸附和洗脱、再生过程生成磷酸二氢钾，离子交换法工艺流程较长，设备投资大，且生产的磷酸二氢钾溶液浓度低，仅为13~15%，每吨产品浓缩需用6~7吨蒸气，能耗较高。溶剂萃取法是在磷酸与氯化钾的复分解反应中，借助有机溶剂与反应生成物之一生成络合盐进入有机相，从而促进其反应转化；该法氯化钾转化率较高，但使用的高选择性有机溶剂价格昂贵，回收系统复杂，导致其生产成本偏高。
使用磷酸和氯化钾为原料，可显著降低磷酸钾盐的原料成本，但需要在得到合格产品的同时控制好生产成本，现有的各种生产方法还难以做到二者的统一，因此目前的磷酸钾盐还是以中和法为主流的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于寻找一种以磷酸和氯化钾为原料生产磷酸钾盐的方法，以期在较低的生产成本下制得合格的磷酸钾盐产品。
本发明不同于现有的磷酸钾盐生产工艺中脱除氯离子的方法，而是采用高温焙烧的方法将磷酸和氯化钾在高温下反应生成的氯化氢形成气相，而磷酸钾盐在高温下发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐固相，通过气固分离则可实现氯离子的彻底脱除。含有氯化氢的尾气经水洗后得到成品盐酸，聚合磷酸钾盐经过热水溶解并用H3PO4或KOH调节其pH值，最后再经结晶、过滤、洗涤干燥后则可制得成品磷酸钾盐。本发明流程简单，脱氯效率高，克服了现有方法中对氯离子脱除不彻底的缺点。
本发明的目的是这样实现的：
量取一定量的工业氯化钾加入到原料溶解槽中，同时按照一定的比例加入定量的水，关闭原料溶解槽的进料阀，往原料溶解槽的夹套中通入蒸汽进行加热，保持溶解槽温度为85±5℃，并开启搅拌，使工业氯化钾充分溶解于水中。对氯化钾溶液过滤去除其中的不溶物，滤液转入到混料槽中，并按照一定的钾磷比加入计量的磷酸于混料槽，保持温度不低于80℃条件下搅拌混合均匀后将混合液转入到预热器中，与来自焙烧炉的尾气在预热器中与混合液进行热交换，混合液温度升至120~150℃，同时混合液中反应生成的部分氯化氢在这一温度下随同尾气挥发进入到尾气处理系统回收盐酸。经过预热的混合液通过焙烧炉顶部的喷枪进入焙烧炉内，与来自焙烧炉底部的高温气体逆流混合；磷酸和氯化钾混合液在高温下反应生成的氯化氢随尾气进入焙烧尾气中，焙烧尾气经过两级旋风分离器回收其中的固相细颗粒返回焙烧炉，磷酸钾盐则在高温下发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐，固体颗粒状的聚合磷酸钾盐从焙烧炉底部出料，经过水冷螺旋输送到产品溶解槽，用热水溶解并保持温度不低于100℃，并根据最终产品的要求用H3PO4或KOH调节其pH值，最后再经过结晶、过滤、洗涤干燥后则可制得成品磷酸钾盐。
本发明的有益效果是：通过焙烧的方式对磷酸和氯化钾复分解反应的混合体系进行高效脱氯，使得后续磷酸钾盐产品中氯含量控制在较低的水平；特别地，如调整磷酸和氯化钾原料合适的比例，并控制恰当的焙烧温度，可制得单一的聚合磷酸钾盐，如调整反应体系中K2O：P2O5摩尔比为5/3，焙烧温度控制在400℃左右，则可制得三聚磷酸钾。整个工艺过程快速有效地实现了磷酸和氯化钾复分解反应系统中氯元素的分离，并可根据后续磷酸钾盐的产品要求调整相关工艺参数即可满足生产要求，使得同一装置可生产多种磷酸钾盐产品，大大提高了该工艺过程的经济性。
附图说明
图1为本发明磷酸和氯化钾生产磷酸钾盐的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的保护范围并不只限于这些例子。
实施例一：将青海某矿业公司生产的100kg工业氯化钾（KCl含量98.28%）和350kg水加入到原料溶解槽中，升温至85℃并搅拌1小时使氯化钾完全溶解，过滤分离其中的不溶物后将氯化钾溶液转入混料槽中，同时称量155kg热法磷酸（H3PO4含量85%）投入到混料槽中，保持温度不低于80℃条件下搅拌2小时。与此同时，打开热风炉的天然气和空气阀门，确定点火成功后逐渐开大并调整天然气和空气阀门，使得热风炉进入到焙烧炉的热风温度为550~600℃。
