磷酸二氢钾的生产技术

磷酸二氢钾的生产技术

磷酸二羟基钾（kh2ro4）是白色结晶或粉末，溶于水。工业上,常用于细菌培养剂,酿造酵母培养剂,合成清酒调味剂。用于青毒素、土霉素、鸡苷、味精等生产上。农业上,由于其是不含氯的水溶性速效磷钾肥,含量高(P2O551%、K2O33%左右),盐指数低,对农作物的种子、幼苗和根部都没有灼伤的危险。其物理化学性稳定,属一致性溶解肥料,对土壤适应性强。因此可用于叶面喷洒、浸种、拌种、基肥、追肥等。无论在小麦、水稻、玉米、豆类、薯类、树类、瓜类、花生、棉花、、烟草、茶叶、蔬菜、苹果、葡萄等作物上,均可广泛应用。据农业专家测试,一般每亩合理使用250g,增产10%。农用微肥、种子包衣也都用磷酸二氢钾作原料。据估算河南省全年磷酸二氢钾的可用量为3～4万t,它的前景是广阔的。为了解决磷酸二氢钾的生产问题,1980年始我们对所有生产磷酸二氢钾的方法,全部作了研究和试验,现将其特点综述如下。1koh、po4、kco3的计算中和法生产磷酸二氢钾是用氢氧化钾或碳酸钾中和磷酸以生产磷酸二氢钾,其化学反应如下:H3PO4+KOH==KH2PO4+H2OΗ3ΡΟ4+ΚΟΗ=ΚΗ2ΡΟ4+Η2Ο2H3PO4+K2CO3==2KH2PO4+H2O+CO22Η3ΡΟ4+Κ2CΟ3=2ΚΗ2ΡΟ4+Η2Ο+CΟ2由于中和法具有工艺简单,产品质量可靠等优点,适合小批量生产。可是中和法成本过高,该法几乎不能用于生产。2磷酸二氢钾h3po4结晶法是根据H3PO4-KH2PO4-KCl-H2O系统中,在不同温度下KH2PO4在H3PO4溶液中的溶解度变化来分离制得KH2PO4。反应方程式如下:H3PO4+KCl==KH2PO4+HClΗ3ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΗCl该法生产磷酸二氢钾,经济上比中和法优越,但是(1)该法是在酸性介质高温下(170℃左右)反应,对设备的要求非常苛刻,而且极易被腐蚀,不仅一次性投资大,而且大幅度地增加成本。我们曾用1m3的反应釜作试验,1t产品未出反应釜已被腐蚀坏;(2)由于HCl的溢出,需要吸收装置,不注意会形成污染;(3)质量较差,含3%左右的氯离子和少量磷酸。3磷酸二氢钾的生产萃取法是根据不同的有机溶剂对不同的化合物具有不同的溶解度特性,将某物质从混合物中分离出来的工艺方法。萃取法生产磷酸二氢钾,是基于结晶法的基础,有机溶剂为沉淀剂,从而制得纯度较高的磷酸二氢钾的方法。由于该法使用有机溶剂价格昂贵,仍然需要考虑有机溶剂的选择及回收。由于其基于结晶法,生产也无法应用。4kh2po4法离子交换法,是利用一种阳离子或阴离子树脂,分别对H2PO−144-1离子和K离子的吸附或再生过程来合成KH2PO4。该法生产的磷酸二氢钾虽质量较高,但蒸发量太大,(1t成品需要蒸发水15m3),能耗过高,且树脂价格昂贵,一次性投资较大。生产过程中,树脂还容易中毒而全部更换,这就给生产带来麻烦和增大成本。5po4+co抗氧合合法磷酸二氢钠复分解法是将氯化钾中的钾离子与正磷酸盐的磷酸二氢根,通过复分解反应,生成磷酸二氢钾。其化学反应如下:Na2CO3+2H3PO4==2NaH2PO4+COΝa2CΟ3+2Η3ΡΟ4=2ΝaΗ2ΡΟ4+CΟ2+H2ONaH2PO4+KCl==KH2PO4+NaClΝaΗ2ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΝaCl该法的特点是:生产设备简单,反应条件平和,操作方便,没有污染,质量可靠,成本较中和法每吨下降1000元以上。