Producción de fosfatos de amonio.

Un método para la producción de fosfatos de amonio, que comprende las etapas de:

proporcionar (210) una fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo;

añadir (212) amoniaco (18) anhidro a dicha una fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo;

precipitar (214) al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio de dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua;

controlar (216) una temperatura de la fase (15) líquida inmiscible con el agua durante dichas etapas de adición (212) y precipitación (214) a un intervalo de temperaturas predeterminado;

extraer (218) dicho precipitado de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio de dicha fase (15) líquida inmiscible con el agua;

lavar (220) los cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio; y

secar (228) dichos cristales lavados,

caracterizado por que

dicha etapa de lavar (220) los cristales comprende retirar por lavado la fase (17) líquida inmiscible con el agua residual de dichos cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio con una disolución de lavado que comprende disolución acuosa saturada de fosfato de amonio; y por las etapas adicionales de:

separar (222) dicha fase (17) líquida inmiscible con el agua residual lavada de dichos cristales de dicha disolución de lavado por separación de fases de dicha fase líquida inmiscible con el agua residual lavada de dichos cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio y dicha disolución de lavado;

reutilizar (224) dicha fase (17) líquida inmiscible con el agua residual separada en fases para adsorción adicional de fósforo para ser reutilizado para extracción adicional; y

reutilizar (226) el líquido de lavado agotado de fase (17) líquida inmiscible con el agua residual para lavado adicional de cristales en dicha etapa de lavar los cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio.

Producción de fosfatos de amonio Campo técnico

La presente invención se refiere en general a la producción de fosfatos de amonio a partir de disoluciones que contienen fósforo.

Antecedentes

La roca de fosfato (apatita) es la fuente comercial principal de fósforo. La mayor parte de la producción de fosfato mundial se usa para fabricar fertilizantes para sostener la producción agrícola. La calidad de las reservas de fósforo está disminuyendo, y el coste de extracción y procesamiento está aumentando. Pueden estar presentes en la roca de fosfato metales pesados asociados, como el cadmio sustituyendo al calcio, requiriéndose una separación. Varios países restringen los niveles de metales pesados en los fertilizantes. Por ejemplo, en Suecia los fertilizantes P que tienen contenidos de cadmio por encima de 5 mg de Cd/kg de P están gravados con un impuesto. Algunos productores europeos de fertilizantes han cambiado a proveedores que importan sólo materia prima que tiene límites de cadmio establecidos.

Todas las sales de fosfato solubles en agua, tales como fertilizantes solubles, son derivados del ácido fosfórico. El ácido fosfórico se produce comercialmente mediante un proceso "húmedo " o bien térmico. La digestión húmeda de la roca de fosfato es el procedimiento más común. El procesamiento térmico consume mucha energía, y por lo tanto es costoso. Por esa razón, las cantidades de ácido producido térmicamente son mucho más pequeñas, y se usan principalmente para la producción de fosfatos industriales.

El ácido fosfórico para producción de fertilizantes está basado casi únicamente en la digestión húmeda de la roca de fosfato. El procedimiento está basado principalmente en la disolución de la apatita con ácido sulfúrico. El procedimiento está basado principalmente en la disolución de apatita con ácido sulfúrico. Después de la disolución de la roca, el sulfato de calcio (yeso) y el ácido fosfórico son separados por filtración. Para producir ácido fosfórico de calidad comercial, se requieren altas concentraciones de ácido, y se evapora el agua. El sulfato de calcio existe en varias formas cristalinas, dependiendo de las condiciones prevalecientes, tales como temperatura, concentración de fósforo en la suspensión, y nivel de sulfato libre. El sulfato de calcio es precipitado como dihidrato (CaS04 2H2O) o bien como hemlhldrato (CaS04 % H2O). El ácido fosfórico producido mediante este procedimiento se caracteriza por una baja pureza.

