JPS5817125B2

JPS5817125B2 - リン酸アンモニウムスラリ−の製造方法

Info

Publication number: JPS5817125B2
Application number: JP53115166A
Authority: JP
Inventors: 速水武; 中野常明; 白取薫
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1983-04-05
Also published as: JPS5542252A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、リン酸水溶液と液体アンモニアを原料として
リン酸アンモニウムスラリーを製造する方法及び装置に
関する。

ＩＪ７酸７ンモニウムには、第一リン酸アンモニウム、
第ニリン酸アンモニウム及び第三リン酸アンモニウムの
３種類がある。

この中第三リン酸アンモニウムは不安定で、開放状態で
は分解してアンモニアを揮散する性質があるため、この
ものが一般的用途に供されることはほとんどない。

従って、第一リン酸アンモニウム及び第ニリン酸アンモ
ニウムが肥料用及び工業薬品用として大規模で製造され
ている現状である。

本発明は、このような第−及び第ニリン酸アンモニウム
を得るための中間原料となるリン酸アンモニウムスラリ
ーノ製造を対象とするものである。

一方、リン酸水溶液にはいわゆる、高純度の乾式リン酸
水溶液と不純分含有量の多い湿式リン酸水溶液の２種類
がある。

前者はリン鉱石を高温で焼成して黄リンを発生させ、こ
れを酸素及び水と反応させて製造され、後者はリン鉱石
を硫酸で処理して製造する。

前者は主として工業用原料になり、後者は主として肥料
用原料に供されるが、製造工程中精製して工業薬品用と
しても使用される。

本発明ではこれら両リン酸水溶液いずれをも原料として
使用し得ることはいうまでもない。

従来、リン酸アンモニウムスラリーの製造方法としては
、中和槽でリン酸水溶液をアンモニアガスで中和する方
法が最も広〈実施され、場合によっては、アンモニアガ
スの代りにアンモニア水溶液も使用される。

一方、米国の「テネシー用流域開発公社（Ｔｅｎｎｅｓ
ｓｅＶａｌｌｅｙＡｕｔｈｏｒｉｔｙ。

略称：ＴＶＡ）Ｊ（７）報文及び米国特許第３９５
４９４２号には、Ｐ２Ｏ５濃度が約４０重量％以上のリ
ン酸水溶液とアンモニアガスとをパイプ中で反応させて
リン酸アンモニウムスラリーを得る方法が開示されてい
る。

しかしながら、Ｐ２Ｏ５濃度が約４０％以下、特に３０
％以下の水分を５０％以上含有するような低濃度リン酸
水溶液と液体アンモニアをパイプ中で反応させる方法は
、いまだ実用化されていない。

このように、液体アンモニアが原料として使用されない
理由は、液体アンモニアの揮発による水分の凍結、ある
いは反応の不均一に起因する局所的な異状リン酸アンモ
ニウム結晶の析出、凝固によるパイプの閉塞などの問題
点がいまだ解決されていないためと考えられる。

上記したＴＶＡでも、すでに管状反応器が開発されなが
ら、その原料を高濃度リン酸水溶液とアンモニアガスに
限定していることから考えて、上記の問題点がいまだ解
決されていないものと推察される。

しかしながら、もし管状反応器を用いて低濃度リン酸水
溶液と液体アンモニアを原料とするリン酸アンモニウム
スラリーの製造が可能となれば、装置の小型化、操作の
簡便化のみならず、リン酸濃縮装置及び液体アンモニア
気化器の省略、あるいは湿式リン酸を原料とする場合の
フッ素化合物などの揮散の減少にともなう回収装置、公
害防止設備の不要化など多大の利点が期待される。

本発明者らは、このような事情を考慮して詳細な検討を
重ねた結果、本発明を完成するに至った５すなわち、本
発明はＰ２Ｏ５濃度４０重量％以下のリン酸水溶液と液
体アンモニアを原料とし、前端に混合部のある特殊の形
状をした水平管状反応器を使用し、混合部に前方からそ
う人された多孔パイプを通して液体アンモニアを導入し
、リン酸水溶液は混合部の下方から導入することによっ
て効率のよいリン酸アンモニウムスラリーの連続製造が
可能であることを発見したことに基づくものである。

本発明の第１の目的は、特殊の形状をした水平管状反応
装置を用い、低濃度のリン酸水溶液と液体アンモニアを
原料とするリン酸アンモニウムスラリーの製造方法を提
供するにあり、第２の目的は、上記の方法を実施するた
めの特殊設計の水平式管状反応装置を提供するにある。

