تقسیم هسته در مسیرهای فنی: منطق فرآیند روشهای مرطوب و حرارتی
انتخاب مسیرهای فنی برای تولید اسید فسفریک در اصل یک استتعادل پویا در میان موقوفات منابع ، تقاضای بازار و محدودیت های زیست محیطیبشر در حال حاضر ، فن آوری های اصلی جهان به دو سیستم اصلی تقسیم می شوند: فرآیند مرطوب اسید فسفریک (WPA) و فرآیند حرارتی اسید فسفریک (TPA). با محوریت تجزیه سنگ فسفات توسط اسید سولفوریک ، فرآیند مرطوب اسید فسفریک خام را از طریق جداسازی مایع جامد بدست می آورد و بیش از 85 ٪ از ظرفیت تولید اسید فسفریک جهانی را به خود اختصاص می دهد. مزیت اقتصادی آن در سازگاری با سنگ فسفات درجه متوسط و پایین (فقط بیشتر از یا مساوی با 28 ٪ محتوای P₂o₅) و ظرفیت تولید در مقیاس بزرگ نهفته است. در مقابل ، فرآیند حرارتی از طریق احتراق و هیدراتاسیون فسفر زرد ، اسید فسفریک تولید می کند و محصولات با درجه الکترونیکی را به همراه می آورد (با ناخالصی ها<1ppm). However, its unit energy consumption is as high as 13,000-15,000 kWh/ton, 5-8 times that of the wet process, and it mainly serves high-end markets such as food additives and electronic etchants.
واگرایی فنی بین این دو به ویژه در انتخاب مواد اولیه برجسته است: فرآیند مرطوب 4.5-5.5 تن اسید سولفوریک و 4-5 تن فسفوژیپس در هر تن محصول مصرف می کند. در همین حال ، فرایند حرارتی به 1.2-1.5 تن فسفر زرد در هر تن اسید فسفریک نیاز دارد و تولید فسفر زرد به خودی خود 14000-15000 کیلووات ساعت برق و 6-8 تن سنگ فسفات مصرف می کند. این تفاوت در وابستگی به منابع به طور مستقیم منجر به فرآیند مرطوب حاکم بر بخش کود می شود (بیش از 90 ٪ حساب می شود) ، در حالی که فرایند حرارتی یک مانع فنی در بازار شیمیایی سطح بالا ایجاد می کند.
تکرار تکنولوژیکی فرآیند مرطوب اسید فسفریک: از تولید گسترده تا تصفیه ریز
یک مزیت اصلی فرآیند همی هیدرات-دی هیدرات در سازگاری انعطاف پذیر آن با کیفیت سنگ فسفات متغیر-حتی هنگام پردازش سنگ معدن با نوسان محتوای P₂o₅ (از 25 ٪ تا 35 ٪) یا سطح ناخالصی بالا (مانند منیزیم و اکسیدهای آلومینیوم) نهفته است ، آن را بازیابی فسفر می کند. به عنوان مثال ، در یک پروژه اسید فسفریک 500000 تنی/سال مرطوب در برزیل ، شرکت ملی مهندسی ووهان شیمیایی چین ، آموزشی ویبولیتین این فرآیند را با تنظیم دمای تبلور همی هیدرات به تازگی (با درجه 82-88 درجه) و نسبت شستشوی دی هیدرات (1: 3.5) بهینه سازی کرد ، که نه تنها میزان بازیابی فسفوروش را بالا نگه داشت. کمتر از 0.8 ٪-بهبود بحرانی برای تولید فسفات دیایمونیوم پایین دست (DAP) ، به عنوان منیزیم بیش از حد در غیر این صورت باعث کشت کود می شود. علاوه بر این ، گچ با استحکام بالا از نوع تولید شده به عنوان یک محصول جانبی دارای قدرت فشاری بیش از 25 مگاپاسکال پس از هیدراتاسیون است ، و با استاندارد اروپا EN 13279-1 برای گچ های گچ برآورده می شود.