将磷酸和氯化钾混合液混合均匀后转入预热器中，用焙烧炉尾气加热至120℃以上，然后通过焙烧炉顶部的喷枪打入焙烧炉内，与来自焙烧炉底部的高温气体逆流混合；磷酸和氯化钾混合液在高温下反应生成的氯化氢随尾气进入焙烧尾气中，焙烧尾气经过两级旋风分离器回收其中的固相细颗粒返回焙烧炉，磷酸钾盐则在高温下发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐。固体颗粒状的聚合磷酸钾盐从焙烧炉底部出料，经过水冷螺旋输送到产品溶解槽，用500kg热水溶解并保持温度不低于100℃，并用KOH调节磷酸钾盐溶液的pH值在4.2~4.6的范围内，过滤分离不溶物后将滤液转入蒸发器加热蒸发至KH2PO4浓度不低于45%，然后转入结晶罐冷却结晶，分离晶体并洗涤干燥后得136.42kg成品KH2PO4（KCl含量为0.072%）。
实施例二：将100kg加拿大进口的工业氯化钾（KCl含量98.46%）和350kg水加入到原料溶解槽中，升温至85℃并搅拌1小时使氯化钾完全溶解，过滤分离其中的不溶物后将氯化钾溶液转入混料槽中，同时称量94kg热法磷酸（H3PO4含量85%）投入到混料槽中，保持温度不低于80℃条件下搅拌2小时。与此同时，打开热风炉的天然气和空气阀门，确定点火成功后逐渐开大并调整天然气和空气阀门，使得热风炉进入到焙烧炉的热风温度为450~500℃。
将磷酸和氯化钾混合液混合均匀后转入预热器中，用焙烧炉尾气加热至120℃以上，然后通过焙烧炉顶部的喷枪打入焙烧炉内，与来自焙烧炉底部的高温气体逆流混合；磷酸和氯化钾混合液在高温下反应生成的氯化氢随尾气进入焙烧尾气中，焙烧尾气经过两级旋风分离器回收其中的固相细颗粒返回焙烧炉，磷酸钾盐则在高温下发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐。固体颗粒状的聚合磷酸钾盐从焙烧炉底部出料，经过水冷螺旋冷却后得到79.44kg成品K5P3O10（KCl含量为0.175%）。

Claims (7)

1.一种磷酸和氯化钾生产磷酸钾盐的方法，其特征在于以磷酸和氯化钾为原料，二者经过充分的溶解和混合后在专用的焙烧炉中进行高温反应，反应生成的氯化氢随尾气排出经水洗后得到成品盐酸，磷酸钾盐则在高温下发生脱水反应生成聚合磷酸钾盐，聚合磷酸钾盐经过热溶、调pH值、结晶、过滤、洗涤干燥后则可制得成品磷酸钾盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用的磷酸可以是热法磷酸，也可以是湿法磷酸或是其他的经过净化处理的副产磷酸；使用的氯化钾为工业氯化钾。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于氯化钾和磷酸的摩尔混料比例为K2O：P2O5=1~2:1的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于磷酸和氯化钾的混合液进行预热的热源为后续焙烧炉的尾气，预热温度120~150℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于经过预热的磷酸和氯化钾混合液在特定的焙烧炉内进行反应，混合液通过焙烧炉顶部的喷枪喷入，热风炉燃烧生成的热风从焙烧炉的底部进入，温度为550~600℃，尾气从焙烧炉上部经过两级旋风分离器后去预热磷酸和氯化钾混合液，最后去尾气处理系统回收盐酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从焙烧炉出料的固体聚合磷酸钾盐用热水溶解，并根据后续产品要求经H3PO4或KOH调节其pH值后再进行结晶、过滤、洗涤干燥得到成品磷酸钾盐。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于结晶分离出磷酸钾盐的过滤母液返回磷酸和氯化钾的混料工序。
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