4.3 Производство фосфатов обесфторенных кормовых (кормовой монокальцийфосфат)

"ИТС 19-2016. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство твердых и других неорганических химических веществ" (утв. Приказом Росстандарта от 15.12.2016 N 1883)

Документ утратил силу или отменен

4.3 Производство фосфатов обесфторенных кормовых (кормовой монокальцийфосфат)

Способ производства: нейтрализация полифосфорной кислоты мелом с последующей сушкой продукта.

Две технологические нитки мощностью 100 и 160 тыс. т в год.

4.3.1 Характеристика производимой продукции

Выпускаемая продукция - кормовые фосфаты кальция: монокальцийфосфат (МКФ), монодикальцийфосфат (МДКФ), дикальцийфосфат (ДКФ).

Монокальцийфосфат, дикальцийфосфат, монодикальцийфосфат кормовой - высококонцентрированные минеральные добавки, содержащие два основных питательных элемента: фосфор и кальций.

4.3.2 Описание технологического процесса

Гибкая технологическая схема предназначена для выпуска монокальцийфосфата (МКФ), монодикальцийфосфата (МДКФ) и дикальцийфосфата (ДКФ) с использованием плужного смесителя без стадии дозревания.

Обеспечение установки кормовых фосфатов по гибкой технологической схеме на базе осветленной полифосфорной кислоты.

Дозировка мела и ретура в смеситель производится ленточными дозаторами.

Сушка продукта производится в сушильном барабане с помощью газового калорифера.

Далее происходит предварительная классификация продукта на грохоте и размол крупной фракции.

Охлаждение и дополнительная классификация МКФ и МДКФ производится в аппарате "КС", дополнительная классификация ДКФ производится на грохоте.

Отходящие газы после БГС, аппарата КС и системы аспирации проходят сухую очистку в циклонах и мокрую очистку в АПС.

Очистка парогазовой смеси из плужного смесителя производится в аппарате "Вентури".

На складе готового продукта предусмотрены две установки фасовки - фасовка в МКР по 800 кг и фасовка в мешки по 50 кг.

4.3.3 Химизм и физико-химические основы производства

Получение фосфатов кальция основано на нейтрализации фосфорной кислоты природным мелом и/или известняком.

При нейтрализации 1-го иона водорода фосфорной кислоты (pH - 3,0 - 4,0) происходит образование монокальцийфосфата по реакции:

Реакция экзотермична (протекает с выделением тепла).

При температуре выше 120 °C образуется безводный монокальцийфосфат Ca(H2PO4)2, при температуре более 160 °C - кислый пирофосфат кальция CaH2P2O7.

При замещении двух водородов фосфорной кислоты кальцием в процессе нейтрализации фосфорной кислоты мелом (pH - 5,5 - 6,5) образуется дикальцийфосфат по реакциям:

Эти реакции также сопровождаются выделением тепла, но в меньшей степени, чем при образовании монокальцийфосфата. В системе CaO - P2O5 ниже 36 °C стабилен CaH2PO4·2H2O (брушит), при более высокой температуре - CaHPO4 (монетит).

При 40 - 50 °C CaHPO4·2H2O осаждается как метастабильная (неустойчивая) фаза.

При более высокой температуре выделяется безводная соль. При температуре более 175 °C происходит отщепление конституционной воды с образованием пирофосфата кальция CaH2P2O7.

В воде монокальцийфосфат обладает инконгруентной растворимостью с образованием CaHPO4 и свободной H3PO4:

Ca(H2PO4)2 + H2O = CaHPO4 + H3PO4

Максимальная концентрация Ca(H2PO4)2 в водном растворе, при которой визуально не наблюдается выделение в твердую фазу CaHPO4, находится в диапазоне 8 - 10% (в зависимости от температуры).

Дикальцийфосфат растворяется в воде незначительно (2,7·10-3%).

С повышением температуры растворимость его снижается.

При нейтрализации фосфорной кислоты мелом в избыточном количестве (125 - 175%) по отношению к норме на образование монокальцийфосфата (на замещение кальцием 1-го иона водорода кислоты) может быть получен смешанный продукт - монодикальцийфосфат (pH - 3,8 - 4,5).

Соотношение моно- и ди- форм может колебаться в широких пределах.

Наибольшее предпочтение в странах Евросоюза отдается марке монодикальцийфосфата, содержащей 50% моно- и 50% дикальцийфосфата.

Примеси, содержащиеся в фосфорной кислоте и меле в процессе нейтрализации, вступают во взаимодействие по реакциям:

(при получении монокальцийфосфата)

H2SO4 + CaCO3 = CaSO4 + CO2 + H2O

(при температуре свыше 100 °C).

При температуре менее 100 °C образуется примесь ардеалита CaSO4·CaHPO4·4H2O, что, как правило, имеет место при производстве ди- и монодикальцийфосфатов.