本発明の方法によるリン酸水溶液と液体アンモニアとの
反応機構は、いわゆる酸と塩基間の中和反応に属し、反
応速度が著しく犬きく、且つ中和熱を放出する特徴があ
る。

すなわち、混合部では１リン酸水溶液と液体アンモニア
が接触するとほとんど瞬間的に両者間の反応は完結し、
同時に中和熱によって反応スラリーの温度は上昇する。

一方、液体アンモニアは混合部に送入されるとリン酸ア
ンモニウムスラリーによって加熱され、瞬間的に気化し
て吸熱効果を与える。

従って、本発明の反応装置の混合部では、リン酸水溶液
と液体アンモニアが完全な均一分散状態にあれば、中和
反応による発熱と液体アンモニアの気化による吸熱が適
当に相殺され、且つ混合部内のスラリーの組成、性状も
均一になる。

しかし、上記の完全な均一分散状態が維持されない場合
は、局所的に液体アンモニアの気化によるスラリー中の
水分の凍結、あるいは局所的な同成分の異状高濃度に起
因する過剰リン酸アンモニウム結晶の析出、凝固が起り
、反応装置内を閉塞するなどの事態を招来する。

本発明では、上記の事情を考慮して次のような反応装置
を使用する。

（１）反応装置は第１図に示すような、水平式の管状反
応装置とする。

（２）同装置の前端に径の大きい混合部を設け、これに
径の小さいスラリーの取出しを容易にするために下方に
直角に彎曲したスラリー輸送部を連結し、その末端にブ
ッシングノズルを取り付ける。

混合部およびスラリー輸送部の天井面は同一平面として
、発生ガスの滞留を防止する。

（３）液体アンモニアは混合部前方から同内部にそう人
された多孔パイプを通して導入し、このパイプには蒸気
配管も連結して、操業停止時の反応装置内の掃除用に供
する。

（４）リン酸水溶液は混合部下面に取付けられた導管か
ら上向きに導入する。

本発明において、上記反応装置にはＰ２Ｏ５濃度４０重
量％以下のリン酸水溶液を導入するが、これはこの濃度
以上ではリン酸アンモニウム結晶の析出が過激になり、
混合部のスラリーの分散が不均一になるからであり、か
つリン酸水溶液のＰ２Ｏ５濃度を低下させてその供給量
を増加させ、しかも混合部垂直下方向から導入して混合
部の攪拌を強化するためである。

一方、液体アンモニアは反応器前端面にそう人された多
孔パイプを通して水平方向に導入する。

この多孔パイプの混合部内部は、端面をプラグで閉じ、
側面部に穿設された多数の細孔から液体アンモニアを混
合部に均一に放出する。

さらに液体アンモニアの供給量はリン酸水溶液よりもか
なり少ないので、両者の水平方向、垂直下方向からの両
導入方法を逆にする場合は、混合部の攪拌状態が悪化し
てリン酸アンモニウムスラリーの連続製造の安定操業が
不可能になる。

以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に使用する反応装置の縦断面図である。

液体アンモニアは導管１から導管６を経て混合部３に導
入し、且つ導管６の混合部内部分は士数個の穴のあいた
有孔パイプとして液体アンモニアが混合部内に均一分散
されるようにする。

一方リン酸水溶液は混合部下力から導管２によって上向
きに導入し、スラリーを攪拌しつつ均一に混合されると
同時に、スラリー固形分の混合部底部への沈積を防止す
る。

混合部３で液体アンモニアとリン酸水溶液が完全に反応
して生成したリン酸アンモニウムスラリーは、次いでス
ラリー輸送部４に入る。

輸送部の径は混合部より小さくしてスラリーの流速を犬
きぐすることによって、間部でのスケーリングを防止す
る。

また輸送部の末端にはブッシングノズル５が取り付けら
れているため、反応器内部は加圧状態に保たれ、反応が
充分に行なわれると共に反応器内での水蒸気の発生が抑
制される。

このようにして製造されたリン酸アンモニウム製品はブ
ッシングノズル５より糸外に送り出される。

以上本発明による操業方法とこれに使用する反応装置の
概要について記載したが、本発明には、その構成に次の
ような不可欠の要件がある。

（１）混合部の径とスラリー輸送部の径の比率は少なく
とも３．７以上、好ましくは４．０〜７．０の範囲とす
る。

又混合部に導入するリン酸水溶液量は、混合部の断面積
当り約１ｋｇＰ２Ｏ５／ｃＩｆＬ、ｈ以下とする。

スラリー輸送部の径とブッシングノズルの径の比率は１
．５〜２．５にするのが好ましく、このようにすること
によって反応装置内の圧力は常時１．０〜３．０鵞Ｇに
維持される。

