专利名称：碳铵法生产磷酸一铵新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产磷酸一铵的新工艺，即碳铵法生产磷酸一铵新工艺。
背景技术：
传统的料浆法生产磷酸一铵(以下简称磷铵)，是将液氨气化后与磷 酸进行中和反应得到磷铵料浆，后者经蒸发浓缩喷雾干燥或造粒而制得磷 铵。该法已公认的缺陷是投资大、原料液氨供应紧缺，且存在运输储存和 使用不便、不安全(易灼伤、易爆等)、有毒性、有污染的痼疾。用碳酸 氢铵(以下简称碳铵)替代液氨与磷酸复分解中和反应制得磷铵的工艺称 为碳铵法磷铵生产工艺。其已公认的优点是投资少、原料便宜易购得、 运输储存方便安全且毒性小无污染。这已由中国专利申请公开号CN
1054964A "用碳酸氢铵生产磷酸一铵工艺"和中国专利授权公告号CN 1048227C "—种以碳酸氢铵替代液氨生产磷铵的方法"所充分述及。但上 述两专利也均有技术缺陷。前专利CN 1054964A的主要缺陷已被后专利 CN 1048227C所指出，即预热磷酸增加成本且操作不便不安全；中和度较 低。后专利CN 1048227C虽有较大的改进，但也还有较大的缺陷，主要 为
1、 未能从化学原理上阐明用碳铵替代液氨生产磷铵中氮(N)的转化 率高的优越性。
2、 其中和反应槽的出料口在槽的下部，故槽的进、出料为间歇式不 能连续化生产，槽的使用效率和生产强度低；甩传送带向槽内投料(见其 说明书及
)，其中和反应槽就不能封闭化，槽内副产的C02气体 将大量逸出槽外，污染操作空间和周围环境，更不能将C02等有害气体完 全集中以回收利用和净化，不符合环保要求。其次，该说明书虽写到"反
应生成的二氧化碳气体经回收系统4排出回收"，但没有具体的技术措施，
无法实施。
3、 其敞开不封闭的中和反应糟、其间歇式的加热中和反应以及其间 歇式的进、出料操作，均将耗损较多的蒸气和电力，不符合节能原则。
4、 其中和反应为间歇式不能连续化进行，故其中和度控制范围较狭 小(1.15-1.2)，且稍偏高，既增加了中和调控操作次数和时间，又将副产 较多的磷酸二铵，后者在该中和温度下易分解逸出NH3，造成氮(N)的 损失。
5、 未明示中和反应温度，难以调控中和反应操作，也不利于C02的 回收和尾气的净化。
发明内容
本发明的目的是用正确的化学原理指导、用封闭连续化的中和反应
新工艺，提高氮(N)的转化率、提高设备的生产效率、强度和节能；用 强碱液对酸性气体的极强吸收性或用其他方式，实现对封闭集中的副产 亡02的充分回收利用和尾气净化。
用电解质和离子反应理论指导本发明，提高氮(N)的转化率。碳铵 (NH4HC03)是强电解质，它在水溶液中几近全部电离为离子， 艮P: NH4HCO产NH4+十HC(V 其电离常数K〉10—2， 25°C。 磷酸(H3P04)是中等强度的电解质，它在溶液中第一级电离也几乎全部电 离为离子，
即 H3P04=H++H2P04- 其第一级电离常数1^ = 7. 52X 10—3， 25'C。
故碳铵与磷酸之间的加热复分解反应为瞬间完成的纯离子反应，该离子反 应快速且完全，
即 <formula>formula see original document page 5</formula>
其反应物碳铵(NH4HC03)中的氮(N)几乎全部以铵离子(NH4+)的形
态转化到反应产物磷铵(NH4H2P04)中，其N的转化速度很快、转化率 极高。而氨水是弱电解质，其电离常数小K-1.79X10—s， 25。C。故NH3在 水溶液中电离极少，其绝大部分NH3分子与HzO分子之间以氢键结合为 氨水合物NH3，H20，后者为NH3在水溶液中存在的主要形态，
