一种用于生产磷酸的工艺和系统。磷酸盐岩在反应釜中溶于磷酸中以形成浆料。所述浆料随后在结晶的第一阶段与硫酸发生反应以生成硫酸钙半水合物和磷酸。所述产物酸经过滤与所述半水合物相分离，然后滤饼则在第二结晶步骤中与额外的硫酸发生反应以生成二水硫酸钙(石膏)以及回收溶液。所述石膏经过滤与所述回收溶液相分离并作为副产物去除。将所述回收溶液再循环回转化罐中以及半水合物过滤步骤。进料酸罐将冲洗液、回收溶液和产物酸混合。一旦调整至目标P2O5浓度，其则被送至所述初始反应釜中以溶解所述磷酸盐岩。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】通过两阶段结晶工艺进行的磷酸生产相关串请案本申请要求于2013年3月8日提交的序列号为61/775049的美国临时申请，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术一般涉及磷酸的生产，且更特别地涉及一种采用进料酸罐总成和回收溶液罐总成以生产具有P2O5的高回收的高强度磷酸的两阶段结晶和过滤工艺。
技术介绍
磷酸(H3PO4)具有一些商业用途，其涵盖从其在生产农用产品，如肥料和动物饲料的用途至其结合至食品产品中的用途。磷酸浓度可按几种方式进行表达，包括磷酸的百分比H3PO4)、五氧化磷的百分比P2O5)或磷的百分比P)，其可使用下列转换因子在浓度单位之间进行转换:% H3PO4X 0.724 = % P2O5% H3PO4X0.316 = % P% P2O5XO- 436 = % P为了进行本申请且出于一致性和简洁性，磷酸浓度将以P2O5浓度P2O5)进行表达。磷酸的浓度或强度限定其对特定用途的适宜性。例如，商业级磷酸具有约50-54%的P2O5浓度或纯度，而食品级P 205则具有约54-62%的浓度或纯度。用于农用产品，如肥料和动物饲料中的磷酸通常是通过湿法工艺生产的。在湿法工艺中，通过添加硫酸以生成磷酸和不溶的硫酸钙副产品的方式溶解或酸化开采的磷酸盐岩或磷酸盐矿，如磷酸三钙岩或磷灰石。简化形式的总的化学反应为:Ca3 (P04) 2+3H2S04+6H20 = 3CaS04.2Η20+Η3Ρ04 (ΙΑ)总的反应可被分解为两个单独的步骤。首先，在下列反应中通过磷酸盐岩与添加至工艺中和/或再循环的过量磷酸的反应形成磷酸一钙:Ca3 (Ρ04) 2+4H3P04= 3Ca (H2PO4)2 (2A)其次，在下列反应中使磷酸一钙与硫酸反应以形成额外的磷酸和硫酸钙:3Ca (H2PO4) 2+3H2S04= 3CaS0 4+6H3P04 (3A)根据各种反应物在上述反应中的每一个中的浓度和反应的温度，可按各种结晶形式获得硫酸钙副产品。两个特定形式的硫酸钙包括硫酸钙二水合物(CaSO4.2H20)或称之为石膏和硫酸钙半水合物(CaSO4.1/2H20)。前者或二水合物形式为稳定的结晶形式，其易于在工艺中进行过滤和冲洗。然而，由于其稳定的结晶形式，磷酸盐在其结构中被捕获，从而导致系统的净磷酸盐损失、降低了系统的整体效率，其反过来转化成增加的生产成本。此外，届时被磷酸盐污染的石膏可能不适于其最终用途，如用于水泥、灰泥或类似物。另一方面，半水合物形式具有更不太稳定的结晶结构，且如果不严密监测和控制过滤条件，其则倾向于在过滤器上水合。在过滤器上的水合可导致使工艺停止和使生产成本最终增加的非过滤性质量。因此，湿法工艺的每个步骤和其各种参数，包括反应物的浓度和反应温度，必须通过使硫酸钙副产品的可过滤性和/或磷酸盐或P2O5回收最大化而仔细地进行监测、测量和控制以减少工艺变化性。已开发出各种湿法工艺以生产磷酸，主要是要明确这些目标中的一个或多个。例如，Lopker的美国专利号4059674涉及一种用于生产磷酸和石膏的方法，其采用了三阶段的结晶以增加磷酸盐的回收。根据摘要部分，“磷酸钙岩颗粒与再循环的磷酸和硫酸......以形成额外的磷酸和硫酸钙二水合物(石膏)......取出石膏浆料且将产物磷酸从其进行分离并从工艺取出......石膏被传递至第一重结晶器，其中引入了硫酸且将石膏重结晶为半水合物。半水合物的浆料被传递至第二重结晶器，其中添加按如下所述而获得的水并将半水合物重结晶为石膏......”Davister等的美国专利号4777027涉及一种用于制备磷酸和硫酸钙的连续工艺。如在第一列第5-19行所述，该方法包括“在流经反应区序列的含有硫酸钙的混合中，使磷酸钙受到硫酸和磷酸的混合物的冲击，同时分离硫酸钙并提取所生产磷酸的至少一部分......