熱法酸工藝綜述

熱法酸生產(chǎn)工藝優(yōu)化及應(yīng)用研究前言磷酸是制取各種工業(yè)和農(nóng)業(yè)用磷制品的基礎(chǔ)原料，目前國內(nèi)外磷酸的生產(chǎn)工藝主要有“熱法”和“濕法”兩種。二者相比較，濕法磷酸的工藝特點(diǎn)是產(chǎn)品成本相對(duì)較低，但是質(zhì)量較差，且對(duì)磷礦的品位和雜質(zhì)含量都有較高的要求，目前國際上制備工業(yè)磷酸主要采用濕法，我國濕法磷酸主要用于生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用化肥。熱法磷酸的工藝特點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量好，但價(jià)格較貴，而且屬高能耗技術(shù)，電力能源在熱法磷酸總的制造鏈中權(quán)重達(dá)60%。隨著能源短缺日趨嚴(yán)重，電價(jià)節(jié)節(jié)攀升，熱法磷酸的價(jià)格也隨之上漲，造成以其為原料的磷化工產(chǎn)品逐漸喪失市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在這種形勢(shì)下，磷酸工業(yè)不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝，以期降低能耗和生產(chǎn)成本1熱法磷酸概述11熱法磷酸生產(chǎn)工藝的發(fā)展熱法磷酸的開發(fā)始于1915年，美國農(nóng)業(yè)局進(jìn)行了電爐法制磷酸的中間試驗(yàn),在第一次世界大戰(zhàn)期間，美國農(nóng)業(yè)局與P.B.Davis公司合作在英國的澤西島建設(shè)了一個(gè)電爐法制磷酸的實(shí)驗(yàn)工廠，用以生產(chǎn)高純度的磷酸，同時(shí)在美國Charlotte附近建設(shè)了第一個(gè)電爐法制磷酸的生產(chǎn)工廠。美國從1933年開始致力于熱法生產(chǎn)的研究，完成了從小試、中試到大型裝置的試驗(yàn)與建設(shè)，并首先建設(shè)了全不銹鋼二步法生產(chǎn)裝置，為熱法磷酸大型化及黃磷燃燒熱的回收利用奠定了基礎(chǔ)。我國熱法磷酸于1958年由上?；ぱ芯吭和瓿闪艘栽亓诪槠瘘c(diǎn)采用酸冷流程和水冷流程的中間試驗(yàn)；996年云南省化工研究院在國內(nèi)建設(shè)了第一套全不銹鋼二步法生產(chǎn)裝置。經(jīng)過多年研究、改進(jìn)，國內(nèi)熱法磷酸生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。1.2熱法磷酸生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀世界各國的熱法磷酸生產(chǎn)工藝包括磷的氧化燃燒、磷酹水合、酸霧分離3個(gè)部分。而其具體的生產(chǎn)工藝有：燃燒水合一步法流程和燃燒一水合二步法流程。顧名思義，一步法流程的特點(diǎn)是磷的燃燒與五氧化二磷的水化在同一設(shè)備中進(jìn)行；二步法流程的特點(diǎn)是磷的燃燒與五氧化二磷的水化分別在燃燒塔與水化塔中分開進(jìn)行［2］。表1給出了2種不同工藝方法的比較如下:表12種熱法磷酸生產(chǎn)工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較性能一步法二步法燃燒水合在同一設(shè)備中進(jìn)行燃燒與水化分別在燃燒塔與水化塔中進(jìn)行除霧設(shè)備體積相對(duì)較人效率高，設(shè)備體積小熱能回收無法對(duì)燃燒熱進(jìn)行回收町以回收黃磷燃燒熱流程相對(duì)簡(jiǎn)單相對(duì)復(fù)雜品質(zhì)雜質(zhì)含量多，濃度小雜質(zhì)少，可以生產(chǎn)電子級(jí)磷酸和不同級(jí)別的多聚磷酸在一步法的反應(yīng)過程中，產(chǎn)生的熱量用循環(huán)酸移走（另約有20%的熱量被排出的氣體帶走），其生產(chǎn)過程中每燃燒X磷需用400?500t的循環(huán)酸，因此正常操作工況的實(shí)現(xiàn)，有賴于酸泵、酸冷卻器、酸管系統(tǒng)操作的可靠性。