Технологические схемы производства

    В промышленном масштабе существуют  разнообразные схемы производства аммофоса. Так, на основе разбавленной экстракционной фосфорной кислоты (19÷30% Р₂О₅) процесс ведут:

• с сушкой пульпы в распылительной сушилке и с последующей грануляцией порошковидного аммофоса;
• с упаркой аммонизированной пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и с грануляцией и сушкой продукта в аппарате БГС;
• с сушкой пульпы и грануляцией аммофоса в распылительной с кипящим слоем сушилке-грануляторе (РКСГ).

    На  основе концентрированной (упаренной) фосфорной кислоты (до 54% Р₂О₅) процесс ведут:

• с грануляцией и сушкой продукта в аммонизаторе-грануляторе (АГ);
• с самоиспарением (за счет тепла химической реакции) нейтрализованной под давлением пульпы с грануляцией и сушкой аммофоса в барабанном грануляторе сушилке-холодильнике(БГСХ).

    Схемы производства аммофоса делятся на ретурные и безретурные. В ретурных схемах отношение ретура и готового продукта не менее 4, в безретурных (малоретурных) — не более единицы.

    В настоящее время фосфаты аммония  производят несколькими способами, которые отличаются между собой условиями нейтрализации кислоты и процессом кристаллизации готового продукта. 

    Схема с кристаллизацией  в вакуум-кристализационной  установке

    При использовании термической фосфорной кислоты процесс может быть осуществлен по сатураторной схеме и по схеме с кристаллизацией в вакуум-кристаллизационной установке.

    Схема производства аммофоса приведена на рис. 3. Упаренная фосфорная кислота (36÷40% Р₂О₅) дозируется в первый реактор-сатуратор 1. Отсюда частично нейтрализованная кислота последовательно перетекает во второй и третий реакторы, снабженные мешалками и установленные каскадно, что обеспечивает свободное переливание аммофосной пульпы из одного аппарата в другой. В первый и второй реакторы аммиак вводится в таком количестве, которое позволяет нейтрализовать фосфорную кислоту на 80%; количество аммиака, подаваемого в последний реактор, обеспечивает образование 10÷20% диаммоний-фосфата, лучше растворимого, чем моноаммонийфосфат. Величина рН в последнем реакторе поддерживается в пределах 4÷5,5, благодаря чему не происходит чрезмерное загустевание пульпы. В процессе нейтрализации выделяется тепло, вследствие чего пульпа нагревается до 115÷120°С и испаряется значительное количество воды. Часть воды связывается в виде осаждающихся кристаллогидратов (сульфата кальция СаSO₄-2Н₂O, фосфатов железа FеРO₄-2Н₂O и др.).

     Из последнего реактора пульпа поступает  в промежуточную емкость 2, откуда насосом подается в горизонтальный двухвальный смеситель-гранулятор 3 (рис.4). Здесь пульпа смешивается с ретуром, количество которого более чем в 4 раза превышает количество готового продукта. Одновременно со смешением происходит гранулирование продукта. При этом содержание влаги в смеси поддерживается в пределах 9÷11%. Из гранулятора влажный материал поступает во вращающуюся барабанную сушилку 4, откуда элеватором 5 подается на двухситный грохот 6 для рассева на фракции. Крупная фракция (размер частиц более 4 мм) направляется в дробилку 7, откуда в качестве ретура возвращается на смешение с аммофосной пульпой. Мелкая фракция (частицы менее 1мм) также используется как ретур. Средняя фракция (1÷4мм) после охлаждения в барабане 8 направляется на склад для расфасовки и упаковки.

    Для улавливания из отходящих газов  вредных примесей предусмотрена  очистка газов после сатураторов  - от фтора и аммиака, а после барабанной сушилки и другого оборудования - от фтора, аммиака и пыли[3]. 

    Схема с распылительной сушилкой

    Данная  схема представлена на рис.5. Нейтрализация экстракционной фосфорной кислоты (25÷30% Р₂О₅) аммиаком производится в двух или трех каскадно расположенных аппаратах. Жидкий аммиак подается во все сатураторы и распределяется с помощью барботеров. В первом аппарате нейтрализация проводится до рН = 3,5, в последнем до рН не выше 5,5. Снижение рН пульпы в первом сатураторе и повышение рН в последнем реакторе нежелательно, так как в первом случае увеличивается содержание неусвояемой Р₂О₅ в аммофосе, а во втором — возрастают потери аммиака при сушке пульпы в распылительной сушилке. Возможны и другие варианты схемы сатурации. Количество сатураторов может быть сокращено до одного при соответствующем объеме аппарата. В этом случае рН пульпы сразу доводится до требуемого предела. Наиболее распространена схема с двумя последовательно работающими сатураторами, позволяющая точнее поддерживать заданный технологический режим.

