CN108455544A

CN108455544A - 一种改进型二水湿法磷酸生产***及磷酸制备方法

Info

Publication number: CN108455544A
Application number: CN201810274943.1A
Authority: CN
Inventors: 张思强; 喻军
Original assignee: East China Engineering Science and Technology Co Ltd
Current assignee: East China Engineering Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-08-28

Abstract

本发明提供了一种改进型二水湿法磷酸生产***及磷酸制备方法。在现有二水法生产湿法磷酸装置上通过增加调整二水生产工艺参数、增加半水生产装置来实现湿法磷酸装置的二水‑半水法生产工艺。本发明通过对***和工艺的改进，直接生产出浓度36%‑40%的磷酸，同时磷的回收率由94%增加到98%，半水磷石膏中游离P₂O₅含量由原0.8‑1.5%降低到0.2%‑0.4%，结晶水由原14%‑16%降低到4%‑8%；改进型二水湿法磷酸生产***生产的成品磷酸为浓度36%‑40%的磷酸，磷的回收率达到98%。节约了下游利用磷酸的能耗、为磷石膏的综合利用创造了更好的条件。

Description

一种改进型二水湿法磷酸生产***及磷酸制备方法

技术领域

本发明专利属于节能、环保技术领域，具体的说是一种能降低装置能耗，减少排放物中杂质以便于再利用的二水湿法磷酸改进型生产装置及生产工艺。

背景技术

湿法磷酸生产流程按照生成硫酸钙结晶形态的不同分为无水物流程、半水物流程、二水物流程、半水-二水物流程和二水-半水物流程。

经过多年的快速发展，我国磷肥产销已位居世界第一的同时，磷酸的产能也在不断的扩大。与国外情况有所不同，国内磷肥行业使用的主要原料磷酸几乎全部采用二水法流程生产。

现有技术的二水法生产磷酸工艺存在两个根本性问题难以解决，一方面是生产的湿法磷酸浓度局限在30%以下，必须经过浓缩加工才能用于磷肥生产，或必须在肥料加工过程工将水分蒸出；另一个方面是其副产物二水磷石膏中由于残留了大量的磷和硫，其直接利用价值低，即使加工成建筑材料或者重新焙烧制成硫酸，也必须进行前段处理，此过程要耗费大量的能量从而导致成本上升，而且过程中容易造成二次污染。

在传统化工行业面临转型升级的当下，完全否定原有装置进行彻底的改造可能性不大，但在原有装置基础上进行磷酸工艺路线的改造显得尤为重要，综合考虑各种工艺方案的优缺点，选择能耗低、环境友好的改造路线将成为该类型的企业未来的发展方向，只有能耗低、尽早实现资源综合利用率才能使得该行业得到健康可持续发展。

发明内容

针对二水法磷酸生产带来的不利影响，为了便于装置改造同时保持现有装置的正常生产，本发明提供的一种二水湿法磷酸改进型生产工艺，是在现有的二水磷酸装置的工艺基础上通过调整生产工艺参数，同时增加半水生产工艺而实现装置二水-半水法生产。

一种改进型二水湿法磷酸生产***包括反应槽1、消化槽2、二水料浆泵3、二水过滤机4、二水过滤分离器5、二水过滤真空泵7。含水率25～30%的磷矿浆和硫酸在反应槽1中进行反应，反应后的料浆进入消化槽2，同时来自后续单元的返回磷酸也进入消化槽2，消化槽2中的料浆通过料浆泵3输送至二水过滤机4；二水过滤机4通过过滤真空泵7维持负压，经过滤后得到滤液，所述滤液即为成品磷酸；滤渣为二水石膏，二水石膏作为下一工序原料；

还包括半水转化槽8、半水料浆泵9、半水过滤机10、半水过滤真空泵15、第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12；二水过滤机4的出渣口通过溜管连通着半水转化槽8，半水转化槽8上设有补加硫酸管道，半水转化槽8的出料口通过半水料浆泵9和管道连通着半水过滤机10的进料口，所述第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12串联在半水过滤机10上；第一半水过滤分离器11的出液口通过回磷酸泵13和管道分别连通着消化槽2和半水转化槽8；第二半水过滤分离器12的出液口通过过滤洗涤泵14和返回管道连通着半水过滤机10；

所述二水石膏直接进入半水转化槽8，同时补加硫酸和返回磷酸，半水转化槽8的料浆通过半水料浆泵9输送至半水过滤机10；半水过滤机10通过半水过滤真空泵15来维持负压；经第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12分离出的滤渣为成品半水磷石膏，所述半水磷石膏中游离五氧化二磷（P₂O₅）的含量为0.2%-0.4%，结晶水为4%-8%；所述改进型二水湿法磷酸生产***的磷的回收率达到98%；

