Спосіб комплексної переробки фосфогіпсу в добрива
Номер патенту: 75743
Опубліковано: 15.05.2006
Автори: Ерайзер Леонід Миколайович, Мудрий Олександр Петрович, Литвинчук Тетяна Василівна, Горнєв Віталій Овдійович, Смалій Микола Іванович, Удовенко Олександр Григорович
Формула / Реферат
Спосіб комплексної переробки фосфогіпсу в добрива, який включає готування розчину карбонату амонію, конверсію фосфогіпсу розчином карбонату амонію по реакції обмінного розкладання солей CaSO4.2H2Oтв+(NH4)2CO3р-н=CaCO3тв+(NH4)2SO4р-н+2Н2Oр-н,
поділ на фільтрі отриманої в результаті конверсії суспензії на розчин сульфату амонію, який випарюють для одержання кристалічного чи гранульованого сульфату амонію, та на карбонатний залишок, змішування карбонатного залишку із плавом аміачної селітри, гранулювання і сушіння суміші, який відрізняється тим, що конверсію фосфогіпсу ведуть при нормі карбонату амонію менше стехіометричної і з плавом аміачної селітри змішують карбонатний залишок, в якому утримується розчин сульфату амонію.
Текст
Спосіб комплексної переробки фосфогіпсу в добрива, який включає готування розчину карбо 3 75743 4 розчином карбонату амонію, який беруть у нормі, +(NH4)2SO4р-н + 2Н2Ор-н, поділ отриманої у ревище 100% від стехіометричної, по реакції обмінзультаті конверсії суспензії на фільтрі на розчин ного розкладання солей: сульфату амонію, який випарюють для одержання CaSO4•2Н2OТВ+(NH4)2CO3р-н=СаСО3тв+ кристалічного чи гранульованого сульфату амо+(NH4)2SO4р-н + 2Н2Ор-н, поділ отриманої у ренію, та на карбонатний залишок, який змішують із зультаті конверсії суспензії на фільтрі на розчин плавом аміачної селітри; гранулювання й сушінні сульфату амонію, який декарбонізують, оброблясуміші, згідно з винаходом конверсію фосфогіпсу ють сірчаною кислотою для нейтралізації карбонаведуть при нормі карбонату амонію менше стехіоту амонію, що залишився, та випарюють для одеметричної і з плавом аміачної селітри змішують ржання кристалічного чи гранульованого сульфату або всю конверсійну суспензію, або частково відамонію, та на карбонатний залишок - фосфокрейфільтрований невідмитий залишок і одержують ду, який відмивають на фільтрі водою від оклюдосульфатну вапняно-аміачну селітру. ваного маточника для зменшення втрат сульфату Технічний ефект від запропонованого способу: амонію; змішування фосфокрейди із плавом аміа– спрощення процесу та економія сірчаної кичної селітри; гранулювання і сушіння суміші в апаслоти, тому що у порівнянні з прототипом карбораті БГС (барабаний гранулятор-сушарка) із отринат амонію при нормі менше стехіометричній виманням вапняно-аміачної селітри; уловлювання і трачається цілком і в продуктах конверсії знешкодження газів, що відходять [2]. Недоліками (сульфатний розчин, залишок на фільтрі) відсутцього способу є: ній, у результаті або повністю виключаються поділ - складність процесу, тому що застосування суспензії, або промивання частково відфільтрованорм карбонату амонію вище 100% від стехіометного осаду, а також виключається декарбонізація рії ускладнює процеси поділу конверсійної суспенсульфатного розчину й нейтралізація його сірчазії і наступної переробки розчину сульфату амонію ною кислотою; і фосфокрейди через наявність в суспензії залиш– зменшення витрат тепла на випарювання кового карбонату амонію, який є термічно нестійнерозбавленого сульфатного розчину, тому що кою летучою сіллю і розкладається на