熱法酸工藝綜述

熱法酸生產工藝優(yōu)化及應用研究前言磷酸是制取各種工業(yè)和農業(yè)用磷制品的基礎原料，目前國內外磷酸的生產工藝主要有“熱法”和“濕法”兩種。二者相比較，濕法磷酸的工藝特點是產品成本相對較低，但是質量較差，且對磷礦的品位和雜質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農業(yè)用化肥。熱法磷酸的工藝特點是產品質量好，但價格較貴，而且屬高能耗技術，電力能源在熱法磷酸總的制造鏈中權重達60%。隨著能源短缺日趨嚴重，電價節(jié)節(jié)攀升，熱法磷酸的價格也隨之上漲，造成以其為原料的磷化工產品逐漸喪失市場競爭能力。在這種形勢下，磷酸工業(yè)不斷改進生產工藝，以期降低能耗和生產成本1熱法磷酸概述11熱法磷酸生產工藝的發(fā)展熱法磷酸的開發(fā)始于1915年，美國農業(yè)局進行了電爐法制磷酸的中間試驗,在第一次世界大戰(zhàn)期間，美國農業(yè)局與P.B.Davis公司合作在英國的澤西島建設了一個電爐法制磷酸的實驗工廠，用以生產高純度的磷酸，同時在美國Charlotte附近建設了第一個電爐法制磷酸的生產工廠。美國從1933年開始致力于熱法生產的研究，完成了從小試、中試到大型裝置的試驗與建設，并首先建設了全不銹鋼二步法生產裝置，為熱法磷酸大型化及黃磷燃燒熱的回收利用奠定了基礎。我國熱法磷酸于1958年由上?；ぱ芯吭和瓿闪艘栽亓诪槠瘘c采用酸冷流程和水冷流程的中間試驗；996年云南省化工研究院在國內建設了第一套全不銹鋼二步法生產裝置。經過多年研究、改進，國內熱法磷酸生產工藝技術已經趨于成熟。1.2熱法磷酸生產工藝現(xiàn)狀世界各國的熱法磷酸生產工藝包括磷的氧化燃燒、磷酹水合、酸霧分離3個部分。而其具體的生產工藝有：燃燒水合一步法流程和燃燒一水合二步法流程。顧名思義，一步法流程的特點是磷的燃燒與五氧化二磷的水化在同一設備中進行；二步法流程的特點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種熱法磷酸生產工藝優(yōu)缺點比較性能一步法二步法燃燒水合在同一設備中進行燃燒與水化分別在燃燒塔與水化塔中進行除霧設備體積相對較人效率高，設備體積小熱能回收無法對燃燒熱進行回收町以回收黃磷燃燒熱流程相對簡單相對復雜品質雜質含量多，濃度小雜質少，可以生產電子級磷酸和不同級別的多聚磷酸在一步法的反應過程中，產生的熱量用循環(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），不需設置龐大的酸冷卻設施，但對設備的結構和材質要求嚴格。隨著酸冷卻裝置材質的改進和制造加工技術的進步，可通過選用性能良好的熱穩(wěn)定鋼及釆用噴涂技術，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，二步法磷酸生產的應用前景更好。1.2熱法帶有熱能回收裝置的熱法磷酸生產工藝通常采用兩步法，即磷的燃燒和P205的水合分別在兩個設備內進行。其中，P205水合設備與傳統(tǒng)的水化塔相似;燃磷設備內設置換熱管，以回收磷的燃燒熱并副產蒸汽。燃磷設備的技術關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。原徳國赫司特集團對其一步法7萬t/aH3P04裝置進行了改造，即在原燃燒水化塔前面增設一個塔，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，把燃磷塔產生的含磷氣體導入水化塔進行水化。磷燃燒塔內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。用熱水將標準罐裝黃磷熔融，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，然后再進入燃燒器與大量己凈化的空氣接觸，發(fā)生燃燒反應，生成五氧化二磷氣體，并放出熱量，五氧化二磷氣體進入沉降塔，沉降塔內溫度升高，再加上空氣的過量進入，保證了黃磷完全轉化為五氧化二磷。五氧化二磷氣體從沉降塔頂流出并進入分離器。經過分離器再進入到化酸釜，己凈化的工藝水由化酸釜頂噴入，五氧化二磷與水轉為稀磷酸，再經過較長時間的化酸過程，五氧化二磷與水全部轉成磷酸。再經過提純過程，把磷酸中的雜質及陰陽離子除掉，得到食品級磷酸。本工藝流程釆用了國內先進的工藝技術，很好地解決了生產中產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生蒸汽供熱，不用鍋爐設備，大大降低了能耗和投資，節(jié)約了生產成本。利用先進的黃磷霧化技術，減少了空壓機等動力設備，大大降低了動力消耗。采用先進的多級噴射除霧技術和羅茨風機轉鼓水膜吸收技術，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。從整個工藝設計上做到了流程緊湊，熱效率高，動力消耗小,產率高，投資少、工藝操作簡單、產品質量好、污染小及設備占地面積