Способ получения сложного азотно-фосфорного минерального удобрения

Способ получения сложного азотно-фосфорного минерального удобрения

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности и может найти применение в производстве сложных азотно-фосфорных удобрений.

В настоящее время из-за запрета во многих странах использования в качестве удобрения аммиачной селитры возникла задача перевода действующих агрегатов по получению аммиачной селитры (AC-67, AC-72) на выпуск удобрений, содержащих нитрат аммония с добавкой других компонентов. Запрет на использование таких удобрений отсутствует.

В частности, предложены способы получения известково-аммиачной селитры (пат. РФ № 2223934, опубл. 03.09.2002; пат. РФ № 2290391, опубл. 27.12.2006), азотно-фосфорных удобрений (пат. РФ № 2169720, опубл. 27.06.2001, пат. РФ № 2171795, опубл. 10.08.2001; пат. РФ № 2182143, опубл. 10.05.2002; пат. РФ № 2228322, опубл. 10.05.2004), азотнокалийных удобрений (пат. РФ № 2182144, опубл. 10.05.2002; пат. РФ № 2224714, опубл. 27.02.2004; пат. РФ № 2230718, опубл. 20.06.2004).

У сельскохозяйственных производителей все более широкое применение находят сложные азотно-фосфорные удобрения на основе нитрата аммония с фосфатной добавкой в количестве до 9 мас.% Р₂О₅.

Известны способы получения сложных азотно-фосфорных удобрений на основе нитрата аммония, в которых в качестве фосфатной добавки используется экстракционная фосфорная кислота [пат. РФ № 2171795, опубл. 10.08.2001 и № 2174970, опубл. 20.10.2001], аммофос [пат. РФ № 2169720, опубл. 27.06.2001]. Недостатком указанных способов является высокая коррозионная агрессивность парогазовой фазы, содержащей соединения фтора.

Известен способ получения сложного азотно-фосфорного удобрения на основе нитрата аммония, в котором в качестве фосфатной добавки используют нитроаммофосфатный раствор, полученный из продуктов разложения апатита азотной кислотой [пат. РФ № 2228322, опубл. 10.05.2004]. Способ предусматривает выделение кальция из азотнокислотной вытяжки кристаллизацией в виде тетрагидрата нитрата кальция, нейтрализацию аммиаком и сложную схему отделения образующегося осадка, связанную с разбавлением водой, упаркой вводимой воды и использованием разделительного оборудования (фильтров, центрифуг, отстойников). Это удорожает удобрение, из-за чего область его применения ограничивается использованием в тепличных хозяйствах как полностью водорастворимого удобрения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения сложного азотно-фосфорного удобрения на основе концентрированного раствора нитрата аммония и фосфорсодержащего реагента путем введения в концентрированный раствор нитрата аммония азотнокислотной вытяжки апатита, из которой выделена часть кальция в виде тетрагидрата нитрата кальция до соотношения Са/Р₂O₅, равного 0,1-0,3, ее нейтрализации аммиаком, упаривания до остаточной влажности плава 0,7 мас.% и гранулирования целевого продукта методом приллирования [пат. РФ № 2182143, МПК С05С 1/02, С01С 1/18]. Данный способ не предусматривает очистку азотнокислотной вытяжки от образующегося при нейтрализации осадка, что потенциально удешевляет получаемое удобрение и расширяет область его применения в земледелии.

Недостаток известного способа проявляется при попытке его использования на типовых агрегатах АС-72, а именно заключается в нестабильной работе агрегата из-за инкрустации теплообменного аппарата на стадии упаривания и забивок леек грануляторов, что, по-видимому, обусловлено структурой и свойствами образующегося осадка: осадок липкий, имеет повышенную адгезию к металлической поверхности.

Выпарные аппараты на агрегате АС-72 работают в, так называемом, пленочном режиме, на который оказывает негативное влияние адгезия осадка к металлической поверхности. Леечные грануляторы также очень чувствительны к наличию липких осадков.

Инкрустация теплообменного аппарата ухудшает процесс теплообмена, из-за чего повышается остаточная влага в плаве и, соответственно, в удобрении выше допустимого уровня (по действующим стандартам предельно допустимое содержание влаги в азотно-фосфорном удобрении составляет 0,3 мас.%). Забивки грануляторов приводят к необходимости их частой замены с последующей промывкой. Все это обуславливает необходимость снижать нагрузку на агрегат по готовому продукту до 40 т/ч и менее.

Технической задачей настоящего изобретения является стабилизация работы агрегата АС-72.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения сложного азотнофосфорного минерального удобрения на основе концентрированного раствора нитрата аммония и фосфорсодержащего реагента, включающем введение в концентрированный раствор нитрата аммония азотнокислотной вытяжки апатита, из которой предварительно выделена часть кальция в виде тетрагидрата нитрата кальция, нейтрализацию аммиаком, упаривание и гранулирование целевого продукта методом приллирования, согласно изобретению кальций выделяют из азотнокислотной вытяжки до отношения Са/Р₂О₅, равного 0,35-0,65, а нейтрализацию азотнокислотной вытяжки проводят перед введением в концентрированный раствор нитрата аммония.

Нейтрализацию азотнокислотной вытяжки ведут до рН 4÷6.

Нейтрализованную азотнокислотную вытяжку перед введением в концентрированный раствор нитрата аммония предварительно упаривают до остаточной влажности 8-20 мас.%.

Азотнокислотную вытяжку вводят в концентрированный раствор нитрата аммония в количестве, обеспечивающем содержание питательных веществ в удобрении, мас.%: N - 27÷33, P₂O₅ - 2÷9.

Пример 1

Опыт проводят на промышленном агрегате получения аммиачной селитры АС-72.

