[发明专利]半水法湿法磷酸工艺及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半水法湿法磷酸工艺及其系统。

背景技术

湿法磷酸是磷化工主要的化工原料，用于生产磷复肥产品，也可以用于生产各种磷酸盐产品、食品级磷酸，电子级磷酸。用硫酸分解磷矿是湿法磷酸的基本方法。

磷矿中主要化学成分是Ca₅F(PO₄)₃，当它与硫酸反应时候，生成磷酸和难溶性硫酸钙结晶。其化学反应式如下：

Ca5F(PO₄)₃+5H₂SO₄+mH₂O＝3H₃PO₄+5CaSO4·m/5H2O↓+HF↑

硫酸钙可以以三种不同的结晶形态沉淀出来，分别为二水硫酸钙(CaSO₄·2H2O)，半水硫酸钙(CaSO₄·1/2H2O)和无水硫酸钙(CaSO₄)。通过控制工艺反应条件，结晶生成半水硫酸钙，称之为半水法工艺。

半水法湿法磷酸工艺相对比二水法湿法磷酸工艺具有磷酸产品浓度高(P₂O₅浓度可到45％)、磷酸质量好(杂质、硫酸根及固含量低)、能耗低等特点；对比半水-二水法湿法磷酸工艺，具有工艺流程短、投资低、操作容易等特点，半水法湿法磷酸工艺还是有相应的市场。目前，国内虽然已经建有多套半水法湿法磷酸装置，但大多存在以下问题：

1.设备复杂、占地面积大、装置规模小(10万吨/年)，反应收率低,总收率只有94％左右；

2.溶解槽和结晶槽为圆形槽体结构,多个串联，占地面积大，圆形槽在搅拌时存在大量旋流，影响磷矿和硫酸扩散速度和均匀混合，磷矿包裹和硫酸浓度局部过高而产生钝化现象严重，磷矿反应收率低，物耗高；

3.结晶槽内反应热和硫酸稀释热通过高位闪冷器移出，进出高位闪冷器料浆的温差一般在10-15℃，温差变化大，料浆里的半水磷石膏易分散成碎晶，难过滤，洗涤率低，P₂O₅损失大，磷石膏质量差；另外，磷酸含有大量的小结晶时，在磷酸输送和贮存时,小结晶体会附着在管道和设备上长大结垢，堵塞管道和设备，管道和设备停车清理频繁,装置开车率低。

4.半水过滤机的滤液为汽液混合分离，汽液混合分离设计在过滤机的下液管中进行，下液管中留有较长的分离空间，下液管高度要求10m以上，相应的投资增加。

5.下错气盘无吸干区，半水过滤机中大量的滤布洗水无法穿透滤布和滤盘，滞留在滤布上,进入半水过滤机的初滤区和过滤区，造成初滤区和一滤区的磷酸浓度下降过大,达到1％,磷酸浓度每下降1％，则需要多消耗0.4t蒸汽/t P₂O₅。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种设备简单、占地面积小、反应收率高、能耗低、投资低、使用寿命长、开车率高的大型半水法湿法磷酸系统。

本发明还提供一种工艺简单、可靠、装置投资少和运行成本低、对环境友好、能耗低、产品收率高、质量好的半水法湿法磷酸工艺。

本发明系统包括半水反应系统和过滤系统，所述半水反应系统包括依次连接的多个溶解槽和多个结晶槽，其中，多个结晶槽中的最后一个结晶槽内设有料浆循环泵和低位闪冷循环泵，所述料浆循环泵与多个溶解槽中的第一个溶解槽连接，所述低位闪冷循环泵经低位闪冷器与多个结晶槽中的第一个结晶槽连接，所述最后一个结晶槽还通过滤给料泵与过滤系统连接。

所述溶解槽与结晶槽均为方形槽体结构，多个溶解槽和多个结晶槽紧密排列后形成一个大的多区方形反应槽；所述低位闪冷循环料浆泵和料浆循环泵均采用立式泵。

所述过滤系统包括依次连接的转台式过滤机和带有蒸汽加热系统的下错气盘，所述转台式过滤机具有进料区、过滤区、二洗区、一洗区、卸渣区、布上水收集区、滤布洗涤区和洗水分离区，所述下错气盘具有初滤区、一滤区、二滤区、三滤区、布下水收集区和吸干区，其中，所述下错气盘的初滤区、一滤区、二滤区和三滤区顶部的气体出口经真空汽液分离器连接，所述下错气盘的吸干区的气体出口经吸干气液分离器与抽吸风机连接。

所述真空汽液分离器、吸干汽液分离器和转台式过滤机的布上水收集区的洗水出口均与冲洗石膏水槽的液体进口连接，所述冲洗石膏水槽的液体出口经泵与转台式过滤机的二洗区连接。