    Процесс нейтрализации проводится при 105÷110 С в течение 2 ч, заданный рН пульпы поддерживается автоматически. Полученная пульпа состоит в основном из моноаммонийфосфата с примесью сульфата аммония, фосфатов железа и алюминия, кремнефторида аммония и др. Содержание влаги составляет 40÷42%. Из последнего сатуратора пульпа поступает в промежуточный сборник 10, снабженный мешалкой, откуда перекачивается в напорную емкость и далее через щелевой расходомер подается на распыливающий диск сушилки 2. В распылительную сушилку (рис.6) подается примерно 90% общего количества пульпы, остальные 10% используются в шнеке-грануляторе 5 при гранулировании порошкообразного аммофоса. Попадая на диск, вращающийся со скоростью 8000÷9000мин^-1, пульпа распыливается на мельчайшие капельки, которые высушиваются топочными газами, имеющими температуру 600÷700°С. При соприкосновении с горячими топочными газами частицы пульпы мгновенно высыхают и падают на днище сушилки, откуда скребковым механизмом через «мигалку» направляются в шнек 3 или на ленту конвейера[3]. 

   Схема с упаркой пульпы в выпарных аппаратах  и с грануляцией  в аппаратах БГС

    Технологическая схема производства аммофоса с упаркой  аммофосной пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и с грануляцией в аппарате БГС (рис.7) является в настоящее время наиболее эффективной. Это объясняется освоенностью схемы в промышленности, большой удельной производительностью аппарата БГС (рис.8), малой ретурностью (до 1). Кроме того, по этой схеме можно перерабатывать низкоконцентрированную экстракционную фосфорную кислоту (19÷21% Р₂О₅) из фосфоритов Каратау.

    Фосфорную кислоту предварительно обесфторивают  путем осаждения кремнефторида  натрия. Использование в производстве аммофоса обесфторенной (0,5% F) фосфорной кислоты улучшает качество аммофоса и упрощает очистку отходящих газов.

    Обесфторенная экстракционная фосфорная кислота концентрацией 19÷21% Р₂О₅ нейтрализуется газообразным аммиаком: до рН=4,7÷5,2 в аппарате САИ — скоростном аммонизаторе - испарителе 1. Время пребывания пульпы в аппарате 2÷6 мин. В процессе нейтрализации температура пульпы повышается до 100÷105°С и часть воды, введенной с экстракционной фосфорной кислотой, испаряется.

    Из  аппарата САИ аммофосная пульпа через  сборник 2 поступает в выпарную установку 6, где она упаривается от 58÷78% до 23÷38% влажности. Выпарная установка состоит из трех корпусов и доупаривателя и имеет общую поверхность 880м². В греющие камеры доупаривателя и корпуса III подают свежий пар давлением 0,3÷0,6МПа, в греющих камерах II и I корпусов используют соковый пар. Конденсат сокового пара собирается в сборнике и затем его используют для промывки фосфогипса в цехе ЭФК, для испарения жидкого аммиака и т. д. Чтобы  снизить вязкость упаренной пульпы, в доупаривателе поддерживают температуру 116÷119 °С и давление 213÷223кПа. 

     Упаренная пульпа собирается в сборнике 8 с мешалкой и обогревом, откуда направляется в аппарат БГС 12 на грануляцию и сушку. Сушка осуществляется топочными газами приз температуре на входе 600÷650°С и на выходе 90÷100°С. Температура гранулированного продукта 80÷85°С, остаточная влажность 0,5÷1,0%.

    Сухой продукт сортируют на двухситном грохоте 15. Крупные частицы измельчают в дробилке 16 и вместе с мелкой фракцией в качестве ретура возвращают в аппарат БГС, а товарную фракцию аммофоса (1÷4мм) охлаждают воздухом в аппарате «КС» 19 до 40÷45°С и направляют на склад. Разработан вариант аппарата БГС, в котором осуществляется также и охлаждение гранул (БГСХ).

