專利名稱：生產(chǎn)磷酸脲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)磷酸脲的方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷酸脲是一種優(yōu)良的飼料添加劑，可作動(dòng)物飼料添加劑、青貯飼料保藏劑，為牲畜提供磷和非蛋白氮兩種營養(yǎng)元素，對(duì)提高牲畜的產(chǎn)奶量有很大效果；磷酸脲也是一種高濃度氮磷復(fù)合肥料，適于堿性土壤，對(duì)水稻，小麥、油菜等作物均有增產(chǎn)效果；磷酸脲還可作阻燃劑、金屬表面處理劑、聚磷酸銨和凈化濕法磷酸的中間體、發(fā)酵營養(yǎng)劑、清洗劑等。磷酸脲的合成工藝路線，按其原料來源可分為濕法磷酸法、熱法磷酸法和聚合磷酸法；按其工藝可分為間歇法和連續(xù)法。熱法磷酸為原料合成磷酸脲，其磷酸濃度高、雜質(zhì)少，合成工藝相對(duì)簡單，但是熱法磷酸法的生產(chǎn)成本較高，耗能多；聚合磷酸法則受到原料來源限制；濕法磷酸為原料合成磷酸脲，其酸濃度低，雜質(zhì)含量高，需對(duì)酸進(jìn)行凈化和濃縮， 工藝過程較熱法磷酸法復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量也較差，但是濕法磷酸具有生產(chǎn)裝置投資低，能耗少、生產(chǎn)成本低，裝置易大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前世界各國節(jié)約能源、減少碳排放量的要求下，濕法磷酸替代熱法磷酸成為必然趨勢(shì)。因此，如何優(yōu)化濕法生產(chǎn)磷酸脲的工藝也成為本領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。對(duì)于濕法生產(chǎn)磷酸脲的工藝的優(yōu)化也有相關(guān)報(bào)道，如申請(qǐng)?zhí)枮?00810068832. 1 的中國專利申請(qǐng)公開了一種以濕法磷酸為原料生產(chǎn)磷酸脲的方法，其使用濕法H3PO4為原料，通過一次結(jié)晶和分離，實(shí)現(xiàn)磷酸脲產(chǎn)品的制取。又如申請(qǐng)?zhí)枮?0081016^68. 9的中國專利申請(qǐng)公開了一種使用濃度為30%的磷酸通過一次結(jié)晶制取磷酸脲的方法。但是，上述兩種方法均存在產(chǎn)品中的磷、氮總回收率低，工業(yè)化生產(chǎn)不能連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)投料制取產(chǎn)品的缺點(diǎn)，其生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)成本更低的生產(chǎn)磷酸脲的方法。本發(fā)明生產(chǎn)磷酸脲的方法包括如下步驟a、混合酸溶液制備磷酸溶液中加入硫酸得到混合酸溶液，混合酸溶液中的氫離子濃度為11 17mol/L，混合酸溶液中的磷酸濃度以P2O5計(jì)為45 57wt% ；b、料漿制備混合酸溶液加熱至75 95°C，然后加入反應(yīng)量的尿素，攪拌，使其反應(yīng)，制得料漿；C、一次冷卻結(jié)晶料漿冷卻至45 65°C，得到含有結(jié)晶的溶液，過濾得到結(jié)晶和濾液，所得結(jié)晶進(jìn)行干燥，得到磷酸脲；d、二次冷卻結(jié)晶c步驟所得濾液冷卻至20 25°C，分離上層清液，得到下層稠液，下層稠液與b步驟中所得的料漿混合，然后按c步驟操作。其中，上述a步驟所述的混合酸液優(yōu)選由下述方法制得以P2O5計(jì)為50 58wt% 的磷酸溶液中加入適量濃度為93 98wt%的硫酸，混勻，即得混合酸液。
其中，上述b步驟中攪拌的速度優(yōu)選為3. 0 3. 5m/s。其中，上述b步驟加入的尿素與混合酸液中的H3PO4的摩爾比優(yōu)選為1. 0 1. 05 1。其中，上述c步驟中優(yōu)選采用溫度< 35°C的工業(yè)循環(huán)水或常溫的自來水進(jìn)行冷卻。其中，上述c步驟優(yōu)選采用離心、過濾法分離得到結(jié)晶和濾液。其中，上述d步驟中優(yōu)選采用溫度為8 10°C的冷凍水進(jìn)行冷卻。其中，上述C、d步驟優(yōu)選采用夾套式的冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻。其中，上述d步驟中所得上層清液優(yōu)選用于生產(chǎn)肥料，如用于生產(chǎn)磷酸銨。本發(fā)明具有如下有益效果(1)、本發(fā)明通過在濃縮濕法磷酸中加入了適量的硫酸，提高了酸液的氫離子濃度，促進(jìn)了磷酸脲晶體的結(jié)晶析出比例，可以將磷的收率提高到85%以上，從而降低了磷酸脲的生產(chǎn)成本。O)、本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)原料連續(xù)投料、反應(yīng)、結(jié)晶、離心、烘干，提高了生產(chǎn)效率。(3)、本發(fā)明方法采用了二次結(jié)晶，在低溫條件下獲得了最大的磷酸脲析出率。一次結(jié)晶采用工業(yè)循環(huán)水冷卻，從而減少了能耗，降低了冷卻成本。相比真空結(jié)晶分離等方式，其生產(chǎn)成本明顯更低。