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初稿-10万吨磷酸一铵工程项目传统法生产工艺设计
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  • 初稿-10万吨磷酸一铵工程项目传统法生产工艺设计第1章总论
    1.1设计项目
    本次设计主要针对10万吨/年粒状磷酸一铵工艺及主要设备进行,采用一二效蒸发方式达到节能同时又保证了设备投资合理,采用喷浆造料干燥一体化机节约了生产空间,内有自循环螺旋返料系统解决了造料返料大问题,工艺过程合理,投资成本不高。
    1.2磷酸一铵的社会价值和经济利益
    磷酸一铵别名磷酸二氢铵呈白色粉状或颗粒状物(粒状产品具有较高的颗粒抗压强度),密度1.803(19℃)。熔点为190℃,易溶于水,微溶于醇、不溶于丙酮,25℃下100g水中的溶解度为41.6g,生成热121.42kJ/mol,1%水溶液pH值为4.5,呈中性,常温下稳定,无氧化还原性,遇高温、酸碱、氧化还原性物质不会燃烧、爆炸,在水中、酸中具有较好的溶解性,粉状产品有一定的吸湿性,同时具有良好的热稳定性,并且在高温下会脱水成黏稠的焦磷酸铵、聚磷酸铵、偏磷酸铵等链状化合物。磷酸一铵含有磷和氮两种营养元素,通常营养元素含量12-52-0(N-P-K)或10-50-0,磷酸一铵盐能与过磷酸钙、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵和尿素等盐类混合制成肥料,此类肥料具有良好的物理性质,其湿性低,在储存时不结块。磷酸一铵是一种稳定的铵盐,将它加热到100—110℃,不会引起氨损失,125.1℃下,它的氨蒸汽压仅为8.0帕;144.9℃下为36.0帕;在190.5℃下长期加热,也只有轻微的分解,氨的蒸汽压仅为36.0帕。磷酸一铵易溶与水。20℃下,每100克水中可溶解26.7克的磷酸一铵。
    1.2.1磷酸一铵的主要用途
    磷酸一铵(MAP)是一种水溶性速效复合肥,有效磷(AP2O5)与总氮(TN)含量的比例约5.44:1,是高浓度磷复肥的主要品种之一。该产品一般作追肥,也是生产三元复混肥、BB肥最主要的基础原料;该产品广泛适用于水稻、小麦、玉米、高粱、棉花、瓜果、蔬菜等各种粮食作物和经济作物;广泛适用于红壤、黄壤、棕壤、黄潮土、黑土、褐土、紫色土、白浆土等各种土质;尤其适合于我国西北、华北、东北等干旱少雨地区施用。
    工业用磷酸一铵(MAP)是一种很好的阻燃、灭火剂,广泛用于木材、纸张、织物的阻燃,纤维加工和染料工业的分散剂、搪瓷用釉剂、防火涂料的配合剂、干粉灭火剂,此外还可以用作饲料添加剂,医药和印刷工业等也有使用,同时也用作高档肥料,在食品工业中还用作膨松剂、面团调节剂、酵母养料、酿造发酵助剂和营养强化剂等。
    1.2.2磷铵工业的国内外发展
    早在1920年,美国氰胺公司即开始生产MAP。到20世纪30年代初期,加拿大Dorr公司管理的工厂进行了MAP的生产。从1940年到1955年在美国和欧洲相继建立了许多类似的工厂,一般采用三个中和槽,将含P2O536%~38%的磷酸加到第一中和槽,通氨至H3PO4的第一个H+有80%被中和,其余的氨加入第二个中和槽,只有少量的氨加入第三中和槽。当需要提高产品含氮量时,可在第一中和槽中加硫酸。将中和料浆加入双轴造料机中,用8~12倍的返料进行造粒后,在转筒干燥机中干燥。干燥后的颗粒进行筛分,合格粒子做产品,粗粒粉碎后与粉粒一道做返料。
