DE1567439A1

DE1567439A1 - Verfahren zur Herstellung von Ammoniumphosphat

Info

Publication number: DE1567439A1
Application number: DE19651567439
Authority: DE
Inventors: Lutz William Amos; Rubio Manuel Jusus
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1964-03-18
Filing date: 1965-03-12
Publication date: 1970-06-25
Also published as: GB1104663A

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei einem Verfahren zur'H'erstellung von granuliertem Ammoniumphosphatdüngemittel, insbesondere von Ammoniumpolyphosphat. Bisher erfolgte dessen Herstellung durch Eindampfen von Orthophosphorsäure, z.B. Hassverfahrenphosphorsäure bis zur teilweisen Entwässerung der Säure auf einen Gehalt von Ortho- und Polyphosphorsäure, besonders Pyrophosphorsäure. Die in der Technik als Superphosphorsäure bekannte teilweise entwässerte Säure wurde dann bei hohen Temperaturen und Drücken mit Ammoniak in eine Schmelze von Ammoniumpolyphosphat übergeführt, die darauf granuliert und als trockenes Düngemittel gehandelt wurde.

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Meile Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. I Satz 3 dee Änderungsgos. ι. ). I ■.

BAD ORiSfNAL . .

Obgleich die Nachfrage nach Ammoniumpolyphoephatdüngemitteln in den .vergangenen Jahren wegen dessen hohem PgOe-Gehalt angestiegen ist, standen der gewerblichen Verwendung die mit der.Herstellung eines solchen Düngemittels verbundenen Kosten entgegen· Beispielsweise erfordern die vorbekannten Verfahren ausgedehnte und teure

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Konzentriereinrichtungen zum Entwässern der Nassverfahrensphosphorsäure auf eine Säure mit etwa 70 ?» ^₂ ⁰S ^{vor der} -kBmoaiakbekaadlung. Diese. Eindicker waren wegen ihres umständlichen Aufbaues nicht nur schwierig zu bedienen sondern, auch teuer in der Unter-

haltung, da sie infolge des Abblätterungen bildenden Effektes der Nassverfahrenssäure zur Instandhaltung periodisch abgeschaltet werden mussten»

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein hochwertiges Ammoniumpolyphosphatdüngemittel mit einem hohen P₂0₅-Gehalt und niedrigem Stickstoffgehalt auf wirtschaftlichem Wege herau-' stellen, der eine Vereinfachung gegenüber dem Stande der Teohnik bedeutet. Sin besonderer Vorteil besteht in der Gewinnung eines trockenen,nioht-hygroskopisohen, festen Ammoniumpolyphosphatdüngemittels mit einem PgOc-Gehalt von Über 56 Gewiohte-jt aus^ Orthophosphorsäure und Ammoniak.

Gemäss der Erfindung lassen sich diese Ziele dadurch erreichen, dass man Ammoniak mit konzentrierter Orthophosphorsäure umsetzt und dadurch die SrsSzeugung von Superphosphorsäure vermeidet· Im besonderen wurde gefunden, dass durch sorgfältige Regelung der Beaktionsbedingungen zwisohen Ammoniak und konaentrierter Ortho-

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phosphorsäure genügend Wärme erzeugt wird, um die Orthophosphorsäure zu einer anderen Form,in erster Linie Pyrophoephorsäure zu entwässern, wobei eine Schmelze von Ammoniumpolyphosphat mit Ortho- und Uichtortho-PpOg entsteht, die naoh Abkühlung ein trookenes.,..nicht hygroskopisches, verhältnismässig wenig korrodierendes festes Düngemittel mit einem hohen P^Oe-Gehalt ergibt, das leicht und billig gekörnt werden kann.

Bei der Durchführung- des bevorzugten Verfahrens naoh der Erfindung wird eine wässrige Lösung von konzentrierter Orthophosphorsäure mit etwa 50 bis 53 Gewichts-^ p2°K von einem spezifischen Gewioht von etwa 1,70 mit nicht mehr als 18 f» freiem Wasser durch feine Düsen' in eine tungrenzte Reaktionszone eingesprüht, die vorzugsweise auf einer Temperatur etwas oberhalb der Temperatur der Reaktionsmasae -gehalten wird, um jeden Wärmeverluet infolge