Todas las sales de fosfato de amonio derivan del ácido fosfórico. El ácido fosfórico de calidad comercial, que tiene una concentración de aproximadamente 54% de P2O5, es neutralizado con amoniaco para formar fosfato de monoamonlo (MAP) o bien fosfato de dlamonio (DAP) controlando la relación molar de amoniaco a ácido fosfórico durante el procedimiento de neutralización. El amoniaco se usa en forma líquida o gaseosa. Se prefiere normalmente amoniaco anhidro líquido, dado que es necesario un aporte extra de calor desde otros sistemas para vaporizar el amoniaco líquido hasta una forma gaseosa. La neutralización del ácido fosfórico de calidad comercial con amoniaco se realiza normalmente en varias etapas, usando varios recipientes de reacción. La relación molar de amoniaco a ácido fosfórico en el/los pre-reactor/es es mantenida normalmente a un nivel que da la máxima solubilidad para la suspensión (entre 1,4 y 1,45 para la producción de DAP, y normalmente menos que 1 para la producción de MAP). Para el control de la operación, la relación molar de amoniaco a ácido fosfórico se determina monltorlzando el pH de la suspensión. El exceso de calor de la reacción es retirado del/de los preneutralizador/es añadiendo agua al/a los reactor/es. La evaporación del agua enfría la suspensión. Cuando la relación molar de amoniaco a ácido fosfórico es aumentada por encima de 1, el amoniaco sin reaccionar escapa del reactor y los vapores gaseosos liberados deben ser lavados con un ácido. La suspensión del/de los reactor/es de preneutrallzaclón, que contienen normalmente entre 16 y 23% de agua, es alimentada normalmente a un amoniador- granulador para completar la adición de amoniaco para el producto deseado. La compleción de la neutralización y la evaporación adicional del agua da como resultado que se forman partículas sólidas. Es necesario recuperar el amoniaco no reaccionado de los vapores gaseosos lavando con un ácido. Después de esto, los fosfatos de amonio sólidos son secados normalmente en un reactor independiente para reducir el contenido de humedad. La pérdida de amoniaco desde el secador es recuperada normalmente lavando con ácido. Los fosfatos de amonio sólidos son enfriados normalmente haciendo pasar aire a través de un reactor de enfriamiento.

Para varias aplicaciones, tales como fertilización por irrigación (la aplicación de fertilizantes solubles en agua en el agua de Irrigación) y fertilización follar (rociado de fertilizantes en las hojas) hay una necesidad de fosfatos de amonio totalmente solubles para evitar el atascamiento del equipo de fertilización por irrigación por los sólidos no disueltos. El ácido fosfórico de procedimiento húmedo contiene una cantidad sustancial de impurezas, tales como hierro, aluminio, calcio, magnesio, cadmio, etc., que forman sólidos insolubles en agua tras la neutralización con amoniaco, y por tanto los fosfatos de amonio de calidad fertilizante no son completamente solubles en agua. Por lo tanto, se deben producir especialmente fertilizantes P totalmente solubles para fines de fertilización por irrigación a partir de ácido fosfórico purificado.

La tecnología actual para la purificación de ácido fosfórico está basada en la extracción de ácido fosfórico impuro de

procedimiento húmedo en un disolvente orgánico (cetonas, fosfatos de trialquilo, alcoholes, etc.) seguido de extracción inversa con agua formando un ácido fosfórico diluido y puro, que es concentrado después por evaporación de agua. El ácido fosfórico purificado es neutralizado después con amoniaco, formando productos de fosfatos de amonio totalmente solubles según el procedimiento descrito anteriormente.

En general, se pueden Identificar dos procedimientos para la extracción con disolventes de ácido fosfórico: a) extracción parcial de ácido fosfórico a partir de disoluciones concentradas, y b) extracción completa de ácido fosfórico en presencia de otros ácidos o sales.

La extracción parcial de ácido fosfórico a partir de ácido fosfórico concentrado producido por digestión de apatita con ácido sulfúrico es el procedimiento más común. En este procedimiento, sólo es extraído parte del ácido fosfórico en una fase orgánica. El ácido fosfórico no extraído restante, junto con las Impurezas metálicas, se usa para la producción de sales de fosfato de calidad baja, tales como diferentes fertilizantes. Se puede usar en este procedimiento cualquier disolvente capaz de solvatar ácido fosfórico, tanto disolventes que tengan un coeficiente de distribución razonablemente constante a concentraciones bastante bajas, tales como alcoholes, como disolventes que muestren muy poca capacidad de extracción para ácido fosfórico por debajo de una concentración umbral específica, es decir, el coeficiente de distribución es dependiente de la concentración de manera muy marcada, tal como para éteres, ásteres y cetonas seleccionadas.

