磷銨復肥在磷礦中的應用

磷銨復肥在磷礦中的應用

隨著我國高質量磷資源的匱乏，中低磷礦的磷酸復肥和高濃度復合肥的使用越來越受到關注。傳統(tǒng)法生產(chǎn)DAP一般都采用高品位磷礦,所以以中低品位磷礦通過料漿法生產(chǎn)磷銨被越來越多的廠家所采用。表1列出了兩種方法生產(chǎn)磷銨對磷礦品質、產(chǎn)品磷酸質量及磷酸生產(chǎn)控制的要求,由此也看出料漿法磷銨生產(chǎn)優(yōu)點所在。1磷酸法的工藝設計1.1p2po5的制備無論是傳統(tǒng)法還是料漿法生產(chǎn)磷銨,濕法磷酸均可以采用相同的生產(chǎn)工藝,不同之處在于料漿法磷銨因為對半成品磷酸的品質要求不高,而且為了獲得較高的磷收率和良好的過濾效果,在萃取槽中P2O5的濃度一般控制得比較低(w(P2O5)20%～25%)。以200kt/a料漿法磷銨為例,磷酸的生產(chǎn)能力最終確定為P2O5120kt/a。磷酸裝置采用二水法雙槽單槳萃取磷酸、國產(chǎn)翻盤式真空過濾機過濾工藝,其流程為:來自磨礦裝置的w(H2O)30%的磷礦漿和回磷酸與w(H2SO4)98%的硫酸反應,生成w(P2O5)20%～23%的磷酸料漿,經(jīng)過過濾,w(P2O5)20%～23%的稀磷酸送出罐區(qū)陳化、沉降后去磷銨裝置,二水石膏送至渣場堆放。磷酸裝置設計控制參數(shù)及主要設備選型見表2、表3。1.2磷酸二銨質量生產(chǎn)因原料稀磷酸雜質含量高、黏度大,經(jīng)中和濃縮后流動性差,因此采用料漿法生產(chǎn)磷銨時,其流程一般首先生產(chǎn)出w(H2O)約25%的MAP料漿(中和度約為1.12),經(jīng)過二次中和生產(chǎn)DAP(中和度1.8)。磷酸二銨最終w(N+P2O5)達到58%,滿足國標GB10205—2009中對料漿法生產(chǎn)磷酸二銨養(yǎng)分要求(一等品w(N+P2O5)≥57%)。二次中和可以在管式反應器或二次中和槽內進行。由于本裝置原料氨為氣氨,如果采用管式反應器作為二次中和器,則因為反應停留時間短而導致氨損失嚴重,二次中和度難以達到1.8。因此,本裝置在二次中和槽內進行二次中和,流程見圖1。2磷酸法的設計要點2.1磷酸和磷酸的質量比對根據(jù)磷銨中和料漿流動性的特點,料漿法磷銨裝置一次中和的中和度n(NH3)/n(H3PO4)一般都控制在1.1～1.2,這時中和料漿中磷酸一銨和磷酸二銨的質量比約為4∶1。采用強制循環(huán)的外環(huán)流中和反應器(設計參數(shù)見表4),原料氣氨采用多點加入方式加到循環(huán)泵的出口,減少加氨過程中由于劇烈反應而造成的反應器振動,反應溫度維持在102～105℃,壓力0.01MPa(表壓),循環(huán)泵流量2300m3/h,揚程4m。2.2蒸發(fā)效率的計算中和料漿w(H2O)一般在55%左右,通過濃縮裝置將其w(H2O)減少到25%。濃縮裝置目前有2效、3效甚至4效流程,根據(jù)理論計算,在蒸發(fā)水量相等的條件下,由2效增加到3效,裝置蒸發(fā)每千克水對新鮮蒸汽的消耗能減少約0.2kg;再由3效增加到4效,裝置蒸發(fā)每千克水對新鮮蒸汽的消耗能減少約0.295kg。上述計算僅僅是在理論計算的前提下實現(xiàn)的蒸汽消耗減少量,考慮到流程的增加,設備表面積在增加,熱損失加大;另外,循環(huán)泵的密封水的滲透也不可忽略,再加上流程的加長,裝置開車的連續(xù)性大大減少,裝置停車清洗損失增大。因此,本裝置選用2效濃縮流程,采用“中和蒸汽二次利用”技術,將中和蒸汽與Ⅰ效蒸汽合并后作為Ⅱ效濃縮的加熱蒸汽,減少了新鮮蒸汽的消耗。濃縮過程設計參數(shù)見表5。2.3磷銨料漿在dap系統(tǒng)中的加入根據(jù)資料文獻,將出Ⅰ效的w(H2O)為25%的MAP料漿進行二次氨中和,需將中和度控制在≤1.45才方便操作,剩余的氨可在造粒機中加入,以滿足產(chǎn)品養(yǎng)分要求。二次中和反應是在二次中和槽內進行的,加氨方式與傳統(tǒng)的DAP生產(chǎn)預中和槽相似,氣氨采用環(huán)管多點切線加入,中和槽設攪拌器,最終生成n(NH3)/n(H3PO4)為1.4～1.5的磷銨料漿,通過料漿泵送至氨化?；髦?再補加一定數(shù)量的氨,使反應物中n(NH3)/n(H3PO4)達到1.8左右,在氨化?；髦型瑫r加入返料進行造粒。二次中和過程設計參數(shù)見表6。2.4效、效內蒸室的計算1)換熱器換熱面積根據(jù)熱量平衡計算得出:Ⅰ效二次蒸汽量為6121kg/h,Ⅰ效換熱器換熱量為15821200kJ/h;Ⅱ效二次蒸汽量為6713kg/h,Ⅱ效換熱器換熱量為14027596kJ/h。Ⅰ效換熱器換熱系數(shù)取700W/(m2·℃),Ⅱ效換熱器換熱系數(shù)取850W/(m2·℃),計算如下。Ⅰ效換熱器換熱面積:Ⅱ效換熱器換熱面積:實際取兩效換熱面積相等為381m2(便于今后切換操作),該換熱器完全滿足生產(chǎn)要求。2)循環(huán)泵流量根據(jù)換熱的設計面積,取換熱管內徑為?32mm,計算需要換熱管542根,管內流速取2.6m/s,則循環(huán)泵流量為:3)閃蒸室直徑蒸發(fā)強度取700kg/(m2·h)(參考了本院以往設計項目),以換熱器和閃蒸室組成的系統(tǒng)進行熱量、物料衡算,得出閃蒸室蒸發(fā)的水量分別為8900kg/h和7500kg/h(均考慮富余15%),由此得閃蒸室直徑分別為:Ⅱ效閃蒸室:[8900×1.15/(700×0.785)]1/2m=4.3m;Ⅰ效閃蒸室:[7500×1.15/(700×0.785)]1/2m=3.96m。同樣為了裝置便于切換操作,Ⅰ效、Ⅱ效內蒸室取相同的直徑4.4m。4)根據(jù)計算得出200kt/a料漿法二次中和生產(chǎn)DAP裝置主要設備規(guī)格,見表7。3設計及設備指