аміак і вугвідсутня необхідність випарювання надлишкової лекислоту. Тому необхідне очищення газової води, що раніше вводилася для відмивання оклюфази, декарбонізація і нейтралізацію сульфатного дованого маточника і розбавляла розчин; розчину, з витратою дефіцитної сірчаної кислоти, – зниження тривалості й трудомісткості процевідмивання залишку від оклюдованого маточника; су, тому що немає необхідності у формуванні ве- перевитрати енергії на випарювання розчиликих часток карбонату кальцію; нів, тому що через необхідність промивання зали– розширення асортименту добрив, тому що шку заноситься велика кількість води, що розбавпоряд (чи замість) із випуском сульфату амонію і ляє розчин сульфату амонію й ускладнює його вапняно-аміачної селітри випускається новий вид випарювання; добрив – тривалість і трудомісткість процесу, тому що - сульфатна вапняно-аміачна селітра, з мождля покращення фільтрації й промивки фосфокливістю варіювання в широких межах співвіднорейди йдуть на збільшення часу перебування сушення [NH4NO3] : [CaCO3] : [(NH4)2SO4]; спензії у реакторі для формування досить великих – поліпшення якості сульфатної вапняноі добре фільтрівних часток фосфокрейди (час пеаміачної селітри, тому що, як відомо, сульфат ребування суспензії у реакторі іноді досягає 3 гоамонію утворює з аміачною селітрою подвійну сіль дин замість необхідних для проведення реакції 2NH4NO3 • (NH4)2SO4, у результаті чого гігроскопіч15...20 хвилин); ність зменшується. – випуск лише двох продуктів - сульфату амоПриклади реалізації винаходу: нію та вапняно-аміачної селітри; 1. Виключення необхідності застосування сір– невисока якісь вапняно-аміачної селітри, точаної кислоти му що селітра відрізняється гігроскопічністю і неОдним із важливих переваг пропонованого високим змістом азоту. способу є економія сірчаної кислоти. Задачею винаходу є створення способу комДля спрощення розрахунків умовно приймаплексної переробки фосфогіпсу в добрива, в якому ється, що фосфогіпс являє собою 100%-ий дігідконверсію фосфогіпсу ведуть при нормі карбонату рат сульфату кальцію, що не змінює суті пропоноамонію, менше стехіометричної, і з плавом аміачваних рішень. ної селітри змішують або всю конверсійну суспенПри стехіометричній нормі карбонату амонію зію, або частково відфільтрований невідмитий витрата його на 1 т фосфогіпсу відповідно до реазалишок, й одержують сульфатну вапняно-аміачну кції обмінного розкладання солей: складе: селітру, що приводить до спрощення процесу, [(NH4)2C03]100 = (96 • 1000/172,14) - 557,7кг, зниження енергії на випарювання розчинів, поліпде 96 і 172,14 – молекулярні маси карбонату шення якості вапняно-аміачної селітри, зниження амонію й фосфогіпсу, відповідно. тривалості й трудомісткості процесу, розширення У відомому способі застосовують надлишок асортименту продукції. карбонату амонію. Наприклад, при його витраті Поставлена задача вирішується тим, що в 105% від стехіометрії надлишок складе: способі комплексної переробки фосфогіпсу в доб[(NH4)2CO3]хат = 0,05 • 557,7 = 27,9кг. рива, який включає: готування розчину карбонату На нейтралізацію цього надлишку солі у відпоамонію; конверсію фосфогіпсу розчином карбонавідність із рівнянням ту амонію по реакції обмінного розкладання солей: (NH4)2CO3 +H2SO4 = (NH4)2SO4+H2O +CO2 буде CaSO4•2Н2ОТВ+(NHO2CO3р-н=СаСО3тв+ потрібно моногідрату сірчаної кислоти 5 75743 6 [H2SO4] = (98 • 27,9/96) = 28,5кг, рії, - 99%; де 98 і 96 - молекулярні маси сірчаної кислоти - концентрація розчину карбонату амонію й карбонату амонію, відповідно. 