使用過濾后的磷酸的磷酸制備石膏過濾絮凝劑的預稀釋(濃度降低)的制作方法
【專利摘要】描述了用于使添加到磷酸制備工藝中的水最小化的方法。所述方法使用磷酸稀釋絮凝劑，該絮凝劑被添加至該工藝中以促進粗磷酸的過濾或澄清。優(yōu)選地，所述磷酸為從磷酸制備工藝本身回收的粗的、澄清的磷酸。
【專利說明】使用過濾后的磷酸的磷酸制備石膏過濾絮凝劑的預稀釋(濃度降低)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于濕法制備磷酸及為此的添加劑的【技術(shù)領域】，并且特別是本發(fā)明是一種使用粗磷酸濾液作為稀釋劑降低(make down)添加劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常通過使用回收磷酸的漿料中的濃硫酸消化磷酸鹽巖來制備磷酸。該反應還生成固體石膏(CaSO4)顆粒,通常通過過濾來移除(remove)這些顆粒。在隨后的步驟中使磷酸澄清，并通過熱蒸發(fā)從粗濾液中驅(qū)除超過一半的水，將磷酸濃縮。
[0003]將絮凝劑添加至粗磷酸石膏漿料中以增加顆粒尺寸，這提高了沉淀和過濾速率。用于上述這種應用的傳統(tǒng)絮凝劑以液體濃縮物或干燥粉末的形式供給。傳統(tǒng)粉末的溶解動力學和液體濃縮物的乳液轉(zhuǎn)相動力學(emulsion inversion kinetics)阻礙它們直接進料到粗衆(zhòng)料(crude slurry)中。粗磷酸石膏衆(zhòng)料在絮凝劑供給點之后幾十秒至幾分鐘達到過濾階段，而乳液和粉末需要幾十分鐘至幾個小時來溶解或轉(zhuǎn)相。因此，用水稀釋濃縮物或粉末絮凝劑以在現(xiàn)場產(chǎn)生工作溶液(通常包含0.5%?1%的濃縮物)，隨后將該工作溶液供給至工藝流中。傳統(tǒng)的絮凝劑稀釋系統(tǒng)由混合罐構(gòu)成，將濃縮物或粉末與水添加到該混合罐中。在充分混合后將稀釋的絮凝劑轉(zhuǎn)移到儲存罐，從該儲存罐將稀釋的溶液供給到工藝中。傳統(tǒng)稀釋的絮凝劑溶液的使用占據(jù)粗磷酸漿料中存在的水的總體積的約0.5%至1%。典型的磷酸制備設備每年將使用500?1000萬加侖的水以用于稀釋絮凝劑。在添加之后，必須在隨后的加工階段中，通過需要使用大量熱能的熱蒸發(fā)來將這些水移除。
[0004]高分子構(gòu)象受溶液組成的影響非常大。Turro和Arora(J.Phys.Chem.B, Vol.109N0.44，2005, 20714-20718)提到丙烯酸聚合物在低pH下緊密卷繞，但提高pH值使羧酸基團離子化并且導致聚合物的拉伸或溶脹。類似于聚合物與懸浮顆粒的表面的結(jié)合傾向，聚合物構(gòu)象對溶解 的離子的存在的敏感性是眾所周知的。因此，為了確保聚合物處于可預測并且優(yōu)化的構(gòu)象，使用原水來稀釋傳統(tǒng)的聚合物絮凝劑，而不是使用包含相對高水平的溶解固體和懸浮顆粒的低PH工藝水。
[0005]Symens等人的美國專利第4，263，148號公開了一種用于從磷酸的含水溶液中移除膠體和非膠體腐殖質(zhì)的方法。該方法包括用絮凝劑處理磷酸的步驟。該公開內(nèi)容要求在用磷酸將絮凝劑進一步稀釋至約0.05%并且隨后添加到磷酸制備工藝中之前，首先用水將絮凝劑稀釋至0.1%?0.5%的濃度。
