一種磷酸二氫鉀生產方法

2023-09-20 07:17:00

專利名稱：一種磷酸二氫鉀生產方法
技術領域：
本發明涉及磷的化合物，具體來說涉及磷酸二氫鉀，尤其涉及其生產方法。背景現狀
磷酸二氫鉀是一種營養成分很高的磷鉀複合肥，還可作為細菌培養劑、營養劑、添加劑等等，廣泛應用於農業、化學工業、醫藥工業、食品工業、飼料工業等部門。目前國內主要的磷酸二氫鉀生產工藝是中和法。中和法利用氫氧化鉀(或碳酸鉀) 和熱法磷酸反應。此法的特點是工藝流程短，技術成熟，設備少，能耗低，產品質量高。然而，由於生產熱法磷酸和氫氧化鉀的成本高、能耗大，中和法生產的磷酸二氫鉀在農業上應用缺乏競爭力，更多地被用於食品和醫藥領域。與中和法相比，使用相對廉價的氯化鉀和工業級磷酸為原料的萃取法有著更為廣闊的發展空間。該方法是利用萃取劑將反應體系中的鹽酸選擇性地萃取出來，進而對萃餘液進行結晶得到磷酸二氫鉀產品。萃取法的原理可以用下面的反應方程式表示，其中M代表萃取劑，一般為有機胺。H2PO4 + KCl + M^ KH2PO4 + MHi(式-I)
IHa + NH3^M + NH4C!(式-2)
目前已有在實驗室中以2:4:1的三辛胺-環己烷-異戊醇的混合萃取劑，以5%的氨水為反萃劑，製備得到符合國家一級品要求的磷酸二氫鉀產品的報導，但沒有提及萃取劑循環使用的穩定性，也還未見工業應用的報導。反萃體系乳化、析出的無機鹽粒度過細是這類萃取-反萃交替過程中易出現的問題，對生產工藝的穩定性和可靠性有嚴重影響。因此，以工藝設計和設備強化為基礎，嚴格進行過程控制，發展有工業應用價值的磷酸二氫鉀萃取法生產工藝還是一項有挑戰性的任務。經檢索，中國專利資料庫中涉及磷酸二氫鉀製造方法的專利很多，但與萃取工藝有關的僅有ZL200610010782. 2號《一種連續式製備磷酸二氫鉀的方法》和201010543993. 9 號《以溼法淨化磷酸為原料萃取法生產工業磷酸二氫鉀及氮磷鉀複合肥的方法》，尚無具有工業價值的生產磷酸二氫鉀產品的技術方案。
發明內容
本發明的目的是基於萃取法相對於中和法在磷酸二氫鉀生產成本上的優勢，致力於創新性地解決萃取法中萃取劑循環使用和產品純度控制等難點問題，提供一種具有工業應用價值的磷酸二氫鉀生產方法。發明人通過反覆研究、試驗，提供的方法包括下述步驟
(1)將氯化鉀和磷酸溶於水配成產品母液，其氯化鉀的摩爾濃度為O.5 2. Omol/L, 磷酸與氯化鉀的摩爾濃度之比為(I. O 2. O) I ;將氨和氯化銨溶於水配成副產品母液， 其濃度控制在氯化銨的摩爾濃度為2. O 10. Omol/L，氨的摩爾濃度為I. O 15. Omol/L ；
(2)在微混合器中使用萃取劑萃取產品母液，萃取後經相分離得到負載萃取劑和氯離子濃度為0. 3 I. 0mol/L的萃餘液；所述萃取劑是三烷基胺和正辛醇的混合物，萃取劑中三烷基胺和正辛醇的體積比為(O. 5 2) : 1，三烷基胺的烷基的碳原子數為6 10 ;
(3)將上一步得到的萃餘液經過降溫析出磷酸二氫鉀晶體，再經固液分離，固體作為產品，液體用於溶解氯化鉀和磷酸，作為產品母液返回到前一步使用；
(4)在另一個微混合器中用副產品母液對第(2)步得到的負載萃取劑進行反萃，反萃後經相分離得到氯含量為O. 01 O. lmol/L的再生萃取劑和反萃液；