Strahlung au verhindern. Durch getrennte Zuleitungen wird gleichsaitig mit der Säureeinspeisung überschüssiges, wasaerfreieβ Ammoniak in die Reaktionszone zur Umsetzung mit der Säure alnge-' sprüht· Da, wie noch näher erläutert werden soll, der Prozentsatz an fiiohtortho-P₂0c im Produkt direkt proportional zu der Temperatur der Roaktionsmaese ist, erhitzt man vorzugsweise die Reaktionspartner vor dar Einführung in die Reaktionszone. Besondere zweokmässig ist es auch, dass die Reaktionsbestandteile in die Reaktionszone eingesprüht werden, da hierdurch die Umsetzungegeschwindigkeit zwischen Säure und Ammoniak mit dem günstigen Srgebni· beschleunigt wird, dass die Reaktionszeit Terringert wird.

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Bb können jedoch auch andere !Einrichtungen zur Einführung der

Reaktionspartner In die tfasetzungszona angewandt werden j beispielaweise kann daa Ammoniak durch die Phosphorsäure hindurohgeblaaen

werden.

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Xn der Urn'setzungezone reagieren Säure und Ammoniak in inniger Yermischung .,unter Erfzeugung der gesamten für den Ablauf einer _; Reaktion erforderlichen Wärme. Die Temperatursteuerung let bai dieser Umsetzung sehr wesentlich· Die Mindesttemperatur, bei der die·· .umsetzung vor sich geht, beträgt etwa 150⁰O (etwa 3OQ⁰J), man ar- '·· beitet aber vorzugsweise bei Temperaturen Ton etwa 20$ bi» 260 0 (etwa 400 bis 500°?). ... -, .

Bei der Durchführung der Erfindung 1st ea deshalb wesentlich, dass alle Bedingungen, welche die Reaktionatemperatur beeinflussen könnten, sorgfältig beobachtet und überwacht werden· BeIBpItIaWeI--ae wird die Reaktionatemperatur durch die Konzentration der eingespeisten Säure, die !Senge darin enthaltener Verunreinigungen, dl« Temperatur der Reaktionspartner, die Konzentration und Menge dea verwendeten Ammoniaks usw. beeinflusst. Sa 1st daher als Merkmal der Erfindung hervorzuheben, dass die für die Bewirkung der Re-

aktion notwendige Temperatur allein durch die exotherme Reaktion»- wärme erzeugt und keine Wärme von einer Aussenquelle auf dia , Reaktionsmasse übertragen wird· Wie oben angegeben» dient ein Heizmantel lediglich dazu, die Reaktionatemperatur innerhalb des vorgenannten Bereiches zu halten, indem Wärmeverluate durch dia Behälterwandungen ausgeschaltet werden*

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Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die tTmsetzungsgeschwindigkeit des Ammoniaks mit der Säure so gesteuert wird, dass ausreichend Wärme erzeugt wird, um gleichzeitig die Säure aus ihrer Orthof orm zu einer Porm mit'einer wesentlichen lienge Pyrophosphor'säure zu entwässern, während sioh das Ammoniumpolyphosphat bildet· Am Ende der Uinsetaungsperiode er-hält man' aus: ;dem Eeaktionsgef äss unmittelbar eine Schmelze von Aamoniumphosphat ait Ortho- und liiehtortho-^Oc» die bei der Abkühlung zu Ammoniumpolyphosphatteilchen mit etwa 56 bis 65 ^'

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Die zur Durchführung des Verfahrens naoh der Erfindung verwendete Anlage .kann verschiedenerlei Porm haben, aber das Verfahren ist praktisch dasselbe* Das wesentliche Erfordernis ist in jedem Pail, dass die Anlage so ausgelegt ist, dass die> exotherme Reaktionswärme zur Entwässerung der Säure ausgenutzt wird, während die ITmsetzung mit dem Ammoniakgas vor sioh geht« Auch ist es wesentlich, das β das Gefäas isoliert oder uit Einrichtungen versehen ist, um die Gefässwände oberhalb der temperatur au halten, bei der Erstarrung des.Seaktionsproduktes eintritt, da sonst das Ammoniumpolyphosphat an den Gefässwänden Krusten bildet. Die bevorzugte Aueführungsform des flerüteo, in welchem da« Verfahren nach der Erfindung durchgeführt ,werden kann, ist in der Seichnung aohematisch dargestellt* ■ /

