CS214210B1 - Sposob výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných - Google Patents

Abstract

Sposob výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných termickou dehydratáciou dihydrouénfosfoi'ečnanu uronia - /CO/ /NH //NH3//.H2P04, pri teplotě vyššej než 115 °C a nižšej než 230 °C termickou dehydratáciou, ktorá prebieha vo filmovéj vrstvě taveniny dihydro.oéníosforečnanu urónia a .jeho zmesí s produktami termického rozkladu, vytvorenej volným roztěkáním a/alebo mechanickým roztieraním a/alebo nanášaním taveniny do temperovaného reakěného prostredia.

Description

1 214210

Predmetom vynálezu je sposob výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných vhod-ných aj pre přípravu koncentrovaných kvapalných hnojív termickou dehydratáciou dihydrogén-fosforečnanu urónla £CO/NHg//NH^/J .H^PO^.

Tavenina kondenzovaných fosforečnanov amonných, ktorá je významným medziproduktom pripríprave koncentrovaných NP a NPK kvapalných hnojív, sa dnes obvykle připravuje predovšetkýmvysokoteplotnou neutralizáciou polyfosforečnej tzv. superfosforečnej alebo trihydrogénfosfo-rečnej kyseliny. Převážná váčšina týchto procesov má vysoké požiadavky na kvalitu spracováva-ných fosforečných kyselin a ich využitie v priemysle předpokládá použitie špeciálnych kon-štrukčných materiálov vyznačujúcich sa vysokou odolnostou voči korozívněmu posobeniu horácíchfosforečných kyselin o vysokých koncentráciách a agrssívnych horácích reakčných zmesí. Tietosá náročné aj na spotřebu energie a v zaujme dosahovania čo najvyššieho stupňa premeriy hydro-génfosforečnanov na kondenzované fosforečnany sa musia reakčné teploty pohybovat v intervale250 až 350 , °C. Z uvedených dovodov sa chemický a chemicko - iechnologický výskům výroby taveniny kon-denzovaných fosforečnanov amonných zameral na postupné odstraňovanie nevýhod doteraz používa-ných sposobov výroby. Všetky uvedené tažkosti možno odstranit, ak sa na přípravu taveniny kondenzovaných fosfo-rečnanov amonných použije dihydrogénfósforečnan urónia, označovaný tiež ako fosforečnan močo-

Možnosti využitia tejto zlúčeniny pre přípravu kondenzovaných fosforečnanov amonnýchsú predmetom zaujmu viacerých výskumných a výrobných společností vo svete. V minulem obdobíboli už tiež vyvinuté viaceré sposoby výroby kondenzovaných fosforečnanov amonných, zákla-dom ktorých je termické spracovanie dihydrogénfosforečnanu urónia. Sú to predovšetkým sposobypopísané v tejto patentovej literatuře:

Proces vyvinutý firmou UGINE KUHLMANN S.A., Paris (francázsky patent č. 2 075 321 /1971/,Ger, Offen č. 2 100 413 /1971/, USA patent č. 3'713 302 /1973/). Proces navrhnutý BASF A. G.(NSR patent č. 2 308 408 /1973/). Procesy vyvíjané americkým výskumným centrom NFDC - TVA,Muscle shoals - Alabama (Jones T. iM., Getsinger J. G., TVA: Chem. Eng. News 53, 35, 22 /1975/,Lewis Η. T.: Chem Eng. News 53, 35, 22 /1975/, Anonym: "Production of high quality fertilizersfrom wet - process acid via solid urea phosphate", "Field conversion of crystalline urea phos-phate to urea ammonium polyphosphate clear liquid", New Developments in Fertilizer Technology,12-th Demonstration, Oct. 18 - 19 /1978/, Muscle Shoals, Alabama). Proces vyvinutý v uplynu-lom období vo Výskumnom ústave agrochemickej technologie v Bratislavě (čsl. A0 č. 193 977/1979/, PV 7501-77). - Λ v ,

Aj ked sposoby výroby podlá citovanej odbornej a patentovej literatury umoznuju pnemy-selnú výrobu kondenzovaných fosforečnanov amonných, respektive výrobu kvapalných NP - hnojívna ich báze, ale sú poměrně komplikované a niektoré z nich neumožňujú kontinualizáciu výrob-ného procesu.

Teraz sa zistilo, že taveninu s vysokým obsahom kondenzovaných fosforečnanov amonných,pri zachovaní ich optimálnej distribúcie, vhodnej pre výrobu dusíkato - fosforečných končen- 214210 2 trovaných kvapalných hnojív, je možné připravit kontinuálnym technickým rozkladom dihydrogénfosforečnanu urónia [>CO/NH2//NH3/J.H2P04, pričom tepelná molekulárna dehydratácia spojená stvorbou kondenzovaných fosforečnanov amonných prebieha vo filmovej vrstvě taveniny dihydro-génfosforečnanu urónia. Filmová vrstva sa vytvára volným roztěkáním, mechanickým roztieraníma/alebo nanášaním taveniny do reakčného prostredia temperovaného na teplotu viššiu než 115 °a nižšiu než 230 °C.