[0006]與傳統(tǒng)絮凝劑相比，可以將快速轉(zhuǎn)相的絮凝劑乳液(例如Nalco Pol-EZ)直接添加到粗磷酸漿料中而不需要稀釋。這些產(chǎn)品提供了消除傳統(tǒng)的絮凝劑稀釋水以及還與傳統(tǒng)絮凝劑相關(guān)的復雜昂貴的進料系統(tǒng)的優(yōu)勢。在一些情況下，例如當所需的進料點太靠近過濾器的漿料排出口時，時間上不足以允許這些乳液在工藝中經(jīng)歷優(yōu)化的聚合物構(gòu)象的快速轉(zhuǎn)相和采用。結(jié)果，當乳液與石膏表面結(jié)合時該乳液可能不能完全轉(zhuǎn)相或者聚合物可能陷入了不良的預成型構(gòu)象中。這導致低于最優(yōu)的絮凝劑性能。[0007]因此，有必要對絮凝劑向磷酸制備工藝的添加進行優(yōu)化。理想的是，絮凝劑的添加使得引入到磷酸制備工藝中的水最少化。更理想的是，通過將絮凝劑與從磷酸制備工藝回收的澄清的磷酸混合來將絮凝劑添加到磷酸制備工藝中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及將有效量的絮凝劑添加到磷酸制備工藝中的方法。該方法包括以下步驟:提供磷酸；將有效量的絮凝劑直接注入到磷酸中；使有效量的絮凝劑與磷酸混合，這產(chǎn)生了絮凝劑-酸物質(zhì)；以及將絮凝劑-酸物質(zhì)引入到磷酸制備工藝中。
[0009]本發(fā)明還涉及改進磷酸制備工藝中的固體分離性能的方法。該方法包括以下步驟:提供磷酸；將有效量的絮凝劑直接引入到磷酸中；使有效量的絮凝劑與磷酸混合，這產(chǎn)生了絮凝劑-酸物質(zhì)；以及將絮凝劑-酸物質(zhì)添加到磷酸制備工藝中。
[0010]通過在稀釋絮凝劑時替換成磷酸，本發(fā)明使得磷酸制備工藝中額外水的引入最少化。結(jié)合所附的權(quán)利要求書由下面的詳細描述本發(fā)明的這些和其它的特征和優(yōu)點將顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在仔細研究以下詳細描述和附圖后，本發(fā)明的好處和優(yōu)點對于相關(guān)領域的普通技術(shù)人員將變得更加顯而易見，其中:
[0012]圖1是示出對于采用化合物A作為絮凝劑的實驗的實驗結(jié)果的曲線圖；
[0013]圖2是示出對于采用化合物B作為絮凝劑的實驗的實驗結(jié)果的曲線圖；
[0014]圖3是示出對于采用化合物C和`化合物D作為絮凝劑的實驗的實驗結(jié)果的曲線圖；
[0015]圖4是示出對于采用在兩個濃度下的化合物E作為絮凝劑的實驗的實驗結(jié)果的曲線圖。
【具體實施方式】
[0016]定義:
[0017]出于本專利申請的目的，以下術(shù)語具有下面提出的定義:
[0018]“澄清操作(clarification operation) ” 是降低液體的混池(cloudiness)水平的化學方法的任何單元操作(一次或多次)。
[0019]“澄清的粗磷酸(clarified crude phosphoric acid) ”是不具有最終產(chǎn)品通常具有的品質(zhì)、但通過澄清操作處理過的任何經(jīng)過濾的磷酸(即不是消化漿料)。
[0020]“澄清的磷酸(clarified phosphoric acid) ”是通過澄清操作處理過的任何磷酸，其可包括具有最終產(chǎn)品通常具有的品質(zhì)的磷酸。
[0021]“粗磷酸(crude phosphoric acid) ”是不具有最終產(chǎn)品通常具有的品質(zhì)的任何經(jīng)過濾的磷酸(即不是消化漿料)。
[0022]“消化衆(zhòng)料(digestion slurry) ”是用硫酸消化磷酸鹽巖的產(chǎn)物(中間產(chǎn)物或其它)。典型的消化漿料包含處于強酸性溶液中的固體。
[0023]“直接(directly) ”用于描述將第一物質(zhì)添加至第二物質(zhì)而不用水稀釋第一物質(zhì)。在將絮凝劑添加至磷酸消化漿料之前通常用原水稀釋(濃度降低)絮凝劑。術(shù)語“直接”用于描述不用原水稀釋的上述這樣的添加。
[0024]“有效量(effective amount) ”是指當與未處理的對照樣品相比時有助于所需性能的任何添加劑的任何劑量。
