磷矿石酸解料浆闪蒸冷却逸出含氟蒸汽资源化利用的方法技术

一种绝热冷凝‑再沸耦合分离磷矿石酸解料浆闪蒸逸出含氟蒸汽回收氟资源化和提升蒸汽余热品位并分等级回收利用的方法，适用于采用闪蒸冷却降温的二水和半水湿法磷酸工艺。本发明专利技术方法可使温度65~105℃、P2O5含量18%~43%、H2SiF6浓度1.0~3.0%的酸解料浆通过闪蒸冷却器逸出的温度62~88℃、含氟浓度0.0025~0.15 kg‑F/kg‑H2O含氟蒸汽分离为浓度大于5.0%的氟硅酸溶液和小于0.0022 kg‑F/kg‑H2O的再沸蒸汽，用0.4~1.2MPa的工作蒸汽通过蒸汽喷射器提升蒸汽余热品位并使其50%以上转换为温度不低于82℃的清洁饱和水蒸汽热源、其余用于加热工艺补水满足酸解料浆过滤用水条件。节能折合低压蒸汽量超过256 kg/t‑P2O5，并且免用冷却水、阻断了大气及水环境氟污染源。

【技术实现步骤摘要】
磷矿石酸解料浆闪蒸冷却逸出含氟蒸汽资源化利用的方法
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利用的节能、减排和污染物源头治理技术。
技术介绍
湿法磷酸（H3PO4）工艺中，硫酸分解磷矿石（酸解）的反应在酸解料浆中产生大量反应热、按参与反应的五氧化二磷（P2O5）当量计约3.30GJ/t-P2O5。使酸解料浆循环通过闪蒸冷却器（真空冷却器）蒸发降温，是移走反应热、控制反应器温度的有效方法之一（张允湘主编，《磷肥及复合肥料工艺学（讲义）》，四川大学化工学院，1999：pp.86~105）。闪蒸逸出含氟（SiF4和HF）蒸汽的氟浓度（折算为单位质量水蒸汽的含F量，kg-F/kg-H2O）主要由酸解料浆的温度、P2O5浓度和氟硅酸（H2SiF6）浓度等汽液平衡热力学条件决定，例如某二水物工艺（料浆温度82℃、P2O5含量22%、H2SiF6浓度1.92%）条件下为0.0035kg-F/kg-H2O，某半水物工艺（料浆温度98℃、P2O5含量42%、H2SiF6浓度3.0%）条件下为0.115kg-F/kg-H2O，变化幅度很大。现有处理酸解料浆闪蒸逸出含氟蒸汽的技术，沿用多级洗涤吸收氟化物后用大气冷凝器通过循环冷却水使蒸汽冷凝的方法（吴佩芝，《湿法磷酸》，化学工业出版社，1987：pp.124~129，199~201），其不足之处是将该蒸汽余热当作废热通过凉水塔向环境排放，既浪费了能量还造成环境氟污染风险。回收利用该蒸汽余热受到技术经济性限制：1、蒸汽所含氟化物SiF4和HF与水反应生成氟硅酸（H2SiF6）和硅胶（SiO2∙nH2O）颗粒，不仅具有强腐蚀性并且容易粘附管壁甚至堵塞管道，常规传热设备无法克服；2、蒸汽饱和温度60~80℃，余热品位低、工业利用的经济效益有限。克服上述不利性限制的有效方法是：1、通过绝热冷凝-再沸耦合的方法，使含氟蒸汽分离为H2SiF6浓度大于5.0%的氟硅酸溶液产品和含氟浓度低于0.0022kg-F/kg-H2O的绝热再沸蒸汽；2、一分为二回收利用再沸蒸汽的热量，即：一部分热量通过清洁的热工介质（如纯净的水、氨等）汽化输出，其余部分伴随再沸蒸汽冷凝直接加热湿法磷酸工艺用热水、使再沸蒸汽中所含微量的氟全部返回工艺系统；3、通过蒸汽喷射器（热泵）提升再沸蒸汽余热品位，混合蒸汽热量也采用上述一分为二的方法回收利用。全部或部分采用以上方法，可以实现磷矿石酸解料浆闪蒸冷却逸出含氟蒸汽资源化利用，并且节约大量冷却水，资源、能源、环境效益和经济效益同步提高。
技术实现思路