所述改进型二水湿法磷酸生产***生产的成品磷酸为浓度36%-40%的磷酸，磷的回收率为98%。

利用改进的二水湿法磷酸生产***生产磷酸的具体操作步骤如下：

（1）将含水率25～30%的磷矿浆与浓度98%的硫酸按体积比2：1分别加入反应槽1，反应槽（1）的操作条件：温度72℃-85℃、时间为2.5-3.0h 、反应槽内的游离SO₄ ^2-的浓度为1%-2%，反应通过空气冷却来保持反应温度，得到反应物为含有二水石膏的二水料浆；

（2）所述反应物溢流至消化槽2，加入来自半水磷酸生产***的返回磷酸，加入的返回磷酸量使消化槽2的液固质量比为2.5kg：1kg，消化槽槽2的操作条件：反应温度为72℃-85℃、时间为2.5-3.0h，得到消化料浆；

（3）所述消化料浆通过二水料浆泵3至二水过滤机4，滤液即为成品磷酸，所述成品磷酸为浓度36%-40%的磷酸；滤渣为二水石膏，二水石膏直接进入半水转化槽8；

（4）在半水转化槽8中，二水石膏继续与加入的硫酸发生反应，同时加入来自半水过滤***的返回磷酸；硫酸的加入量使半水转化槽内游离硫酸根的浓度为6.5%-7.5%，返回磷酸的加入量根据转化槽的液固体积质量比为2.8L：1kg调整；半水转化槽8的操作条件：反应温度为85℃-99℃，反应时间l.5h-2h，得到含半水石膏的半水料浆；

（5）含半水石膏的半水料浆进入半水过滤机10，过滤后得到最终的产物为半水磷石膏，同时进行两次洗涤；滤液进入第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12，得到最终的产物为半水磷石膏；第一半水过滤分离器11的滤液为二水反应的返回磷酸回流入消化槽2和半水转化槽8，第二半水过滤分离器12的一次洗涤液为半水转化的返回磷酸回流入半水过滤机10。

返回磷酸为五氧化二磷（P₂O₅）含量12%的稀磷酸。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

上图中序号：反应槽1、消化槽2、二水料浆泵3、二水过滤机4、二水过滤分离器5、二水过滤真空泵7、半水转化槽8、半水料浆泵9、半水过滤机10、第一半水过滤分离器11、第二半水过滤分离器12、回磷酸泵13、过滤洗涤泵14、半水过滤真空泵15。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明在保持现有的二水法磷酸装置工艺流程、设备（图1中设备1~7）及设备布置不变的前提下，通过对***和工艺的改进，增加半水磷酸生产***，直接生产出高浓度的磷酸，同时磷的回收率由94%增加到98%；同时，副产出高质量、便于直接利用的半水磷石膏，半水磷石膏中游离五氧化二磷（P₂O₅）的含量由原0.8-1.5%降低到0.2%-0.4%，结晶水由原14%-16%降低到4%-8%；降低了其直接利用的成本，是一条高效、环保、资源利用度高的清洁工艺路线。

2.本发明解决了原单纯的二水工艺只能生产浓度24%左右的低浓度磷酸、磷的回收率低、磷石膏中残磷高的问题，通过增加半水磷酸生产***，实现装置直接能生产出浓度36%-40%的高浓度磷酸，本发明节约了磷酸后续装置蒸发稀磷酸需要的能耗。

3.本发明没有改变二水装置的***布置，增加的半水磷酸生产***可以紧靠二水装置，半水石膏可以利用原二水石膏输送***，整个装置布置紧凑，占地更少，节约土地使用面积。具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1，某磷复肥公司改进型二水湿法磷酸生产***包括现有反应槽1、消化槽2、料浆泵3、二水过滤机4、二水过滤分离器5和过滤真空泵7。反应槽1与消化槽2通过溢流管连接，消化槽2、料浆泵3、二水过滤机4之间通过管道连接，二水过滤机4分别与二水过滤分离器5和过滤真空泵7连接。反应槽1与消化槽2分别连接着原料磷矿、硫酸和返酸管线。

还包括半水转化槽8、半水料浆泵9、半水过滤机10、半水过滤真空泵16、第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12。二水过滤机4的出渣口通过管道连通着半水转化槽8，半水转化槽8上设有补加硫酸管道，半水转化槽8的出料口通过第二料浆泵9和管道连通着半水过滤机10的进料口；第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12串联在半水过滤机10上；第一半水过滤分离器11的出液口通过回磷酸泵13和管道分别连通着消化槽2和半水转化槽8；第二半水过滤分离器12的出液口通过过滤洗涤泵14和管道返回连通着半水过滤机10。

