磷铵复肥在磷矿中的应用

磷铵复肥在磷矿中的应用

随着我国高质量磷资源的匮乏，中低磷矿的磷酸复肥和高浓度复合肥的使用越来越受到关注。传统法生产DAP一般都采用高品位磷矿,所以以中低品位磷矿通过料浆法生产磷铵被越来越多的厂家所采用。表1列出了两种方法生产磷铵对磷矿品质、产品磷酸质量及磷酸生产控制的要求,由此也看出料浆法磷铵生产优点所在。1磷酸法的工艺设计1.1p2po5的制备无论是传统法还是料浆法生产磷铵,湿法磷酸均可以采用相同的生产工艺,不同之处在于料浆法磷铵因为对半成品磷酸的品质要求不高,而且为了获得较高的磷收率和良好的过滤效果,在萃取槽中P2O5的浓度一般控制得比较低(w(P2O5)20%～25%)。以200kt/a料浆法磷铵为例,磷酸的生产能力最终确定为P2O5120kt/a。磷酸装置采用二水法双槽单桨萃取磷酸、国产翻盘式真空过滤机过滤工艺,其流程为:来自磨矿装置的w(H2O)30%的磷矿浆和回磷酸与w(H2SO4)98%的硫酸反应,生成w(P2O5)20%～23%的磷酸料浆,经过过滤,w(P2O5)20%～23%的稀磷酸送出罐区陈化、沉降后去磷铵装置,二水石膏送至渣场堆放。磷酸装置设计控制参数及主要设备选型见表2、表3。1.2磷酸二铵质量生产因原料稀磷酸杂质含量高、黏度大,经中和浓缩后流动性差,因此采用料浆法生产磷铵时,其流程一般首先生产出w(H2O)约25%的MAP料浆(中和度约为1.12),经过二次中和生产DAP(中和度1.8)。磷酸二铵最终w(N+P2O5)达到58%,满足国标GB10205—2009中对料浆法生产磷酸二铵养分要求(一等品w(N+P2O5)≥57%)。二次中和可以在管式反应器或二次中和槽内进行。由于本装置原料氨为气氨,如果采用管式反应器作为二次中和器,则因为反应停留时间短而导致氨损失严重,二次中和度难以达到1.8。因此,本装置在二次中和槽内进行二次中和,流程见图1。2磷酸法的设计要点2.1磷酸和磷酸的质量比对根据磷铵中和料浆流动性的特点,料浆法磷铵装置一次中和的中和度n(NH3)/n(H3PO4)一般都控制在1.1～1.2,这时中和料浆中磷酸一铵和磷酸二铵的质量比约为4∶1。采用强制循环的外环流中和反应器(设计参数见表4),原料气氨采用多点加入方式加到循环泵的出口,减少加氨过程中由于剧烈反应而造成的反应器振动,反应温度维持在102～105℃,压力0.01MPa(表压),循环泵流量2300m3/h,扬程4m。2.2蒸发效率的计算中和料浆w(H2O)一般在55%左右,通过浓缩装置将其w(H2O)减少到25%。浓缩装置目前有2效、3效甚至4效流程,根据理论计算,在蒸发水量相等的条件下,由2效增加到3效,装置蒸发每千克水对新鲜蒸汽的消耗能减少约0.2kg;再由3效增加到4效,装置蒸发每千克水对新鲜蒸汽的消耗能减少约0.295kg。上述计算仅仅是在理论计算的前提下实现的蒸汽消耗减少量,考虑到流程的增加,设备表面积在增加,热损失加大;另外,循环泵的密封水的渗透也不可忽略,再加上流程的加长,装置开车的连续性大大减少,装置停车清洗损失增大。因此,本装置选用2效浓缩流程,采用“中和蒸汽二次利用”技术,将中和蒸汽与Ⅰ效蒸汽合并后作为Ⅱ效浓缩的加热蒸汽,减少了新鲜蒸汽的消耗。浓缩过程设计参数见表5。2.3磷铵料浆在dap系统中的加入根据资料文献,将出Ⅰ效的w(H2O)为25%的MAP料浆进行二次氨中和,需将中和度控制在≤1.45才方便操作,剩余的氨可在造粒机中加入,以满足产品养分要求。二次中和反应是在二次中和槽内进行的,加氨方式与传统的DAP生产预中和槽相似,气氨采用环管多点切线加入,中和槽设搅拌器,最终生成n(NH3)/n(H3PO4)为1.4～1.5的磷铵料浆,通过料浆泵送至氨化粒化器中,再补加一定数量的氨,使反应物中n(NH3)/n(H3PO4)达到1.8左右,在氨化粒化器中同时加入返料进行造粒。二次中和过程设计参数见表6。2.4效、效内蒸室的计算1)换热器换热面积根据热量平衡计算得出:Ⅰ效二次蒸汽量为6121kg/h,Ⅰ效换热器换热量为15821200kJ/h;Ⅱ效二次蒸汽量为6713kg/h,Ⅱ效换热器换热量为14027596kJ/h。Ⅰ效换热器换热系数取700W/(m2·℃),Ⅱ效换热器换热系数取850W/(m2·℃),计算如下。Ⅰ效换热器换热面积:Ⅱ效换热器换热面积:实际取两效换热面积相等为381m2(便于今后切换操作),该换热器完全满足生产要求。2)循环泵流量根据换热的设计面积,取换热管内径为ϕ32mm,计算需要换热管542根,管内流速取2.6m/s,则循环泵流量为:3)闪蒸室直径蒸发强度取700kg/(m2·h)(参考了本院以往设计项目),以换热器和闪蒸室组成的系统进行热量、物料衡算,得出闪蒸室蒸发的水量分别为8900kg/h和7500kg/h(均考虑富余15%),由此得闪蒸室直径分别为:Ⅱ效闪蒸室:[8900×1.15/(700×0.785)]1/2m=4.3m;Ⅰ效闪蒸室:[7500×1.15/(700×0.785)]1/2m=3.96m。同样为了装置便于切换操作,Ⅰ效、Ⅱ效内蒸室取相同的直径4.4m。4)根据计算得出200kt/a料浆法二次中和生产DAP装置主要设备规格,见表7。3设计及设备指