В реактор-нейтрализатор подают 55,5 т/ч 58%-ного раствора азотной кислоты (здесь и далее % массовые) и 8,7 т/ч аммиака, поддерживая остаточную кислотность в реакторе-нейтрализаторе ~10 г/л. Реакционную массу из реактора направляют в донейтрализатор, куда подают 0,1 т/ч аммиака, поддерживая рН в пределах 4,5÷5,5, получая концентрированный (~90%) раствор нитрата аммония, в который вводят 10,7 т/ч азотнокислотной вытяжки апатита, нейтрализованной аммиаком до рН 5 и упаренной до остаточной влажности 15%, из которой выделен кальций в виде тетрагидрата нитрата кальция до соотношения Са/Р₂О₅, равного 0,35. Состав азотнокислотной вытяжки, %:

Са	4,9
P2O5	14
N	21
Н2O	15
Отношение Са/Р2О5	0,35

Смешанный раствор упаривают в выпарном аппарате до остаточной влаги 0,2% и после контрольной донейтрализации до рН 4,5÷-6 (с расходом аммиака 0,01 т/ч) направляют на грануляцию. Получают 50 т/ч целевого продукта со следующим содержанием питательных веществ, %:

N	33
Р2O5	3,0
в т.ч. в водорастворимой форме	2,0
в виде преципитата кальция	1,0

Статическая прочность гранул диаметром 2 мм составляет 2,4 кг на гранулу.

Промышленный агрегат работает стабильно: с постоянной нагрузкой и получением удобрения, удовлетворяющего требованиям по содержанию влаги.

Это может быть объяснено тем, что заявленный способ обеспечивает образование такой структуры осадка (осадок мелкодисперсный, нелипкий), которая не осложняет ведения технологического процесса.

Физико-химические испытания образцов полученных удобрений показали, что удобрение не слеживается, по стойкости к температурным колебаниям и закисанию, по крайней мере, не уступает удобрению, полученному по известному способу.

Пример 2

Получают сложное азотно-фосфорное минеральное удобрение в соответствии с примером 1, вводя в концентрированный раствор нитрата аммония азотнокислотную вытяжку апатита, из которой кальций выделен до соотношения Са/Р₂O₅, равного 0,35÷0,65, нейтрализованную до рН 4÷6 и упаренную до остаточной влажности 8÷20%, и упаривая смешанный раствор до остаточной влажности плава 0,15÷0,2%.

Регулируя расход азотнокислотной вытяжки апатита, получают удобрения со следующим интервалом содержания питательных веществ, %:

N	27÷33
P2O5	2÷9

Промышленный агрегат работает стабильно с нагрузкой 50÷55 т/ч по целевому продукту, получаемые удобрения имеют влажность не более 0,3%, не слеживаются, устойчивы к температурным колебаниям и закисанию.

Прочность гранул диаметром 2 мм колеблется в пределах 1,8÷2,5 кг на гранулу.

Из представленных данных следует, что заявленный способ по сравнению с прототипом, сохраняя высокие физико-химические показатели удобрения, позволяет стабилизировать работу агрегата АС-72 на высоких нагрузках, содержание влаги в удобрении не превышает 0,3%.

Снижение соотношения Са/Р₂O₅ в азотнокислотной вытяжке апатита менее 0,35 и его увеличение более 0,65, а также изменение последовательности операций нейтрализации и введения в концентрированный раствор нитрата аммония приводит к нарушению стабильности в работе промышленного агрегата, по-видимому, из-за изменения структуры и свойств осадка, приводящих к налипанию осадка на теплообменную поверхность и забиванию леек грануляторов.

Заявленный интервал рН 4÷6 является дополнительным условием, обеспечивающим высокую эффективность процесса. При выходе за заявленные пределы эффективность снижается, по-видимому, также из-за изменения структуры осадка.

Необходимость предварительной упарки нейтрализованной азотнокислотной вытяжки до остаточной влажности 8÷20% определяется технологической целесообразностью, а именно не допустить увеличения нагрузки на выпарной аппарат агрегата АС-72 и при этом не осложнить работу выпарного оборудования на операции предварительной выпарки.

Нижний предел содержания P₂O₅ в удобрении определяется агрохимическими требованиями: при содержании Р₂О₅ менее 2% падает агрохимическая ценность удобрения. Верхний предел указанного компонента в удобрении обусловлен возникающими техническими трудностями: при содержании Р₂О₅ более 9% затрудняется процесс гранулирования из-за увеличения вязкости плава.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение стабильности работы промышленного агрегата АС-72.

1. Способ получения сложного азотно-фосфорного минерального удобрения на основе концентрированного раствора нитрата аммония и фосфорсодержащего реагента, включающий введение в концентрированный раствор нитрата аммония азотно-кислотной вытяжки апатита, из которой предварительно выделена часть кальция в виде тетрагидрата нитрата кальция, нейтрализацию аммиаком, упаривание и гранулирование целевого продукта методом приллирования, отличающийся тем, что кальций выделяют из азотно-кислотной вытяжки до соотношения Ca/P₂O₅, равного 0,35÷0,65, а нейтрализацию азотно-кислотной вытяжки проводят перед введением в концентрированный раствор нитрата аммония.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию азотно-кислотной вытяжки ведут до рН 4÷6.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализованную азотно-кислотную вытяжку перед введением в концентрированный раствор нитрата аммония предварительно упаривают до остаточной влажности 8-20 мас.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что азотно-кислотную вытяжку вводят в концентрированный раствор нитрата аммония в количестве, обеспечивающем содержание питательных компонентов в удобрении, мас.%: N - 27÷33, P₂O₅ - 2÷9.