Примеси полуторных окислов осаждаются в виде аморфных фосфатов:

AlPO4·2H2O и FePO4·2H2O

Примеси фтора осаждаются в основном в виде фторида и кремнефторида кальция:

CaCO3 + 2HF = CaF2 + H2O + CO2

Для обеспечения минимального содержания свободной фосфорной кислоты в монокальцийфосфате и монодикальцийфосфате и полного ее отсутствия в дикальцийфосфате процесс нейтрализации кислоты ведется, как правило, с небольшим избытком мела до содержания его в готовом продукте до 1 - 3%.

На скорость и степень разложения мела фосфорной кислотой и гранулообразование значительное влияние оказывают: дисперсность мела, влажность реакционной массы в смесителе, количество ретура, подаваемого на стадию разложения, интенсивность перемешивания реагентов. Для достижения приемлемых показателей разложения мела предусматривается использование мела с содержанием не более 3% частиц размером более 100 мкм. Наибольшее влияние на степень разложения реагентов и гранулообразование оказывает влажность реакционной массы в смесителе, которая обеспечивает максимальную скорость диффузии раствора монокальцийфосфата к зернам CaCO3 через мелкокристаллические слои CaHPO4 и Ca(H2PO4)2.

4.3.4 Описание технологического процесса

Технологическая схема производства фосфатов кальция включает следующие основные стадии:

- узел приема и подачи мела на производство;

- узел приема и подачи фосфорной кислоты;

- узел нейтрализации, сушки и грануляции;

- узел подачи топочных газов в БГС;

- узел классификации;

- узел очистки отходящих газов;

- узел фасовки и отгрузки готового продукта.

Схема процесса производства фосфатов обесфторенных кормовых представлена на рисунке 4.3.

Процесс производства фосфатов обесфторенных кормовых:

Рисунок 4.3 - Процесс производства фосфатов

обесфторенных кормовых

4.3.4.1 Узел приема и подачи мела на производство

Мел природный технический зафасованный в "биг-бэги" по 0,5 - 1,5 тонны поступает на склад цеха по производству кормовых фосфатов кальция автомобильным транспортом.

4.3.4.2 Узел приема и подачи фосфорной кислоты на производство

Обесфторенная фосфорная кислота с содержанием около 62 - 64% P2O5 (ФК) поступает по трубопроводу в приемный сборник фосфорной кислоты поз. E 513.

Приемный сборник стальной футерованный снабжен перемешивающим устройством.

Из приемного сборника фосфорная кислота подается в плужный смеситель .

4.3.4.3 Узел нейтрализации, сушки и грануляции

Мел из элеватора поступает в бункерный виброактиватор.

Ретур, состоящий из части готового продукта (отбор после грохота), пыли фосфатов кальция из циклонов и некондиционного продукта узла классификации поступает в бункерный виброактиватор.

Далее мел и ретур параллельно поступают на ленточные дозаторы.

Запыленный воздух от виброактиваторов и дозаторов поступает на сухую очистку в циклон.

После дозаторов мел и ретур в заданном соотношении смешиваются в винтовом конвейере и далее по течке поступают в плужный смеситель . Регулирование производительности осуществляется за счет изменения числа оборотов основного ротора с плужками автоматическим преобразователем частоты.

В плужном смесителе происходит разложение мела обесфторенной фосфорной кислотой с одновременным гранулированием реакционной массы при определенной влажности для каждого вида фосфатов кальция. Заданная влажность реакционной массы в смесителе поддерживается подачей в него абсорбционных стоков. Запыленные водяные пары совместно с выделяющимся при разложении мела углекислым газом, поступают на систему очистки.

Из плужного смесителя реакционная масса подается в сушильный барабан БГС. Сушка реакционной массы осуществляется топочными газами.

Высушенный и гранулированный в барабане продукт с температурой 70° - 100 °C и влажностью не более 3%, через течку поступает в элеватор и далее направляется на узел классификации.

Газы после сушильного барабана с температурой 90° - 120 °C направляются на узел очистки отходящих газов.

4.3.4.4 Узел подачи топочных газов в БГС

Топочные газы для сушки продукта при температуре 300 - 600 °C поступают прямотоком из газового калорифера. Температура топочных газов на выходе из сушильного барабана составляет 90 - 120 °C.

4.3.4.5 Узел классификации

После БГС продукт подается в грохот.

Крупная фракция продукта (более 2 мм) после рассева поступает на размол на цепные дробилки. Дробленый материал по течкам поступает в ретур.

Часть продукционной фракции 0 - 2 мм после грохота при помощи поворотной заслонки может подаваться на скребковые конвейеры и через виброактиватор и дозатор возвращаться в смеситель в качестве ретура.

Остальная часть фракции 0 - 2 мм из грохота, в случае получения монокальцийфосфата и монодикальцийфосфата через поворотную заслонку подается в сепаратор-холодильник "кипящего слоя" (КС).

Воздух для охлаждения и отдувки подается в классификатор вентилятором.