در فرآیند استخراج حلال ، نوآوری های اخیر بر افزایش پایداری حلال و کاهش خطرات زیست محیطی متمرکز شده است. حلالهای سنتی مبتنی بر TBP مستعد تخریب در دماهای بالا (بالاتر از 60 درجه) یا شرایط اسیدی هستند و تولیدات جانبی اسیدی را تولید می کنند که تجهیزات را خراب می کنند و از دست دادن حلال افزایش می یابد. برای پرداختن به این موضوع ، دانشگاه سیچوان با افزودن 5-8 ٪ تریكتی آمین (TOA) به عنوان تثبیت كننده ، سیستم استخراج را اصلاح كرده است ، كه یك مجموعه محافظ با TBP را تشکیل می دهد و عمر خدمات حلال را از 12 ماه تا بیش از 24 ماه گسترش می دهد. در یک پروژه اسید فسفریک 300000 تنی در سال غذا در تایلند ، این سیستم حلال اصلاح شده میزان حذف فلوراید 99.2 ٪ را بدست آورد و میزان فلوراید را در محصول نهایی به کمتر از 5ppm در زیر حد 10ppm ایالات متحده برای مواد افزودنی مواد غذایی کاهش داد. برای فرآیند کوره ، کاربرد آن در مناطق فقیر منابع با سازگاری آن با فناوری گازرسانی زغال سنگ کم هزینه بیشتر می شود. در یک پروژه آزمایشی در اتیوپی (جایی که سنگ فسفات محلی دارای محتوای P₂O₅ تنها 16-18 ٪ است) ، فرآیند کوره از گاز زغال سنگ تولید شده از لیگنین با درجه پایین (محلی با قیمت 30 دلار در تن) برای کاهش سنگ فسفات در درجه 1250-1300 استفاده می کند و تولید اسید فسفریک خام با غلظت P₂o₅ 28-30 ٪ است. در مقایسه با وارد کردن اسید فسفریک درجه بالا (که 800 دلار در هر تن هزینه دارد) ، هزینه تولید محلی به 420 دلار در هر تن کاهش می یابد ، و به طور قابل توجهی از توسعه صنعت کودهای داخلی اتیوپی حمایت می کند.
پیشرفت های فن آوری در فرآیند حرارتی اسید فسفریک: از مصرف انرژی زیاد تا بازیابی گرما
محتوای گسترده برای پاراگراف 1 (پیشگیری از خوردگی گرمای احتراق و تجهیزات)
برای تقویت بیشتر مقاومت در برابر خوردگی در فرآیند دو مرحله ای ، طراحی تجهیزات مدرن شامل مواد تخصصی است: مبدل های حرارتی غشایی به طور معمول از Hastelloy C-276 یا کاربید سیلیکون (SIC) ساخته می شوند ، که در برابر اکسیداسیون و فرسایش اسید حتی در دمای گازهای دودکش 800-900 مقاومت می کنند. به عنوان مثال ، در یک گیاه اسید فسفریک حرارتی 100000 تنی در سال در کره جنوبی ، جایگزین کردن مبدل های گرمای سنتی فولاد کربن با واحدهای غشای SIC ، فرکانس نگهداری تجهیزات را از هر 6 ماه به هر 24 ماه یک بار کاهش می دهد و هزینه های نگهداری سالانه را 300000 دلار کاهش می دهد. علاوه بر این ، بخار تولید شده 0.8 مگاپاسکال اغلب در سیستم انرژی داخلی گیاه استفاده می شود که از قبل از گرم شدن هوای احتراق استفاده می شود یا فسفر زرد جامد را با ایجاد یک حلقه انرژی ذوب می کند که بیشتر خرید بخار خارجی را 30-40 ٪ برای برخی از امکانات کاهش می دهد.
محتوای گسترده برای پاراگراف 2 (فن آوری های اسید فسفریک با خلوص بالا)
در حالی که فناوری تبلور نشان می دهد وعده ، تجاری سازی آن نیاز به کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی دارد: به عنوان مثال ، خنک کردن محلول اسید فسفریک با سرعت 0.5-1 درجه در ساعت و حفظ pH 1.2-1.5 تضمین می کند که ناخالصی مانند آهن ، آلومینیوم و کلسیم بزرگ ، به راحتی قابل جدا شدن ، در حالی که اسید فسفریک در مشروبات الکلی مادر باقی مانده است. یک پروژه آزمایشی توسط یک شرکت مواد الکترونیکی ژاپنی نشان داد که این روش می تواند محتوای یون فلزی را در اسید فسفریک درجه الکترونیکی کاهش دهد<0.05ppb, exceeding the requirements of advanced 7nm semiconductor processes. For the POCl₃ distillation process, efforts to mitigate environmental impact have led to the adoption of closed-loop chlorine recovery systems-capturing unreacted chlorine gas from the chlorination step and reusing it in yellow phosphorus chlorination, which reduces chlorine consumption by 15% and cuts chlorine-containing wastewater generation to 0.8-1.2 tons per ton of product at leading facilities.