(5)上一步得到的再生萃取劑返回到第(2)步使用，得到的反萃液經過降溫析出氯化銨晶體，再經固液分離，固體作為副產品，液體用於溶解氨，作為副產品母液返回到上一步使用。上述第(I)步所述的產品母液配製在20°C 50°C進行，副產品母液配製在10°C 50°C進行。上述第(2)步所述的微混合器為微孔膜分散微混合器或微篩孔微混合器；所述萃取在20°C 50°C進行；所述萃餘液中氯離子濃度的控制方法為調整萃取相比。上述第(3)步所述萃餘液的降溫析出結晶的溫度比萃取溫度低10°C 30°C。上述第(4)步所述反萃在20°C 50°C進行；所述再生萃取劑氯含量的控制方法為調整反萃相比。上述第(5)步所述反萃液降溫析出氯化銨晶體的溫度比反萃溫度低10°C 30°C。發明人指出由於保證產品母液中磷酸相對於氯化鉀的摩爾濃度比不小1，萃取後有一定量的氯離子剩餘，可以抑制磷酸萃取，保證萃取選擇性；保證負載萃取劑中再生後有一定量的氯剩餘，可以避免乳化，抑制氨及銨鹽進入再生萃取劑，對保證萃取劑循環使用的穩定和產品純度有利；利用微反應器作為萃取和反萃設備，可以提高傳質效率，避免萃取和反萃時的操作乳化，減少液液相間傳質與母液內產物結晶過程的相互幹擾，對控制結晶過程避免細晶體生成有利，產生積極效果。本發明的優點在於通過工藝控制避免產品母液和副產品母液因夾帶和選擇性問題引起的交叉汙染，通過設備強化將萃取過程與結晶過程解耦來避免細晶體的產生，能夠可靠地應用於生產高質量的磷酸二氫鉀產品。適用於生產磷酸二氫鉀產品的廠家。具體實施方式

以下通過具體實施例進一步說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例I
在25°C下將氯化鉀和磷酸溶於水配成氯化鉀濃度2. Omol/L、磷酸濃度2. Omol/L的產品母液；在15°C下將氨和氯化銨溶於水配成氯化銨濃度2. 0mol/L,氨濃度10. 0mol/L的副產品母液；將三辛胺和正辛醇按體積比2 I混合作為萃取劑，在微孔膜分散混合器A 中使用萃取劑在35°C下萃取產品母液，萃取後經相分離得到負載萃取劑和氯離子濃度為
0.7mol/L的萃餘液。將萃餘液降溫至15°C析出磷酸二氫鉀晶體，再經固液分離，固體作為產品，液體加熱到25°C後補加氯化鉀和磷酸，得到氯化鉀濃度2. Omol/L、磷酸濃度2. Omol/ L的產品母液，打到微孔膜分散混合器A中進行萃取。在微孔膜分散微混合器B中用副產品母液在35°C下對負載萃取劑進行反萃，反萃後經相分離得到氯含量為0. 01mol/L的再生萃取劑和反萃液。再生萃取劑打回到微孔膜分散混合器A進行萃取。得到的反萃液降溫至15°C析出氯化銨晶體，再經固液分離，固體作為副產品，液體補加氨，得到氯化銨濃度
2.Omol/L，氨濃度10. 0mol/L的副產品母液，打到微孔膜分散混合器B中進行反萃。如此循環。產品為純度>99%的磷酸二氫鉀晶體，其中氯離子含量為O. 04%，達到HG 2321-1992 的工業一等品的要求。實施例2
在25°C下將氯化鉀和磷酸溶於水配成氯化鉀濃度I. 5mol/L，磷酸濃度2. Omol/L的產品母液；在15°C下將氨和氯化銨溶於水配成氯化銨濃度5. Omol/L、氨濃度10. Omol/L的副產品母液。將三辛胺和正辛醇按體積比0.5 I混合作為萃取劑。在微篩孔混合器A中使用萃取劑在40°C下萃取產品母液，萃取後經相分離得到負載萃取劑和氯離子濃度為0. 6mol/ L的萃餘液。將萃餘液降溫至25°C析出磷酸二氫鉀晶體，再經固液分離，固體作為產品，液體補加氯化鉀和磷酸，得到氯化鉀濃度I. 5mol/L、磷酸濃度2. 0mol/L的產品母液，打到微篩孔混合器A中進行萃取。在微孔膜分散微混合器B中用副產品母液在40°C下對負載萃取劑進行反萃，反萃後經相分離得到氯含量為0. 02mol/L的再生萃取劑和反萃液。再生萃取劑打回到微孔膜分散混合器A進行萃取。得到的反萃液降溫至25°C析出氯化銨晶體，再經固液分離，固體作為副產品，液體補加氨，得到氯化銨濃度5. 0mol/L，氨濃度10. 0mol/L的副產品母液，打到微孔膜分散混合器B中進行反萃。如此循環。產品為純度>99%的磷酸二氫鉀晶體，其中氯離子含量為0. 04%，達到HG 2321-1992的工業一等品的要求。
