[发明专利]低背压超音速喷管直接冷冻结晶除钙的硝酸磷肥生产方法

说明书

本发明涉及一种低背压超音速喷管直接冷冻结晶除钙的硝酸磷肥生产方法，本方法适用于各种采用硝酸酸解磷矿石制取不同配比的二元或三元高浓度复合肥料的场合，尤其适用于有150～200℃废热源的氨加工厂。

现有采用硝酸酸解磷矿石制取不同配比的二元或三元高浓度复合肥料的方法，根据硝酸钙脱除率而定的酸解液最终冷冻温度在-6～5℃之间调整。按其酸解液脱除硝酸钙的方法主要区分为间壁冷冻结晶和有冷媒的直接冷冻结晶法两类。间壁冷冻结晶法使过滤分离了酸不溶物的酸解液预冷到尚无结晶析出的温度后进入一组程序降温、升温或程序加料、出料的间壁冷冻结晶机，周期性地清除在换热壁面上生成的结晶以使冷冻过程得以继续进行直至达到最终冷冻温度；冷冻液经过滤分离硝酸钙结晶后送入中和工序继续加工。有冷媒的直接冷冻结晶法使过滤分离了酸不溶物的酸解液预冷到尚无结晶析出的温度后进入一个混合器与自下而上流动的冷媒(如最常用的煤油)换热达到最终冷冻温度，然后从混合器上部引走被加热了的冷媒再去重新冷却循环使用，从混合器下部取走硝酸钙结晶，从混合器中部得到酸解液符合除钙率要求送入中和工序继续加工。

由上述现有的酸解液脱除硝酸钙的方法中，间壁冷冻结晶法传热过程热阻大且单台设备周期性间歇操作因而过程效率与设备利用率都不高。有冷媒的直接冷冻结晶法虽然是直接接触换热但要增加冷媒的分离回收及循环处理工序。而且都要求冷冻前分离酸解液中的酸不溶物，以免影响换热壁面或混合于冷媒之中。

本发明公开一种低背压超音速喷管直接冷冻结晶除钙的硝酸磷肥生产方法，其主要技术特点是采用具有特殊结构的超音速蒸汽喷射器，在低背压下用120℃左右的低压废热蒸汽即可实现喷射制冷产生高真空度的大空间使硝酸酸解液可直接在其中分散并绝热蒸发、分级分步冷却冷冻到0℃以下使硝酸钙夹带其它酸不溶物分步结晶后过滤分离。母液用气氨中和并添本发明的主要分后是根据浆蒸汽热可得性浓和三溶液肥点升高、分压下的降特构结一个解有除去酸不溶物后，溶液吸收二氧化碳与气氨生成硝酸铵与碳酸钙沉淀可分别加工成商品。因此本工艺无固体废料产生。

本发明的主要发明思想是根据水蒸汽的热力学性质和盐溶液沸点升高、蒸汽压下降特性构造一个没有压缩过程的蒸汽喷射制冷热力学循环，以适当输入冷量提供超低背压的方式免去冷蒸汽的压缩过程从而提高喷射器效率，利用低品位废热蒸汽也能高效地喷射制冷完成硝酸钙结晶分离。这种冷、热并用的方式可以降低超音速喷管直接冷冻结晶除钙硝酸磷肥生产方法对热量和冷量的品位要求，从而提高过程经济性。

本发明的主要特点是利用一个特殊结构的超音速蒸汽喷管引射构成高真空度的大空间使磷矿石硝酸酸解液直接在其中分散并绝热蒸发冷冻。冷蒸汽被引射后无须升压便可直接冷凝从而提高蒸汽喷射制冷效率，使用120℃左右的低压废热蒸汽不多于400kg即可完成生产一吨N∶P₂O₅=22.0∶22.0规格硝酸磷肥的冷冻结晶除钙任务。

本发明的技术要点是使经预冷的磷矿石硝酸酸解液顺序经过若干个带有超音速蒸汽喷管引射的不同真空度的冷却、冷冻结晶器，使酸解液在其中分散并绝热蒸发、硝酸钙分级分步结晶并长大后过滤分离。酸解液的分散既要使溶液具有足够大的蒸发面又不会被上升蒸汽夹带。冷却、冷冻温度的分级分割应满足硝酸钙结晶成长的有利条件。每级超音速蒸汽喷管的冷凝背压可比相应的冷却、冷冻结晶器内蒸汽压力低20～30％即可。最后一级冷冻结晶器的温度能满足按产品规格要求的除钙率即可，不宜低于-6℃。

可用蒸汽喷射冷凝器内的低浓度硝酸铵溶液溶解过滤分离出的硝酸钙结晶，过滤除去酸不溶物后送后工序继续加工，可以维持超音速喷管直接冷冻结晶除钙工序的水平衡。

超音速喷管直接冷冻结晶除钙工序的流程如附图1。

与现有间壁冷冻和有冷媒的直接冷冻结晶除钙硝酸磷肥生产方法相比，本法既无间壁换热避免了处理壁面结晶之虞、又不使用冷媒介质省去了分离回收冷媒介质之弊。因此不但缩短流程、节省能耗、降低生产装置投资、易于实现单系列设备连续生产，更重要的是酸解液直接冷却、冷冻结晶除钙因而放宽了对磷矿杂质含量的限制。并且可以高效地使用工厂低位余热制冷因而尤其适用于有150～200℃废热源的氨加工厂。

下面结合附图1给出本发明的实施例，并通过实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例：利用0.12MPa饱和蒸汽喷射冷却、冷冻结晶除钙1．本实施例先将磷矿石硝酸酸解液预冷到30℃后再顺序通过附图1所示的4级结构相同、   参数不同的超音速喷管直接冷冻结晶机内生成硝酸钙结晶以满足生产N∶P₂O₅=22.0∶22.0   规格硝酸磷肥(水溶性P₂O₅≥70％)的除钙要求。最后一级冷冻系统4a温度约-1℃，级   间温度分割比为2∶3∶3∶2。最后一级冷凝系统4b内冷凝压力为200Pa，其余各级冷凝   系统1b、2b、3b内冷凝压力均比对应冷冻器内蒸发压力低20～30％。2．各级蒸汽喷射系统1c、2c、3c、4c均使用蒸汽透平机乏气经稳压处理后为0.12MPa饱和   蒸汽。各级冷凝系统1b、2b、3b、4b使用不同浓度的硝酸铵溶液为媒介通过氨冷盘管维   持所需的背压。连续置换被稀释的硝酸铵溶液送去溶解硝酸钙结晶的加工工序。3．由前三级超音速喷管直接冷冻结晶机1a、2a、3a生成的硝酸钙结晶料浆被泵送至离心机   分离固体后送至下一级直接冷冻结晶机，4a的母液即为本工序产品。