Brevet FR2550180A1 — publié le 19850208

1. La présente invention concerne un Irocede perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique On appelie acides superphosphoriques des acides phosphoriques concentrés ayant des teneurs en P 205 comprises entre 68 et 78 % et même plus et contenant de L quantités, croissant avec la concentration, d'acides obtenus par condensation de deux ou plusieurs molécules d'acide orthophosphorique avec élimination d'une molécule d'eau. Industriellement, on prépare des acides superphosphoriques ayant une concentration en P 205 voisine de 70 % et pouvant aller jusqu'à 75 %. Il est bien connu que l'acide superphosphorique par exemple à 70 % 10 a de nombreuses propriétés avantageuses que ne possède pas l'acide phosphorique à 54 % généralement commercialisé L'une de ses propriétés les plus importantes est son pouvoir sequestrant pour des solides qui seraient insolubles dans des solutions concentrées Cette propriété est particulièrement importante pour le transport de l'acide, par exemple par bateau, car on élimine les problèmes dûs à la formation de précipités. De plus, il est bien évident que l'acide superphosphorique étant plus concentré la quantité d'eau à transporter est plus faible. Une application importante de l'acide superphosphorique est dans la fabrication des engrais liquides. Les acides superphosphoriques sont préparés par concentration d'acide phosphorique de voie humide Divers procédés de fabrication ont été proposés On a par exemple proposé d'utiliser la combustion immergée ou l'évaporation par des gaz chauds Mais ces types de concentration entraînent des pertes en P 205 importantes et donnent lieu à des problèmes de 25 pollution D'autre part, la capacité d'une ligne de fabrication selon ces procédés est faible. Divers procédés d'évaporation sous vide ont été proposés et des études ont été faites sur les évaporateurs à longs tubes verticaux, les évaporateurs à films et les évaporateurs à circulation forcée. On connait un procédé industriel d'évaporation sous vide dans lequel on introduit l'acide phosphorique de voie humide éventuellement préchauffé dans un évaporateur fonctionnant sous vide, une fraction de l'acide phosphorique sortant de l'évaporateur étant recyclée à l'évaporateur par l'intermédiaire d'un échangeur de température chauffé par de la vapeur sous pression ou un autre fluide thermique Une fraction de l'acide phosphorique circule donc en boucle fermée Une seconde fraction de l'acide phosphorique sortant de l'évaporateur est soutirée puis envoyée au stockage après refroidissement. 2. Dans ce procédé en une seule étape, la totalité de l'acide phosphorique est chauffée à une température au moins égale à 240 o C, ce qui correspond à l'emploi dans l'échangeur de chaleur d'une vapeur sous une pression de 30 à 37 bars absolus A ces températures, il n'existe pas d'acier qui puisse résister plus de 4 ou 5 ans à la corrosion par l'acide phosphorique ou plus particulièrement à la corrosion par les dérivés fluorés qui se dégagent Il est donc nécessaire de renouveler au moins tous les 5 ans toutes les pièces de l'installation, soit environ 20 Z de l'installation tous les ans Compte tenu du prix des aciers spéciaux uti10 lises l'entretien de l'installation est d'un prix de revient élevé A ce prix de revient, viennent s'ajouter les pertes de production dues aux arrêts fréquents de l'installation, et les pertes en P 205 dues au nettoyage et vindangeage des différentes parties de l'installation lors des arrêts. La présente invention concerne un procédé perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique qui limite notablement la corrosion et par conséquent les frais d'entretien. La présente invention concerne un procédé perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique ayant une concentration calculée en P 205 20 voisine de 70 % et pouvant aller jusqu'à 75 % par évaporation sous vide d'acide phosphorique de voie humide ayant une concentration comptée en P 205 de préférence comprise entre 40 et 54 Z dans une installation comportant un évaporateur sous vide dans lequel on introduit l'acide phosphorique à concentrer, éventuellement préchauffé et on soutire de 25 cet évaporateur une première fraction d'acide que l'on recycle dans l'évaporateur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur