Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ЭКСТРАГЕНТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к производству очищенной фосфорной кислоты из экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) путем обработки ее органическим растворителем, преимущественно не смешивающимся с кислотой. В качестве органического растворителя используют трибутилфосфат (ТБФ) как в смеси с разбавителем, так и без него. Производство очищенной фосфорной кислоты имеет следующие стадии:
- экстракция Н₃РO₄ из ЭФК органическим растворителем с образованием экстракта (органический растворитель, насыщенный Н₃РO₄) и рафината;
- промывка экстракта раствором фосфорной кислоты для удаления соэкстрагируемых с Н₃РO₄ примесей из ЭФК;
- реэкстракция Н₃РO₄, содержащейся в промытом экстракте, деминералированной водой с получением разбавленной фосфорной кислоты и регенерированного органического растворителя, который возвращается на стадию экстракции.

Органическая фаза (экстрагент) после многократной циркуляции в замкнутом цикле (стадии 1-3) аккумулирует органические и неорганические соединения, которые экстрагируются из ЭФК или образуются в результате разложения экстрагента. Накопление в экстрагенте загрязняющих веществ приводит к снижению его емкости по Н₃РO₄, ухудшает разделение водной и органической фаз, ухудшает качество готового продукта, приводит к ухудшению гидродинамики процесса, что, в свою очередь, вызывает значительное снижение производительности, а также увеличивает потери органического растворителя с водной фазой. Чтобы преодолеть описанные проблемы, предлагалось предварительно очищать ЭФК от органических и неорганических соединений, которые аккумулируются в экстрагенте, однако в конце концов наступал момент необходимости восстановления экстрагента.

Известен способ восстановления органического растворителя (ТБФ, ТБФ+керосин), по которому восстановление экстрагента из цикла очистки ЭФК методом жидкостной экстракции проводят периодически путем обработки экстрагента водными растворами щелочных фосфатов, содержащих 2-4% P₂O₅ и имеющих мольное отношение Na : Р от 2,7:1 до 3,2:1. Раствор щелочных фосфатов подается в объемном соотношении органической фазы к водной (O/В) от 1:1 до 4:1 и температуре 10-90^oС таким образом, чтобы рН смеси экстрагент - водная фаза составлял 9,5-13,7 (для предотвращения омыления материалов). После обработки фазы разделяют в гравитационном отстойнике или с помощью центрифуги. Из водного раствора удаляют твердые вещества, а 75-95% массы жидкости после доведения рН и плотности путем введения гидроокиси натрия и воды возвращают на обработку новой порции экстрагента. Органический раствор дополнительно очищается активированным углем от твердых веществ и омыленных материалов.

Недостатком этого способа является его периодический характер, влияющий на равномерность вывода экстрагента со стадии реэкстракции на восстановление и последующий его ввод в процесс, необходимость использования твердых сорбентов для достижения необходимой степени очистки экстрагента, использование сравнительно дорогих реагентов (ортофосфаты и гидроокись натрия). (Патент США 4311681, С 01 В 25/16, 1982 г.).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ восстановления органического экстрагента в производстве очищенной фосфорной кислоты, включающий постадийное смешение органической фазы, содержащей ТБФ или ТБФ с разбавителем, со щелочным раствором при соотношении органической и водной фаз (O/В) равном (1-4):1 и температуре 20-60^oС и водой, разделение полученных смесей с выводом из процесса промывных растворов. По этому способу восстановление органического растворителя, не смешивающегося с кислотой из цикла очистки ЭФК методом жидкостной экстракции, проводят в непрерывном режиме в три стадии. Процесс основан на последовательном смешении и разделении фаз. На первой стадии органический поток обрабатывается водой при перемешивании в смесителе с объемным отношением O/В равном (4-8):1 и температуре 10-70^oС. Разделение полученной смеси осуществляют в гравитационном отстойнике. Органическую фазу через переток направляют в смеситель второй стадии, водная фаза самотеком поступает в смеситель третьей стадии. На второй стадии органическая фаза, поступившая из предыдущего отстойника, обрабатывается 2-10%-ным щелочным раствором с объемным отношением O/В равным (1-4):1 при температуре 20-60^oС. Смесь разделяется в отстойнике, органическую фазу через переток направляют в смеситель следующей стадии, водная фаза с осажденными твердыми веществами выводится из процесса. На третьей стадии осуществляется контакт органической фазы с предыдущего отстойника с водной фазой из первого отстойника при перемешивании и температуре 20-60^oС. Разделение полученной смеси проводят в отстойнике, восстановленная органическая фаза по перетоку направляется в хранилище циркулирующего растворителя, водную фазу направляют в сборник промывной воды, из которого она возвращается на первую стадию для обработки экстрагента, поступающего на очистку. Из оборота промывной воды постоянно выводится определенное ее количество, для поддержания заданного уровня загрязнения вводят чистую воду.