[0025]“最終產(chǎn)品(final product) ”描述了具有使得可將物質(zhì)或物品從制備設備運走的品質(zhì)的物質(zhì)或物品。有關(guān)磷酸的最終產(chǎn)品是已經(jīng)被加工至通過磷酸制備工藝通常制備的濃度和澄清度規(guī)格并且可運到另外位置用于進一步濃縮的磷酸。
[0026]“絮凝劑(flocculant) ”是通過與一些小顆粒的表面結(jié)合以產(chǎn)生較大顆粒而有助于液體的過濾或澄清的化學物質(zhì)。
[0027]“絮凝劑-酸物質(zhì)(flocculant-acid substance) ”是包含磷酸和絮凝劑的物質(zhì)。
[0028]“在管線中摻混(inline blending) ”是不使用單獨的容器而混合多種物質(zhì)的方法。
[0029]“稀釋(濃度降低，make down) ”是通常用于描述在將絮凝劑添加到物質(zhì)中之前，為了制備迅速活性的絮凝劑工作溶液的絮凝劑稀釋的術(shù)語。
[0030]“混合容器(mixing vessel) ”是能夠保留和摻混一種物質(zhì)或多種物質(zhì)的任何物品。混合容器可以是配有攪拌器的罐、具有再循環(huán)回路的罐、或能夠保留和摻混一種物質(zhì)或多種物質(zhì)的任何其它物品。
[0031]“磷酸制備工藝(phosphoric acid production process) ”是用于制備磷酸的回路或回路系列。憐酸制備工藝可制備粗憐酸、具有最終廣品通常具有的品質(zhì)的憐酸、或任何其它等級或品質(zhì)的磷酸。典 型的磷酸制備工藝包括制備或濃縮磷酸的幾個相互連接的回路。
[0032]“固體分離操作(solid separation operation) ”是從流體分離固體物質(zhì)的任何過程。
[0033]“7jC”和“原水(raw water) ”可以互換使用來描述基本上不包含磷酸的水。
[0034]雖然本發(fā)明對于各種形式的實施方式是可接受的，但是伴隨著認為本公開是本發(fā)明的例示的理解在下文中描述了目前優(yōu)選的實施方式，并非旨在將本發(fā)明限制于所示的特定實施方式。
[0035]還應該理解本說明書的本節(jié)的標題即“【具體實施方式】”涉及美國專利局的要求，但并不意味著也不應推斷為限制本文公開的主題。
[0036]本發(fā)明涉及使用澄清或未澄清的粗磷酸用作石膏絮凝劑(gypsum flocculants)的稀釋液。本發(fā)明的絮凝劑可以是傳統(tǒng)的濃縮乳液或干燥的聚合物產(chǎn)品，或者它們可以是快速轉(zhuǎn)相的聚合物乳液。在傳統(tǒng)絮凝劑的情況下，使用粗磷酸濾液代替原水作為稀釋劑稀釋材料。在快速轉(zhuǎn)相的聚合物乳液的情況下，絮凝劑與粗磷酸在管線中摻混可用來在引入到石膏漿料中之前，向乳液轉(zhuǎn)相以及對于聚合物采取優(yōu)化的構(gòu)象提供必要的時間。在任意情況下，在粗磷酸中的稀釋絮凝劑消除了向磷酸制備回路中添加原水，并且允許制造商使用相同的水和能源資源制備更多數(shù)量的最終產(chǎn)品。
[0037]本發(fā)明涉及改進磷酸制備工藝中的過濾和澄清性能的方法。該方法包括以下步驟:提供磷酸；將有效量的絮凝劑直接引入到磷酸中；使有效量的絮凝劑與磷酸混合，這產(chǎn)生了絮凝劑-酸物質(zhì)；以及將絮凝劑-酸物質(zhì)添加到磷酸制備工藝中。[0038]本發(fā)明還涉及將有效量的絮凝劑添加到磷酸制備工藝中的方法。該方法包括以下步驟:從磷酸制備工藝中移除粗磷酸；將有效量的絮凝劑直接注入到粗磷酸中；使有效量的絮凝劑與粗磷酸混合，這產(chǎn)生了絮凝劑-酸物質(zhì)；以及將絮凝劑-酸物質(zhì)引入到磷酸制備工藝中。
[0039]出于本專利申請的目的，下表示出了所討論的各種化合物。