بازی چند بعدی در انتخاب فناوری: پیوند هزینه ، حفاظت از محیط زیست و بازار
انتخاب مسیرهای فنی نیاز به بررسی جامع داردموقوفات منابع ، محدودیت های سیاست و خواسته های بازاربشر در مناطقی که منابع سنگی فسفات فراوان و قیمت کم برق (مانند یوننان ، چین و مراکش) دارند ، اسید فسفریک فرآیند مرطوب اولین انتخاب است. با استفاده از یک شرکت در یوننان به عنوان نمونه ، اتخاذ فرآیند همی هیدرات-دی هیدرات برای تولید اسید فسفریک ، همراه با تولید اسید فسفوژیپسوم و تولید سیمان ، هزینه هر تن اسید را به 2800 یوان کاهش می دهد ، که 15 ٪ در مقایسه با فرآیندهای سنتی کاهش می یابد. در مناطقی که هزینه های برق زیر 0.3 یوان/کیلووات ساعت (مانند نروژ و کانادا) است ، فرآیند حرارتی اسید فسفریک به دلیل مزیت بالای خلوص ، رقابت در بازار افزودنی مواد غذایی را حفظ می کند.
سیاست های زیست محیطی به یک متغیر کلیدی تبدیل شده است. "مقررات در مورد پیشگیری و کنترل آلودگی فسفوژیپس در استان هوبی" نیاز به میزان استفاده جامع فسفوگیپس برای رسیدن به 65 ٪ تا سال 2025 دارد ، و شرکت ها را مجبور به اتخاذ فرایند همی هیدرات-دی هیدرات یا فناوری تولید اسید فسفوگیپسوم می کند. تنظیم مقررات اتحادیه اروپا میزان فلوراید را در اسید فسفریک به زیر 10ppm محدود می کند و شرکتهای صادراتی گرا را برای به روزرسانی فرآیندهای تصفیه وادار می کند. در بخش انرژی جدید ، افزایش تقاضای فسفات آهن لیتیوم باعث افزایش ظرفیت تولید اسید فسفریک تصفیه شده باتری شده است. Liuguo Chemical 1.194 میلیارد یوان در یک کارخانه 280،000 تن در سال سرمایه گذاری کرد و فرآیند "تصفیه مرطوب + تبلور" را با محتوای آهن محصول اتخاذ کرد<5ppm, directly supplying battery manufacturers such as CATL.
روندهای آینده: سبز شدن ، استفاده از ارزش بالا و روشنفکری
تولید اسید فسفریک در حال انجام استبازسازی تکنولوژیکی و ادغام صنعتیبشر از نظر فناوری سبز ، روش یون هیدرونیوم منابع پروتون را از طریق مواد کامپوزیت غیر فلزی سنتز می کند ، اسید سولفوریک را کاملاً جایگزین می کند تا برای تجزیه سنگ فسفات ، دستیابی به انتشار "صفر فسفوگیپسوم" و انتشار کربن آن تنها 1/5 فرآیند سنتی باشد. این فناوری وارد مرحله مقیاس آزمایشی شده است و انتظار می رود مدل تولید موجود را مختل کند. در جهت استفاده از ارزش بالا ، بازیافت منابع از فسفوگیپس از مصالح ساختمانی به بخش کشاورزی در حال گسترش است. فسفوگیپس کروی اصلاح شده توسط Xinyangfeng ، پس از درمان خنثی سازی اسید پایه ، می تواند به عنوان اصلاح خاک برای بهبود خاک اسیدی استفاده شود ، با میزان کاربرد 2-3 تن در هر MU ، مسیر جدیدی را برای دفع زباله های جامد باز می کند.
استفاده از فن آوری های هوشمند بهینه سازی فرایند را تسریع می کند. سیستم نظارت بر درجه سنگ فسفات در زمان واقعی مبتنی بر اینترنت اشیاء (IoT) می تواند به صورت پویا میزان اسید سولفوریک اضافه شده را تنظیم کند و باعث افزایش مصرف سنگ فسفات 3-5 ٪ شود. مدل کنترل فرآیند استخراج AI محور تعداد مراحل استخراج و نسبت حلال را از طریق یادگیری ماشین بهینه می کند و بازده تصفیه را 10-15 ٪ بهبود می بخشد. در زمینه مدیریت انرژی ، عملکرد همراه سیستم های تولید انرژی گرمای زباله و گیاهان اسید فسفریک می تواند 30 ٪ از تقاضای برق گیاه را برآورده کند و باعث کاهش اعتماد به شبکه برق می شود.