本专利技术公开一种磷矿石酸解料浆闪蒸冷却逸出含氟蒸汽资源化利用的方法。本专利技术方法适用于湿法磷酸工艺硫酸分解磷矿石的放热反应过程酸解料浆循环通过闪蒸冷却器蒸发降温流程，酸解料浆的温度65~105℃、P2O5含量18%~43%（质量%）、H2SiF6浓度1.0~3.0%（质量%）。本专利技术主要专利技术思想是使酸解料浆通过闪蒸冷却器逸出的含氟蒸汽（闪蒸逸出含氟蒸汽）首先绝热冷凝吸收生成含悬浮硅胶（SiO2∙nH2O）微粒的氟硅酸乳浊溶液，然后使该溶液绝热再沸，分离为60~85℃、含氟浓度低于0.0022kg-F/kg-H2O的再沸蒸汽和H2SiF6浓度大于5.0%的氟硅酸溶液；再沸蒸汽通过列管式降膜冷凝器管内冷凝放热，一部分冷凝热通过管壁传递给管外壁面使清洁热工介质汽化并输送到与之匹配的用热设备、其余的冷凝热则伴随冷凝液进入管内的降膜液体并使之升温达到湿法磷酸工艺用热水的要求；用表压0.4~1.2MPa的工作蒸汽通过蒸汽喷射器（热泵）加压提升再沸蒸汽余热品位，工作蒸汽和再沸蒸汽混合后饱和温度为82~102℃。采用本专利技术方法，实现闪蒸逸出含氟蒸汽的资源化利用：氟化物生成浓度可调的氟硅酸溶液产品，蒸汽余热一分为二、一部分通过清洁热工介质汽化输出、其余部分加热工艺用水并随冷凝液一道返回湿法磷酸工艺系统。如附图所示，闪蒸逸出含氟蒸汽温度62~88℃、含氟浓度0.0025~0.15kg-F/kg-H2O、含不凝性气体少于0.003kg/kg-H2O，从下部接管进入冷凝吸收器1，与从上往下雾化喷入的氟硅酸循环吸收液逆流接触绝热冷凝，闪蒸逸出含氟蒸汽包括所含氟化物被全部冷凝吸收进入氟硅酸循环吸收液并使吸收液温升3~10℃、收集于下部的冷凝吸收器液封槽3，不凝性气体通过除沫器6分离雾沫后由第一辅助喷射器9抽吸加压至略高于当地大气压强、进入辅助冷凝器14分离冷凝水后不凝气排入总管。收集在液封槽3的氟硅酸乳浊液温度61~87℃、悬浮硅胶微粒含量小于2%（质量%），在大气压强作用下通过上升管进入绝热再沸器2绝热蒸发、因为热损失的原因绝热再沸蒸发量比冷凝吸收器1的绝热冷凝量有所减少、再沸减少量为闪蒸逸出含氟蒸汽量的5~10%，再沸后氟硅酸乳浊液温降3~10℃、收集于绝热再沸器下方的液封槽4并用氟硅酸循环泵5加压与冷凝吸收器1的补水汇合后温度50~84℃作为氟硅酸循环吸收液。从液封槽4通过循环泵5定量输出的氟硅酸溶液产品含氟总量等于冷凝吸收器1的氟吸收量、含氟浓度与闪蒸逸出含氟蒸汽氟浓度的比值等于：(闪蒸逸出含氟蒸汽量)/(再沸减少量与补水量之和)。再沸蒸汽温度60~85℃、含氟浓度低于0.0022kg-F/kg-H2O，通过除沫器7分离雾沫后，进入降膜冷凝器11的方式有两种，第一种是开启截止阀18、关闭截止阀17使再沸蒸汽直从接进入，第二种是开启截止阀17、关闭截止阀18使再沸蒸汽由蒸汽喷射热泵8通过工作蒸汽一加压后进入、工作蒸汽一的量与再沸蒸汽量之比等于0.8~1.8。进入降膜冷凝器11的蒸汽，都是自下而上流过降膜管内放热冷凝，未冷凝的气体包括水蒸汽由第二辅助喷射器10抽吸、加压进入辅助冷凝器14冷凝分离后不凝气排入总管。降膜冷凝液循环泵13输送的循环液与工艺补水汇合，均匀分布于直立的列管式降膜冷凝器11的上管口周边并保证管内降膜流动平均速度大于1.2m/s，使管内向上流动的蒸汽在降膜表面冷凝并随之流入下方密闭液封罐12、降膜温度比其表面蒸汽温度低1~2℃。蒸汽在管内降膜表面冷凝放热，一部分冷凝热通过管壁传递给管外壁面使纯净清洁工质汽化并输送到与之匹配的用热设备放热液化后返回降膜冷凝器11管外壁面再次汽化、构成清洁工质封闭循环回路，清洁工质汽化的温度比进入降膜冷凝器11的蒸汽温度低3~8℃、调节该温差是控制余热输送比例的方法、也是调节降膜冷凝器11工艺补水量的依据。