即 NH3+H2O^NH3 H2O^NH4++OH-在以上平衡体系中，NH3 H20是主要成分占绝大部分,NH3分子很少， NH4+极少。因而液氨经气化后通入磷酸水溶液中与磷酸进行的放热中和反 应大量为分子间反应，微量为离子间反应，艮卩
大量为NH3 H20+H3P04-NH4H2P04+H20+Qr (热量) 微量为NH4++OH—+H++H2P04-=NH4H2P04+H20+Q2 (热量) 以上总反应速度较碳铵与磷酸之间的纯离子反应速度要迟缓得多，且反应 不完全，故反应物NH3*H20中的氮(N)不可能全部转化到反应产物磷 铵(NH4H2P04).中，且NH3 H20中，3分子与H20分子之间的氢键能 级小很脆弱，在受热剧烈运动的状况下，氣键极易断裂，相当多的具有足 够动能的NH3分子将逃逸挥发出去，
艮P: NH3 H20垒H2ONH3T 而隨着中和放热反应温度的持续并逐渐升髙，NH3分子的逸出挥发度亦将 逐渐增大，其氮(N)的转化率也就明显下降。因而在用液氨法生产磷铵 的工业装置中为了尽量减少氨的逸出挥发损失，必须强化对挥发逸出的氨 气的回收，增建氨回收装置，这就必然要增加基建中的投资和生产运行中 的费,。而碳铵法生产磷铵则绝无此忧。
本发明的具体工艺技术方案是将粉碎的碳铵与磷酸同时连续加入到 封闭的椭圆型或长方型双室或四室、六室的反应罐内进行连续化加热复分 解中和反应，生成的磷铵料浆连续溢流至精调罐，调好中和度的料浆经连
续蒸发浓縮喷雾干燥或造粒后制得磷铵产品。以双室反应罐为例该罐中
部沿短轴竖直位两侧罐壁之间焊有一垂直隔板，隔板上、下两端距罐盖及 罐底均有一定的空隙，隔板将罐内隔分为进料和出料两个中和反应室，其 两室各自的中央竖位悬垂有一搅拌，搅拌与罐壁、隔板之间各有一组环绕
搅拌的蒸汽加.热盘管，罐盖中部有排气管口。控制碳铵与磷酸的中和反应
温度接近而不达到沸腾为90'C土5'C，是要尽量保持中和料浆的亚沸腾状 态，既供应足够的热量使反应完全，又避免料浆沸腾产生过量水蒸气混入
C02回收系统给C02的回收和尾气的净化带来不利。监控反应温度的电热温
度计安装在进料室罐壁的中部。物料的运行流程为粉碎的碳铵与磷酸同 时连续投入反应罐的进料管斗旋混后流入反应罐的进料室进行中和反应， 中和反应生成的磷铵料奖由反应罐的进料室经垂直隔板下的空隙进入出 料室，再由出料室上部的虹吸管连续溢流至精调罐，将料浆的中和度调控 至1.15土0.05后，经连续蒸发浓缩喷雾干燥或造粒后得到含N》l(m;含 &05》46%的磷铵产品。反应罐内副产的含C02的尾气经吸收净化塔内的C02 吸收剂吸收利用净化后，经尾气抽风机排放。吸收剂吸收C02后的吸收液 用泵在吸收净化塔内外强制循环继续吸收，直到吸收液达到要求的浓度 后，输往综合利用工段。如用强碱NaOH溶液作吸收剂，则酸性气体C02被 吸收利用的化学反应式如下
(:02+2眼=^03+貼 回收物NUC03溶液可用作联产多种磷酸钠盐的原料。根据不同需要，C02 的吸收剂也可用其他相应的化学物质，以制得相应的回收物，可再联产其 他相关的产品或综合利用，以降低总生产成本。C02气体亦可经冷冻液化 直接回收制成液态二氧化碳."午冰"产品。国际《京都议定书》要求各国 政府必须采取得力措施减少温室气体，限制工业C02的排放量，防止大气 污染。我国环保法也有明确的类似要求，本发明完全符合国际国内对防止 污染和实现综合利用的要求。