在二步法中，反應(yīng)過程的熱量主要靠水的蒸發(fā)除去（部分熱量隨排出的氣體帶走），不需設(shè)置龐大的酸冷卻設(shè)施，但對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)要求嚴(yán)格。隨著酸冷卻裝置材質(zhì)的改進(jìn)和制造加工技術(shù)的進(jìn)步，可通過選用性能良好的熱穩(wěn)定鋼及釆用噴涂技術(shù)，解決高溫下磷火焰的腐蝕問題。加之燃燒水合二步法在高溫尾氣的冷卻過程中有利于熱能的回收利用，二步法磷酸生產(chǎn)的應(yīng)用前景更好。1.2熱法帶有熱能回收裝置的熱法磷酸生產(chǎn)工藝通常采用兩步法，即磷的燃燒和P205的水合分別在兩個(gè)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。其中，P205水合設(shè)備與傳統(tǒng)的水化塔相似;燃磷設(shè)備內(nèi)設(shè)置換熱管，以回收磷的燃燒熱并副產(chǎn)蒸汽。燃磷設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵在于如何既防止換熱管被高溫P205氣體腐蝕，乂能提供良好的傳熱條件。各國專利技術(shù)都是通過控制工藝條件，使換熱管表面形成一層特殊的磷化物來加以保護(hù)。原徳國赫司特集團(tuán)對(duì)其一步法7萬t/aH3P04裝置進(jìn)行了改造，即在原燃燒水化塔前面增設(shè)一個(gè)塔，專供燃磷使用，原有的燃燒水化塔則改為單純的水化塔,兩塔的頂部以管道相連接，把燃磷塔產(chǎn)生的含磷氣體導(dǎo)入水化塔進(jìn)行水化。磷燃燒塔內(nèi)鋼管表面沒有任何防腐襯里，而是通過控制工藝條件，來防止鋼管被腐蝕。用熱水將標(biāo)準(zhǔn)罐裝黃磷熔融，流入凈化系統(tǒng)凈化。黃磷的熔融用水隔絕空氣。液體黃磷利用壓力差定量流入蒸係塔，然后再進(jìn)入燃燒器與大量己凈化的空氣接觸，發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成五氧化二磷氣體，并放出熱量，五氧化二磷氣體進(jìn)入沉降塔，沉降塔內(nèi)溫度升高，再加上空氣的過量進(jìn)入，保證了黃磷完全轉(zhuǎn)化為五氧化二磷。五氧化二磷氣體從沉降塔頂流出并進(jìn)入分離器。經(jīng)過分離器再進(jìn)入到化酸釜，己凈化的工藝水由化酸釜頂噴入，五氧化二磷與水轉(zhuǎn)為稀磷酸，再經(jīng)過較長時(shí)間的化酸過程，五氧化二磷與水全部轉(zhuǎn)成磷酸。再經(jīng)過提純過程，把磷酸中的雜質(zhì)及陰陽離子除掉，得到食品級(jí)磷酸。本工藝流程釆用了國內(nèi)先進(jìn)的工藝技術(shù)，很好地解決了生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量熱能的利用問題，大大提高了熱效率。利用黃磷燃燒的熱量產(chǎn)生蒸汽供熱，不用鍋爐設(shè)備，大大降低了能耗和投資，節(jié)約了生產(chǎn)成本。利用先進(jìn)的黃磷霧化技術(shù)，減少了空壓機(jī)等動(dòng)力設(shè)備，大大降低了動(dòng)力消耗。采用先進(jìn)的多級(jí)噴射除霧技術(shù)和羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)鼓水膜吸收技術(shù)，大大提高了吸收率，減少了水蒸汽排放量和尾氣排放中P2O5含量。從整個(gè)工藝設(shè)計(jì)上做到了流程緊湊，熱效率高，動(dòng)力消耗小,產(chǎn)率高，投資少、工藝操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量好、污染小及設(shè)備占地面積