Je možno předpokládat, že za vyššie uvedených podmienok v dehydratujúcej reakčnej zmesiprebiehajú tieto základné chemické reakcie: O 8 o CO/NH„/„ .—--» HN - C - NH„ ---Ť>HN = C = 0 + NH„ 2 2 *---- 3 3 kys. izokyanatá

OH 0 OH i II i HN = C = 0 + HO - P - 0 - ...--5>HON -C-O-P-O-.. .

tl 2 II 0 0

OH OH ONH ONH | | + NH, - CO i i ... - 0 - P - OH + Η N -C-O-P-O-.., -. . . -0 - P - 0 - P - 0 . . . II 2 II II II li 0 0 0 0 0

Termický rozklad je poměrně málo náročný na spotřebu energie, ksďže uvedené reakcie začínajú v systéme prebiehat už pri teplote tešne nad bodom topenia krystalického dihydrogén-fosforečnanu urónia (117 °C), pričom část tepla potřebného pře ich priebeh je krytá rieutra-lizačným- teplom vznikejúc.im pri reakcii kyslej reakčnej zmesi s amoniakom uvolněným počastermického rozkladu. Závislost entalpie termického rozkladu dihydrogénfosforečnanu urónia (Δ H) v závislostiod teploty a priemernej - strednej dlžky fosforečnanového retazca (počtu atómov fosforu) vreakčnom produkte (ň) je uvedená v následujúcej tabulke.

Priemerná-stredná dlžka ťosforečnanového reEazca v produkte získanom tepelným rozkladom CO/NH2//NH3.HgPO^ (počet atómov fosforu) Entalpia H (kJ. mol F2°5 150 Teplota (°C) 175 200 1,4 123,1 140,3 157,8 1,3 105,1 121,4 134,0 2,2 102,6 117,2 128,1 2,6 104,7 118,9 127,3 3,0 125,6 139,0 148,6 3,4 143,6 156,2 166,2 3,S 161,2 131,7 ' 183,4 3 214210

Obsah kondenzovaných fosforečnanov v tavenine pripravenej sposobom podlá vynálezu a týmaj jej rozpustnost vo vodě je možno účinné regulovat teplotou povrchu steny, na ktorej pre-bieha vo filmovej vrstvě termický rozklad dihydrogénfosforečnanu uróniá, ako aj dobou, poktorú je reakčná zmes vystavená účinku teploty.

Nasledujúce příklady objasňujú, ale nijako neobmedzujú sposob výroby kondenzovanýchfosforečnanov amonných podlá vynálezu. Příklad 1 V rámci orientačnej laboratornej skúšky sa použila závitová odparka zhotovená z grafo-duru, tvaru obráteného komolého kužela s plynulým žliabkom v tvare závitnice s miernym kle-sáním, vyfrézovaným do vnútornej zhora nadol sa zužujúcej kónickej steny. Ohřev zariadenia Sárealizoval horúcim cirkulujúcim médiom v duplikátore. Rozměry použitej grafodurovej závitovejodparky bolí: - vonkajši priemer hornej kruhovej základné: 200 mm - vonkajši priemer spodnej kruhovej základné: 140 mm - výška odparky: 200 mm

Teplota cirkulujúceho média (silikonový olej) a teda aj teplota grafodurovej steny zá-vitovej odparky sa udržovala pomocou termostatu na hodnotě 135 až 140 °C. Do závitu odparkyna jej hornej straně sa priemerne hodinové dávkovalo 6 kg roztaveného dihydrogénfosforečnanuurónia připraveného reakciou komerčnej termickej kyseliny fosforečnej obsahujúcel 52 % P2°5s krystalickou močovinou, pričom sa získalo 5,1 kg polykondenzovaného fosforečnanu amonnéhovo formě spenenej taveniny.

Analýzou taveniny sa zistilo, že táto obsahovala 45 % z celkového fosforu viazaného voformě kondenzovaných fosforečnanov amonných. Obsah biuretu. ktorý je produktom pyrolytickéhorozkladu močoviny, bol 0,2 “k. Příklad 2 V rámci laboratórneho pokusu s použitímcharakterizovanej týmto zloženim: extrakčnej kyseliny fosforečnej čierneho typu

obsah celkového fosforu: 55,2 P2°5 (76,215 H,P0 ) obsah síranov: 4,21 /0 SO^ • obsah železa: 0,27 % Fe (0,387 % Fe2°3} obsah horčíka: 0,56 % Mg (0,932 % MgO) obsah vápnika: 0,56 Ca (0,089 % CaO) obsah hliníka: 0,25 % AI (0,472 % Al2°3> obsah fluóru: 0,46 % F sa reakciou s granulovanou (prilovanou) močovinou a krystalizačným lúhfbm z predošlého pokusu,připravil krystalický dihydrogénfošforečnan urónia (DFU). Jednotlivé zložky boli přitom vreakčnej zmesi zastúpené takto: 'V'. . $

