无含氟尾气排放的湿法磷酸工艺与氟硅酸加工方法技术

一种无含氟尾气和废热排放的湿法磷酸与氟硅酸生产方法，适用于硫酸分解磷矿石制P

【技术实现步骤摘要】
无含氟尾气排放的湿法磷酸工艺与氟硅酸加工方法
本专利技术涉及硫酸分解磷矿石制湿法磷酸的工艺
，特别是废气废热资源化的环保节能工艺方法。
技术介绍
湿法磷酸工艺采用硫酸分解磷矿石（主要化学成分氟磷酸钙，Ca5F(PO4)3）制稀磷酸的酸解反应产生的含氟气体及大量反应热都必须及时从反应器移除，通常的方法是鼓风冷却和真空冷却（吴佩芝，《湿法磷酸§6-6》“分解槽废气的洗涤”，化学工业出版社，1987：pp.124~129）。鼓风冷却是向反应器通入大量冷空气以携带含氟气体与热量，由此产生的工艺尾气用冷却水洗涤、达标排放；尾气洗涤效果取决于水量、水温，由之又产生了水平衡和含氟废水处理问题，废气废水互为制约的矛盾难以解决。真空冷却是使磷矿石酸解浆料在真空冷却器中绝热爆沸闪蒸降温冷却，含氟气体随蒸汽逸出，最终在大气冷凝器中被冷却水吸收，含氟冷却水在凉水塔降温过程中逸出含氟气体，废热排放与大气污染亟待治理。湿法磷酸蒸发浓缩过程随二次蒸汽从酸中逸出的氟更多，现行处理方法是在磷酸浓缩蒸发器与大气冷凝器之间设置一个氟洗涤器吸收氟并制成氟硅酸（H2SiF6）产品，未完全吸收的含氟尾气也在大气冷凝器中用冷却水吸收，上述废热排放与大气污染问题同样存在。解决上述湿法磷酸工艺废热排放与大气氟污染最有效的方法是从工艺上杜绝尾气排放、杜绝含氟冷却水与大气接触。为此，本专利技术方法的要点是：以清洁的吸热工质输出酸解反应热与含氟蒸汽冷凝热、以冷凝（而不是洗涤或吸收）含氟蒸汽的方式使之转化为氟硅酸产品，从而实现封闭式湿法磷酸生产，杜绝尾气与废热排放。本专利技术巧妙地将湿法磷酸工艺酸解反应器回浆流动过程与酸解浆料冷却过程相耦合、用清洁的载热工质输出反应热；将含氟蒸汽冷凝与氟硅酸浓缩相耦合、生产浓度大于15%的氟硅酸产品同时输出冷凝热为湿法磷酸浓缩提供热源，节能减排增产增收效果显著。
技术实现思路
本专利技术公开一种无含氟尾气排放的湿法磷酸与氟硅酸生产方法。本专利技术方法适用于硫酸分解磷矿石制P2O5含量为18%~43%的湿法磷酸（粗磷酸）、以及湿法磷酸蒸发浓缩制P2O5含量不超过54%的浓缩磷酸。本专利技术主要专利技术思想是使湿法磷酸工艺系统与大气及水环境相隔绝，用清洁的载热工质汽化-冷凝循环回收利用反应热和冷凝热、用含氟蒸汽冷凝与氟硅酸浓缩相耦合的方式生产浓度大于15%的氟硅酸，从而实现封闭式湿法磷酸生产，无含氟尾气和废热排放、不需外供热源，即可生产P2O5含量不超过54%的浓缩磷酸和浓度不低于15%的氟硅酸。如附图1所示的酸解反应热与含氟气体回收利用的方法，密闭并带搅拌的酸解反应器1，磷矿石和其它酸解原料进口管均穿过密闭顶盖伸入酸解反应器内的料液面0.5m以下实现进料密封。酸解反应逸出的含氟气体进入冷凝塔4，反应完成的浆料通过稀磷酸浆泵13输出。回浆泵12将温度为T0的浆料从酸解反应器1输送到密闭的回浆罐2，回浆泵12的流量是稀磷酸浆泵13流量的6~10倍。密闭的回浆罐2与酸解反应器1二者气相空间相通，前者浆料液面比后者高0.5m以内。两个结构相同的直立壳管式换热器管程顶端用回弯管连接为一体组成倒U型换热器3、两底端分别穿过酸解反应器1和回浆罐2的密闭顶盖伸入浆料液面1m以内，U型换热器总高9m以内，运行前使浆料充满全管程，运行时在回浆罐2与酸解反应器1液面高差推动下浆料以1.0m/s以上的管内流速从回浆罐2的入口端向酸解反应器1的出口端连续流动对流放热，热量通过管壁传递给管外壳程T1温度下汽化的清洁载热工质、实现热量输出2，该过程通过管程流动的浆料降温3~5℃使酸解反应器维持稳定的反应温度T0。