一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，是利用碳酰胺與濕法磷酸反應(yīng)得到中間體，再將該中間體與氫氧化鈉反應(yīng)制備磷酸氫二鈉產(chǎn)品。本發(fā)明工藝路線短、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低，操作方便、生產(chǎn)安全，副產(chǎn)物料漿還可完全回收循環(huán)利用，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)保清潔無(wú)污染，無(wú)廢氣、廢水和廢渣排放，響應(yīng)了節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的政策號(hào)召，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、能耗高、環(huán)境污染等問題，得到的磷酸氫二鈉產(chǎn)品純度≥98%。
【專利說(shuō)明】一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸氫二鈉是用途廣泛的一種化工產(chǎn)品。在化學(xué)工業(yè)中,磷酸氫二鈉可作為制備各種磷酸鹽產(chǎn)品的原料；在食品工業(yè)中，常用作品質(zhì)改良劑、食品緩沖劑；在醫(yī)藥上，可用作酸堿度調(diào)節(jié)劑；工業(yè)上常用作鍋爐軟水劑，織物、木材和紙的阻燃劑，釉藥和焊藥；還可用于生產(chǎn)洗滌劑，印刷版的清洗劑和染色用媒染劑；在印染工業(yè)中用作雙氧水漂白的穩(wěn)定劑，人造絲的填料；還是制造焦磷磷酸鈉和其他磷酸鹽的原料，也是味精、紅霉素、青霉素、鏈霉素和污水生產(chǎn)化處理制品等的培養(yǎng)劑。目前磷酸氫二鈉工業(yè)化生產(chǎn)基本都是采用熱法磷酸或濕法凈化磷酸與碳酸鈉反應(yīng)將PH值調(diào)節(jié)至8.8-9.0間干燥反應(yīng)制得產(chǎn)品。然而，這些制法都存在著不足之處。熱法磷酸由于在生產(chǎn)過(guò)程中能耗高，污染大，隨著能源緊張，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，熱法磷酸生產(chǎn)受到國(guó)家政策的限制；濕法磷酸的凈化由于工藝路線長(zhǎng)，裝置建設(shè)投資大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，無(wú)論采用熱法磷酸還是濕法凈化磷酸生產(chǎn)磷酸鈉鹽都存在很多不利因素。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的磷酸氫二鈉生產(chǎn)方法普遍存在著能耗高、副產(chǎn)物難以處理、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益不好、不利于環(huán)保等問題。
[0003]如CN101195480A公開了一種用濕法磷酸生產(chǎn)磷酸氫二鈉的方法，是將濕法磷酸、硫酸鈉和磷礦粉按照10:1.2:2的重量份混合后，控制溫度在80°C _85°C反應(yīng)5小時(shí)，過(guò)濾，洗滌濾渣后得到含有磷酸二氫鈉的料液，濾渣用于生產(chǎn)磷肥；向磷酸二氫鈉料液中加入純堿中和至PH值為5-6，過(guò)濾，得到一次中和料液，濾渣用于磷肥生產(chǎn)；向一次中和料液中加入純堿調(diào)節(jié)PH值為8-9，過(guò)濾，得到二次中和料液，濾渣返回B步驟中再反應(yīng)；將二次中和料液冷卻到18°C _20°C，結(jié)晶分離得到磷酸氫二鈉產(chǎn)品和母液，母液返回再反應(yīng)。該方案雖然是用濕法磷酸為原料制備磷酸氫二鈉，然而其反應(yīng)時(shí)間和工藝路線長(zhǎng)，濾渣難以處理，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，解決現(xiàn)有的磷酸氫二鈉生產(chǎn)技術(shù)中工藝線路較長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，能耗高，副產(chǎn)物難處理而不利于環(huán)保的問題。
[0005]一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，是利用碳酰胺與濕法磷酸反應(yīng)得到中間體，再將該中間體與氫氧化鈉反應(yīng)制備磷酸氫二鈉產(chǎn)品。
[0006]本發(fā)明所述的用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法包括以下步驟:
[0007]( １)濕法磷酸的除雜:
[0008]采用離心或者壓濾的方法除去濕法磷酸中含有的固體雜質(zhì)，得到磷酸，備用；
[0009](2)中間體的合成反應(yīng):
[0010]將步驟(1)所得磷酸放入中間體合成槽內(nèi)，調(diào)節(jié)磷酸濃度，加熱升溫至40°C -90°C，在攪拌條件下，加入碳酰胺與磷酸進(jìn)行合成反應(yīng)，碳酰胺的加入量按其與磷酸的摩爾比為(1.0-1.1):1確定，反應(yīng)時(shí)間為40min-120min ；
