專利名稱：多級(jí)蒸汽引射制備磷酸二氫鉀和磷酸鉀銨的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化肥制造領(lǐng)域，特別涉及一種磷酸鉀銨三元復(fù)合肥制備方法
與裝置。
背景技術(shù)：
1938年蘇聯(lián)人最早提出磷酸鉀銨化學(xué)復(fù)合肥及其生產(chǎn)方法(聯(lián)合國(guó)工 業(yè)發(fā)展組織編，化肥手冊(cè)(1980)，中國(guó)對(duì)外翻譯出版公司翻譯出版，1984 137 140)，是以 磷酸二氫鉀和磷酸二氫銨形成固溶體磷酸二氫鉀銨結(jié)晶。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的各種生產(chǎn) 方法，主要特征之一是引入氮源的形態(tài)，如雷武(雷武，以濕法磷酸生產(chǎn)磷酸鉀銨的研究， 磷肥與復(fù)肥，2004，19 (5) :20 21)用氨水(NH3 ·Η20)，林治華(林治華，磷酸二氫鉀銨無(wú)氯 復(fù)肥的研制，渝州大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，1992，(4) :21 26)用磷酸二氫銨((NH4H2PO4)，袁 德厚等(袁德厚，孫澤江，高濃度三元復(fù)肥磷酸二氫鉀銨的研制，西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1992， 14(3) :214 218)則用碳酸氫銨(NH4HCO3)。主要特征之二是引入鉀源的形態(tài)，最直接的方 法是使用磷酸二氫鉀，雷武的方法用硫酸鉀，林治華和袁德厚等的方法都使用氯化鉀。主要 特征之三是從反應(yīng)物體系分離產(chǎn)品的方法，以上各種方法以及發(fā)明專利申請(qǐng)(李在根，李 澤民，一種磷酸鉀銨的生產(chǎn)工藝，申請(qǐng)?zhí)?2111905)都是采取結(jié)晶分離方法。以上結(jié)晶分離的方法將氯離子殘留在母液中，國(guó)內(nèi)外提出了聯(lián)產(chǎn)氯化銨或?qū)⒛敢?直接蒸干制成含氯復(fù)合肥料等方法解決氯元素的分離和利用。也可以采取氯化鉀和磷酸液 相中和反應(yīng)先生成磷酸二氫鉀并析出氯化氫氣體的方法(化工部天津化工研究院等編，無(wú) 機(jī)化工產(chǎn)品手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，1993，北京612 615)KC1+H3P04 — KH2P04+HC1 丨 (1)但液相殘留的氯離子濃度高，還是要通過(guò)結(jié)晶才能得到較純的磷酸二氫鉀。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多級(jí)蒸汽引射制備磷 酸二氫鉀和磷酸鉀銨的方法與裝置，以磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的二次蒸汽為介質(zhì)，逐 級(jí)引射抽提氯化鉀和磷酸液相中和反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫氣體，使磷酸二氫鉀溶液殘留氯離子 濃度降低到生產(chǎn)無(wú)氯N-P-K三元復(fù)合肥要求。本發(fā)明充分利用余能加熱反應(yīng)物系并多級(jí)抽 提氯化氫氣體，提高了反應(yīng)速度和產(chǎn)物磷酸二氫鉀的純度，工藝過(guò)程能耗低并適于連續(xù)生 產(chǎn)。本發(fā)明所述多級(jí)蒸汽引射制備磷酸鉀銨的裝置，與介質(zhì)接觸的設(shè)備均使用石墨耐 腐蝕材料。本發(fā)明所述壓力均為絕對(duì)壓力，濃度均為質(zhì)量百分濃度。本發(fā)明所述過(guò)程包括磷酸鉀銨溶液的生成和蒸發(fā)濃縮、二次蒸汽逐級(jí)引射形成多 管降膜氣液傳質(zhì)、含氯化氫的水蒸汽部分冷凝降低氣相HCl含量。