磷酸脲母液重结晶技术研究

2020-03-21 07:47何春云
磷肥与复肥 2020年1期
关键词:小试母液氮磷

何春云,钟 鸥,张 敏

(云南云天化红磷化工有限公司,云南 开远 661699)

磷酸脲(UP)是一种无机精细化工产品。每生产磷酸脲1 t将副产母液1.00 ~1.12 t。UP 母液一般可用于磷铵、复合肥或尿基过磷酸钙生产,但从生产实际来看,存在以下几个问题:磷酸与尿素结合在低温下具有一定的稳定性,对氨的吸收有一定的负面影响,而高温下(≥80 ℃)UP 母液又易分解,N含量会有大量损失;UP母液中w(H2O)高达50%,对生产中水平衡产生一定影响;GB 10205—2009 标准中磷铵氮含量测定采用氨态氮的分析方法,酰胺态氮无法检测;UP 母液的物性,决定了用其生产的产品存在难以干燥、吸潮结块等问题。

本研究将磷酸脲装置副产UP母液通过浓缩再结晶工艺转化为磷酸脲产品,质量指标达到GB/T 27805—2011《工业磷酸脲》标准,解决了UP母液难消化制约生产的难题,提高了装置运转率,提升了企业竞争力。

1 技术方案

根据效益最大化原则及市场导向,通过对UP母液继续浓缩、重结晶的可行性进行分析研究,最大程度消耗UP母液。对剩余的UP母液,根据其全溶性特点,用于速效液体肥,最终全部消化UP母液。

2 实验研究

2.1 原料及仪器

原料:UP母液(w(P2O5)21.88%、w(N)11.22%,相对密度1.312),云南红磷川科化工有限公司;磷酸(w(P2O5)≥46%,w(固)≤0.1%),云南云天化红磷化工有限公司;尿素(w(N)≥46%),云南水富云天化有限公司。实验设备:水环式真空泵、电动搅拌器、旋转真空浓缩蒸发仪、可控干燥箱等。

2.2 重结晶工艺条件实验

1) 最佳反应温度及时间

称取UP 母液1 000 g 倒入3 000 mL 圆底烧瓶中,安装于旋转真空浓缩蒸发仪上,采用水环式真空泵抽真空,在真空度为0.02 ~0.07 MPa,水浴加热温度60 ~ 95 ℃下进行真空浓缩反应[1]。

随着温度的升高,在75 ~90 ℃时,UP 母液产生大量泡沫,在浓缩时伴有氨味,说明当温度过高时会产生氮的损失,而且溶液黏稠无法结晶及过滤;而温度低于60 ℃时所需浓缩时间过长,能耗偏高。UP 母液蒸发浓缩的最佳温度为70 ℃,最佳反应时间为1.0 ~1.5 h。

2) 最佳氮磷质量比

通过分析测定UP 母液中的氮、磷含量,结合理论及实际消耗值,计算出所需加入的磷酸及尿素量[2],再在70 ℃蒸发浓缩1 h,考察氮磷质量比对浓缩结晶过程的影响(见表1)。

表1 氮磷质量比对结晶过程的影响

从结晶情况来看,UP 母液中氮磷质量比对蒸发浓缩结晶影响很大。在相同温度及反应时间条件下,1 000 g UP 母液中磷酸加入量控制在337 ~365 g时所得到的结晶量最大。

3) 最佳结晶相对密度

不同的结晶相对密度将直接影响生产的可行性以及母液的消耗。取UP 母液1 000 g,根据最佳氮磷质量比加入磷酸337 ~365 g,在70 ℃下进行真空蒸发浓缩。不同液体蒸发量下物料相对密度及结晶、过滤情况见表2。

表2 蒸发后相对密度对结晶的影响

从实验情况来看,相对密度控制在1.55 ~1.60对物料结晶、过滤最好。相对密度过高,物料发黏,影响过滤及结晶;相对密度过低,增加母液量。

4) 循环实验

取UP 贮槽母液1 000 g,根据最佳氮磷质量比加入磷酸337 ~365 g,真空浓缩、冷却结晶、过滤,取样分析。过滤母液返回第二次实验UP 母液中,混匀后根据N、P 含量及相对密度计算得出磷酸或尿素加入量进行循环实验,结果见表3。

表3 循环实验产品质量指标

由表3可知,UP母液蒸发浓缩后,滤液还可以循环利用,在最佳控制条件下可以得到养分含量合格的磷酸脲产品(GB/T 27805—2011 指标要求见表4),但产品中的F含量会随着循环次数的增加而升高。

表4 GB/T 27805—2011《工业磷酸脲》指标要求

2.3 生产小试

在最佳条件下进行生产小试,UP 母液投料量控制在0.5 t/h时,结果见表5。

由表5 可知,生产出的磷酸脲产品质量合格,最终滤液量约为250 kg,可消耗50%母液量。由于装置问题,闪蒸浓缩时真空度达不到预期目标值(0.06 ~0.07 MPa),所以蒸发温度比预计值高。受结晶时间及搅拌强度影响,结晶颗粒较小。

表5 生产小试数据

3 结论

(1)从实验及小试情况来看,利用UP 母液通过浓缩结晶生产工业磷酸脲在生产上是可行的,质量指标可达到GB/T 27805—2011指标要求。

(2)严格控制物料中的氮磷质量比及浓缩液相对密度是浓缩结晶的关键。

(3)控制一定的真空度及温度,可有效缩短物料的蒸发浓缩时间,并消除跑、冒现象。

(4)重结晶后产品晶形较小,结晶工艺还有待进一步研究。

(5)随着UP母液的不断循环使用,产品中F含量升高,可将剩余的UP母液用于生产液体叶面肥。

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