- extr, kys. fosforečná horeuvedeného zloženia: 28,83 λ hmot. C - krystalizačný lúh z predošlého pokusu: 57,70 % hmot. “ 214210 4 - granulovaná (prilovaná) močovina:- 13,4 % hmot. '''"s':!; V priebehu přípravy DFU sa udržovala teplota reakčnej zmesi v trvaní 30 minut v rozmedží20 - 35 °C, pričom jej rozdělením sa získalo 35,5 hmot. % krystalického DFU a 64,5 hmot. 1Íkryštalizačného luhu. Zloženie kryštalického DFU a kryštalizačnéhu luhu bolo takéto:

Obsah stanovovanej zložky v hmot. ’íž

Zložka krystalický DFU krystalizačný N 17,56 ; ; 9,49 P.2O5 (celk.j 44,08 19,43 A12°3 ‘ 0,15 0,67 Fe2°3 ' 0,12 0,74 MgO 0,18 1,72 r 2- 0,10 0,59 so4 0,88 . 7,68 lúh

Z výsledkov chemického rozboru je zřejmé, že kryštalizáciou došlo k významnému "prečiste-niu používanej extrakčnej kyseliny fosforečnej."

Uvedeným sposobom připravený krystalický dihydrogénfosforečnan urónia sa v ďalšom stupnikontinuálně spracovával na taveninu kondenzovaných fosforečnanov amonných.

Spracovaním už popisaného kryštalického DFU sa připravilo viacero vzoriek tavenín konden-zovaných fosforečnanov amonných, ktore sa lišili obsahom kondenzovaných fosforečnanov v pria-mej závislosti od nastavených reakčných podmienok. Z množstva experimentálnych výsledkov možno uviest ako příklad špecifikáciu vzorky ta-veniny kondenzovaných fosforečnanov amonných pripravenej za týchto podmienok:

- teplota cirkulujúceho silikonového oleja v taviacej časti: 125 - 130 °C

- teplota steny závitnicového žliabku v dehydratačnej časti: 160 - 165 °C - priemerná rýchlost dávkovania DFU: 10,5 g DFU/ min.

Za hodinu (pri už uvedených experimentálnych podmienkach) sa připravilo 454 g taveninykondenzovaných fosforečnanov amonných, ktorá obsahovala priemerne - 49,76 $ celkového P2°5 - 10,96 % PO v ortofosforečnej formě 2o - 38,80 $ P2°5 V P^ykondenzovanej formě

- 19,21 celkového N

- 10,89 % amoniakálneho N

8,32 m amidického N Z výsledkov chemického rozboru vyplývá, že přibližné 78 $ fosforu obsiahnutého vo vzor-ke bolo přítomného! v polykondenzovanej formě.

Rozpuštěním získanej vzorky taveniny v 283 g vody bol připravený roztok, ktorého povodněpoměrně silno kyslú reakciu (pH 2,5) bolo potřebné upravit prídavkom 16,1 g koncentrovanéj

Claims (1)

1. 5 214210 čpavkovej vody.Takto sa získalo 753,1 kvapalného NP hnojivá roztokového typu (15,9 - 28,7 - 0),ktorého měrná hmotnost pri teplote 20 °C bola rovná 1 384 kg.m-^ a dynamická viskozita 20 °C= 70,3 cP. Příklad 3 V temperovanom zásobníku sa pri teplote 120 - 125 °C tavil krystalický fosforečnan močo-viny připravený z extrakčnej HgPO^, charakterizovaný obdobným chemickým zložením ako produktpoužívaný v případe pokusu popisovaného v příklade 2. Do roztavenej taveniny čiastočne zasa-hoval prvý tzv. nanášaci válec zo skupiny vyhrievaných dutých válcov usporiadaných obdobné akov případe kalandrovacieho stroj a používaného v súvislosti s technológiami spracovania gumy aplastických látok. Posledně dva zo skupiny dutých kalandrovacích válcov na povrch ktorých satavenina reakčná zmes vzájomným dotykom válcov vo formě tenkého filmu nanášala, boli tempero-vané na teplotu 160 - 180 °C . Z posledného zo skupiny válcov sa tavenina termickou dehydratá-ciou vzniknutých kondenzovaných fosforečnanov amonných odstraňovala pomocou mechanickej stier-ky. Uvedeným sposobom sa získala tavenina kondenzovaných fosforečnanov amonných, charakteri-zovaná vysokým stupňom premeny trihydrogénfosforečnanov na kondenzované fosforečnany. PŘED MET VYNÁLEZU Sposob výroby taveniny kondenzovaných fosforečnanov amonných termickou dehydratácioudihydrogénfosforečnanu urónia - /CO/NH2//NH^//.H^PO^, pri teplote vyššej než 115 °C a nižčejnež 230 °C vyznačený tým, že'termická dehydratácia prebieha vo filmovej vrstvě taveniny di-hydrogénf osf orečnanu urónia a jeho zmesí s produktami termického rozkladu, vytvorenej volnýmroztěkáním a/alebo mechanickým roztieraním a/alebo nanášaním taveniny do temperovaného reakč-ného prostredia.