    Отходящие газы из аппаратов САИ и БГС  проходят двухступенчатую очистку  от фтора и аммиака в абсорберах с плавающей насадкой (АПН) и в полой башне. Аппарат АПН орошается обесфторенной фосфорной кислотой, которая, пройдя систему абсорбции, возвращается на нейтрализацию в САИ. Вторая ступень абсорбции фтора орошается 0,5÷2%-ным раствором известкового молока или водой. Газы из аппарата «КС» и БГС (перед мокрой очисткой) проходят влажную очистку от пыли в промывателях 21[3].

    Таблица 5

    Показатели  технологического режима производства аммофоса с использованием аппарата БГС и упаркой пульпы

    Показатели технологического режима приведены в табл. 3[1]. На некоторых установках вместо упарки в вакуум-выпарном аппарате используют барботажную упарку пульпы. 

   Производство  аммофоса по схеме  с аппаратом РКСГ (распылительная сушилка-гранулятор кипящего слоя)

    Грануляция пульпы осуществляется в рассматриваемой схеме в кипящем слое (рис.9) [4].

    Фосфорную кислоту концентрацией 20-21% Р₂О₅ нейтрализуют аммиаком в аппарате САИ до мольного отношения NН₃:Н₃РО₄=1,0-1,1. Температура пульпы в процессе нейтрализации за счет теплоты химической реакции достигает 110÷115°С. Полученную пульпу при помощи насоса подают в зону повышенной температуры аппарата РКСГ (рис.10), где она диспергируется газовым потоком теплоносителя, истекающим из сопла со скоростью до 160 м/с; теплоноситель поступает в эту зону из топки при 600÷700°С. Диспергированная пульпа подсушивается в зоне кипящего слоя аппарата РКСГ, куда от второй топки подают теплоноситель при 180÷200°С. В верхнюю часть кипящего слоя при помощи инжектора вдувают пылевидный аммофос из циклонов.

     Из кипящего слоя сушилки продукт выводят на охлаждение в холодильник КС. Охлажденный продукт подают на односитный грохот для отсева крупной фракции 4мм, которую направляют на дробление, а измельченный материал возвращают в холодильник КС. Товарную фракцию после грохота направляют на склад. Ее выход из аппарата РКСГ составляет 85÷95%.

    Отработанные газы перед выбросом в атмосферу проходят систему сухой и мокрой очистки. Абсорбционную жидкость возвращают на стадию нейтрализации фосфорной кислоты.

    Показатели процесса определяются режимом работы аппарата РКСГ. 

   Производство  фосфатов аммония  по схеме с аппаратом  АГ (аммонизатор-гранулятор)

    Схема, представленная на рис.11 позволяет достигнуть наибольшей единичной мощности системы[4].

    Упаренную фосфорную кислоту (52% Р₂О₅) подают из хранилища в каскадно расположенные нейтрализаторы емкостного типа, оборудованные трехъярусными турбинными мешалками. Одновременно в нейтрализаторы поступают стоки от систем абсорбции, в результате чего концентрация фосфорной кислоты снижается до 47÷48% Р₂О₅, разбавление необходимо для обеспечения текучести пульпы. Фосфорную кислоту нейтрализуют газообразным аммиаком до мольного отношения NН₃:Н₃РО₄=0,7. Полученная в нейтрализаторах пульпа самотеком поступает в аммонизатор-гранулятор (рис.12), где доаммонизируется жидким аммиаком до NН₃:Н₃РО₄=1,0÷1,05. Здесь же происходит смешение пульпы с ретуром и укрупнение гранул аммофоса за счет кристаллизации на их поверхности солей, растворимость которых меняется в зависимости от рН пульпы. Влажность материала в грануляторе поддерживают в пределах 1÷2% при помощи ретура, расход которого контролируют весами и дистанционно регулируют управляемой заслонкой.

    Гранулированный продукт сушат в прямоточной барабанной сушилке дымовыми газами, получаемыми при сжигании топлива в выносной топке.

     Высушенные гранулы рассеивают на вибрационных грохотах. Мелкую фракцию в качестве ретура возвращают в аммонизатор-гранулятор. Крупную фракцию направляют в валковую дробилку; измельченный продукт возвращают в процесс вместе с мелочью.

    Товарную фракцию также частично используют в качестве ретура, остальную часть, соответствующую часовой производительности, после контрольного пересева направляют в холодильник, где охлаждают атмосферным воздухом до температуры ≤60°C. Охлажденный продукт направляют на склад, где его хранят навалом.