磷酸鉀銨溶液的生成，是 從磷酸二氫鉀溶液循環(huán)泵19的出口分支管引出部分溶液匯合于磷酸鉀銨溶液循環(huán)泵21的 進(jìn)口管，并將一定量的氨氣引入泵21的出口管，氣液混合反應(yīng)形成磷酸鉀銨溶液。磷酸鉀 銨溶液的蒸發(fā)濃縮，是將形成的磷酸鉀銨溶液引入蒸發(fā)濃縮單元20，溶液接受蒸汽加熱和 與氨氣的反應(yīng)熱，在140 170°C溫度下蒸發(fā)。二次蒸汽逐級(jí)引射形成多管降膜氣液傳質(zhì)， 第一級(jí)引射是將磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)的二次蒸汽全部引入多管降膜塔18的分布室2，通過(guò)管 板3均勻分布的蒸汽引射管4，以20 30m/s速度噴入降膜管9，吸引磷酸二氫鉀溶液從分
3布室7沿蒸汽引射管4外壁流進(jìn)降膜管9內(nèi)形成劇烈湍動(dòng)的降膜，在液膜表面與蒸汽發(fā)生 氣液相間傳質(zhì)使氯化氫從液相進(jìn)入蒸汽相，在氣液分離室17內(nèi)兩相分離，120 150°C含氯 化氫3% 5%的水蒸汽進(jìn)入第二級(jí)蒸汽引射多管降膜塔15的管外密閉空間，氯離子濃度 低于的磷酸二氫鉀溶液則通過(guò)循環(huán)泵19加壓循環(huán)進(jìn)入18。部分冷凝降低氣相HCl含 量，是使含氯化氫的水蒸汽進(jìn)入15的管外密閉空間下部，與該處200 300mm液層高度、 110 140°C、氯化氫濃度低于5%的冷凝液鼓泡傳質(zhì)，氣相氯化氫平衡濃度低于2% (參 考化工部第一設(shè)計(jì)院，氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)，化工出版社，1969，北京65 66)，沿降膜 管9的外壁上升并不斷冷凝，冷凝液膜下降并進(jìn)一步與上升氣相傳質(zhì)使氣相氯化氫濃度持 續(xù)下降到低于0. 5%，從上部離開(kāi)降膜管外傳熱傳質(zhì)空間并作為第二級(jí)多管降膜塔15的引 射蒸汽。逐級(jí)引射的第二級(jí)多管降膜塔15，引射蒸汽的作用方式與第一級(jí)多管降膜塔18相 同、只是氣液相的溫度和濃度不同，通過(guò)氣液分離室14，90 1301含氯化氫10% 15%的 水蒸汽全部作為引射蒸汽進(jìn)入第三級(jí)多管降膜塔12，氯離子濃度5% 10%的磷酸二氫鉀 溶液則通過(guò)循環(huán)泵16加壓循環(huán)進(jìn)入15。逐級(jí)引射的第三級(jí)多管降膜塔12，引射蒸汽的作 用方式與第一級(jí)多管降膜塔18也相同，通過(guò)分離室11進(jìn)行氣液分離，70 110°C含氯化氫 22 % 30 %的水蒸汽混合氣作為濃鹽酸及精制氯化氫氣體產(chǎn)品的原料輸出，氯化鉀和稀磷 酸混合液則通過(guò)循環(huán)泵13加壓循環(huán)進(jìn)入12。原料固體氯化鉀和稀磷酸連續(xù)加入分離室11的液相空間，加料比按H3PO4 KCL 摩爾比1.2 1.3。原料氨氣從泵21的出口管上升段加入，加料比按H3PO4 NH3摩爾比 0. 6 0. 7。第三級(jí)溶液從循環(huán)泵13出口分支管計(jì)量加入第二級(jí)氣液分離室14，第二級(jí)溶液 從循環(huán)泵16出口分支管計(jì)量加入第一級(jí)氣液分離室17，第一級(jí)溶液從循環(huán)泵19出口分支 管計(jì)量加入循環(huán)泵21的進(jìn)口管，逐級(jí)加料計(jì)量依據(jù)是PO4-3的摩爾數(shù)相等。第一級(jí)溶液循環(huán)泵19出口分支管計(jì)量輸出的溶液含水45% 60%，含氯離子濃 度低于1%，可以直接生產(chǎn)磷酸二氫鉀。