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粉状磷酸一铵中和浓缩工段工艺初步设计

粉状磷酸一铵中和浓缩工段工艺初步设计

摘 要：本文主要介绍了粉状磷酸一铵（MAP）生产工艺，对SAI流程、Minifos流程、SAC 流程等传统磷酸浓缩法工艺和中和料浆浓缩法磷铵新工艺做了简述对比，着重阐述了中和料浆浓缩法磷铵新工艺的发展、特点及前景。

关键词：粉状MAP 磷酸浓缩 中和浓缩 料浆法

作为一种对各种农作物有明显增产效果的高浓度氮磷复合肥，磷酸铵是目前国际公认的最重要的复合肥料品种，并且随着现代化肥工业的发展，复合肥料也逐渐取代单一化肥，成为现代化肥工业的新发展方向。我国拥有丰富的磷矿资源，大力发展磷铵工业，对于促进我国现代化肥工业的发展和推动我国农业的现代化都具有非常重要的意义和价值[1]。

一、SAI流程料浆浓缩法磷铵新工艺为代表

SAI流程是英国苏格兰农用工业公司生产磷酸一铵的主要工艺，该方法生产分两个步骤：第一步是用浓度为50%P2O5的湿法磷酸与气氨中和，得到NH3∶H3PO4摩尔比为1.35的料浆；第二步加入磷酸、硫酸，使NH3∶H3PO4摩尔比为1.0，反应热可以除去水分，这个过程是在特别设计的类似于混料机的双轴混合器中进行。这样经二次水分蒸发，得到含11%N、49%水溶性P2O5、6%H2O的典型产品[2]。 二、Minifos流程

费森公司生产磷酸一铵的工艺常称Minifos流程。其流程特点是加压反应：约50%P2O5浓度的磷酸与表压为0.21MPa的气氨在反应器内加压反应，温度为170℃。采用加压反应是为升高中和溶液的沸点，增加磷铵溶解度，以求得到高浓度料浆，便于喷雾干燥。当液滴流下通过上升的空气流得到冷却和凝固时，更多水被闪蒸出并蒸发。产品约含6%H2O、10～12%N、50～56%P2O5。 三、斯威夫特流程

这种方法的特点是采用喷射反应器进行氨化反应。液氨进入喷嘴

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中心管，50% P2O5磷酸进入套管，经螺旋喷头，以3.8m/s线速与氨完全混合进行反应，生成粉状磷酸一铵进入21m高的塔中分离蒸汽。成品于塔底收集，1t P2O5发生反应热量为105.43×104kJ，磷酸中水分生成过热蒸汽，反应温度130℃[3]。 四、中和料浆浓缩法磷铵新工艺

中和料浆浓缩法磷铵工艺是我国根据磷矿资源储藏量丰富但整体品质不高的特点自主开发的磷铵生产新工艺。从20世纪80年代初开始，我国磷铵研究历经了实验室研究、中间试验、工业放大等重要研究开发阶段，目前中和料浆浓缩法磷铵工艺已十分成熟和完善，具有对磷矿适应性强、能量利用率高、设备材质要求低、装备完全国产化、流程简短、运行稳定、投资省、产品成本低等优点，生产规模与技术水平均居国际先进行列。 1.工艺说明

传统方法是以蒸汽为热源先将稀磷酸进行浓缩得到浓磷酸，再用氨中和得到浓磷铵料浆，经过干燥，生产磷铵；料浆法是先将稀磷酸与氨中和，所得稀磷铵料浆再以蒸汽为热源进行浓缩，所得浓磷铵料浆经干燥，得到固体磷铵产品。由于不进行磷酸浓缩，使得该工艺具有结垢少，易清洗的显著优越性。两种方法与湿法磷酸和磷铵的干燥及后续工序产品的粉状生产方法无关，只是被浓缩的物料不同，以及浓缩与中和先后顺序的区别[4，5]。 2.磷酸氨化设备

料浆浓缩磷铵新工艺中和工段的常用设备为中和槽、快速氨化蒸发器。现分述于下。 2.1中和槽

中和槽是最早使用的磷酸氨化设备，具有易于设计和放大的特点，在我国料浆浓缩磷铵工艺中和工段，中和槽首先被采用，也是目前国内使用最多的反应器。中和槽为圆柱容器，装有一个搅拌器，搅拌桨为透平式，并由设备顶部通入两根氨管至搅拌器桨叶边侧。槽体开有溢流口和底流口，槽内壁装有挡板以减少旋流，槽盖上开有抽气口、磷酸与氨入口及测pH的锑电极安装口。 2.2外环流氨化反应器

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外环流反应器是利用上升管和下降管中物料的宏观密度差使物料循环流动。在料浆法磷按生产中，外环流反应器内的物料循环比一般在15左右[6]。在这种情况下，反应器内物料流型接近于全混流模型，也就是说在无机械搅拌的情况下外环流反应器接近于一个全混流反应器。

3.氨化料浆浓缩

磷铵料浆浓缩目前主要采用双效和三效蒸发流程。现分述于下。 3.1双效蒸发流程

蒸发流程为：循环泵将中和料浆送入二效加热器，然后加料泵将料浆由蒸发给料槽送入二效蒸发闪蒸室，在闪蒸室进行浓缩，蒸发一部分水分。经初步浓缩的料浆由料浆泵送入一效蒸发器闪蒸室，经进一步浓缩达指定浓度后，借助蒸发器内自身压力将料浆放入缓冲槽，再经料浆泵送往相应干燥装置。双效流程比较简单，投资省，操作控制也比较容易，因而应用广泛[7，8]。 3.2三效蒸发流程

磷酸经氨化中和后进入中和料浆储槽，再用泵送入三效蒸发器，然后经过料浆泵依次逆流送入第二、第一效蒸发闪蒸室，第一效蒸发用一次蒸汽加热，二效蒸发和三效蒸发由二次蒸汽加热。相比二效蒸发，三效蒸发更节约蒸汽，但其投资大、能耗高及设备维护费用高。因此，对蒸汽富裕的厂而言，采用双效蒸发更经济。 五、展望

中和料浆浓缩法磷铵工艺是“料浆法”磷铵关键的创新技术，是区别于磷酸浓缩传统工艺的核心[9，10]。它不仅解决了传统工艺采用杂质含量较高的中品位磷矿无法生产磷铵的难题，为利用我国丰富的中品位磷矿资源生产高效磷复肥开辟了一条新途径，还降低了物料浓缩过程的腐蚀性，提高了原料的利用率，不需用特殊材料制作蒸发浓缩设备，降低了设备要求，提高了设备的使用寿命和运行稳定性，具有较强的技术适应性和生存能力[11]。但其废热利用、生产自动化程度还不够高，“三废”排放亦不合理。因此，节能降耗、清洁生产、开发新材料以及生产的大型化与集团化是今后的主要发展方向。 参考文献