（２）混合部とスラリー輸送部の天井面は同一水平面と
して、反応装置内で発生するガス、水蒸気などの滞留を
防止する。

（３）本反応装置の操業においては、特に加熱、冷却を
行なう必要はないが、アンモニアとリン酸分の反応で放
出される中和熱によって、普通混合部のスラリ一温度は
約８０〜１１０℃、出口スラリ一温度は９０〜１２０℃
となる。

（４）本反応装置に使用する材質は、原料リン酸水溶液
、特に湿式リン酸水溶液の腐食性が大きいので、その選
択には慎重を要する。

本発明の装置に使用する材質としては、５Ｏ８３２，３
３などのモリブデン入りステンレス鋼が最も好ましい。

この外、ゴムライニング、鉛、カーベートなども耐食性
は十分であるが、ゴムライニングは加工の点、鉛はスケ
ール除去困難な点、カーベートは機械強度の低い点でそ
れぞれ問題がある。

一方、ハステロイＣ合金（米国へイネスステライト社製
のニッケル合金の商品名）も硫酸を含んだリン酸水溶液
に使用されるが、これは高価であるので実用的でない。

本発明によって得られるリン酸アンモニウムスラリーは
、そのまま中間原料に供することができる。

例えば、本発明のリン酸アンモニウムスラリーは、これ
を流動状態で造粒機または噴霧乾燥機などに導入して所
定のアンモニア、リン酸分の比率を有する粒状あるいは
粒状のリン酸アンモニウムを製造することができる。

更に、本発明のリン酸アンモニウムスラリーは複合肥料
製造用中間体として特に有用である。

後述の実施例３に記載するように、本発明のリン酸アン
モニウムスラリー製造装置にドラム造粒機および回転乾
燥機を接続することによって、従来の装置と比較して前
述したような多くの利点を有する複合肥料製造装置を構
成することができる。

すなわち、本発明のリン酸アンモニウムスラリーヲトラ
ム造粒機に導入して、ここで液体アンモニア、あるいは
その他の肥料原料を供給して所定の肥料成分割合とし、
次にこの造粒中間品を回転乾燥機に導入して乾燥粒状製
品を得ることができる。

以上詳述した本発明の特徴を総括すると次のようになる
。

（１）従来法と比較して、本発明の装置は小型化され、
しかも操作が簡便である。

（２）中和層を使用する従来法と比較して、未反応アン
モニア、フッ素化合物などの揮散が無視できる程度に減
少するので、回収装置、公害防止設備が不要となる。

（３）水平式管状反応器の採用によって、従来使用が不
可能であった低濃度のリン酸水溶液および液体アンモニ
アの原料としての使用が可能になり、従ってリン酸水溶
液の濃縮装置および液体アンモニアの気化器を省略でき
る。

（４）反応器への液体アンモニアおよびリン酸水溶液の
特殊の導入方法によって、スラリー中の水分の凍結およ
びリン酸アンモニウムの局所的な異状析出、凝結が防止
され、均一な反応状態を維持できる。

（５）本発明のリン酸アンモニウムスラリーヲ中間原料
として、粒状または粉状のリン酸アンモニウムの製造が
可能である外、複合肥料の製造も容易である。

次に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。

実施例１本実施例は、以下に述べる反応装置仕様と製造条件を使
用したＮＨ３／Ｈ３Ｐ０．モル比が０．６のリン酸アン
モニウムスラリーの製造例である。

（１）反応装置仕様混合部３材質５ＵＳ３３；内径３００ｍ１φ；長さ５
ＱＱｍｉスラリー輸送部４材質ＳＵＳ３３；内径５０．８
朋φ；長さ１５００間導管１，２，６，７材質５ＵＳ３３；内径２５．４
ｍｍφ ブッシングノズル材質５ＵＳ３３；ノズル内径２５．４ｍｍφ 混合部径／スラリー輸送部径５．９スラリ一輸送部径／ブッシングノズル径２．０（２）製
造条件原料供給量リン酸水溶液（３０％Ｐ２Ｏ５）７２０ｋｇ／ｈ（
Ｐ２Ｏ３として）液体アンモニア１３７ｋｇ／ｈ運転デ
ータ運転時間３６ｈ混合部温度７５°Ｃ出口温度８５°Ｃ入口液安圧力１．０５Ｇ実モル比＄０．６混合部所面積当りの□、０２ｋｇＰ、０．肩、５リン酸
供給量反応器出ロアンモニア。