Sin t^aeetaungerohr 10 aus rostfestem Stahl ist vorzugsweise horizontal gelagert. Das öefäaa kann iaoliert eein, um Wäraevarluete

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durch Strahlung zu verhindern, oder vorzugsweise 1st ee alt einem Heizmantel 12 ausgerüstet, um die Gefäaetemperetur etwa« oberhall) der-ßeakti ons temperatur zu halten und damit Xrustenbildung su verhindern. Der Heizmantel ist mit Einlass 14 und Auslass 16 für ein

Heizmittel, vorzugsweise Wasserdampf, versehen. Der Auslass 16 ist

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vorzugsweise mit einer üblichen Dampfsperre 18 ausgerüstet, worin KondensdämpS. .ausgetragen wird, um abzulaufen oder nach Wiedererhitzung zum Einlass 14 zurückgeführt zu werden. Das Zulaufende des Beaktionsgefässes 1Ö ist mit einem Mischkopf 22 Mit Düsen 24 • und 26 versehen, durch die Phosphorsäure und Ammoniak in das Gefass eingeleitet werden» Im Inneren wird die konzentrierte Phosphorsäure durch das wasserfreie Ammoniakgas fein zerstäubt, so.

dass bei der unmittelbaren umsetzung Wasserdampf infolge der Entwässerung der Phosphorsäure entwickelt wird· Me Umsetzung -zwischen Ammoniakgas und Phosphorsäur· und* die Entwässerung der letzteren treten gleichseitig auf und liefern ein« Ammoniumpolyphosphat sohael ze.

,An das Auslassende 28 des Beaktionsgefäsees 10 ist tangential ein \ Auffanggefäss 30, z.B. ein Äyklonabscheider, angeschlossen, worin \die Oma et zungsprodukte von den Dämpfen, wie Dampf und Amaoniak-Iüberschuss, abgetrennt und im Unterlauf 32 als geechmoleenes , Ammbniumpolyphosphat abgeführt werden· Si· Dämpf· gehen durch den oberen Auslass 34 vorzugsweise zu einem nicht dargestellten Was oner ^xiDae- Auffanggefäss ist vorzugsweise ebenfalls isoliert oder mit

linem nicht dargestellten Mantel versehen, um di· Temperatur der j ame dem öefäs· 10 austretenden Produkte oberhalb A« »i»i«rlitur

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halten, bei der Ammoniumpolyphosphat erstarrt.

as aus dem Auffanggefäss erhaltene geschmolzene Material wird ansohlieesend gekühlt' und erstarren gelassen« Hierfür sind Ib der Technik verschiedenerlei Einrichtungen bekannti^: Beispielsweise kann .ein dünner Film aus dem geschmolzenen Material auf wassergekühlten umlaufenden Walzen abgelagert und bei deren Um-

lauf gekühlt werden. Das kalte erstarrte Material wird von den Waisen i.B. durch einen Schaber abgenommen» um Flocken von Ammoniumpolyphoephat zu bilden, die sich leicht als düngemittel verwenden lassen« !

Im dem Wäscher wird nicht umgesetztes Ammoniak' zusammen mit etwa mitgerissenen Reaktionsprodukten, und zwar vorzugsweise durch umlaufende Phosphorsäure, aus dem Einapeisungesyetem des Wäschers gewonnen. Das zurückgewonnene Material, tee hauptsächlich ammoniakhaltige 'Phosphorsäure aufweist, wird darauf aa das Reaktlonegefäss 10 zur weiteren Behandlung abgegeben.

KatUrlich kann das Verfahren der Erfindung auoh in anderen Gefässformen durchgeführt werden« ohne vom Wesen der Erfindung abzu- f weichen. Beispielsweise kann das Verfahren in einem isolierten ■* tankartigen Behälter durchgeführt werden, in den die Reaktionspartner so eingebracht werden, dass Ainmoniakgas durch die konzentrierte Säure hindurchperlt· "Ferner kann es zweokmässig sein,' j anfänglich die ganze Einspeiaungssäure vor der Umsetzung im Qe- / fäas 10 in den Wäscher einzuführen. In diesem 3PaIl wird die kon- / sentrierte Phosphorsäure teilweise mit Ammoniak gesättigt, wenn ^/

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sie durch den Wäscher geht, da in diesem das überschüssige Ammoniak zurückgewonnen wird, das im Auffanggefäae JQ abgetrennt wurde. Auch sind andere Einrichtungen zur Einspeisung der Säure bei grösster Wirtschaftlichkeit verwendbar, .;'