[0011](3)冷卻結(jié)晶得到中間體:
[0012]合成反應(yīng)結(jié)束后，將得到的中間體料漿放入冷卻結(jié)晶槽內(nèi)冷卻至溫度< 40°C，離心分離，保留濾餅，濾餅為中間體，放入中間體儲(chǔ)倉(cāng)，備用；
[0013](4)磷酸氫二鈉的制備:
[0014]將中間體送入合成槽內(nèi)，加入計(jì)量的氫氧化鈉混合反應(yīng)，所述中間體與氫氧化鈉的摩爾比為(1.0-1.05):2，控制氫氧化鈉的加入速度以調(diào)節(jié)合成槽內(nèi)的溫度在40°C -90°C范圍內(nèi)，攪拌反應(yīng)40min-120min ;反應(yīng)結(jié)束后，將磷酸氫二鈉料漿降溫至溫度≤50°C，冷卻結(jié)晶，晶體析出后放入離心機(jī)內(nèi)離心分離，濾液為含有碳酰胺的料漿，回收其中的碳酰胺，返回步驟(2)的中間體合成槽用于中間體的生產(chǎn)，濾餅為磷酸氫二鈉產(chǎn)品，干燥后包裝。
[0015]所述步驟(2 )中的中間體為CO (NH2) 2.H3PO4。
[0016]所述步驟(1)中濕法磷酸濃度為15%_75%。
[0017]所述步驟(2)中將碳酰胺配制為碳酰胺溶液后再與磷酸進(jìn)行合成反應(yīng)。
[0018]所述步驟(3)中離心分離所得濾液為含有雜質(zhì)的中間體料漿，送至復(fù)合肥生產(chǎn)線生產(chǎn)復(fù)合肥。
[0019]所述步驟(4)中將氫氧化鈉溶解得到氫氧化鈉溶液后與中間體固體進(jìn)行反應(yīng)。
[0020]所述步驟(4)中將氫氧化鈉溶解得到氫氧化鈉溶液后與中間體溶解得到的溶液進(jìn)行反應(yīng)。
[0021]所述步驟(4)中將中間體溶解得到的溶液與氫氧化鈉固體進(jìn)行反應(yīng)。
[0022]所述步驟(4)中原料氫氧化鈉替換為碳酸鈉，所述中間體與碳酸鈉的摩爾比為(0.98 ~1.05):lo
[0023]本發(fā)明所采用的碳酰胺優(yōu)先選用市場(chǎng)售肥料級(jí)的碳酰胺，用量按碳酰胺與濕法磷酸摩爾比(1.0-1.1):1來(lái)確定。將碳酰胺與濕法磷酸反應(yīng)后得到的中間體再與氫氧化鈉反應(yīng)，得到的磷酸氫二鈉產(chǎn)品純度> 98%。本發(fā)明所得產(chǎn)品與傳統(tǒng)熱法磷酸中和法的磷酸氫二鈉產(chǎn)品純度相近，而制備工藝復(fù)雜程度和成本投入?yún)s遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)熱法磷酸中和法。 申請(qǐng)人:經(jīng)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，碳酰胺與磷酸生成的中間體，能與氫氧化鈉生成高純度的磷酸氫二鈉
[0024]本發(fā)明所述的碳酰胺即尿素(分子式為CO(NH2)2):
[0025]
[0026]碳酰胺為無(wú)色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，溶于水、醇，難溶于乙醚、氯仿，呈弱堿性；工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒，有刺鼻性氣味。碳酰胺的含氮量約為46.67%，是固體氮肥中含氮量最高的。碳酰胺有水解作用，可與酸作用生成鹽。因?yàn)樵谌撕筒溉閯?dòng)物的尿中含有這種物質(zhì)，所以又名尿素或者脲。碳酰胺具有酰胺結(jié)構(gòu)，故具有酰胺的一般化學(xué)性質(zhì)，由于有兩個(gè)氨基與羰基直接相連，它們相互影響，使碳酰胺與一般酰胺不同，而表現(xiàn)出一些特殊性質(zhì)。在碳酰胺分子中，兩個(gè)氮原子上的未共用電子對(duì)均與羰基η電子發(fā)生共軛效應(yīng)，故與酰胺相比，氮原子上的電子云密度降低較少，與質(zhì)子的結(jié)合能力較強(qiáng)，所以碳酰胺的堿性比酰胺略強(qiáng)，能與強(qiáng)酸生產(chǎn)鹽。由于生成的鹽是晶體，微溶于水，不溶于酸，利用這種性質(zhì)就可將碳酰胺分離出來(lái)。在酸、堿或尿素酶的作用下，碳酰胺易發(fā)生水解反應(yīng)，生成氨和二氧化碳，故碳酰胺可作為高效氮肥。磷和氮屬于同一主族，性質(zhì)相當(dāng)接近。當(dāng)碳酰胺采用尿素的時(shí)候，本發(fā)明所述中間體為磷酸脲CO(NH2)2 *H3P04。由此可見，碳酰胺與濕法磷酸反應(yīng)，得到的中間體具有一定的化學(xué)性質(zhì)，能與氫氧化鈉生成純度較高的磷酸氫二鈉產(chǎn)品。此外，氫氧化鈉還可替換為碳酸鈉，也能夠得到純度較高的磷酸氫二鈉。
[0027]在本發(fā)明中，當(dāng)碳酰胺與除雜后的磷酸反應(yīng)時(shí)，可以先將碳酰胺用水溶解后制備成碳酰胺溶液再與磷酸反應(yīng)，也可以將碳酰胺固體直接與磷酸進(jìn)行反應(yīng)；當(dāng)中間體與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí)，可以是碳酰胺溶液與氫氧化鈉固體反應(yīng)，或者碳酰胺溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，也可以是氫氧化鈉溶液與碳酰胺固體反應(yīng)。