本发明的技术特征还在于封闭椭圆型或长方型反应罐内的结构可以 根据生产规模扩大的需要做成四室或六室。所述四室结构的反应罐，是在 封闭椭圆型或长方型罐体内沿长轴方向垂直等距离的焊有三个平行的隔 板将罐内隔分为四个反应室，顺序为第一反应室即进料室、第二反应室、 第三反应室和第四反应室即出料室。每个室内中央亦均有悬垂的搅拌及环 绕搅拌的蒸汽加热盘管，罐盖中部有排气管口。第一室与第二室之间的第
一隔板和第三室与第四室之间的第三隔板均为焊于两侧平板罐壁之间，且 其上、下两端与罐盖和罐底之间都有一定的空隙间距；第二室与第三室之 间的第二隔板焊于两侧平板罐壁与罐底之间，仅与罐盖之间有空隙间距， 且该间距大于第一、第三两隔板与罐盖之间的间距。监控反应温度的电热 温度计分别安装在进料室、出料室罐壁的中部。物料在罐内的运行流程为 粉碎的碳铵与磷酸同时连续投.入反应罐的进料混合管斗流入进料室反应 生成的料浆经第一隔板下沿进入第二室，再经第二隔板的上沿流入第三 室，再经第三隔板的下沿进入出料室，再由出料室上部的虹吸管连续溢流 至精调罐；中和反应罐内的中和反应温度为90'C土5'C;精调罐内调控中 和度为1. 15±0.05。中和反应罐内副产的C02气体全邻被集中经罐盖中部 的排气管口被抽往吸收净化塔。物料在中和反应罐外的前序、后续流程同 前例。以上所述可类推六室中和反应罐的结构以及物料在罐内、外的运行 流程。
本发明的有益效果是不仅从理论上阐明了碳铵替代液氨生产磷铵的 优势，更新、完善了碳铵法生产磷铵的工艺技术，提高了氮(N)的转化 率和设备的生产效率、强度，以及节能、安全、降低成本；还创新或从根 本上改进了碳铵法生产磷铵中对有害副产物温室气体C02的回收利用，并 净化了尾气。最终在保证产品质量的前提下，综合实现了碳铵法生产磷铵 的高效、高转化率、节能、低成本、安全和环保的多重目.的。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详述。
附图i是本发明反应罐为双室的工艺流程示意图。
附图2是本发明反应罐为四室的工艺流程示意图。
图中1、破碎机，2、螺旋输送机，3、碳铵与磷酸混合进料管斗，4、 反应罐罐体，5、电热温度计，6、加热蒸汽盘管，7、进料室，8、隔 板，9、隔板与罐底之间空隙，10、出料室，11、出料虹吸管，12、排气 管口， 13、吸收净化塔，H、尾气抽风机，15、吸收剂高位槽，16、吸收 液循环泵，17、吸收塔进料管，18、吸收塔底部出料口， 19、输吸收液阀
门，20、精调罐，21、补料口， 22、料浆循环泵，23、料浆加热器，24、 料桨闪蒸室，25、蒸汽冷凝系统，26、输浓料浆阀门，27、喷雾干燥或造 粒系统，28、第二中和反应室，29、第二隔板，30、第三中和反应室，31、 第三隔板，32、第三隔板与罐底之间空隙。
具体实施例方式
实施例图l所示将粉碎的磷铵与磷酸同时连续加入到封闭的椭圆型 或长方型双室或四室、六室的反应罐(4)内进行连续化加热复分解中和 反应，生成的磷铵料浆连续溢流至精调罐(20)，调好中和度的料浆经连 续蒸发浓縮喷雾干燥或造粒后制得磷铵产品。以双室反应罐为例将碳铵 投入破碎机1粉碎后，经蟝旋输送机2输入到双室反应罐4的进料管斗3 与同时输入进来的磷酸充分旋混后流入反应罐4的进料室7，在搅拌下碳 铵与磷酸连续中和反应所需的热量由加热盘管6供给，中和反应温度为90 'C士5'C由电热温度计5指示，中和反应料浆经隔板8与罐底之间的空隙9 进入出料室10继续进行中和反应，并经罐4的出料室10上部的虹吸管11 连续溢流至精调罐20。