[发明专利]真空低温浓缩结晶除钙的硝酸磷肥生产方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于硝酸磷肥生产领域，特别涉及一种低温结晶除钙的方法与装置。

背景技术

硝酸磷肥生产工艺发明至今已有近百年历史，纵观众多的硝酸磷肥生产工艺，其差异主要体现在磷矿酸解液的结晶除钙方法不同，或结晶过程的节能降耗方面。

本发明涉及一种用硝酸分解磷矿石、低温浓缩结晶除钙的硝酸磷肥生产方法。硝酸分解磷矿石的主要反应为：

Ca₅F(H₃PO₄)₃+10HNO₃+aq＝5Ca(NO₃)₂+3H₃PO₄+HF+aq

由此可见，酸解液中Ca²⁺多于，若直接用氨中和得到的氮磷复合肥产品中磷全部为枸溶性的CaHPO₄。除去酸解液中的部分Ca²⁺后再用氨中和便可得到含有一定比例水溶性磷养分的氮磷复合肥产品。本方法适用于各种采用硝酸分解磷矿石制取高浓度复合肥的场合，尤其适用于拥有磷矿和煤资源的加工厂。

现有采用硝酸分解磷矿石除去酸解液中部分Ca²⁺制取不同配比的含有一定比例水溶性磷养分的二元或三元高浓度氮磷复合肥的方法，根据硝酸钙脱除率而定的硝酸浓度≥50％(wt)，酸解液最终冷冻温度在-5～5℃之间。按其酸解液脱除硝酸钙的方法主要分为间壁式间接冷冻结晶法和有冷媒的直接冷冻结晶法两类。(中国专利CN1067644A，美国专利US4569677等)间壁式间接冷冻结晶法使过滤分离了酸不溶物的酸解液预冷到尚无结晶析出的温度后进入一组程序降温、升温或程序加料、出料的间壁冷冻结晶槽，周期性地清除在换热壁面上生成的结晶以使冷冻过程得以连续进行直至达到最终冷冻温度；冷冻液经过滤分离硝酸钙结晶后送入中和工序加工。(欧洲专利EP0122646A1，WO031139等)有冷媒的直接冷冻结晶法使过滤分离了酸不溶物的酸解液预冷到尚无结晶析出的温度后，进入一个混合器与自下而上的冷媒(如常用的煤油)换热达到最终冷冻温度，然后从混合器上部引走被加热了的冷媒再去再生、冷却循环使用，从混合器下部取走硝酸钙结晶，从混合器中部得到符合除钙要求的酸解液送入中和工序继续加工。

由上述现有的酸解液脱除硝酸钙的方法中，间壁式换热冷冻结晶法之不足在于传热过程热阻大，酸解液的间壁冷冻过程中会有结晶附着在传热壁面上并不断增加且单台设备周期性间歇操作因而过程效率与设备利用率都不高，以至必须采用多个冷冻结晶器组合、程序控温才能实现连续生产。有冷媒的直接冷冻结晶法虽然是直接接触换热、过程热阻小，该法不足之处在于惰性冷媒介质的消耗及冷媒循环的能量消耗，并且需要增加冷媒的分离回收及循环处理装置。而且都要求冷冻前分离酸解液中的酸不溶物，以免影响换热壁面或混合于冷媒之中。

发明内容

本发明的目的在于创造一种制取含有一定比例(0～80％)水溶性磷养分的氮磷复合肥生产方法，与传统采用间壁换热的冷冻结晶工艺相比，该方法利用溶液绝热蒸发制冷，取消了能量传递壁面和冷媒介质，从根本上避免了晶垢的形成。与采用冷媒的直接冷冻结晶工艺相比，该方法利用蒸汽动能喷射，形成溶液蒸发所需的空间，且喷射后的蒸汽用于溶液的加热，蒸汽动能和热能分别得到充分利用，使过程效率更高，同时取消了冷媒及所需的冷媒分离回收装置等。

一种真空低温浓缩结晶除钙的硝酸磷肥生产方法，利用换热器将循环母液和新加入酸解液的混合液加热到40℃后，进入多级真空蒸发浓缩冷却过饱和器内，采用蒸汽喷射在多级真空蒸发浓缩冷却过饱和器内形成真空条件，在低背压下利用引入蒸汽动能实现喷射制冷以供磷矿硝酸酸解液蒸发，并利用蒸发吸热将磷矿硝酸酸解液冷却到-1℃～-6℃，使硝酸钙结晶，其他酸不溶物在结晶流化床内实现分离。

所述的生产方法，多级真空蒸发浓缩冷却过饱和器各级具有液体分布器，液体分布器将溶液分散到具有≥2000m²/m³的比表面积，满足溶液蒸发的要求。