(4)本發(fā)明采用了稠厚分離二次結(jié)晶，將低溫和含有細(xì)小的二次結(jié)晶的料漿通過返回一次結(jié)晶槽，避開了低溫條件下二次結(jié)晶因粘度增大不利于分離的不利因素，二次結(jié)晶的料漿可以為新鮮料漿降溫并起到引入晶核的作用，加快了結(jié)晶速度。(5)本發(fā)明方法不需要加入活化劑、懸浮劑等，工藝更簡單，成本更低。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明生產(chǎn)磷酸脲的方法包括如下步驟a、混合酸溶液制備磷酸溶液中加入硫酸得到混合酸溶液，混合酸溶液中的氫離子濃度為11 17mol/L，混合酸溶液中的磷酸濃度以P2O5計(jì)為45 57wt% ；b、料漿制備混合酸溶液加熱至75 95°C，然后加入反應(yīng)量的尿素，攪拌(一般情況下，攪拌30 90min即可反應(yīng)完全)，使其反應(yīng)，制得料漿；混合酸溶液加熱溫度過低時(shí)，由于尿素溶解吸熱，料漿溫度將過一步下降，料漿粘度大或無法溶解加入的尿素，同時(shí)生成的磷酸脲結(jié)晶將在該溫度附近析出，而溫度過高時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致尿素分解速度加快，使產(chǎn)品中生成部分磷酸一銨，從而影響產(chǎn)品純度，同時(shí)還會(huì)降低尿素的收率。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究，確定混合酸溶液加熱至75 95°C時(shí)，加入尿素較為合適。C、一次冷卻結(jié)晶料漿冷卻至45 65°C，得到含有結(jié)晶的溶液，過濾得到結(jié)晶和濾液，所得結(jié)晶進(jìn)行干燥(可以采用常規(guī)方法進(jìn)行干燥)，得到磷酸脲；
d、二次冷卻結(jié)晶c步驟所得濾液冷卻至20 25°C，分離上層清液，得到下層稠液，下層稠液與b步驟中所得的料漿混合，然后按c步驟操作。其中，上述a步驟中的磷酸溶液中加入硫酸可以提高酸液的氫離子濃度，有利于提高磷酸脲晶體的結(jié)晶析出率，從而提高P、N回收率。上述a步驟所述的混合酸液優(yōu)選由下述方法制得以P2O5計(jì)為50 58wt%的磷酸溶液中加入適量濃度為93 98wt%的硫酸，混勻，即得混合酸液。其中，上述b步驟中攪拌的速度優(yōu)選為3. 0-3. 5m/s。其中，上述b步驟加入的尿素與混合酸液中的H3PO4的摩爾比優(yōu)選為1. 0 1. 05 1。其中，上述c步驟中優(yōu)選采用溫度< 35°C的工業(yè)循環(huán)水或常溫的自來水進(jìn)行冷卻。采用工業(yè)循環(huán)水或常溫的自來水冷卻，可以減少能耗，降低冷卻成本。其中，上述c步驟優(yōu)選采用離心、過濾法分離得到結(jié)晶和濾液。其中，上述d步驟中優(yōu)選采用溫度為8 10°C的冷凍水進(jìn)行冷卻。其中，上述C、d步驟可以采用常規(guī)的冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻，優(yōu)選采用夾套式的冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻。其中，為了充分利用資源，上述d步驟中所得上層清液優(yōu)選用于生產(chǎn)肥料，如用于生產(chǎn)磷酸銨。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1采用本發(fā)明方法生產(chǎn)磷酸脲所用的原料磷酸的指標(biāo)如表1所示。表1原料磷酸的指標(biāo)
按 / P2O5 %SO3 %F%Mg%As%Pb%外觀比重50. 101. 320. 342. 30.00300. 0004棕黃色液偽1. 61按以下步驟進(jìn)行生產(chǎn)(1)原料磷酸中加入硫酸、升溫和反應(yīng)來自濕法系統(tǒng)的磷酸，溫度72°C，通過磷酸流量計(jì)以1. 45m3/h的流量進(jìn)入配酸槽與來自硫酸貯槽的硫酸(硫酸濃度98wt% )經(jīng)硫酸計(jì)量后按0. 087m3/h的流量進(jìn)行配酸， 攪拌混合用泵送入換熱器進(jìn)行循環(huán)加熱，加熱介質(zhì)為低壓蒸汽，壓力為0. 2-0. 6MPa，混合酸液加熱到75 80°C，開啟循環(huán)泵出口閥門連續(xù)向反應(yīng)槽內(nèi)供酸，流量為1. 48m3/h,同時(shí)通過尿素貯斗向反應(yīng)槽內(nèi)加入經(jīng)計(jì)量的尿素，其用量為1.05t/h，在攪拌速度為3m/s的速度下物料平均反應(yīng)停留時(shí)間為40min。開啟蒸汽對(duì)反應(yīng)槽內(nèi)的反應(yīng)料漿進(jìn)行保溫，保證其反應(yīng)溫度在75 82°C。(2) 一次結(jié)晶反應(yīng)料漿經(jīng)反應(yīng)槽溢流口連續(xù)溢流進(jìn)入一次結(jié)晶槽，采用夾套式冷卻的方式冷卻析出結(jié)晶。冷卻水進(jìn)口溫度為30 35°C，出口溫度為35 40°C，在循環(huán)水的冷卻作下，料漿降至溫度53 56°C。其固含量為55 65%。(3)產(chǎn)品離心和烘干。