具体工艺生产流程说明如下：

含水率25%的磷矿浆与98%的硫酸按体积比2：1进入反应槽1，反应槽1内置有高强度的搅拌器；同时为了控制反应槽的温度在72℃-85℃附近,反应槽外置了几台空气表面冷却器，以强化料浆的冷却效果。反应槽1的料浆通过溢流进入消化槽2，同时进入消化槽2的还有来自半水工艺的过滤磷酸；加入的返回磷酸量使消化槽2的液固质量比为2.5kg：1kg，同样，消化槽内置有高强度搅拌器和外置空气冷却器以保证反应强度和反应槽温度。

经过反应的料浆通过料浆泵3输送至过二水滤机4，过滤后的一次滤液即为浓度36%-40%的磷酸。滤液通过分离器5进行气液后，液体由成品磷酸泵6输出，气相进入过滤真空泵7；滤渣则进入半水转化槽8。至此，完成了二水法工艺流程。

但为了进行后续的半水工艺生产，现需要对二水流程进行部分工艺参数调整：流程如图1保持不变，首先调整二水工艺中反应温度，由原设计的80-85℃调整到72℃-85℃；然后调整停留时间，由原设计4.0-4.5h调整到2.5-3.0h ；再次调整游离硫酸根浓度，由3.5%调整到为1%-2%，同时将返回磷酸的来源改为从半水工艺第一次洗涤分离出来的过滤液，返回磷酸的加入量根据转化槽的液固体积质量比为2.8L：1kg调整。这样，经过调整后工艺即为二水-半水中的二水改进型生产工艺，实现直接生产出浓度36%-40%的磷酸（原工艺生产出浓度20%-23%的磷酸）。

由于通过改进二水生产工艺生产出了高浓度的磷酸，但同时二水的磷石膏中残留磷、硫杂质太高，必须进行再次转化，以提高磷得率，降低石膏中的杂质。

因此在对二水工艺进行改进的同时，增加一套半水法磷酸生产设备，半水法磷酸生产设备包括半水转化槽8、第二料浆泵9、半水过滤机10、半水过滤真空泵16、第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12。其原料是二水法生产出来的磷石膏和硫酸：二水过滤机4生产出来的磷石膏被送至半水转化槽8，同时根据半水转化槽8的温度、SO3^2-的浓度调节加入的硫酸量，返酸为半水过滤的初滤液。控制好半水转化槽8的反应温度为85℃-99℃，游离硫酸根浓度6.5%-7.5%，停留时间l.5h-2h。转化后的半水料浆通过第二料浆泵9输送至半水过滤机10，为了提高整个工艺的磷得率、半水石膏的品质，半水过滤通过第一半水过滤分离器11和第二半水过滤分离器12进行两次洗涤流程：初率液作为返回磷酸通过回磷酸泵13分别进入消化槽2和半水转化槽8，返回磷酸为五氧化二磷（P₂O₅）含量12%的稀磷酸。一次洗涤液作为初率的洗涤液用，二次洗涤液作为一次过滤的洗涤液用，干净的工艺水作为补充洗涤液进入***。与半水过滤机10连接的第一半水过滤分离器一11、第二半水过滤分离器二12的气相进入半水过滤真空泵15，由真空泵来维持***负压。半水过滤机10的滤渣即为半水磷石膏，直接输送至装置外。

通过对***和工艺的改进，直接生产出浓度36%的磷酸，同时磷的回收率为98%，半水磷石膏中游离五氧化二磷（P₂O₅）的含量为0.2%%，结晶水含量为4%。同时最终的磷石膏可直接作为建材原材料使用。

实施例2

改进型二水湿法磷酸生产***同实施例1。

现有装置二水磷酸采用的方格槽+真空闪蒸冷却工艺，其反应槽和消化槽是连在一起的六格方形槽，其中起反应槽作用的是4格，起消化槽作用的是2格，料浆冷却采用的料浆真空闪蒸冷却工艺，该工艺生产能力更大，对磷矿的适应能力更强，后续二水流程与实例1相同。

原生产反应槽及消化槽的工艺条件：反应部分的操作条件：温度80℃-90℃、时间为3.0-3.5h 、反应槽内的游离SO₄ ^2-浓度为1%-2%，反应温度通过料浆闪蒸来冷却；消化部分的操作条件：温度75℃-85℃、时间为1.5-2.0h 、消化部分的游离SO₄ ^2-浓度为1%-2%，出方格槽的反应物为含有二水石膏的二水料浆；经过滤后得到含五氧化二磷（P₂O₅）24%左右的成品酸。