權利要求
1.一種磷酸二氫鉀生產方法，其特徵包括下述步驟(1)將氯化鉀和磷酸溶於水配成產品母液，其氯化鉀的摩爾濃度為O.5 2. Omol/L, 磷酸與氯化鉀的摩爾濃度之比為(I. O 2. O) I ;將氨和氯化銨溶於水配成副產品母液， 其濃度控制在氯化銨的摩爾濃度為2. O 10. Omol/L，氨的摩爾濃度為I. O 15. Omol/L ；(2)在微混合器中使用萃取劑萃取產品母液，萃取後經相分離得到負載萃取劑和氯離子濃度為O. 3 I. Omol/L的萃餘液；所述萃取劑是三烷基胺和正辛醇的混合物，萃取劑中三烷基胺和正辛醇的體積比為(O. 5 2) : 1，三烷基胺的烷基的碳原子數為6 10 ;(3)將上一步得到的萃餘液經過降溫析出磷酸二氫鉀晶體，再經固液分離，固體作為產品，液體用於溶解氯化鉀和磷酸，作為產品母液返回到前一步使用；(4)在另一個微混合器中用副產品母液對第(2)步得到的負載萃取劑進行反萃，反萃後經相分離得到氯含量為0. 01 0. lmol/L的再生萃取劑和反萃液；(5)上一步得到的再生萃取劑返回到第(2)步使用，得到的反萃液經過降溫析出氯化銨晶體，再經固液分離，固體作為副產品，液體用於溶解氨，作為副產品母液返回到上一步使用。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於第(I)步所述的產品母液配製在20°C 50°C 進行，副產品母液配製在10°C 50°C進行。
3.如權利要求I所述的方法，其特徵在於第(2)步所述的微混合器為微孔膜分散微混合器或微篩孔微混合器；所述萃取在20°C 50°C進行；所述萃餘液中氯離子濃度的控制方法為調整萃取相比。
4.如權利要求I所述的方法，其特徵在於第(3)步所述萃餘液的降溫析出結晶的溫度比萃取溫度低10°C 30°C。
5.如權利要求I所述的方法，其特徵在於第(4)步所述反萃在20°C 50°C進行；所述再生萃取劑的氯含量的控制方法為調整反萃相比。
6.如權利要求I所述的方法，其特徵在於第(5)步所述反萃液降溫析出氯化銨晶體的溫度比反萃溫度低10°C 30°C。
全文摘要
一種磷酸二氫鉀生產方法，包括1.將氯化鉀和磷酸溶於水配成產品母液；將氨和氯化銨溶於水配成副產品母液；2.在微混合器中用萃取劑萃取產品母液，此後分離得到負載萃取劑和萃餘液；3.將萃餘液降溫析出磷酸二氫鉀晶體，再經固液分離，固體為產品，液體為產品母液回用；4.在另一微混合器中用副產品母液對負載萃取劑進行反萃，再經相分離得到再生萃取劑和反萃液；5.所得再生萃取劑回用、反萃液經過降溫析出氯化銨晶體，再經固液分離，固體為副產品，液體為副產品母液回用。本發明通過工藝控制避免產品母液和副產品母液因夾帶和選擇性問題引起交叉汙染，通過設備強化將萃取過程與結晶過程解耦避免細晶體產生，能生產高質量的磷酸二氫鉀。
文檔編號C01B25/30GK102602905SQ20121006952
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者呂陽成, 李紅林, 王玉軍, 王邵東, 禹志宏, 趙方, 駱廣生 申請人:清華大學, 甕福(集團)有限責任公司