含有晶體的一次結(jié)晶料漿連續(xù)放料進(jìn)入活塞式推料離心機(jī)進(jìn)行分離，分離出的物料連續(xù)卸料進(jìn)入沸騰流化床與熱空氣進(jìn)行熱交換，流化床進(jìn)口空氣溫度為80 85°C，出口溫度為陽 60°C，烘干產(chǎn)品的水分含量為0. 4 0. 8% ；含有細(xì)結(jié)晶的尾氣經(jīng)布袋收塵器后空氣排空，收塵產(chǎn)品通過皮運(yùn)機(jī)進(jìn)入包裝工序。物料包裝后，堆碼入庫制得產(chǎn)品。(4) 二次結(jié)晶和分離一次結(jié)晶料漿離心的濾液進(jìn)入地下收集槽，經(jīng)泵送入二次結(jié)晶槽，濾液溫度50 ^°C，采用夾套式冷卻方式進(jìn)行冷卻和結(jié)晶，攪拌速度為3m/s。冷卻介質(zhì)來自于凍水機(jī)， 冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度為8 10°C，出口溫度為13 15°C，下層稠液進(jìn)入結(jié)晶稠厚器，溫度為 200C，上層清液進(jìn)入肥料級(jí)磷酸銨車間。下層稠液經(jīng)稠厚后，下層稠漿中磷酸脲結(jié)晶體含固量達(dá)到55 60%，通過泵送返回一次結(jié)晶槽，與反應(yīng)槽新鮮料漿在一次結(jié)晶槽內(nèi)混合。經(jīng)檢測(cè)，磷酸脲磷收率為86%，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)如表2所示，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于NY/T917-2004。表2磷酸脲產(chǎn)品指標(biāo)
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于包括如下步驟a、混合酸溶液制備磷酸溶液中加入硫酸得到混合酸溶液，混合酸溶液中的氫離子濃度為11 17mol/L，混合酸溶液中的磷酸濃度以P2O5計(jì)為45 57wt% ；b、料漿制備混合酸溶液加熱至75 95°C，然后加入反應(yīng)量的尿素，攪拌，使其反應(yīng)， 制得料漿；C、一次冷卻結(jié)晶料漿冷卻至45 65°C，得到含有結(jié)晶的溶液，過濾得到結(jié)晶和濾液， 所得結(jié)晶進(jìn)行干燥，得到磷酸脲；d、二次冷卻結(jié)晶c步驟所得濾液冷卻至20 25°C，分離上層清液，得到下層稠液，下層稠液與b步驟中所得的料漿混合，然后按c步驟操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于a步驟所述的混合酸液由下述方法制得以P2O5計(jì)為50 58wt %的磷酸溶液中加入濃度為93 98wt %的硫酸，混勻， 即得混合酸液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于b步驟中攪拌的速度為 3 5m/ s ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于b步驟加入的尿素與混合酸液中的H3PO4的摩爾比為1. 0 1. 10 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于c步驟中采用溫度< 35°C的工業(yè)循環(huán)水或常溫的自來水進(jìn)行冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于c步驟采用離心、過濾法分離得到結(jié)晶和濾液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于d步驟中采用溫度為8 10°C的冷凍水進(jìn)行冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于c、d步驟采用夾套式的冷卻設(shè)備進(jìn)行冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)磷酸脲的方法，其特征在于d步驟中所得上層清液用于生產(chǎn)肥料。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)磷酸脲的方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供了一種生產(chǎn)成本更低的生產(chǎn)磷酸脲方法。本發(fā)明生產(chǎn)磷酸脲的方法包括如下步驟a、混合酸溶液制備磷酸溶液中加入硫酸得到混合酸溶液；b、料漿制備混合酸溶液加熱至75～95℃，然后加入反應(yīng)量的尿素，攪拌，使其反應(yīng)，制得料漿；c、一次冷卻結(jié)晶料漿冷卻至45～65℃，得到含有結(jié)晶的溶液，過濾得到結(jié)晶和濾液，所得結(jié)晶進(jìn)行干燥，得到磷酸脲；d、二次冷卻結(jié)晶c步驟所得濾液冷卻至20～25℃，分離上層清液，得到下層稠液，下層稠液與b步驟中所得的料漿混合，然后按c步驟操作。
文檔編號(hào)C07C275/02GK102391155SQ201110328008
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者曾春華, 李進(jìn), 李順方, 王佳才, 石建華, 鄒建, 馬永強(qiáng) 申請(qǐng)人:貴州川恒化工有限責(zé)任公司