按上述方法配置的倒U型换热器至少有两组、从工艺要求的不同位置伸入回浆罐2和酸解反应器1、组与组之间水平间隔不超过5m；通过各组流动的浆料流量相同、其总和等于回浆泵12的流量。浆料温度T0与载热工质汽化温度T1之差（T0-T1）不大于15℃。从酸解反应器1进入冷凝塔4底部的含氟气体温度T0，压力P0（比当地大气压低200~500Pa），氟含量（折算为SiF4体积百分比，v%，下同）不超过1.0v%，与从冷凝塔顶以大于0.01（m3/m3）的液/气比喷入的温度低于50℃的氟硅酸水溶液逆流传热传质，使气体冷却、冷凝、减量，未冷凝的气体（酸解反应逸出的CO2和微负压下从外部漏入酸解反应器的空气）降温至低于55℃、通过塔顶内置除沫器分离后氟含量不超过0.005v%、水蒸汽含量不超过16.0v%、离开冷凝塔4进入CO2矿化罐16，与加入此罐的磷石膏氨水浆料进行复分解反应转化为碳酸钙硫酸铵浆料输出，残余不凝气量比进入冷凝塔4的气体总量减少90%以上，温度低于50℃，其组成以空气为主、CO2含量不超过20.0v%、水蒸汽含量不超过12.0v%、氟含量低于0.0002v%，用不凝气通风机17将其送到酸解反应器1的搅拌器轴封套、被吸入具有负压差的酸解反应器气相空间。降入冷凝塔液封槽5的氟硅酸水溶液温度低于55℃、H2SiF6质量含量（m%，下同）不低于14.0m%、通过一根伸入该槽液面下2m以内的升液管提升到距该液面8.5m以内的高度、进入闪蒸塔6，通过绝热闪蒸降温浓缩、H2SiF6质量含量提高到15.0m%以上、温度降低到50℃以下、自动下降到闪蒸塔液封槽7，通过氟硅酸泵14加压后以大于0.01（m3/m3）的液/气比送往冷凝塔4顶部喷入塔内、作为产品输出的氟硅酸含氟总量大于酸解反应器1逸出氟的总量的93%。闪蒸塔6绝热闪蒸产生的低于50℃的水蒸汽、经塔顶内置除沫器分离后氟含量不超过0.043v%，通过壳管式换热器8的管程冷凝，冷凝热通过管壁传递给管外壳程40℃以上汽化的载热工质实现热量输出1，冷凝液通过气液分离器9的降液管直接降入低位安置的冷凝水槽11液面以下。通过水喷射泵10及与之配套的水循环泵15产生真空，维持闪蒸塔6所需的负压、同时将含氟量低于0.0018kgF/kgH2O的冷凝水送回工艺系统循环使用。如附图2所示的利用清洁载热工质热泵循环进行湿法磷酸两效蒸发浓缩并回收逸出含氟气体加工氟硅酸的方法，从二效循环泵24与二效蒸发罐22之间加入含P2O520%~28%、含氟（F）1.5%~2.0%的稀磷酸，在该循环回路中通过二效加热器23的管程被加热到42~50℃、在二效蒸发罐内蒸发浓缩到含P2O531%以上、通过二效循环泵24出口分支管路送往一效蒸发罐18继续蒸发浓缩。二效蒸发罐内逸出的含氟水蒸汽温度40~48℃、经罐顶内置除沫器分离后气相氟含量不超过0.5v%，进入二效回路的冷凝塔4、冷凝塔液封槽5、闪蒸塔6、闪蒸塔液封槽7、壳管式换热器8、气液分离器9、冷凝水槽11和氟硅酸泵14构成的含氟气体冷凝及氟硅酸蒸发浓缩操作，与前述相同的方法生产H2SiF6质量含量15.0m%以上的氟硅酸，同时回收含氟量低于0.0018kgF/kgH2O的冷凝水；与前述相同借助于水喷射泵10及与之配套的水循环泵15产生真空，维持二效蒸发罐22所需的负压、同时将含氟量低于0.0018kgF/kgH2O的冷凝水送回工艺系统循环使用。