45% (NH4)2CO3 У пропонованому способі карбонат амонію бе- ступінь використання карбонату амонію руть у недоліку, тобто при нормі менше стехіомет100% ; ричній (менше 100%). Тому карбонат амонію реа- коефіцієнт конверсії гіпсу в карбонат кальцію гує повністю й у продуктах реакції відсутній. Тим - 100- 0,99 = 99%; самим виключається необхідність у сірчаній кисло- температура конверсійної суспензії - 50°С; ті - заощаджується до 30кг сірчаної кислоти при - концентрація плаву аміачної селітри після переробці 1т фосфогіпсу. Залишки фосфогіпсу в апарата BTH - 92%; готовому продукті незначні і не впливають на - температура плаву аміачної селітри після якість останнього. апарата BTH - 130°С; 2. Випуск сульфатної вапняно-аміачної селітри - співвідношення [NH4NO3] : [CaCO3] = 60:40; В цьому варіанті всю конверсійну суспензію - вологість готового продукту - 4%. без поділу її на фільтрі змішують із плавом аміач2.1 Конверсія фосфогіпсу розчином карбонату ної селітри після апарату BTH (використовувач амонію тепла нейтралізації) із виробництва аміачної селіМатеріальний баланс стадії конверсії розрахотри, отриману суміш гранулюють, сушать та одервано виходячи зі стехіометрії реакції обмінного жують сульфатну вапняно-аміачну селітру. розкладання солей у відповідності із заданими Вихідні дані: вихідними даними і наведено у таблиці 1. - норма карбонату амонію, у % від стехіометТаблиця 1 Матеріальний баланс стадії конверсії фосфогіпсу (на 1000 г фосфогіпсу) Прихід Найменування 1. Фосфогіпс % 100 100 552,5 45 675,3 1227,8 55 100 2227,8 Усього 2. Розчин карбонату амонію, в т. ч.: H2O (NH4)2CО3 Усього Разом Витрати Маса, кг 1000 1000 100 Найменування Маса, кг % 1. Суспензія – рідка фаза, в т.ч.: (NH4)2SО4 759,7 46,26 (NH4)2CО3 H2O Усього -осад, в т.ч.: CaCO3 CaSO4•2H2O Усього Разом 882,5 1642,2 575,6 10 585,6 2227,8 53,74 100 98,29 1,71 100 100 2.2 Змішування конверсійної суспензії із плавом аміачної селітри Маса 92%-го плава аміачної селітри, що подається на змішування з конверсійною суспензією [NH4NO3] = 575,6-60-100/(40-92) = 938,5кг, в тому числі: NH4NO3 – 863,4кг, води – 75,1кг. Масу і склад одержуваною пульпи, що подається на грануляцію, наведено в таблиці 2. Таблиця 2 Маса і склад пульпи, що подається на грануляцію Найменування Пульпа: - рідка фаза, в т.ч.: NH4NO3 (NH4)2SO4 H2O Усього -осад, в т.. ч.: CaCO3 CaSO4•2H2O Усього Разом Температура початку кристалізації рідкої фази такого складу (див. таблицю 2) згідно з [4] стано Маса, кг % 863,4 759,7 957,6 2580,7 33,46 29,44 37,10 100 575,6 10 585,6 3166,3 98,29 1,71 100 100 вить tкр= 58°C. Порівнюємо її з температурою пульпи, яку знаходимо із теплового балансу про 7 75743 8 цесу змішування: може подаватися на грануляцію відцентровими насосами. 938,8 2,1 130 2227,8 2,3 50 t пул 59,8 C , 2.2 Гранулювання пульпи та сушіння продукту (938,8 22237) 2,7 В процесі гранулювання суміші та сульфатної де 2,1; 2,3; 2,7- відповідно теплоємність плаву вапняно-аміачної селітри сушіння до залишкової аміачної селітри, конверсійної суспензії та пульпи, вологості 4% із пульпи виділяється води кДж/(кг K) [3]. 3166,3 4 Оскільки tкр < tпул, обидві солі-нітрат і сульфат 957,6 865,6кг . 