按说该法已是比较理想的工艺,但仍有一定不足之处,就是副产品氯化钠价值太低,仍然影响磷酸二氢钾成本。6cl+c2+ho为寻找最理想的磷酸二氢钾生产工艺,科学工作者在几十年前就提出了用磷酸二氢铵与氯化钾进行复分解反应,生产磷酸二氢钾和氯化铵的生产方法。反应方程如下:NH4H2PO4+KCl==KH2PO4+NHΝΗ4Η2ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΝΗ4Cl或NH4HCO3(NH3)+H3PO4+KCl==KH2PO4+2NH4Cl+COΝΗ4ΗCΟ3(ΝΗ3)+Η3ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+2ΝΗ4Cl+CΟ2+H2O不难看出,该反应与2NH4HCO3+2H3PO4+2KCl=2KH2PO4+2NH4Cl+2CO2+2H2O相比,成本要低得多。按方程式及实际生产计算,0.4t纯碱(1300元/t)520元,0.6t碳铵(400元/t)240元,0.4t氯化铵(800元/t)320元,0.43t氯化钠(100元/t)43元,成本相差557元。因为NH4H2PO4+KCl==KH2PO4+NHΝΗ4Η2ΡΟ4+ΚCl=ΚΗ2ΡΟ4+ΝΗ4Cl反应进行不到底,从图象上也找不到理想的途径,因此该反应的研究进展缓慢。最早见到的是英国Albrgnt-Willon公司的成果。该法是用热法磷酸吸收氨生成磷酸二氢铵,磷酸二氢铵与氯化钾在80℃下进行复分解反应生成了磷酸二氢钾。分离产品后的母液再与CaO反应,生成磷酸二氢钙,并从残渣中回收氨与氯化钾供循环用,该法磷酸二氢钾收率较低,仅为63%。日本有田秀南等人建立了用磷酸铵和氯化钾为原料,同时制取磷酸二氢钾和氯化铵的方法,据说收率很高,有较高的价值,但未工业化生产。在研究了国内外生产方法的基础上,我们确定了以碳酸氢铵、磷酸、氯化钾生产磷酸二氢钾为主攻方向。经过4年的时间,该工艺研究成功。磷酸二氢钾收率在95%左右,副产品为以氯化铵为主的元素复合肥,磷酸二氢钾含量一次性达92%以上,并能达到98%。6.1磷酸二氢钾的制备(1)碳酸氢铵与磷酸反应生成磷酸二氢铵,控制pH在4.5以下。(2)磷酸二氢铵与氯化钾按照100∶65的比例在60～100℃下反应,反应结束后冷却至30℃以下分离出磷酸二氢钾。(3)将分离出磷酸二氢钾的母液蒸发至一定程度,冷却至30℃以下,分离出三元素复合肥。将分离三元素复合肥的母液加入第“1”步。以下循环,流程简图如下:6.2锅炉及不锈钢泵年产1000t主要设备及规格如下:锅炉1台,2t;搪瓷反应釜2台,2m3;离心机2台,1～1.2m;不锈钢离心泵1台,5.08cm;烘干设备1套。6.3技术状况和经济效益分析1废排放,生产过程污染源少①操作方便,设备简单,宜土宜洋,设备投资5万元左右即可年产500t以上。②没有三废排放,生产过程对环境没有污染。③成本低。较中和法每吨降低成本1600元左右,较结晶法、萃取法、离子交换法每吨降低成本1000元左右,较纯碱法每吨降低成本600元左右。2工资估算及成本t/a磷酸二氢钾计算,每生产1t磷酸二氢钾,其生产成本及效益如下:H3PO42300元,NH4HCO3240元,KCl840元,复合肥400元,工资80元,动燃100元,包装50元,利息50元,折旧及维修50元,管理费50元,成本小计3360元。磷酸二氢钾售价如果按5000元计算,每吨利税5000-3360=1640元,每年销售1000t,利税额为164万元左右。7磷酸二氢钾新生产工艺的优点该工艺于1990年通过省级鉴定。1991年获省科技进步三等奖。1993