從第二級(jí)多管降膜塔15的管外密閉空間排出的氯化氫濃度低于5%的冷凝液級(jí) 稀鹽酸總質(zhì)量與第一級(jí)氣液分離室17產(chǎn)生的蒸汽總質(zhì)量之比為0. 25 0. 35，該稀鹽酸用 于精制氯化氫氣體。加入稀磷酸的濃度不低于28%。使用0.5MPa加熱蒸汽的量根據(jù)稀磷酸濃度而變， 其依據(jù)是蒸汽總量為稀磷酸含水量的1. 0 1. 2倍。從磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)濃縮單元20輸 出的溶液含PO4-3的摩爾數(shù)與加入的稀磷酸相等，溶液含水20% 25%。氣液分離室11、14、17和蒸發(fā)濃縮單元20有效液相空間的容積根據(jù)裝置生產(chǎn)負(fù)荷 確定，依據(jù)是使料液平均停留時(shí)間為40 60分鐘。蒸汽引射多管降膜塔12、15、18的降膜 管徑36 50mm，長(zhǎng)度6 8m，管數(shù)根據(jù)溶液循環(huán)量確定，依據(jù)是每100m3/h對(duì)應(yīng)150 260 根。溶液循環(huán)量根據(jù)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)的有效液相空間容積確定，依據(jù)是使該容積的溶液平均每 小時(shí)循環(huán)10 15次。為實(shí)施上述方法而設(shè)計(jì)的蒸汽引射多管降膜塔12、15、18具有相同的結(jié)構(gòu)和工作 原理，其結(jié)構(gòu)包括上部的氣液分布器和下部的普通市售多管石墨換熱器兩部分，如圖1所 示，上下兩部分由設(shè)備法蘭8連接并密封。蒸汽由氣液分布器管口 1進(jìn)入錐形室2通過(guò)布 氣板3分布到直徑20 36mm的蒸汽引射管4，每根引射管對(duì)應(yīng)一根石墨降膜管，軸線同心，引射管下端部與石墨降膜管的上管口垂直距離c與石墨換熱器公稱直徑Dn之比為0. 04 0. 06 ；循環(huán)溶液由氣液分布器管口 6進(jìn)入引射管的管外布液室7，通過(guò)其下方布液板5的開(kāi) 孔與引射管之間的環(huán)形截面往下沿引射管外壁流入石墨降膜管口 ；布液板5與石墨降膜管 的上管口垂直距離b與石墨換熱器公稱直徑Dn之比為0. 1 0. 15 ；布?xì)獍?與石墨降膜 管的上管口垂直距離a與石墨換熱器公稱直徑Dn之比為0. 6 0. 8 ；錐形室2、布?xì)獍?和 布液室7通過(guò)法蘭連接并密封。本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明將固體氯化鉀、濃度不低于28%的稀磷酸和氨氣三種原料直接轉(zhuǎn)化成含 水20% 25%的磷酸鉀銨溶液和含氯化氫22% 32%的水蒸汽混合氣作為濃鹽酸及精制 氯化氫氣體產(chǎn)品的原料，工藝集成度高，物質(zhì)利用率高。2、本發(fā)明充分利用溶液蒸發(fā)濃縮余能產(chǎn)生的二次蒸汽多級(jí)抽提反應(yīng)物系氯化氫 氣體，反應(yīng)物系溫度隨反應(yīng)進(jìn)程而上升，促進(jìn)了反應(yīng)速度和氯化氫的析出，產(chǎn)物磷酸鉀銨溶 液氯離子濃度低于1%，且工藝能耗低。


圖1是本發(fā)明所述蒸汽引射多管降膜塔的氣液分布器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述多級(jí)蒸汽引射制備磷酸二氫鉀和磷酸鉀銨的一種工藝流程圖；圖中，1-氣液分布器蒸汽進(jìn)口、2-錐形布?xì)馐摇?-布?xì)獍濉?