Недостатком этого способа является большой расход реагентов из-за того, что смешение и разделение фаз происходит в разных аппаратах. Смешение фаз осуществляется с помощью механических мешалок, которые способны создавать стабильные эмульсии, или при снижении мощности перемешивания, неэффективно перемешивать фазы. Кроме того, в рассматриваемом способе низкая эффективность использования промывного реагента при проведении каждой из стадий в одну ступень. (Заявка ЕПВ 0580915, С 01 В 25/46, 1994 г.).

Нами поставлена задача создать эффективный способ восстановления органического экстрагента с достижением большей степени очистки при значительном его упрощении, увеличения эффективности использования промывного реагента, снижения потерь экстрагента в производстве очищенной фосфорной кислоты.

Поставленная задача решена в способе восстановления органического экстрагента в производстве очищенной фосфорной кислоты, включающем постадийное смешение органической фазы, содержащей трибутилфосфат или трибутилфосфат с разбавителем, со щелочным раствором при соотношении О/В равным (1-4):1 при температуре 20-60^oС и водой, разделение полученных смесей с выводом промывных растворов со стадий процесса. По предложенному способу процесс осуществляют в две стадии, на первой из которых обработку органического экстрагента ведут щелочным раствором, а на второй - водой, процесс смешения и разделения реагентов на обеих стадиях ведут в одном аппарате в режиме пульсации при противоточной подаче реагентов, причем на первой стадии интенсивность пульсации поддерживают равной 0,2-1 см/с, а на второй - 0,5-2 см/с.

В качестве щелочного раствора берут раствор кальцинированной соды с концентрацией 10-18%. Водную фазу, выводимую со второй стадии, возвращают в процесс для приготовления щелочного раствора.

Сущность способа заключается в следующем. Часть экстрагента, состоявшего из трибутилфосфата (или трибутилфосфата с растворителем) и содержащего небольшое количество Р₂О₅, выводят из цикла производства очищенной фосфорной кислоты (ОФК) со стадии реэкстракции и направляют на первую стадию восстановления, где обрабатывают щелочным раствором, который после обработки выводят из процесса, а органическая фаза самотеком направляется на вторую стадию в аппарат, расположенный каскадом по отношению к первому. Во втором аппарате экстрагент обрабатывают водой. Воду после обработки выводят.

Процесс проводят в две стадии, что позволяет снизить металлоемкость и удешевить процесс на 25-30%. Существенным отличием является проведение процесса восстановления экстрагента в режиме пульсации при противоточной подаче реагентов, смешение и разделение реагентов ведут в одном аппарате. Проведение процесса восстановления в режиме пульсации самым благоприятным образом влияет на смешение реагентов. Выбранный режим пульсации на стадии обработки экстрагента щелочным раствором позволяет эффективно и в то же время без образования стойких эмульсий (как это происходит при перемешивании механическими мешалками) перемешать реагенты, что положительно сказывается на последующем разделении фаз. Необходимый результат смешения-разделения обеспечивается определенным интервалом интенсивности пульсации, равным 0,2-1 см/с на стадии щелочной обработки, и 0,5-2 см/с на стадии водной обработки. При интенсивности пульсации меньше заявленных пределов на обеих стадиях не обеспечивается эффективное перемешивание, а при интенсивности пульсации более заявленных пределов возможно образование стабильных эмульсий, что приведет к сложностям в процессе разделения фаз. Заданный режим пульсации легко поддается автоматическому регулированию. Смешение и разделение реагентов в одном аппарате снижает затраты на запорную арматуру и межаппаратурные коммуникации.