７０．３ｋｇ素ガス濃度定量限界以下中実モル比とはリン酸アンモニウムそのものＮＨ３／Ｈ
３ＰＯ４モル比を示す。

一般に湿式リン酸中には硫酸などの酸を含有するがこれらの酸と結合するアンモニア分は除外する。

この実験では装置の閉塞は起らず、長時間の運転が可能
であった。

また、反応器出口でのアンモニアガスおよびフッ素化合
物の揮散は、はとんど無視できる量であった。

実施例２本実施例は、実施例１の反応装置を使用し、以下に述べ
る製造条件を用いたＮＨ３／Ｈ３ＰＯ４モル比が１．６
のリン酸アンモニウムスラリーの’ＪＡＭ例である。

製造条件原料供給量リン酸水溶液（３０％Ｐ２０．）７００ゆ／ｈ（Ｐ２Ｏ
６として）液体アンモニア３０２ｋｇ／ｈ運転デ
ータ運転時間２８．４ｈ混合部温度
９４℃ 出口温度１１２°Ｃ入口液安圧力
２．０〜Ｇ実モル比
１．６混合部断面積当りのリン酸供給量１．０ゆ・Ｐ２Ｏ，／＝・ｈ本実験でも装置の閉塞は起らず、長時間の運転が可能で
あった。

実施例３本実施例は、前実施例で使用したリン酸アンモニウム製
造装置にドラム造粒機および回転乾燥機を接続して窒素
−リン酸−カリ−マグネシウムが１３−１６−１５−５
（％）の高度化成肥料の製造例を示すものである。

この実施例のリン酸アンモニウムスラリーのアンモニア
／リン酸の実モル比は１．４で、次の製造条件を用いた
。

原料供給量反応器リン酸液（３０％Ｐ２Ｏ５）７２５ｋｇ／ｈ（Ｐ
２Ｏ３として）液体アンモニア２７７ｋｇ／ｈドラム造粒機液体アンモニア２０ｋｙ／ｈ尿素
１３１ｋｇ／ｈ硫安
１４０ｋｇ／ｈ過リン酸石灰９２ｋ
ｇ／ｈ塩化カリ２５５ｋｇ／ｈ水
酸化マグネシウム９４ｋｙ／ｈ製品生産量
５１／ｈ循環比（造粒機に戻される半製品の量／製品量）４°０反応器運転データ混合部温度９２℃ 出口温度１０６°Ｃ入ロ液安圧力１．６〜Ｇ実モル比１．４混合部断面積当りのリン酸供給量１°０３ｋｙＰ２Ｏ５／ｃｒｔｉ
°ｈ本実施例のようにリン酸アンモニウムスラリーを原
料として高度化成肥料を製造する場合は、従来の粉状リ
ン酸アンモニウムを原料とする粉体配合方式と比較して
、造粒性が向上する。

また、リン酸とアンモニアの反応熱が有効に利用されて
乾燥機入口品の温度が粉体配合方式の場合より高くなり
、乾燥機で使用する燃料が節減できるという利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応装置の縦断面図を、第２図は本発
明の反応装置外観の斜視図を示す。１・・・・・・液体アンモニア導入管、２・・・・・・
リン酸水溶液導入管、３・・・・・・混合部、４・・・
・・・スラリー輸送部、５・・・・・・ブッシングノズ
ル、６・・・・・・導入管、７・・・・・・蒸気導入管
、８・・・・・・圧力計、９，１０，１１・・・・・・
逆止弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｐ２Ｏ５濃度４０重量％以下のリン酸水溶液と液体
アンモニアを原料とし、前端に混合部があり続いて該混
合部より径が小さく、天井面が該混合部と同一平面で直
角に下方に彎曲し、且つ末端にブッシングノズルの取付
けられたスラリー輸送部のある水平式管状反応器を用い
、前記液体アンモニアは前方から混合部内部にそう人さ
れた多孔パイプを通して送太し、前記リン酸水溶液は混
合部下面に取り付けられた導管から上向きに導入し、製
品リン酸アンモニウムスラリーはスラリー輸送部末端部
のブッシングノズルから抜き出すことを％（ｉとするリ
ン酸アンモニウムスラリーの製造方法。