-蒸汽引射管、5-布液 板、6-氣液分布器溶液進(jìn)口、7-引射管外布液室、8-連接法蘭、9-石墨降膜管、10-石墨換熱 器、11-第三級(jí)氣液分離室、12-第三級(jí)蒸汽引射多管降膜塔、13-第三級(jí)循環(huán)泵、14-第二級(jí) 氣液分離室、15-第二級(jí)蒸汽引射多管降膜塔、16-第二級(jí)循環(huán)泵、17-第一級(jí)氣液分離室、 18-第一級(jí)蒸汽引射多管降膜塔、19-磷酸二氫鉀溶液循環(huán)泵、20-磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)濃縮 單元、21-磷酸鉀銨溶液循環(huán)泵具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明所述多級(jí)蒸汽引射制備磷酸二氫 鉀和磷酸鉀銨的方法與裝置作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例流程如圖2所示，使用32%的稀磷酸10t/h，含量95%以上的固體氯化鉀 2t/h，0. 8MPa 壓力的氨氣 0. 4t/h，0. 5MPa 加熱蒸汽 5t/h。從磷酸二氫鉀溶液循環(huán)泵19的出口分支管計(jì)量引出約llt/h溶液匯合于磷酸鉀 銨溶液循環(huán)泵21的進(jìn)口管，并將0. 4t/h氨氣加入泵21的出口管，氣液混合反應(yīng)形成磷酸 鉀銨溶液并升溫到約150°C在蒸發(fā)濃縮單元20蒸發(fā)，輸出水含量約25%的磷酸鉀銨溶液 6. 2t/h。蒸發(fā)濃縮單元20輸出的5t/h 二次蒸汽全部引入多管降膜塔18，在降膜管9內(nèi)形 成液膜表面與蒸汽相間傳質(zhì)使氯化氫從液相進(jìn)入蒸汽相，在氣液分離室17內(nèi)兩相分離，氯 離子濃度低于的磷酸二氫鉀溶液通過(guò)循環(huán)泵19加壓循環(huán)、約130°C含氯化氫約4%的 水蒸汽約4. 8t/h則進(jìn)入第二級(jí)蒸汽引射多管降膜塔15下部管外密閉空間，與該處200 300mm液層高度、120°C、氯化氫濃度約4%的冷凝液鼓泡傳質(zhì)后沿降膜管9的外壁上升并繼 續(xù)發(fā)生部分冷凝，剩余約4. Ot/h引射蒸汽進(jìn)入第二級(jí)多管降膜塔15與第二級(jí)循環(huán)溶液進(jìn) 行氣液傳質(zhì)，通過(guò)氣液分離室14，氯離子濃度約8%的磷酸二氫鉀溶液通過(guò)循環(huán)泵16加壓 循環(huán)并輸送約11. lt/h到第一級(jí)氣液分離室17，100°C含氯化氫14%的水蒸汽約4. 2t/h則 全部作為引射蒸汽進(jìn)入第一級(jí)多管降膜塔12，與第一級(jí)循環(huán)溶液進(jìn)行氣液傳質(zhì)，通過(guò)氣液分離室11，氯離子濃度約14%的原料混合溶液通過(guò)循環(huán)泵13加壓循環(huán)并輸送約11. 5t/h 到第二級(jí)氣液分離室14，80°C含氯化氫26%的混合氣體約4. 2t/h則全部輸出系統(tǒng)。從第 二級(jí)多管降膜塔15輸出的氯化氫濃度約4%的稀鹽酸約1. 2t/h。
權(quán)利要求
一種多級(jí)蒸汽引射制備磷酸二氫鉀和磷酸鉀銨的方法，其特征在于以反應(yīng)生成磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的二次蒸汽為介質(zhì)，逐級(jí)引射抽提氯化鉀和磷酸液相中和反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫氣體，使磷酸二氫鉀溶液殘留氯離子濃度降低到生產(chǎn)無(wú)氯三元復(fù)合肥要求；反應(yīng)生成磷酸鉀銨溶液，是將部分磷酸二氫鉀溶液與磷酸鉀銨溶液通過(guò)循環(huán)泵混合并在循環(huán)泵出口管路引入一定量的氨氣，氣液混合反應(yīng)形成磷酸鉀銨溶液。