调控料浆中和度所需补加的少量碳铵或磷酸由补料 口 21投入精调罐20，调好中和度为1. 15±0. 05的磷铵料桨经循环泵22 打入蒸发浓縮系统的加热器23,被急升温后进入闪蒸室24蒸发脱水，料 浆在蒸发浓縮系统22-23-24-22之间快速循环蒸发浓縮，料浆蒸发的水蒸 汽由冷凝系统25排出。当磷铵料浆浓縮到要求的浓度后，经开启的阀门 26进入喷雾干燥或造粒系统27制得磷铵产品。中和反应所副产的大量C02 气体经反应罐4罐盖中部的排气管口 12被抽入C02吸收净化塔13以回收 利用，净化后的尾气经抽风机14排空。由高位糟15来的C02吸收剂经循 环泵16打入吸收净化塔顶部的进料管17进入塔内向下喷淋，以充分接触 吸收由塔下部强制上升来的C02气体，生成回收利用物的吸收液由塔底部 的出料口 18流出，并经循环泵16强制在吸收净化塔内外循环:循环泵16-进料管17-吸收塔13-出料口 18-循环泵16，以充分吸收C02,当吸收液的 浓度达到规定要求后，经开启的阀门19输往综合利用工段；如用强喊NaOH溶液作吸收剂，则酸性气体C02被吸收利用的化学反应式为
C02 + 2Na0H= Na2C03 + H20
回收物^C03溶液可用作联产多种磷酸钠盐的原料；根据不同需要，C02
吸收剂也可用其他相应的化学物质，以制得相应的回收物，可再联产其他 相关的产品或综合利用。
实施例图2所示四室反应罐4的进料管斗3与前述工艺流程图1中 的螺旋输送机2对接，粉碎的碳铵与磷酸同时连续投入并经管斗3旋混后 流入四室反应罐4的进料室7，在搅拌下碳铵与磷酸连续中和反应所需的 热量由加热盘管6供给，中和反应温度为901C士5X:由电热温度计5指示， 中和料桨经隔板8与罐底之间的空隙9进入第二反应室28，再经第二隔板 29的上沿流入第三反应室30，再经第三隔板31的下沿空隙32进入出料 室10，再由出料室10上部的虹吸管11连续溢流出料并与前述工艺流程图 l中的精调罐20对接，调控料浆中和度为1.15±0.05，后续工艺流程与 实施例图l一致；另外，反应罐4内副产的大量C02气体经罐盖中部的排 气管口 12被抽入前述工艺流程图1中的C02吸收净化塔13对接，后续工 艺流程与实施例图1一致。
权利要求
1、一种碳铵法生产磷酸一铵新工艺，包括碳铵和磷酸，其特征是将粉碎的碳铵与磷酸同时连续加入到封闭的椭圆型或长方型双室或四室、六室的反应罐(4)内进行连续化加热复分解中和反应，生成的磷铵料浆连续溢流至精调罐(20)，调好中和度的料浆经连续蒸发浓缩喷雾干燥或造粒后制得磷铵产品。
2、 根据权利要求l所述的碳铵法生产磷酸一铵新工艺，其特征是 将粉碎的碳铵与磷酸同时连续投入到反应罐(4)的进料管斗(3)旋混后 流入反应罐(4)的进料室(7)。
3、 根据权利要求l所述的碳铵法生产磷酸一铵新工艺，其特征是 磷铵料浆经反应罐(4)的出料室(10)上部的虹吸管(11)连续溢流至 精调罐(20)。
4、 根据权利要求1所述的碳铵法生产磷酸一铵新工艺，其特征是 碳铵与磷酸在反应罐(4)内的中和反应温度为90'C土5'C。
5、 根据权利要求l所述的碳铵法生产磷酸一铵新工艺，其特征是 料浆在精调罐(20)内调控的中和度为1. 15±0. 05。
6、 根据权利l要求所述的碳铵法生产磔酸一铵新工艺，其特征是-所述双室结构的反应罐(4)，是在封闭椭圆型或长方型罐体(4)内中部 沿短轴竖直位两侧罐壁之间焊有一垂直隔板(8),隔板上、下两端距罐盖 及罐底均有一定的空隙，隔板(8)将罐(4)内隔分为进料中和反应室(7) 和出料中和反应室(10)，两室各自的中央竖位悬垂有一搅拌，搅拌与罐 壁、隔板之间各有一组环绕搅拌的加热蒸汽盘管(6);罐(4)盖中部有 排气管口 (12)。