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種將有效量的絮凝劑添加到磷酸制備工藝中的方法，該方法包括以下步驟: 提供磷酸； 將有效量的絮凝劑直接注入到磷酸中； 使有效量的絮凝劑與磷酸混合以產(chǎn)生絮凝劑-酸物質(zhì)；以及 將絮凝劑-酸物質(zhì)引入到磷酸制備工藝中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中磷酸為粗磷酸，所述粗磷酸從磷酸制備工藝中移除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入步驟在至少一個固體分離操作之前發(fā)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在磷酸制備工藝的至少一個澄清操作之后移除粗磷酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過在管線中摻混實現(xiàn)混合步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過混合容器實現(xiàn)混合步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述絮凝劑由選自包括:含乙烯基的官能單體、含苯乙烯的官能單體、含環(huán)氧乙烷的官能單體、及其組合的均聚物、共聚物、三元共聚物的物質(zhì)構(gòu)成。
8.一種改進磷酸制備工藝中的固體分離性能的方法，該方法包括以下步驟: 提供磷酸； 將有效量的絮凝劑直 接引入到磷酸中； 使有效量的絮凝劑與磷酸混合，所述混合形成絮凝劑-酸物質(zhì)；以及 將絮凝劑-酸物質(zhì)添加到磷酸制備工藝中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中磷酸為粗磷酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中粗磷酸為澄清的粗磷酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中澄清的粗磷酸從磷酸制備工藝中回收。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中通過混合容器實現(xiàn)混合步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中通過在管線中摻混實現(xiàn)混合步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在磷酸制備工藝的至少一個固體分離操作之前進行添加步驟。
15.一種改進固體分離性能并且使磷酸制備工藝中額外的新鮮水的引入最少化的方法，該方法包括以下步驟: 提供磷酸； 將有效量的絮凝劑直接引入到磷酸中； 使有效量的絮凝劑與磷酸混合，所述混合形成了絮凝劑-酸物質(zhì)；以及 將絮凝劑-酸物質(zhì)添加到磷酸制備工藝中； 其中 磷酸是澄清的粗磷酸，澄清的粗磷酸從磷酸制備工藝中回收； 絮凝劑由選自包括:含乙烯基的官能單體、含苯乙烯的官能單體、含環(huán)氧乙烷的官能單體、及其組合的均聚物、共聚物、三元共聚物的物質(zhì)構(gòu)成； 通過在管線中摻混實現(xiàn)混合步驟；以及 在磷酸制備工藝的至少一個固體分離操作之前進行添加步驟。
【文檔編號】B01D21/01GK103443110SQ201280011748
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月4日
【發(fā)明者】R.V.戴維斯, W.L.莫斯, M.G.斯特羅敏格, R.倫澤羅, T.A.法戈爾, D.N.T.海 申請人:納爾科公司