密闭液封罐12的气相空间与降膜冷凝器11的气相空间联通，该液封罐液位通过固定在罐内、管口向上距罐顶0.5m的直立恒液位降液管控制，在压差和重力联合作用下超过管口高度的液体自动流入比密闭液封罐12的安装高度低10m以上的辅助冷凝器液封槽15、通过循环泵16加压雾化与通过辅助喷射器9和10进入辅助冷凝器14的蒸汽及不凝性气体逆流传热传质使蒸汽冷凝，同时从循环泵16出口管路输出工艺热水、输出量等于降膜冷凝器11工艺补水量与再沸蒸汽量、蒸汽喷射热泵8工作蒸汽量、第一和第二辅助喷射器9和10的工作蒸汽量之和，输出工艺热水的温度不超过98℃。以上凡称之为槽的设备其液面上方气相空间均与大气相通。附图说明附图是本专利技术提供的磷矿石酸解料浆闪蒸冷却逸出蒸汽氟回收及余热回收利用的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝热冷凝‑再沸耦合分离磷矿石酸解料浆闪蒸逸出含氟蒸汽的方法，其特征在于使温度65~105℃、P2O5含量18%~43%、H2SiF6浓度1.0~3.0%的酸解料浆通过闪蒸冷却器逸出的温度62~88℃、含氟浓度0.0025~0.15 kg‑F/kg‑H2O、含不凝性气体少于0.003 kg/kg‑H2O的含氟蒸汽首先绝热冷凝吸收生成含悬浮硅胶微粒小于2%的氟硅酸乳浊溶液，然后使该溶液绝热再沸，分离为60~85℃、含氟浓度低于0.0022 kg‑F/kg‑H2O的再沸蒸汽和H2SiF6浓度大于5.0%的氟硅酸溶液；闪蒸逸出含氟蒸汽与雾化的氟硅酸循环吸收液逆流接触绝热冷凝、蒸汽与所含氟化物冷凝生成氟硅酸乳浊液进入循环吸收液并使吸收液温升3~10℃、在大气压强作用下上升进入再沸器进行绝热蒸发、分离为含氟浓度低于0.0022 kg‑F/kg‑H2O的再沸蒸汽和H2SiF6浓度大于5.0%的氟硅酸溶液、其温度下降3~10℃，该溶液通过循环泵加压后一部分作为产品输出、另一部分与冷凝吸收器的补水混合为50~84℃的氟硅酸循环吸收液；绝热再沸蒸发量比绝热冷凝量少、再沸减少量为闪蒸逸出含氟蒸汽量的5~10%；输出的氟硅酸溶液产品含氟浓度与闪蒸逸出蒸汽含氟浓度的比值、等于闪蒸逸出含氟蒸汽量与再沸减少量及补水量之和的比值。...

【技术特征摘要】
1.一种绝热冷凝-再沸耦合分离磷矿石酸解料浆闪蒸逸出含氟蒸汽的方法，其特征在于使温度65~105℃、P2O5含量18%~43%、H2SiF6浓度1.0~3.0%的酸解料浆通过闪蒸冷却器逸出的温度62~88℃、含氟浓度0.0025~0.15kg-F/kg-H2O、含不凝性气体少于0.003kg/kg-H2O的含氟蒸汽首先绝热冷凝吸收生成含悬浮硅胶微粒小于2%的氟硅酸乳浊溶液，然后使该溶液绝热再沸，分离为60~85℃、含氟浓度低于0.0022kg-F/kg-H2O的再沸蒸汽和H2SiF6浓度大于5.0%的氟硅酸溶液；闪蒸逸出含氟蒸汽与雾化的氟硅酸循环吸收液逆流接触绝热冷凝、蒸汽与所含氟化物冷凝生成氟硅酸乳浊液进入循环吸收液并使吸收液温升3~10℃、在大气压强作用下上升进入再沸器进行绝热蒸发、分离为含氟浓度低于0.0022kg-F/kg-H2O的再沸蒸汽和H2SiF6浓度大于5.0%的氟硅酸溶液、其温度下降3~10℃，该溶液通过循环泵加压后一部分作为产品输出、另一部分与冷凝吸收器的补水混合为50~84℃的氟硅酸循环吸收液；绝热再沸蒸发量比绝热冷凝量少、再沸减少量为闪蒸逸出含氟蒸汽量的5~10%；输出的氟硅酸溶液产品含氟浓度与闪蒸逸出蒸汽含氟浓度的比值、等于闪蒸逸出含氟蒸汽量与再沸减...

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