40~48℃的蒸汽在该回路的壳管式换热器8管程冷凝，释放的冷凝热通过管壁传递给管外壳程的载热工质，使其在36℃以上汽化、经过二效载热工质热泵26加压使其饱和温度提高到8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用清洁载热工质输出反应热、冷却酸解浆料的湿法磷酸生产方法，其特征在于用回浆泵把酸解浆料从酸解反应器输送到回浆罐，密闭的回浆罐与酸解反应器二者气相空间相通、前者浆料液面比后者高0.5m以内，两个结构相同的直立壳管式换热器管程顶端用回弯管连接为一体、组成倒U型虹吸换热器、两底端分别穿过酸解反应器和回浆罐的密闭顶盖伸入浆料液面以下1m之内；倒U型虹吸换热器总高9m之内，运行前使浆料充满全管程，运行时在入口端所在浆料液面与出口端所在浆料液面高差推动下、浆料以1.0m/s以上的管内流速从入口端向出口端连续流动、对流放热，热量通过管壁传递给管外壳程汽化的清洁载热工质、实现热量输出和浆料冷却，浆料降温3～5℃，浆料温度与载热工质汽化温度之差不大于15℃；按上述方法配置的倒U型虹吸换热器至少有两组、组与组之间水平间隔不超过5m，通过各组流动的浆料流量相同、其总和等于回浆泵的流量。

【技术特征摘要】
1.一种用清洁载热工质输出反应热、冷却酸解浆料的湿法磷酸生产方法，其特征在于用回浆泵把酸解浆料从酸解反应器输送到回浆罐，密闭的回浆罐与酸解反应器二者气相空间相通、前者浆料液面比后者高0.5m以内，两个结构相同的直立壳管式换热器管程顶端用回弯管连接为一体、组成倒U型虹吸换热器、两底端分别穿过酸解反应器和回浆罐的密闭顶盖伸入浆料液面以下1m之内；倒U型虹吸换热器总高9m之内，运行前使浆料充满全管程，运行时在入口端所在浆料液面与出口端所在浆料液面高差推动下、浆料以1.0m/s以上的管内流速从入口端向出口端连续流动、对流放热，热量通过管壁传递给管外壳程汽化的清洁载热工质、实现热量输出和浆料冷却，浆料降温3～5℃，浆料温度与载热工质汽化温度之差不大于15℃；按上述方法配置的倒U型虹吸换热器至少有两组、组与组之间水平间隔不超过5m，通过各组流动的浆料流量相同、其总和等于回浆泵的流量。2.一种回收含氟气体加工氟硅酸的无尾气排放的湿法磷酸生产方法，其特征在于密闭的酸解反应器气相压力比当地大气压低200～500Pa，酸解反应逸出的含氟气体氟含量折算为SiF4不超过1.0v％，进入冷凝塔底部与从冷凝塔顶部喷入的温度低于50℃、液/气比大于0.01m3/m3的氟硅酸水溶液逆流传热传质，使气体冷却、冷凝、减量，未冷凝的气体含CO2与空气、降温至低于55℃、除沫分离后氟含量不超过0.005v％、水蒸汽含量不超过16.0v％，进入CO2矿化罐与磷石膏氨水浆料进行复分解反应转化为碳酸钙硫酸铵浆料输出，残余空气为主的不凝气比酸解反应逸出的含氟气体总量减少90％以上、温度低于50℃、CO2含量不超过20.0v％、水蒸汽含量不超过12.0v％、氟含量低于0.0002v％，用不凝气通风机将其送于酸解反应器搅拌器轴封套被吸入具有负压差的酸解反应器气相空间；从冷凝塔顶部喷入的氟硅酸水溶液降入冷凝塔液封槽、温度低于55℃、H2SiF6质量含量不低于14.0m％、通过一根伸入液封槽液面下2m以内的升液管提升到距该液面8.5m以内的高度进入闪蒸塔绝热闪蒸降温浓缩、H2SiF6质量含量提高到15.0m％以上、温度降低到50℃以下、自动下降到闪蒸塔液封槽，用氟硅酸泵加压送往冷凝塔循环、同时作为产品输出的氟硅酸含氟总量大于酸解反应器逸出氟总量的93％；闪蒸塔绝热闪蒸产生温度低于50℃的水蒸汽、...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家骅，夏素兰，陈洪杰，李季，郑志坚，罗显富，陈倬，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51