Una estrategia diferente es obtener una extracción completa del ácido fosfórico en presencia de altas concentraciones de otros ácidos o sales. La adición de un segundo ácido tal como H2SO4 (patente de EE UU. 3.573.005) o una sal tal como CaC¡2 (patente de EE UU. 3.304.157) puede mejorar el coeficiente de distribución (la relación de distribución de soluto entre las fases orgánica y acuosa) del ácido fosfórico incluso a concentraciones de ácido fosfórico bastante bajas. Aunque el ácido añadido es extraído también por el disolvente, su proporción en el disolvente orgánico es normalmente menor que en la disolución de alimentación. Son disolventes adecuados alcoholes, fosfatos de trialquilo tales como fosfato de tributilo, etc., que muestran coeficientes de distribución razonablemente constantes a concentraciones de ácido fosfórico bastante bajas. El método se recomienda para extraer ácido fosfórico del ácido fosfórico Impuro remanente que resulta del procedimiento de extracción parcial. Una desventaja principal de esta estrategia es que la fase acuosa final es rica en el ácido añadido (es decir, ácido sulfúrico) o sales, junto con Impurezas, lo que podría no tener un uso final.

Las desventajas de las tecnologías de última generación para la producción de fosfatos de amonio son numerosas. El... [Seguir leyendo]

1. Un método para la producción de fosfatos de amonio, que comprende las etapas de: proporcionar (210) una fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo;

añadir (212) amoniaco (18) anhidro a dicha una fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo;

precipitar (214) al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio de dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua;

controlar (216) una temperatura de la fase (15) líquida inmiscible con el agua durante dichas etapas de adición (212) y precipitación (214) a un intervalo de temperaturas predeterminado;

extraer (218) dicho precipitado de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio de dicha fase (15) líquida inmiscible con el agua;

lavar (220) los cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio; y

secar (228) dichos cristales lavados, caracterizado por que

dicha etapa de lavar (220) los cristales comprende retirar por lavado la fase (17) líquida inmiscible con el agua residual de dichos cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio con una disolución de lavado que comprende disolución acuosa saturada de fosfato de amonio;

y por las etapas adicionales de:

separar (222) dicha fase (17) líquida inmiscible con el agua residual lavada de dichos cristales de dicha disolución de lavado por separación de fases de dicha fase líquida inmiscible con el agua residual lavada de dichos cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio y dicha disolución de

lavado;

reutilizar (224) dicha fase (17) líquida inmiscible con el agua residual separada en fases para adsorción adicional de fósforo para ser reutilizado para extracción adicional; y

reutilizar (226) el líquido de lavado agotado de fase (17) líquida inmiscible con el agua residual para lavado adicional de cristales en dicha etapa de lavar los cristales de dicho precipitado extraído de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio.

2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque

dicha disolución de lavado usada en dicha etapa de lavado está compuesta de disolución acuosa saturada de fosfato de monoamonio o fosfato de diamonio para la producción de fosfato de monoamonio o fosfato de diamonio, respectivamente.

3. El método según la reivindicación 2, caracterizado por controlar un pH de dicha disolución acuosa saturada de fosfato de monoamonio a un pH de 2-6 o controlar un pH de dicha disolución acuosa saturada de fosfato de diamonio a un pH de 6-10 para dirigir las reacciones químicas a la producción de composiciones particulares de fosfato de monoamonio o fosfato de diamonio, por lo que dicho control de un pH de dicha disolución acuosa saturada de fosfato de monoamonio comprende la adición de ácido fosfórico o amoniaco y dicho control de un pH de dicha disolución acuosa saturada de fosfato de diamonio comprende la adición de amoniaco.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que

dicha etapa de proporcionar (210) una fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo comprende la etapa de adsorber fósforo de una disolución acuosa que contiene fósforo en un depurador líquido que tiene afinidad por el fósforo, por lo que dicho depurador cargado con fósforo forma dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo; y

por la etapa adicional de reutilizar dicho depurador regenerado formado por dicha etapa de extracción (218) para adsorción adicional de fósforo.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicha etapa de adición (212) comprende monitorizar una conductividad o un pH de dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua y controlar una cantidad de amoniaco (18) anhidro añadido en respuesta a dicha conductividad o pH monitorizados.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicha etapa de control (216) de

una temperatura comprende extracción de calor de dicha fase líquida inmiscible con el agua antes, durante y/o después de dichas etapas de adición (212) y precipitación (214).

