湿法磷酸两效蒸发工艺

摘要

本发明属于磷酸生产领域，涉及湿法磷酸两效蒸发新工艺。该工艺是将稀磷酸加入到循环回路中，用蒸汽加热，在特定的温度和压力下闪急蒸发，除去水份使磷酸浓缩；浓缩装置由两个串联的回路组成，逆流操作；磷酸从II效到I效浓度由低到高，蒸汽则从I效到II效，由高温到低温，即新鲜蒸汽首先用于加热I效磷酸，产生的二次蒸汽再用来加热II效磷酸。该工艺能节省蒸汽消耗，，节约建造材料和投资，改善企业经济效益。

权利要求

1.一种湿法磷酸浓缩两效蒸发工艺，其特征是∶稀磷酸加入到循环回路中，用蒸汽加热，在特定的温度和压力下闪急蒸发，除去水份使磷酸浓缩；浓缩装置由两个串联的回路组成，逆流操作；磷酸从II效到I效浓度由低到高，蒸汽则从I效到II效，由高温到低温，即新鲜蒸汽首先用于加热I效磷酸，产生的二次蒸汽再用来加热II效磷酸；I效二次蒸汽中含有SiF4和HF经过冷凝和用水吸收，制成12％～22％H2SiF6氟硅酸，将I效蒸发回收的稀氟硅酸串入II效蒸发系统，进一步吸收，以提高氟硅酸浓度，并防止硅胶生成，避免设备管路堵塞；

其中：第II效蒸发的技术参数为：稀磷酸浓度24％～28％P2O5，II效磷酸浓度

33％～35％P2O5，磷酸温度60～70℃，闪蒸室压力10～14kPa，加热器前后温度差5～2

6℃，加热器传热系数5000kJ/(m ·h·k)，副产氟硅酸浓度12％～22％H2SiF6；

第I效蒸发的技术参数为：加料磷酸浓度33％～35％P2O5，出口磷酸浓度48％～2

52％P2O5，磷酸温度110～130℃，闪蒸室压力70～80kPa，新鲜蒸汽压力≥4.85kg/cm，温度≥150℃；二次蒸汽温度110～130℃，加热器前后温度差2～3℃，加热器传热系数2

4100kJ/(m ·h·k)。

说明书

湿法磷酸两效蒸发工艺

技术领域

[0001] 本发明属于磷酸生产领域，涉及一种湿法磷酸两效蒸发工艺。 背景技术

[0002] 湿法磷酸是磷复肥和磷酸盐工业的基础中间产品，具有非常重要的地位，需求量很大。目前我国已形成约900万吨/年P2O5的生产能力，其中约有558万吨P2O5经过浓缩后使用，广泛采用强制循环真空浓缩单效蒸发工艺。 同样在国外也未见报导采用多效蒸发工艺的。

[0003] 单效蒸发最大的缺点就是热利用率差，蒸汽消耗量高，新鲜蒸汽的热量只经过一次利用，产生的二次蒸汽没有利用，直接送去冷凝还需耗用大量的循环冷却水。 单效3
蒸发每蒸发1kg水约消耗加热蒸汽1.3kg，每冷凝1t蒸汽约需循环冷却水60m。 [0004] 多效蒸发能大大节省新鲜蒸汽用量，其值与效数n成反比。理论上讲，蒸发1kg水新鲜蒸汽消耗量大致为1/n。实际上由于加热物料、设备管道散热、蒸汽和冷凝液泄漏等，新鲜蒸汽的消耗量会比理论值大一些，一般平均值为：

[0005] 单效 双效 三效 四效 五效

[0006] 蒸汽消耗量kg/kg水 1.1 0.57 0.4 0.3 0.27

[0007] 效数越多，节约蒸汽越多，但节约的幅度递减。

[0008] 磷酸的沸点升高值很大，这意味着将其加热到沸点比加热水需有高得多的温度，但产生的二次蒸汽的饱和温度又不高，若要作为热源再利用就比较困难。 [0009] 由于磷酸的沸点升高、液柱静压头损失和二次蒸汽的管道阻力损失等原因，每一效蒸发单元都需要有一个最小的加热温度差。 各效加热温度差之和组成了全系统的总加热温度差。 显然，多效蒸发比单效蒸发需要有更大的总加热温度差，这成为多效蒸发需要解决的主要困难之一。 通常采取提高I效蒸发新鲜蒸汽和磷酸的温度，或在允许范围内降低末效压力和磷酸温度以满足这个要求。

[0010] 磷酸中含有多种杂质，诸如F-，Cl-，SO42-离子，致使其具有很强的腐蚀性。温度越高或酸浓度越浓时腐蚀性越强，因此对金属和非金属材料的耐腐蚀要求很高。 单效蒸发时 产生的二次蒸汽不必用作热源，故可将压力和磷酸温度设定得较低，这样腐蚀程度大为减轻，设备材料容易解决。 多效蒸发则不然，它需要在更高的温度下进行传热和蒸发，对材质要求甚为苛刻，可供选择的范围更小。