Die folgnden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und !ihrer Vorteile.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung, wie sie im wesentlichen vorstehend beschrieben wurde, wurde im Laboratorium eingesetzt· Die Umsetzung wurde durch gleichzeitige Einleitung von Ammoniakgas durch einen' Sotadurohflussmesser mit einer Geschwindigkeit von 68,5 g/Min· (50 $4 Ammoniaküberschuss gegenüber der zur Erzeugung von Konoammoniuaphosphat erforderlichen Menge) und Orthophosphorsäure mit 54»8 i» P₂Oc durch eine Zahnradpumpe mit einer Geschwindigkeit von 200 ml/Min, in den Mischkopf des zylindrischen Reaktionsgefäseee -eingeleitet. Die T&mpö^äwur der Bestandteile vor ihrer Einführung in das Gefäss betrug etwa 21⁰C (7O⁰F). Das Eeaktionarohr unä dao Auffanggefäss wurden gut auf eine Temperatur von etwa 154 bis 160 ⁰O (etwa 310 bia 32O⁰P) vorgeheizt. Diese Temperatur liegt etwae oberhalb der Reaktions temperatur,· um jeden Wärmeverlust infolge Strahlung auszuschalten. Nach etwa 15 Minuten wurden die Einlasse zum Reaktionagefäas abgeschaltet". Insgesamt waren 32 Liter Phosphorsäure mit 54,8 i> ^2^5 ^gesetzt. Die aus dem Gefäsa ausgetrageno Reaktionemas3e hatte eine Temperatur von 154°0 (31O⁰P). Die erhaltene Masse wurde aufgefangen, auf Zimmertemperatur abgekühlt,

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und eine Probe wurdo analysiert. Sie zeigte folgende Analyset

Gesamt P₃O₅ 55,4 #, Stickstoff 10,4 #, Feuchtigkeit 0,74 & von der Gesamt P₂O₅ waren 89,0 £ Ortho-PgOc und TUjO.Ji Sieht-

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Beispiel^¹2'

Die Vorrichiamg und das Verfahren des Seiapiels 1 wurden verwendet, jedoch wurde die Orthophosphorsäure auf etwa 93⁰G (20O⁰P) erhitzt, bevor sie in' den Mischkopf des Reaktionsgefäases eingelassen wurde» Dieselben Fli&egesohwindigkeiten der Bestandteile wurden angewandt, und der Versuch dauerte 14 Minuten'. Dabei wurden 2,8 liter 54,8 $-iger Orthophosphorsäure verarbeitet· Pie lemperatür des' aus dem Reaktionsgefäss austretenden Produktes betrug etwa .205⁰C (400°?), und das Produkt hatte folgende Analyse«

Gesamt P₃O₅ 56,6 56, Stickstoff 10,5 #» feuchtigkeit 0,18 #t von dem Gesamt PgOc waren 65 «9 $> Ortho-PgOe und 34» 1 % Hioht-

Die in Beispiel 1 beschriebene Umsetzung wurde unter verschiedenen Bedingungen'für Temperatur, Prozentgehalt Po⁰5 *^m •^^usS^an£smate-..rial, Prozent Ammoniaküberschuss durchgeführt, und hierbei wurden die,, folgenden Srgabnia^o erhalten»

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Im vorstehenden sind bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, die zwar bevorzugt sind« Jedoch können hieran Änderungen und Abwandlungen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden. ' ·'

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Claims

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zur Hoiisubllim^ von Anao2^.unpoly]^hospiiat duroh ..· von Aisnonialc nit Naaevor^jihroxijuiOBphorailus« unte?

und, .Al3ί^^Il2^u2ls äoa duroh die Ssaktloaswässae öntwiol:sl1;ön 77aaaordanpfos, dadurch ßeksanaeichisetf da3 dia " nit oiaor Phoaphoroäur» *ron 50 bis 53 $ ³^⁰S ^⁰¹*⁸* und /jaatiog der Serqparatur do? Eeaktiöas- . auf liocr 150⁰I; 7or2UGQ\?oiad otua 205 bis 25O⁰S 'fuhrt wird, *boi dor oine ^nsioniuopolyphodpliatsohmelzo Wa 65 £ P₂O₅ gebildet wird·

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25-28 AT: 12.03.55 OT: 25.O6.197O

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