96 амонію- не випадають в осад і залишаються в розВ таблиці 3 наведено склад готового продукту чиненому стані у рідкій фазі пульпи. Співвідношення (рідка фаза):(осад) в пульпі складає Р:Т=2580,7:585,6=4,4:1, тобто суміш є рухомою і Таблиця 3 Склад сульфатної вапняно-аміачної селітри Найменування NH4NO3 (NH4)2S04 CaCO3CaSO4-2H2O H2O Разом Зміст азоту в готовому продукті 37,53- 0,35 + 33,02 • 0,2121 = 20,14%, де 0,35 і 0,2121 - зміст азоту в солях (NH4)2SO4 і NH4NO3, відповідно. 3. Випуск двох продуктів - сульфату амонію і сульфатної вапняно-аміачної селітри В цьому варіанті конверсійна суспензія частково розділяють на фільтрі. Відфільтрований розчин сульфату амонію випаровують та перероблюють в твердий продукт. Залишок з фільтра змішують з плавом аміачної селітри і перероблюють аналогічно попередньому прикладу у сульфатну вапняно-аміачну селітру, але іншого складу. Вихідні дані: - норма карбонату амонію, у % від стехіометрії, - 99%; - концентрація розчину карбонату амонію 45%. - ступінь використання карбонату амонію 00%; -коефіцієнт конверсії гіпсу в карбонат кальцію 100- 0,99 = 99 % ; - температура конверсійної суспензії - 50°С; - доля оклюдованого розчину сульфату амонію в залишку фосфогіпсу на фільтрі становить 60%; - концентрація плаву аміачної селітри після апарата BTH - 92%; Маса, кг 863,4 759,7 575,6 10,0 92,0 2300,7 % 37,53 33,02 25,02 0,43 4,00 100 - температура плаву аміачної селітри після апарата BTH - 130°С; - співвідношення [NH4NO3] : [CaCO3] = 60:40; - вологість сульфатної вапняно-аміачної селітри - 4%; - вологість сульфату амонію кристалічного 2%. Матеріальний баланс по стадіях наведено нижче. 3.1 Конверсія фосфогіпсу розчином карбонату амонію Оскільки вихідні дані для цієї стадії прийняті такими же, як в прикладі 2, матеріальний баланс її відповідає таблиці 1. 3.2 Часткове поділення конверсійної суспензії на фільтрі Згідно з прийнятими вихідними даними, в залишку на фільтрі знаходиться оклюдованого розчину сульфату амонію (575,6 +10) -60/40 = 878,4 кг, в т.ч.: [(NH4)2SO4]=878,4-0,4626=406,25кг і [H2O] = 878,4-0,5374=472,05кг. Відфільтровується розчину сульфату амонію 1642,2 - 878,4=763,8кг, в т.ч.: [(NHO2SO4] =763,80,4626 -353,35 кг і [H2O] = 878,4-0,5374 = 410,44кг Матеріальний баланс стадії зведено в таблицю 4. 9 75743 10 Таблиця 4 Часткове поділення конверсійної суспензії на фільтрі Прихід Найменування Маса, кг 1 .Суспензія - рідка фаза, в т. ч.: (NHO2SO4 759,7 (NH4)2CО3 H2O 882,5 Усього 1642,2 - осад, в т. ч.: CaCO3 % 46,26 53,74 100 575,6 98,29 10 1,71 585,6 2227,8 100 100 CaSO4•2H2O Усього Разом Витрати Найменування Маса, кг 1 .Розчин сульфату амонію, в т.ч: (NH4)2SO4 353,35 H2O 410,44 Усього 763,79 2. Залишок на фільтрі,вт. ч.: CaCO3 575,6 (NH4)2SO4 406,35 H2O 472,05 CaSO4•2H2O 10 Усього 1464,0 Разом 2227,78 3.3 Випарювання розчину сульфату амонію та сушіння кристалічного продукту Маса кристалічного сульфату амонію при його вологості 2 % дорівнює 353,35/0,98 = 360,56кг, в тому числі: % 46,26 53,74 100 39,32 27,76 32,24 0,68 100 100 [(NH4)2SO4] =353,35 кг, [H2O] = 7,21 кг. Випаровується води: 410,44 - 7,21 = 403,23 кг. В таблиці 5 наведено баланс стадії випаровування і сушіння твердого сульфату амонію. Таблиця 5 Випаровування і сушіння твердого сульфату амонію Найменування Маса, кг % (NH4)2SO4 H2O 353,35 410,44 46,26 53.74 Разом 763,79 100 1 .