磷酸鉀銨溶液的蒸發(fā)濃縮，是反應(yīng)生成的磷酸鉀銨溶液接受蒸汽加熱和與氨氣的反應(yīng)熱，在140～170℃溫度下蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽；逐級(jí)引射抽提氯化鉀和磷酸液相中和反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫氣體，第一級(jí)引射是將磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)的二次蒸汽全部由蒸汽引射管以20～30m/s速度引入第一級(jí)多管降膜塔形成多管降膜氣液傳質(zhì)，使氯化氫從液相進(jìn)入蒸汽相，在第一級(jí)氣液分離室兩相分離，120～150℃含氯化氫3％～5％的水蒸汽進(jìn)入第二級(jí)蒸汽引射多管降膜塔的管外密閉空間部分冷凝降低氣相HCl濃度至低于2％、溫度110～140℃作為第二級(jí)多管降膜塔的引射蒸汽，與第一級(jí)相同的方式使氯化氫從液相進(jìn)入蒸汽相，通過(guò)第二級(jí)氣液分離得到90～130℃含氯化氫10％～15％的混合氣體作為第三級(jí)多管降膜塔的引射蒸汽，通過(guò)第三級(jí)氣液分離得到70～110℃含氯化氫22％～30％的水蒸汽混合氣作為濃鹽酸及精制氯化氫氣體產(chǎn)品的原料輸出；與氣相HCl濃度對(duì)應(yīng)的液相氯離子濃度，第一級(jí)低于1％、第二級(jí)5％～10％、第三級(jí)10％～15％；上述步驟形成連續(xù)進(jìn)出料的循環(huán)系統(tǒng)。
2.一種蒸汽引射多管降膜塔，其特征在于包括上部的氣液分布器和下部的多管石墨 換熱器兩部分，上下兩部分由設(shè)備法蘭連接并密封，引射蒸汽由布?xì)獍?分布到直徑20 36mm的蒸汽引射管，每根引射管對(duì)應(yīng)一根石墨降膜管，軸線同心，引射管下端部與石墨降膜 管的上管口垂直距離與石墨換熱器公稱直徑之比為0. 04 0. 06 ；循環(huán)溶液由引射管外布 液室通過(guò)其下方布液板的開(kāi)孔與引射管之間的環(huán)形截面沿引射管外壁流入石墨降膜管口， 布液板與石墨降膜管的上管口垂直距離與石墨換熱器公稱直徑之比為0. 1 0. 15 ；布?xì)獍?與石墨降膜管的上管口垂直距離與石墨換熱器公稱直徑之比為0. 6 0. 8 ；錐形布?xì)馐摇⒉?氣板和布液室通過(guò)法蘭連接并密封。
全文摘要
一種多級(jí)蒸汽引射制備磷酸二氫鉀和磷酸鉀銨的方法與裝置，以磷酸鉀銨溶液蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的二次蒸汽為介質(zhì)，逐級(jí)引射抽提氯化鉀和磷酸液相中和反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫氣體，提高反應(yīng)速度和產(chǎn)物磷酸二氫鉀的純度；磷酸鉀銨溶液在140～170℃溫度下蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽全部由蒸汽引射管以20～30m/s速度引入第一級(jí)多管降膜塔形成多管降膜氣液傳質(zhì)，使氯化氫從液相進(jìn)入蒸汽相形成120～150℃含氯化氫3％～5％的混合蒸汽進(jìn)入第二級(jí)蒸汽引射多管降膜塔，抽提液相氯化氫形成90～130℃含氯化氫10％～15％的混合氣體，作為第三級(jí)多管降膜塔的引射蒸汽進(jìn)一步抽提液相氯化氫形成70～110℃含氯化氫22％～30％的水蒸汽混合氣作為濃鹽酸及精制氯化氫氣體產(chǎn)品的原料輸出；與氣相HCl濃度對(duì)應(yīng)的液相氯離子濃度，第一級(jí)低于1％、第二級(jí)5％～10％、第三級(jí)10％～15％；反應(yīng)物系溫度隨反應(yīng)進(jìn)程而上升，促進(jìn)了反應(yīng)速度和氯化氫的析出，產(chǎn)物磷酸鉀銨溶液氯離子濃度低于1％，且工藝能耗低。
文檔編號(hào)C05G1/00GK101928165SQ20091005976
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者朱德浩 申請(qǐng)人:朱德浩