Проведение процесса в противотоке реагентов позволит более эффективно использовать промывной реагент и получать экстрагент после восстановления с минимальным количеством загрязнений.

На стадии щелочной обработки в качестве реагента используют раствор кальцинированной соды. Используемый раствор обладает достаточными свойствами, чтобы извлечь (нейтрализовать) загрязняющие вещества из экстрагента, кроме того, этот реагент имеет меньшую щелочность, чем используемый в прототипе (гидроокись натрия), что снижает омыление и эмульгирование системы, так как при высокой щелочности (большее значение рН) наблюдается повышенное омыление и создаются условия для образования стабильных эмульсий. Максимальная концентрация карбоната натрия в растворе, равная 18%, выбрана из растворимости этой соли при температуре 20-30^oС с тем расчетом, чтобы возможные колебания температуры при проведении процесса не вызывали кристаллизацию соли и не приводили к забивке аппаратуры. Нижний предел концентрации карбоната натрия в растворе, равный 10%, выбран из необходимости обеспечить заданное качество восстановленного экстрагента при максимальном соотношении О/В. Выводимый со стадии щелочной обработки промывной раствор целесообразно утилизировать в смеси с рафинатом в производстве удобрений, что позволит сделать процесс практически безотходным. В этом случае повышается эффективность использования Р₂O₅, поступающая с экстрагентом в процесс восстановления, а также снижаются потери экстрагента с промывным раствором. Использование предложенного способа позволит:
- снизить содержание загрязняющих веществ, которые накапливаются в органической фазе, до такого уровня, который обеспечит стабильную производительность производства очищенной фосфорной кислоты;
- наиболее полно утилизировать P₂O₅, поступающую с экстрагентом на восстановление щелочным реагентом с возвращением его в производство удобрений.

- за счет проведения процесса восстановления в режиме противотока реагентов и смешения их в одном аппарате не только упрощается технологическая схема, снижается металлоемкость, но и происходит экономия сырья в общем производственном процессе получения ЭФК и удобрений. Данный процесс приводит к снижению энергетических и эксплуатационных затрат.

Пример осуществления способа
В процессе очистки ЭФК трибутилфосфатом в результате рецикла экстрагента в последнем накапливаются органические и неорганические примеси, которые приводят к изменению его физико-химических свойств: плотности, вязкости, межфазного натяжения. Изменение указанных свойств приводит в конечном итоге к снижению производительности и качества продукта. Мерой загрязнения экстрагента может служить условная скорость расслаивания органической и водной фаз, определенная в заданных условиях. Для чистого трибутилфосфата условная скорость расслаивания может составлять 6-18 ед. Для практических целей (устойчивая работа производства при заданной производительности) - не менее 2,5 ед. 3 л экстрагента, содержащего трибутилфосфат, с условной скоростью расслаивания 0,9 выводят из колонны реэкстракции и направляют на первую стадию восстановления, где обрабатывается 14%-ным раствором кальцинированной соды при объемном соотношении O/В= 3:1, температуре 40^oС в противотоке в режиме пульсации с интенсивностью перемешивания 0,4 м/с. Разделение фаз ведут в отстойной зоне колонны при той же температуре. Водный раствор из колонны выводят из процесса. Этот раствор целесообразно использовать в смеси с рафинатом в производстве удобрений. Органическая фаза самотеком из отстойной зоны колонны первой стадии поступает в пульсационную колонну второй стадии, где смешивается с водой в противотоке при O/В=3 и температуре 40^oС. Смешение реагентов осуществляется в режиме пульсации при интенсивности 1,2 м/с. Разделение фаз ведут в отстойной зоне колонны при той же температуре. Водный раствор выводят из колонны и используют для приготовления раствора кальцинированной соды. Восстановленную органическую фазу (условная скорость расслаивания 3,2 ед.) самотеком из отстойной зоны колонны направляют в сборник-хранилище, из которого равномерно возвращают в цикл производства очищенной фосфорной кислоты.

Другие примеры осуществления приведены в таблице.