    20世纪50年代初,美国TVA研制了转鼓氨化造粒机,首先普钙或重钙的氨化与造粒,并于1956年获准专利。这种造粒机简单、耐用,从过磷酸钙到MAP、DAP和NPK三元复合肥均可用它进行造粒,这在化肥工业上是一项重大的技术革新。从此,预中和—转鼓氨化造粒机变成为生产磷铵和颗粒复合肥的通用流程。但这种流程的缺点是预中和设备庞大,和只能用P2O5质量分数小于40%的磷酸进行氨中和(为避免料浆过稠不便操作和输送),因而干燥产品要耗较多燃料。
    1947~1955年已经出现很多管式反应器的专利,但直到1965年仍很少用于工业。美国TVA对管式反应器进行了10多年的研究之后,才于20世纪70年代初建立起中试装置,用管式反应器代替预中和槽,将磷酸和氨同时通入反应管中,剧烈反应后生成的料浆借自身压力直接喷洒到造粒机返料上进行造粒。在磷酸浓度足够高的条件下,利用反应热可以除去酸中大量水分,甚至可不必进行产品干燥。管式反应器的开发成功,是化肥工业的又一重大技术进步。
    20世纪70~80年代,磷铵生产技术革新的重点是降低能耗、提高设备生产能力、降低原料消耗和减少环境污染。在采用管式反应器和高效氨回收设备后,有的流程已经实现不需要干燥工序,氨回收率达到99%以上,设备生产能力较前提高20%~40%。用上述方法生产磷铵通常都以P2O5质量分数50%~54%的湿法磷酸为原料。这种磷酸一般都有二水物流程生产的磷酸浓缩而来。但用含杂质太高的湿法磷酸生产浓缩磷酸则会遇到困难。
    世界磷矿经过几十年的开采已经逐渐趋于贫化,优质磷矿明显减少。生产磷酸的主要原料是磷矿。我国磷矿资源丰富,根据世界磷矿储量情况,我国磷矿储量仅次于摩洛哥,居世界第二位。但是90%为中低品位磷矿,且总储量的78.2%分布在云、贵、川、鄂、湘等省。因此,我国应因地制宜,开发适合我国国情的磷酸生产工艺。前苏联两大磷矿之一的卡拉-塔乌磷矿是含铁、铝、镁杂质较高的磷矿,富集问题未很好解决,不适于作为生产浓缩磷酸的原料。他们在20世纪60~70年代进行了大量的研究开发工作,绕开了浓缩磷酸的困难,改为浓缩结垢较少且垢层易于清洗的氨中和料浆,并于1969年建成第一套料浆浓缩法生产磷铵的工业装置。在此基础上先后建成了单系列规模为13万吨P2O5/年的5个料浆法磷铵厂,总生产能力约占前苏联磷铵总产量的1/3。
    中国南京化学工业公司磷肥厂于1966年建成了第一套3万吨/年的磷铵工业装置。20世纪70年代又相继在安徽、江西、云南、广东等地建成了12~24万吨/年的磷铵工厂。它们均采用浓缩磷酸为原料。
    为了充分利用中国储量丰富、杂质含量较高的磷矿,原成都科技大学和四川银山磷肥厂借鉴国外经验,于1983年成功开发了中和料浆浓缩法制磷铵工艺,并在1984年和1987年先后完成了喷雾干燥制粉状磷铵和喷浆造粒制粒状磷铵两种流程的中试。1988年又在银山磷肥厂完成了料浆浓缩、喷浆造粒、干燥的3万吨/年磷铵的通用设计,并在全国推广。1996年四川硫酸厂于原成都科技大学合作建成了6万吨/年磷铵的工业装置。为加快中国磷复肥工业的发展和技术的进步,20世纪80~90年代先后从国外引进了多项先进的磷酸和磷铵生产技术。在磷铵方面主要有美国Davy-Mckee管式反应-转鼓氨化造粒制MAP、DAP和NPK复合肥技术(大连、南京、云南),法国AZF双管反应器制DAP技术(秦皇岛),西班牙ERT-ESPINDESA单管反应、一次氧化制MAP和DAP技术(鹿寨)等。这些大批工厂的建成,对加速中国磷复肥工业的发展和技术进步起了促进作用。
    目前部分企业采用先进的管式反应器工艺进行生产。磷矿粉与硫酸反应,反应料浆进行液固分离,得到湿法稀磷酸。稀磷酸经过浓缩得到浓磷酸。液氨与浓磷酸进行中和反应,反应后:反应料浆喷于返料上进行造料,然后经过干燥、筛分、防结块包裹、冷却等工序制得粒状产品;反应料浆进行喷雾干燥、筛分、防结块包裹、冷却等工序处理得到粉状产品。2010年上半年我国磷肥产量为...
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