Розчин сульфату амонію, в т. ч.: 3.4 Змішування залишку конверсійної суспензії із плавом аміачної селітри, грануляція суміші та сушіння продукту Маса 92%-го плава аміачної селітри , що подається на змішування з залишком конверсійною суспензії дорівнює 575,6-60-1007(40-92) = 938,5 кг, в тому числі: [NH4NO3] = 863,4 кг, [H2O] =75,1 кг. Загальний зміст води в пульпі: 71,5 + 472,05 = 547,15 кг. Найменування 1 .Твердий сульфат амонію, в т.ч: (NH4)2SO4 H2O Усього 2.Вода Разом Маса, кг % 353,35 7,21 360,56 403,23 763,79 98 2 100 100 100 Маса готової сульфатної вапняно-аміачної селітри при її вологості 4% (863,4 + 575,6 + 10 + 406,35) • 100/96 = 1932,66 кг в тому числі: солей - 1855,35 кг, води - 77,31 кг. Маса води, що видаляється при грануляції і сушінні, 547,15-77,31= 469,84кг. Матеріальний баланс стадії грануляції і сушіння сульфатної вапняно-аміачної селітри наведено в таблиці 6. Таблиця 6 Матеріальний баланс стадії грануляції і сушіння сульфатної вапняно-аміачної селітри Найменування Пульпа, в т. ч.: NH4NO3 CaCO3 (NH4)2SO4 CaSO4-2H2O H2O Маса, кг % 863,4 575,6 406,35 10 547,15 35,94 23,96 16,91 0,42 22,77 Найменування 1 .Готовий, продукт, в т. ч.: NH4NO3 CaCO3 (NH4)2SO4 CaSO4•2H2O H2O Маса, кг % 863,4 575,6 406,35 10 77,31 44,67 29,78 21,03 0,52 4,00 11 75743 12 Продовження табл.6 Найменування Разом Маса, кг % 2402,5 100 Зміст азоту в готовому продукті 44,67- 0,35 + 21.03 • 0,2121 = 20,10 %, де 0,35 і 0,2121 - зміст азоту в солях (NH4)2SO4 і NH4NO3, відповідно. Таким чином, запропонований спосіб переробки фосфогіпсу дозволяє одержувати новий продукт - сульфатну вапняно-аміачну селітру з різним співвідношенням солей [NH4NO3] : [CaCO3] : [(NH4)2SO4], і при необхідності також одержувати кристалічний сульфат амонію. Вибір варіанту переробки залежить від бажаної номенклатури і складу продукції. Джерела інформації 1. Фосфогипс и его использование /В. В. Ива Комп’ютерна верстка М. Клюкін Найменування Усього 2. Водяна пара Усього Разом Маса, кг 1932,66 469,84 469,84 2402,5 % 100 100 100 100 ницкий, П. В.Классен, А. А.Новиков и др. - M.: Химия, 1990. - 224 с. 2. Митронов А. П., Пукиш M. Д., Мудрый А. П. Комплексная переработка фосфогипса //Сб. научных трудов. "Современные проблемы химической технологии неорганических веществ": Междун. науч. -техн. конф. - Одесса: Астропринт, 2001. - С. 99-101. 3. Технология аммиачной селитры. Под ред. докт.техн. наук, проф. В. М. Олевского. M.: Химия, 1978.-312 с. 4. Позин М. Е. Технология минеральных солей.- Л.: Химия, 1974.- 1564 с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюA method for the complex reprocessing phosphogypsum into fertilizers
Автори англійськоюEraizer Leonid Mykolaiovych, Udovenko Oleksandr Hryhorovych, Smalii Mykola Ivanovych, Horniev Vitalii Ovdiiovych
Назва патенту російськоюСпособ комплексной переработки фосфогипса в удобрения
Автори російськоюЭрайзер Леонид Николаевич, Удовенко Александр Григорьевич, Смалий Николай Иванович, Горнев Виталий Авдеевич
МПК / Мітки
МПК: C05D 3/00
Мітки: спосіб, переробки, комплексної, добрива, фосфогіпсу
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/6-75743-sposib-kompleksno-pererobki-fosfogipsu-v-dobriva.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб комплексної переробки фосфогіпсу в добрива</a>
Попередній патент: Спосіб комплексного очищення промислових стічних вод від забрудників різної природи, в тому числі від фенолів
Наступний патент: Хвильовий електродвигун
Випадковий патент: Глибоководний автономний піднімальний пристрій