为了实现实施例1所达到效果：成品酸浓度40%，98%的回收率，高磷石膏品质，根据实施例1，同样增加一套半水工艺，采用的生产工艺方案同实施例1。

同样，按照实施例1中的改进方法，调整方格反应槽和消化槽的工艺参数：反应温度，由原设计的80-85℃调整到72℃-85℃，调整停留时间，由原设计4.0-4.5h调整到2.5-3.0h，调整游离硫酸根浓度，由3.5%调整到为1%-2%，去掉二水过滤洗涤；增加半水生产流程，直接生产出浓度36%-40%的磷酸，同时磷的回收率均能达到98%，半水磷石膏中游离P₂O₅的含量为0.2%%，结晶水含量为4%。同时最终得到的半水磷石膏可直接作为建材原材料使用。

Claims

1.一种改进型二水湿法磷酸生产***，所述生产***包括反应槽（1）、消化槽（2）、二水料浆泵（3）、二水过滤机（4）、二水过滤分离器（5）、二水过滤真空泵（7）；含水率25～30%的磷矿浆和硫酸在反应槽（1）中进行反应，反应后的料浆进入消化槽（2），同时来自后续单元的返回磷酸也进入消化槽（2），消化槽（2）中的料浆通过二水料浆泵（3）输送至二水过滤机（4）；二水过滤机（4）通过二水过滤真空泵（7）维持负压，经过滤后得到滤液，所述滤液即为成品磷酸；滤渣为二水石膏，二水石膏作为下一工序原料；其特征在于：

还包括半水转化槽（8）、半水料浆泵（9）、半水过滤机（10）、半水过滤真空泵（15）、第一半水过滤分离器（11）和第二半水过滤分离器（12）；二水过滤机（4）的出渣口通过溜管连通着半水转化槽（8），半水转化槽（8）上设有补加硫酸管道，半水转化槽（8）的出料口通过半水料浆泵（9）和管道连通着半水过滤机（10）的进料口，所述第一半水过滤分离器（11）和第二半水过滤分离器（12）串联在半水过滤机（10）上；第一半水过滤分离器（11）的出液口通过回磷酸泵（13）和管道分别连通着消化槽（2）和半水转化槽（8）；第二半水过滤分离器（12）的出液口通过过滤洗涤泵（14）和返回管道连通着半水过滤机（10）；

所述二水石膏直接进入半水转化槽（8），同时补加硫酸和返回磷酸，半水转化槽（8）的料浆通过半水料浆泵（9）输送至半水过滤机（10）；半水过滤机（10）通过半水过滤真空泵（15）来维持负压；经第一半水过滤分离器（11）和第二半水过滤分离器（12）分离出的滤渣为成品半水磷石膏，所述半水磷石膏中游离五氧化二磷（P₂O₅）的含量为0.2%-0.4%，结晶水为4%-8%；

2.利用权利要求1所述改进型二水湿法磷酸生产***的磷酸生产方法，其特征在于具体操作步骤如下：

（1）将含水率25～30%的磷矿浆与浓度98%的硫酸按体积比2：1分别加入反应槽（1），反应条件：温度72℃-85℃、时间为2.5-3.0h 、反应槽内游离SO₄ ^2-的质量浓度为1%-2%，反应通过空气冷却来保持反应温度，得到反应物为含有二水石膏的二水料浆；

（2）所述反应物溢流至消化槽（2），加入来自半水磷酸生产***的返回磷酸，加入的返回磷酸量使消化槽（2）的液固质量比为2.5kg：1kg，反应条件：反应温度为72℃-85℃、时间为2.5-3.0h，得到消化料浆；

（3）所述消化料浆通过二水料浆泵（3）至二水过滤机（4），滤液即为成品磷酸，所述成品磷酸为浓度36%-40%的磷酸；滤渣为二水石膏，二水石膏直接进入半水转化槽（8）；

（4）在半水转化槽（8）中，二水石膏继续与加入的硫酸发生反应，同时加入来自半水过滤***的返回磷酸；硫酸的加入量使半水转化槽内游离硫酸根的质量浓度为6.5%-7.5%，返回磷酸的加入量根据转化槽的液固体积质量比为2.8L：1kg调整；反应温度为85℃-99℃，反应时间l.5h-2h，得到含半水石膏的半水料浆；

（5）含半水石膏的半水料浆进入半水过滤机（10），过滤后得到最终的产物为半水磷石膏，同时进行两次洗涤；滤液进入第一半水过滤分离器（11）和第二半水过滤分离器（12），第一半水过滤分离器（11）的滤液为二水反应的返回磷酸回流入消化槽（2）和半水转化槽（8），第二半水过滤分离器（12）的一次洗涤液为半水转化的返回磷酸回流入半水过滤机（10）。

3.根据权利要求2所述的磷酸生产方法，其特征在于：返回磷酸为五氧化二磷（P₂O₅）含量12%的稀磷酸。