硫酸钙......副产品......可特别地由二水合物、α型半水合物、II型硬石膏或两种或三种所述结晶形式的采用极为不同的比例的混合物......所组成”如在图2中所示，各个再循环和进料线直接流入一系列反应器中的第一个反应器。Ore等的美国专利号4853201公开了一种“从半水合物晶体回收P2O5值的工艺，该半水合物晶体是在用于制造磷酸的半水合物工艺中生成的，该工艺包括通过在结晶器中重结晶而将半水合物晶体转换成二水合物晶体，其中该结晶器具有在P2O5的基础上在约0.1%至约10%的范围中的磷酸浓度以及约0.1%至10%范围中的游离硫酸盐浓度......结晶器以低的P2O5和高硫酸盐水平运行，从而减少水合时间，其对于该工艺来说是主要的益处。同样地，Cornells van Es等的美国专利号3632307公开了一种工艺，其中“从磷酸盐岩通过用硫酸或硫酸和磷酸的混合物使其酸化而制备磷酸和石膏，从而在磷酸中形成CaSO4.1/2H20(硫酸钙半水合物)的浆料。CaSO4.1/2H20被洗至移除的粘附磷酸并是从含有磷酸和硫酸的溶液进行重结晶的，从而形成CaSO4.2H20。”所有这些工艺均在工艺中使用某种再循环形式，例如从过滤步骤进行回收溶液的再循环和/或从过滤步骤进行冲洗液的再循环。这些再循环线被直接送至初始反应釜或酸化罐和/或过滤步骤。由于这些线中的每一个必须严密和准确地进行测量和监测，且因流入不同操作单元的线的体积，会快速产生工艺可控性问题。例如，如果在测量系统中具有变化性以使再循环线中的一个或多个的测量为不准确的，这则会使结晶器中的反应物的浓度偏离目标(例如，低硫酸盐水平)，其导致结晶剂无法正确地运行，从而导致例如小的晶体尺寸。反过来，这导致不良过滤或过滤变化性，其导致P2O5的损失并最终增加生产成本。同样地，如果进入的进料控制不佳，即变性化太高，那么则会发生不需要的共结晶并具有类似的下游效果，并导致酸化罐中的不良消化。仍需要一种通过减少发生测量错误的可能性并从而减少系统和工艺的变化性而以高P2O5产出和高强度产物酸的方式生产磷酸的工艺。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种用于生产磷酸的两阶段结晶和过滤工艺。在一个实施例中，该工艺包括第一反应器，其包括矿浆料罐和其中用磷酸和可选的硫酸溶解所开采的湿岩石以生成矿浆料的溶解器。然后，浆料被送至包括结晶器和半水合物过滤系统的第一结晶器/过滤总成。在结晶器中，矿浆料与硫酸反应以生成产物磷酸和硫酸钙半水合物。在第一过滤总成中从硫酸钙半水合物提取产物酸，且将产物酸送至产物酸罐中。然后，冲洗滤饼且将冲洗液再循环回进料酸罐。该工艺进一步包括第二结晶器/过滤总成，其包括转化罐和二水合物过滤系统。滤饼从半水合物过滤系统被送至转化罐，在转化罐中，滤饼与再循环的二水合物回收溶液和冲洗液的组合物以及硫酸相反应以按浆料的形式沉淀硫酸钙二水合物或石膏。然后，将浆料送至其中对浆料进行过滤的二水合物过滤系统且源于该初级过滤的回收溶液则被再循环回转化罐。然后，用水冲洗所过滤的石膏，并从该工艺提取石膏。随后，冲洗液也被再循环回转化罐。该工艺进一步包括进料酸罐，其用于混合源于二水合物初级过滤的回收溶液、源于半水合物冲洗过滤的冲洗液和源于产物酸罐的产物酸。进料酸罐总成包括控制系统，其用于按需要在进料酸罐中监测或测量和调整P2O5浓度，以及温度、流速和其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生产磷酸的方法，其包括：调整在进料酸罐中进料酸的一个或多个进料酸变量以形成调整的进料酸，所述进料酸罐具有多个进入酸流；将所述调整的进料酸从所述进料酸罐供给至浆料罐，其中磷酸盐岩用所述进料酸溶解以形成磷酸盐浆料；使所述磷酸盐浆料结晶以形成结晶器浆料；使所述结晶器浆料进行一系列的过滤和冲洗步骤以形成产物酸以及脱水石膏；以及在产物酸罐中收集所述产物酸，其中所述产物酸的一部分被供给至所述进料酸罐以作为所述进入酸流中的一个。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·库希拉，柯林·G·韦罗克，
申请(专利权)人：美盛有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。