7、 根据权利要求1所述的碳铵法生产磷酸一铵新工艺，其特征是 所述四室结构的反应罐(4)，是在封闭椭圆型或长方型罐体(4)内沿长 轴方向垂直等距离的焊有三个平行的隔板将罐内隔分为四个反应室，顺序为第一反应室即进料室(7)、第二反应室(28)、第三反应室(30)和第 四反应室即出料室(10);每个室内中央亦均有悬垂的搅拌及环绕搅拌的 蒸汽加热盘管(6);第一室(7)与第二室(28)之间的第一隔板(8)和 第三室(30)与第四室(10)之间的第三隔板(31)均为焊于两侧平板罐 壁之间，且其上、下两端与罐盖和罐底之间都有一定的空隙间距；第二室 (28)与第三室(30)之间的第二隔板(29)焊于两侧平板罐壁与罐底之 间，仅与罐盖之间有空隙间距，且该间距大于第一、第三两隔板与罐盖之 间的间距；罐(4)盖中部有排气管口 (12);以上所述可类推六室中和反 应罐的结构。
8、 根据权利要求l所述的碳铵法生产磷酸一铵新工艺，其特征是反应罐(4)内副产的含Ca的尾气经吸收净化塔(13)内的C02吸收剂吸 收利用净化后，经尾气抽风机(14)排放，吸收剂吸收C02后的吸收液用 泵(19)在吸收净化塔(13)内外强制循环继续吸收，直到吸收液达到要 求的浓度后，输往综合利用工段。
9、 根据权利要求8所述的C02回收净化工艺，其特征是中和反应 所副产的大量C02气体经反应罐(4)罐盖中部的排气管口 (12)被抽入 C02吸收净化塔(13)以回收利用，净化后的尾气经抽风机(14)排空； 由高位槽(15)来的C02吸收剂经循环泵(16)打入吸收净化塔顶部的进 料管(17)进入塔内向下喷淋，以充分接触吸收由塔下部强制上升来的 C02气体，生成回收利用物的吸收液由塔底部的出料口 (18)流出，并经 循环泵(16)强制在吸收净化塔(13)内外循环循环泵(16)-进料管(17)-吸收塔(13)-出料口 (18)-循环泵(16)，以充分吸收C02，当 吸收液的浓度达到规定要求后，经开启的阔门(19)输往综合利用工段； 如用强碱NaOH溶液作吸收剂，则酸性气体C02被吸收利用的化学反应式为C02 + 2NaOH= Na2C03 + H20 回收物N,03溶液可用作联产多种磷酸钠盐的原料；根据不同需要，C02吸收剂也可用其他相应的化学物质，以制得相应的回收物，可再联产其他 相关的产品或综合利用。
全文摘要
本发明涉及一种碳铵法生产磷酸一铵新工艺，将粉碎的碳铵与磷酸同时连续加入到封闭的椭圆型或长方型双室或四室、六室的反应罐内进行连续化加热复分解中和反应，生成的磷铵料浆连续溢流至精调罐，调好中和度的料浆经连续蒸发浓缩喷雾干燥或造粒后制得合格的磷铵产品，副产的含CO<sub>2</sub>的尾气经吸收剂吸收利用净化后排放；本发明的特征优点是除了碳铵替代液氨的各种优点外，其中和反应在封闭连续进、出料的状态下，既净化了操作空间和周围环境，完满的实现了对副产物温室气体CO<sub>2</sub>的回收利用和尾气净化，又提高了氮(N)的转化利用率，提高了设备的使用效率和生产强度，且节能；较之老工艺，该新工艺真正实现了磷铵优质生产的高效、高转化率、节能、低成本、安全和环保的多重目的。
文档编号C01B25/00GK101186285SQ20071005229
公开日2008年5月28日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者陈思敏, 陈所安 申请人:陈所安