chauffé par un fluide thermique, procédé caractérisé par le fait que la concentration se fait en deux stades: que dans le premier stade on concentre l'acide phosphorique dans 30 un premier évaporateur sous vide jusqu'à ce qu'il ait une teneur en P 205 de 60 à 66 %, le chauffage se faisant dans l'échangeur au moyen d'un fluide thermique ayant une température de 170 à 200 C, une première fraction de l'acide phosphorique étant recyclée dans le premier évaporateur. dans le second stade, la seconde fraction de l'acide phosphorique sortant du premier évaporateur est envoyée dans un second évaporateur o elle est concentrée à une concentration supérieure à 68 % le criauffae se faisant dans un second échangeur au moyen d'un fluide thermique, à une tem D-ra Lure de 215 à 225 C. Le fluide thermique utilisé est le plus souvent de la vapeur d'eau saturée sous pression Dans le premier stade on utilise alors de lavapeur d'eau sous pression de & à 16 bars absolus et dans le deuxième stade de la vapeur sous une pression comprise entre 20 et 30 bars absolus, de pré5 férence entre 22 et 25 bars absolus. Ce procédé permet, comme les procédés utilisés jusqu'à présent de préparer des acides superphosphoriques ayant une concentration en P 205 pouvant aller jusqu'à 75 %, le plus souvent comprise entre 70 et 72 %. Le procédé en deux stades selon la présente invention permet dedimi10 nuer les phénomènes de corrosion du fait que les températures de chauffage de l'acide phosphorique utilisées même dans le second stade du procédé en deux stades sont plus faibles que dans le procédé en un stade Mais il faut surtout noter que la corrosion est pratiquement nulle dans lepremier stade Le phénomène de corrosion n'apparait que dans le second stade mais 15 plus faiblement que dans l'ensemble du procédé en un stade Comme ledeuxième stade ne représente que 40 % environ de l'ensemble del'installation, les dépenses d'entretien du procédé en deux stades se trouvent réduites à moins de la moitié de celles du procédé en un stade. Selon le procédé en deux stades, de la présente invention, chacun des 20 appareils mis en oeuvre est sensiblement plus petit que dans le procédé en un stade Ce procédé permet donc d'atteindre en une seule ligne des capacités plus importantes qu'avec le procédé en un stade. A titre d'exemple pour une fabrication de 100 OO Ot/an d'acide superphosphorique à 72 % de P 205 à partir d'acide phosphorique à 54 % de P 205 25 les surfaces totales d'échange nécessaires sont de 250 m 2 pour le procédé en deux stades et de 385 m 2 pour le procédé en un stade. La figure 1 annexée représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé en deux stades Selon ce schéma, on intro duit l'acide phosphorique dans l'installation par l'intermédiaire d'un 30 échangeur 6 qui permet de récupérer la chaleur de l'acide phosphorique sortant pour préchauffer l'acide phosphorique entrant Il est bien évident que l'installation pourrait ne pas comporter cet échangeur La conduite d'alimentation en acide phosphorique préchauffé débouche dans la conduite d'acide phosphorique, située entre l'échangeur 2 et le ballon 35 évaporateur 1 Une première fraction de l'acide phosphorique est soutirée par une conduite située à la partie inférieure du ballon évaporateur 1 et elle est recyclée par l'intermédiaire de la pompe 5-dans l'échangeur 2. Dans la figure représentée, la conduite de recyclage de l'acide phosphorique comporte un filtre 4 qui sert à éliminer les impuretés précipitées. 4. Cepend nt, la présence de ce filtre n'est pas obligatoire L'échangeur 2, qui aa: S la figure est représenté vertical, sans que cette disposition soit i-dispensable, est alimentée en vapeur à la partie supérieure Les conder ats formés dans l'échangeur 2 sont évacués à la partie inférieure Les v aurs sortant du ballon évaporateur 1 passent dans le ballon du condenseur barométrique 3 o selon le mode de réalisation représenté sur la figure annexée, elles sont arrosées par de l'eau Le condenseur 3 est relié à une pompe à vide 8 (cette pompe à vide pourrait être remplacée par un éjecteur) qui maintient l'ensemble de l'installation sous vide. -10 Dans le mode de réalisation représenté l'appareil 9 est le bac de pied de la garde hydraulique du condenseur barométrique 3. Selon l'invention l'acide phosphorique préconcentré dans le premier