[0028]本發(fā)明中涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
[0029]濕法磷酸與碳酰胺反應(yīng)得到高純度的中間體:
[0030]H3P04+C0 (NH2) 2=C0 (NH2) 2 ? H3PO4
[0031]再以中間體與碳酸鈉/氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)制備磷酸二氫鈉，反應(yīng)后的料漿中含有碳酰胺:
[0032]CO (NH2) 2 ? H3P04+2Na0H=Na2HP04+C0 (NH2) 2+H20
[0033]CO (NH2) 2 ? H3P04+Na2C03=Na2HP04+C0 (NH2) 2+H20+C02
[0034]在本發(fā)明中，所述中間體為磷酸脲(Ureaphosphate, UP), CAS號(hào)為4861-19-2,分子式為 CH7N2O5P，可表示為 CO(NH2)2 ? H3PO4:
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:是利用碳酰胺與濕法磷酸反應(yīng)得到中間體，再將該中間體與氫氧化鈉反應(yīng)制備磷酸氫二鈉產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)濕法磷酸的除雜: 采用離心或者壓濾的方法除去濕法磷酸中含有的固體雜質(zhì)，得到磷酸，備用； (2)中間體的合成反應(yīng): 將步驟(1)所得磷酸放入中間體合成槽內(nèi)，調(diào)節(jié)磷酸濃度，加熱升溫至40°C -90°C,在攪拌條件下，加入碳酰胺與磷酸進(jìn)行合成反應(yīng)，碳酰胺的加入量按其與磷酸的摩爾比為(1.0-1.1):1 確定，反應(yīng)時(shí)間為 40min-120min ； (3 )冷卻結(jié)晶得到中間體: 合成反應(yīng)結(jié)束后，將得到的中間體料漿放入冷卻結(jié)晶槽內(nèi)冷卻至溫度< 40°C，離心分離，保留濾餅，濾餅為中間體，放入中間體儲(chǔ)倉(cāng)，備用； (4)磷酸氫二鈉的制備: 將中間體送入合成槽內(nèi)，加入計(jì)量的氫氧化鈉混合反應(yīng)，所述中間體與氫氧化鈉的摩爾比為(1-1.05):2，控制氫氧化鈉的加入速度以調(diào)節(jié)合成槽內(nèi)的溫度在40°C -90°C范圍內(nèi)，攪拌反應(yīng)40min-120min ;反應(yīng)結(jié)束后，將磷酸氫二鈉料漿降溫至溫度< 50°C，冷卻結(jié)晶，晶體析出后放入離心機(jī)內(nèi)離心分離，濾液為含有碳酰胺的料漿，回收其中的碳酰胺，返回步驟(2)的中間體合成槽用于中間體的生產(chǎn)，濾餅為磷酸氫二鈉產(chǎn)品，干燥后包裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的中間體為CO(NH2)2.H3PO4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(1)中濕法磷酸濃度為15%-75%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(2)中將碳酰胺配制為碳酰胺溶液后再與磷酸進(jìn)行合成反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(3)中離心分離所得濾液為含有雜質(zhì)的中間體料漿，送至復(fù)合肥生產(chǎn)線生產(chǎn)復(fù)合肥。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(4)中將氫氧化鈉溶解得到氫氧化鈉溶液后與中間體固體進(jìn)行反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(4)中將氫氧化鈉溶解得到氫氧化鈉溶液后與中間體溶解得到的溶液進(jìn)行反應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所 述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(4)中將中間體溶解得到的溶液與氫氧化鈉固體進(jìn)行反應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用濕法磷酸制備磷酸氫二鈉的方法，其特征在于:所述步驟(4)中原料氫氧化鈉替換為碳酸鈉，所述中間體與碳酸鈉的摩爾比為(0.98~1.05):1
【文檔編號(hào)】C01B25/30GK103754853SQ201410035074
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】魏發(fā)展, 廖吉星, 彭寶林, 朱飛武, 張意, 韓朝應(yīng), 張金萍, 劉瓊 申請(qǐng)人:貴陽(yáng)中化開磷化肥有限公司