7. Una disposición (10) para la producción de fosfatos de amonio, que comprende: un volumen (20) de mezcla;

teniendo dicho volumen (20) de mezcla una entrada (22) para una fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo;

teniendo dicho volumen (20) de mezcla una entrada (22) para añadir amoniaco (18) anhidro a dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua;

un intercambiador (30) de calor dispuesto en contacto térmico con dicha fase (15) líquida inmiscible con el agua;

un controlador (34) dispuesto para hacer funcionar dicho intercambiador (30) de calor para mantener dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua en dicho volumen (20) de mezcla dentro de un intervalo de temperaturas predeterminado;

un separador (40) de precipitados dispuesto para retirar los cristales de al menos uno de fosfato de monoamonio y fosfato de diamonio precipitados de dicho volumen (20) de mezcla;

un lavador (52, 52 ) conectado a dicho separador (40) de precipitados y dispuesto para lavar dichos cristales; y un secador (54) conectado a dicho lavador (52, 52') y dispuesto para secar dichos cristales lavados, caracterizado por

un separador (60) conectado a dicho lavador (52, 52 ) y dispuesto para separar la fase (17) líquida inmiscible con el agua residual lavada de dichos cristales;

estando dicho separador (60) conectado a dicha entrada a dicha sección (12) de extracción para la fase (17) líquida inmiscible con el agua agotada en fósforo para reutilizar dicha fase (17) líquida inmiscible con el agua residual separada para adsorción adicional de fósforo en dicha sección (12) de extracción;

estando dicho separador (60) dispuesto además para proporcionar líquido (59) de lavado agotado en fase líquida inmiscible con el agua residual para reutilización para lavar cristales en dicho lavador (52, 52');

dicho lavador (52) está dispuesto para lavar dichos cristales con disolución acuosa saturada de fosfato de amonio; y

comprendiendo dicho separador (60) un separador (58) de fases dispuesto para la separación de dicha fase (17) líquida inmiscible con el agua y dicha disolución acuosa saturada de fosfato de amonio.

8. La disposición según la reivindicación 7, caracterizada porque

dicho lavador (52) está dispuesto para usar una disolución de lavado compuesta de disolución acuosa saturada de fosfato de monoamonio o fosfato de diamonio para la producción de fosfato de monoamonio o fosfato de diamonio, respectivamente.

9. La disposición según la reivindicación 8, caracterizada porque

dicho lavador (52) está dispuesto para controlar un pH de dicha disolución acuosa saturada de fosfato de monoamonio y/o fosfato de diamonio.

10. La disposición según la reivindicación 9, caracterizada porque

dicho lavador (52) está dispuesto para la adición de ácido fosfórico o amoniaco a dicha disolución acuosa saturada de fosfato de monoamonio o de amoniaco a dicha disolución acuosa saturada de fosfato de diamonio.

11. La disposición según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada por

una sección (12) de extracción, dispuesta para adsorber fósforo de una disolución acuosa que contiene fósforo en un depurador líquido que tiene afinidad por el fósforo;

una salida de dicha sección (12) de extracción para el depurador cargado con fósforo está conectada a dicha entrada (22) para una fase líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo de dicho volumen de mezcla, por lo que dicho depurador cargado con fósforo forma dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con fósforo;

una entrada (16) a dicha sección (12) de extracción para el depurador agotado en fósforo está conectada a dicho volumen (20) de mezcla y dispuesta para reutilizar dicho depurador regenerado formado en dicho volumen (20) de

mezcla por funcionamiento de dicho separador (40) de precipitación para adsorción adicional de fósforo en dicha sección (12) de extracción.

12. La disposición según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizada por: uno de:

5 un sensor (26) para la monitorización de una conductividad de dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua; y

un sensor (26) para la monitorización de un pH de dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua; y

una unidad (28) de control de adición conectada a dicho sensor (26) y dispuesta para controlar una cantidad de amoniaco (18) anhidro añadido en respuesta a dicha conductividad o pH monitorizados.

13. La disposición según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizada por que dicho intercambiador (30) 10 de calor está funcionando para la extracción de calor de dicha fase (14) líquida inmiscible con el agua cargada con

fósforo que entra en dicho volumen (20) de mezcla, de dicha fase líquida inmiscible con el agua dentro de dicho volumen (20) de mezcla y/o de fase (17) líquida inmiscible con el agua agotada en fósforo que sale de dicho

volumen (20) de mezcla.

14. La disposición según la reivindicación 13, caracterizada por 15 una fuente de amoniaco (19) líquido;

una unidad (23) calentadora conectada a dicha fuente de amoniaco (19) líquido y conectada a o integrada con dicho intercambiador (30) de calor, dicha unidad (23) calentadora está dispuesta para utilizar al menos una parte de dicho calor extraído en dicho intercambiador (30) de calor para producir amoniaco gaseoso;

estando dicha entrada (24) para añadir amoniaco (18) anhidro de dicho volumen de mezcla conectada para extraer 20 dicho amoniaco gaseoso de dicha fuente de amoniaco (19) líquido.