stade circule ensuite dans une seconde boucle comprenant le ballon évaporateur 1 ' et l'échangeur 2 '. En effet, une fraction de l'acide phosphorique préconcentré sortant du ballon évaporateur 1 est envoyé dans la seconde boucle entre le ballon évaporateur 1 ' et le filtre 4 ' selon l'installation schématisée Cette disposition a l'avantage de permettre de passer par gravité d'un stade à l'autre La pompe 5 ' assure la circulation de l'acide dans la seconde 20 boucle Une fraction de l'acide superphosphorique sortant de l'évaporateur 1 ' est envoyée au stockage par l'intermédiaire de la pompe 10 Selon la mise en oeuvre du procédé tel que représenté sur la figure annexée, l'acide superphosphorique traverse l'échangeur 6 o il se refroidit tout en réchauffant l'acide phosphorique à traiter L'acide superphosphorique 25 peut également, comme représenté sur la figure annexée, être refroidi par de l'eau dans l'échangeur 7 Les vapeurs, sortant du ballon évaporateur 1 ' sont condensées dans un condenseur barométrique 3 ' par arrosage à l'eau Comme dans le premier stade l'appareil 9 & est le bac de pied de la garde hydraulique du condenseur barométrique La pompe à vide 8 ' (qui 30 pourrait être remplacée par un éjecteur) maintient le vide dans le deuxième stade. Les échangeurs tels que figurés en 2 et 2 ' peuvent être du type àtubes et calandre, à plaques, à blocs perforés ou tout autre type d'échangeur peu sensible aux encrassements. L'exemple donné ci-dessous à titre non limitatif permettra de mieux comprendre l'invention: On introduit dans l'installation dont la figure est annexée de l'acide phosphorique à 54 % de P 205 obtenu à partir de phosphate du M:aroc. La température de la vapeur introduite dans l'écnangeur 2 est 180 ' C 2550180 ' 5. sous une pression de 10 bars absolus La température de l'acide soutirée rée du ballon évaporateur 1 est 132 O C Sa concentration en P 205 est de 63 % Dans le second stade, la vapeur est introduite dans l'échangeur 2 ' à une température de 220 o C sots une pression de 23 bars absolus. 5 Dans le ballon évaporateur 1 ' on maintient une pression résiduelle de mm de mercure On obtient de l'acide superphosphorique à 70, 5 % de P 205, contenant 32 % du P 205 sous forme pyrophosphorique. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1/ Procédé perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique ayant une concentration voisine de 70 Z et pouvant aller jusqu'à 75 Z calculée en P 205 par évaporation sous vide d'acide phosphorique de voie humide ayant une concentration comptée en'P 205 comprise enzre 40 et 5 54 % dans une installation comportant un évaporateur sous vide dans lequel on introduit l'acide phosphorique à concentrer, éventuellement préchauffé et on soutire de cet évaporateur une première fraction d'acide que l'on recycle dans l'évaporateur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur chauffé par un fluide thermique, procédé caracté10 risé par le fait: que la concentration de l'acide phosphorique se fait en deux stades que dans le premier stade on concentre l'acide phosphorique dans un premier évaporateur sans aide jusqu'à ce qu'il ait une teneur en P 205 de 60 à 66 Z, le chauffage se faisant dans l'échangeur au moyen 15 d'un fluide thermique ayant une température de 215 à 225 o C, une première fraction de l'acide phosphorique sortant du premier évaporateur étant recyclée dans le premier évaporateur. que dans le second stade, la seconde fraction de l'acide phosphorique sortant du premier évaporateur est envoyée dans un second évaporateur 20 o elle est concentrée à une concentration supérieure à 68 Z, le chauffage se faisant dans un second échangeur au moyen d'un fluide thermique ayant une température de 215 à 225 C. 2/ Procédé perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique selon 1 dans lequel le fluide thermique utilisé dans le premier échangeur est 25 de la vapeur d'eau saturée sous une pression de 8 à 16 bars absolus 3/ Procédé perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique selon 1 et 2 dans lequel le fluide thermique utilisé dans le second échangeur est de la vapeur d'eau saturée sous une pression de 20 à 30 bars absolus. 4/ Procédé perfectionné de fabrication d'acide superphosphorique selon 3 dans lequel la vapeur d'eau saturée est sous une pression de 22 à bars absolus