磷酸脲母液重結(jié)晶技術研究

何春云，鐘 鷗，張 敏

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661699）

磷酸脲（UP）是一種無機精細化工產(chǎn)品。每生產(chǎn)磷酸脲1 t將副產(chǎn)母液1.00 ～1.12 t。UP 母液一般可用于磷銨、復合肥或尿基過磷酸鈣生產(chǎn)，但從生產(chǎn)實際來看，存在以下幾個問題：磷酸與尿素結(jié)合在低溫下具有一定的穩(wěn)定性，對氨的吸收有一定的負面影響，而高溫下（≥80 ℃）UP 母液又易分解，N含量會有大量損失；UP母液中w（H2O）高達50%，對生產(chǎn)中水平衡產(chǎn)生一定影響；GB 10205—2009 標準中磷銨氮含量測定采用氨態(tài)氮的分析方法，酰胺態(tài)氮無法檢測；UP 母液的物性，決定了用其生產(chǎn)的產(chǎn)品存在難以干燥、吸潮結(jié)塊等問題。

本研究將磷酸脲裝置副產(chǎn)UP母液通過濃縮再結(jié)晶工藝轉(zhuǎn)化為磷酸脲產(chǎn)品，質(zhì)量指標達到GB/T 27805—2011《工業(yè)磷酸脲》標準，解決了UP母液難消化制約生產(chǎn)的難題，提高了裝置運轉(zhuǎn)率，提升了企業(yè)競爭力。

1 技術方案

根據(jù)效益最大化原則及市場導向，通過對UP母液繼續(xù)濃縮、重結(jié)晶的可行性進行分析研究，最大程度消耗UP母液。對剩余的UP母液，根據(jù)其全溶性特點，用于速效液體肥，最終全部消化UP母液。

2 實驗研究

2.1 原料及儀器

原料：UP母液（w（P2O5）21.88%、w（N）11.22%，相對密度1.312），云南紅磷川科化工有限公司；磷酸（w（P2O5）≥46%，w（固）≤0.1%），云南云天化紅磷化工有限公司；尿素（w（N）≥46%），云南水富云天化有限公司。實驗設備：水環(huán)式真空泵、電動攪拌器、旋轉(zhuǎn)真空濃縮蒸發(fā)儀、可控干燥箱等。

2.2 重結(jié)晶工藝條件實驗

1） 最佳反應溫度及時間

稱取UP 母液1 000 g 倒入3 000 mL 圓底燒瓶中，安裝于旋轉(zhuǎn)真空濃縮蒸發(fā)儀上，采用水環(huán)式真空泵抽真空，在真空度為0.02 ～0.07 MPa，水浴加熱溫度60 ～ 95 ℃下進行真空濃縮反應［1］。

隨著溫度的升高，在75 ～90 ℃時，UP 母液產(chǎn)生大量泡沫，在濃縮時伴有氨味，說明當溫度過高時會產(chǎn)生氮的損失，而且溶液黏稠無法結(jié)晶及過濾；而溫度低于60 ℃時所需濃縮時間過長，能耗偏高。UP 母液蒸發(fā)濃縮的最佳溫度為70 ℃，最佳反應時間為1.0 ～1.5 h。

2） 最佳氮磷質(zhì)量比

通過分析測定UP 母液中的氮、磷含量，結(jié)合理論及實際消耗值，計算出所需加入的磷酸及尿素量［2］，再在70 ℃蒸發(fā)濃縮1 h，考察氮磷質(zhì)量比對濃縮結(jié)晶過程的影響（見表1）。

表1 氮磷質(zhì)量比對結(jié)晶過程的影響

從結(jié)晶情況來看，UP 母液中氮磷質(zhì)量比對蒸發(fā)濃縮結(jié)晶影響很大。在相同溫度及反應時間條件下，1 000 g UP 母液中磷酸加入量控制在337 ～365 g時所得到的結(jié)晶量最大。

3） 最佳結(jié)晶相對密度

不同的結(jié)晶相對密度將直接影響生產(chǎn)的可行性以及母液的消耗。取UP 母液1 000 g，根據(jù)最佳氮磷質(zhì)量比加入磷酸337 ～365 g，在70 ℃下進行真空蒸發(fā)濃縮。不同液體蒸發(fā)量下物料相對密度及結(jié)晶、過濾情況見表2。

表2 蒸發(fā)后相對密度對結(jié)晶的影響

從實驗情況來看，相對密度控制在1.55 ～1.60對物料結(jié)晶、過濾最好。相對密度過高，物料發(fā)黏，影響過濾及結(jié)晶；相對密度過低，增加母液量。

4） 循環(huán)實驗

取UP 貯槽母液1 000 g，根據(jù)最佳氮磷質(zhì)量比加入磷酸337 ～365 g，真空濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，取樣分析。過濾母液返回第二次實驗UP 母液中，混勻后根據(jù)N、P 含量及相對密度計算得出磷酸或尿素加入量進行循環(huán)實驗，結(jié)果見表3。

表3 循環(huán)實驗產(chǎn)品質(zhì)量指標

由表3可知，UP母液蒸發(fā)濃縮后，濾液還可以循環(huán)利用，在最佳控制條件下可以得到養(yǎng)分含量合格的磷酸脲產(chǎn)品（GB/T 27805—2011 指標要求見表4），但產(chǎn)品中的F含量會隨著循環(huán)次數(shù)的增加而升高。

表4 GB/T 27805—2011《工業(yè)磷酸脲》指標要求

2.3 生產(chǎn)小試

在最佳條件下進行生產(chǎn)小試，UP 母液投料量控制在0.5 t/h時，結(jié)果見表5。

由表5 可知，生產(chǎn)出的磷酸脲產(chǎn)品質(zhì)量合格，最終濾液量約為250 kg，可消耗50%母液量。由于裝置問題，閃蒸濃縮時真空度達不到預期目標值（0.06 ～0.07 MPa），所以蒸發(fā)溫度比預計值高。受結(jié)晶時間及攪拌強度影響，結(jié)晶顆粒較小。

表5 生產(chǎn)小試數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

（1）從實驗及小試情況來看，利用UP 母液通過濃縮結(jié)晶生產(chǎn)工業(yè)磷酸脲在生產(chǎn)上是可行的，質(zhì)量指標可達到GB/T 27805—2011指標要求。

（2）嚴格控制物料中的氮磷質(zhì)量比及濃縮液相對密度是濃縮結(jié)晶的關鍵。

（3）控制一定的真空度及溫度，可有效縮短物料的蒸發(fā)濃縮時間，并消除跑、冒現(xiàn)象。

（4）重結(jié)晶后產(chǎn)品晶形較小，結(jié)晶工藝還有待進一步研究。

（5）隨著UP母液的不斷循環(huán)使用，產(chǎn)品中F含量升高，可將剩余的UP母液用于生產(chǎn)液體葉面肥。