В сепараторе-холодильнике наряду с охлаждением продукта до температуры не более 60 °C происходит отдувка гранул от пылевой фракции (отдуваются частицы размером менее 0,2 мм).

Товарная фракция на узел фасовки готового продукта.

4.3.4.6 Узел очистки отходящих газов

Газы после сушильного барабана проходят сухую очистку в циклоне и далее поступают на систему мокрой очистки газов. Уловленная пыль продукта в циклоне через шлюзовой питатель поступает в скребковый конвейер и возвращается в смеситель в качестве ретура.

Аспирационная очистка запыленного воздуха от элеваторов, грохотов, бункеров узла отгрузки готового продукта производится в сухом одиночном циклоне. Частично очищенный воздух после циклона подается на абсорбцию в АПС.

Уловленная в циклоне пыль продукта возвращается в смеситель в качестве ретура.

Запыленный воздух после сепаратора-холодильника проходит сухую очистку в циклоне и далее подается на основную систему мокрой очистки газов в абсорбер АПС. Уловленная в циклоне пыль продукта возвращается в смеситель в качестве ретура.

Газы после сухой очистки в циклонах и парогазовая смесь от баковой аппаратуры проходят мокрую очистку в аппарате АПС. Подача раствора на АПС осуществляется из сборника абсорбционного раствора. Отработанный раствор из АПС стекает в абсорбционный сборник.

Избыток абсорбционных стоков подается в плужный смеситель.

Очищенные газы после основной системы мокрой очистки хвостовым вентилятором выбрасываются в выхлопную трубу.

Запыленные водяные пары из смесителя совместно с выделяющимся при разложении мела углекислым газом поступают на систему мокрой очистки газов, состоящей из скруббера "Вентури" и брызгоуловителя.

Орошение "Вентури" осуществляется посредством ввода в него через форсунку всей подпиточной воды, требующейся для подачи в технологический процесс.

Газы после мокрой системы очистки выбрасываются в атмосферу вентилятором через выхлопную трубу.

4.3.5 Расходные нормы сырья и энергоресурсов при производстве фосфатов кальция

Общие сведения, расходные нормы сырья и энергоресурсов приведены в таблицах 4.9 и 4.10.

Таблица 4.9

Общие сведения производства фосфатов кальция

N подпроцесса

Вход

Подпроцесс

Выход

Основное оборудование

Эмиссии (наименование)

1.1

ПФК

МЕЛ

Прием сырья

Сырье

Емкости, дозаторы, бункера

Пыль, проливы

1.2

ПФК

МЕЛ

Нейтрализация

Реакционная масса

Смеситель

P2O5 брызги

1.3

Реакционная масса

Сушка

Гранулированный продукт

Сушильный барабан

Пыль

1.4

Продукт

Рассев

Фракции продукта

Грохоты

Пыль

Дробление

Дробилки

Пыль

1.5

Продукт

Охлаждение

Продукт

Классификатор

Пыль

1.6

Продукт

Фасовка

Готовый продукт

Фасовочная машина

Пыль

-

Складирование

Готовый продукт

Склад готовой продукции

-

-

Отгрузка

Готовый продукт

Мостовой кран

-

Таблица 4.10

Расход сырья и энергоресурсов производства

фосфатов кальция (цех N 1, 2)

Расход

Выход

Сырье, материалы, энергоресурсы

Продукция, полупродукты, побочные продукты, энергоресурсы

Наименование

Единица измерений <1>

Расход на 1 тонну продукции <2>

Наименование

Единица измерений

Выход на 1 тонну продукции

По проекту

Достигнутые

По проекту

Достигнутые

Кислота полифосфорная

т

1,02

ФОК-1/ФОК-2

1,03/1,02

Готовый продукт

т

1000

-

Мел природный тонкодисперсный

т

0,774

0,84/0,82

-

-

-

-

Электроэнергия

кВт/час

50

41,75/38,35

-

-

-

-

Газ природный

м3

50

36,50/24,53

-

-

-

-

Вода

м3

-

1,18/0,6264

--------------------------------

<1> Для энергоресурсов значения следует указывать в МДж/т продукции.

Таблица 4.11

Описание технологических мероприятий производства

фосфатов кальция

Описание мероприятия

Объект внедрения

Эффект от внедрения

Капитальные затраты

Эксплуатационные затраты

Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ

Энергоэффективность, в отн. ед.

Ресурсосбережение, в отн. ед.

Замена теплогенератора ТМГ-2 на автоматическую горелку ГСС-3000 ИС ТЕСКА

Стадия сушки

-

+

+

100 - 190 тыс. евро

-

Замена грохота двухситного ГИЛ-52Н на установку для просеивания "RHEWUM"

Стадия рассева - дробления

-

+

+

(без СМР)

-

Установка дробилки цепной двухроторной 504-W-24-C

Стадия рассева - дробления

+

+

-

(без СМР)

-

Установка автоматической пакетоформирующей установки PLS-C500

Хранение и фасовка

+

-

-

150 - 200 тыс. евро

-