发明内容

[0011] 本发明的目的是提供一种节能增效的磷酸浓缩两级蒸发工艺。 [0012] 本发明的目的是通过下列技术措施实现的：

[0013] 本发明采用两效蒸发工艺，采用的主要措施有：提高I效新鲜蒸汽温度，提高I效闪蒸室压力和磷酸温度，使I效二次蒸汽有足够的过热温度和饱和温度；适当降低II效闪蒸室压力和磷酸温度。 确保各效都有必需的加热温度差和全系统的总加热温度差。 [0014] 根据各效氟逸出的比例和组成，在本工艺中妥善安排了氟回收流程，将I效二次蒸汽冷凝液补充到II效蒸发气体的氟吸收系统。将未冷凝气体再降温进行氟吸收。尽可能地回收氟，制成符合要求浓度的氟硅酸。

[0015] 可根据我国当前技术发展状况，选择和开发适用的材料和设备应用于工业化装置中。

[0016] 流程叙述：见流程图。

[0017] 稀磷酸加入II效蒸发回路与加热后的循环酸相混合。 然后进入闪蒸室，在减压情况下闪急蒸发，除去部分水水分。 经过初步浓缩的磷酸大部分在回路中循环，经由加热器用来自I效蒸发产生的二次蒸汽加热，少部分则串入到第I效蒸发回路。 [0018] II效蒸发气体处理用常规流程：设有前后除沫器、两级氟吸收塔、一级冷凝器、两级蒸汽喷射器。 用水(或I效二次蒸汽冷凝液)吸收气体中的氟，制得副产品氟硅酸。

[0019] 同理，经过初步浓缩的磷酸在I效蒸发回路中同新鲜蒸汽加热进一步蒸发，达到所要求的浓度。 浓缩酸大部分在系统内循环，少部分输往酸罐区澄清和贮存。 [0020] I效二次蒸汽作为热源加热II效磷酸之后，自身成为冷凝液，实为稀氟硅酸。为了回收其中的氟，一部分冷凝液补充到II效蒸发系统再进一步吸收氟，另一部分则并入循环冷却水中，统一回收利用。 未充分冷凝的气体再经过一级氟吸收塔用经过冷却的氟硅酸进行吸收，然后经由蒸汽喷射器抽吸排空。

[0021] 主要工艺参数：

[0022] 1)II效蒸发：入口稀磷酸浓度 24～28％P2O5

[0023] 出II效磷酸浓度 33～35％P2O5

[0024] 闪蒸室压力： 10～14kPa

[0025] 闪蒸室磷酸温度： 60～70℃

[0026] 磷酸加热器前后温度差 5～6℃

[0027] 磷酸加热器传热系数： K＝5000kJ/(m2·h·k)

[0028] 副产氟硅酸浓度 12～22％H2SiF6

[0029] 2)I效蒸发：入口磷酸浓度 33～35％P2O5

[0030] 出I效磷酸浓度 48～52％P2O5

[0031] 闪蒸室压力： 70～80kPa

[0032] 闪蒸室磷酸温度： 110～130℃

[0033] 新鲜蒸汽(饱和蒸汽) 压力≥4.85kg/cm2

[0034] 温度≥150℃

[0035] 磷酸加热器前后温度差 2～3℃

[0036] 磷酸加热器传热系数： K＝4100kJ/(m2·h·k)

[0037] 可以对酸加热器、闪蒸室、循环泵、氟吸收塔、氟硅酸冷却器等设备的参数和结构材料的优化设计确保系统得以平衡高效经济地运行。

[0038] 一种湿法磷酸浓缩两效蒸发工艺，其具体方法为：稀磷酸加入到循环回路中，用蒸汽加热，在特定的温度和压力下闪急蒸发，除去水份使磷酸浓缩；浓缩装置由两个串联的回路组成，逆流操作；磷酸从II效到I效浓度由低到高，蒸汽则从I效到II效，由高温到低温，即新鲜蒸汽首先用于加热I效磷酸，产生的二次蒸汽再用来加热II效磷酸；I效二次蒸汽中含有SiF4和HF经过冷凝和用水吸收，制成12％～22％H2SiF6氟硅酸，将I效蒸发回收的稀氟硅酸串入II效蒸发系统，进一步吸收，以提高氟硅酸浓度，并防止硅胶生成，避免设备管路堵塞；

[0039] 其中：第II效蒸发的技术参数为：稀磷酸浓度24％～28％P2O5，II效磷酸浓度33％～35％P2O5，磷酸温度60～70℃，闪蒸室压力10～14kPa，加热器前后温度差5～
2
6℃，加热器传热系数5000kJ/(m ·h·k)，副产氟硅酸浓度12％～22％H2SiF6； [0040] 第I效蒸发的技术参数为：加料磷酸浓度33％～35％P2O5，出口磷酸浓度
48％～52％P2O5，磷酸温度110～130℃，闪蒸室压力70～80kPa，新鲜蒸汽压力
2
≥4.85kg/cm，温度≥150℃；二次蒸汽温度110～130℃，加热器前后温度差2～3℃，加
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热器传热系数4100kJ/(m ·h·k)。

[0041] 本发明有益效果：

[0042] 1)节能降耗。新鲜蒸汽的热能补充两次利用，因而能大大节省蒸汽消耗。两效蒸 发的蒸汽消耗定额比现有单效蒸发节约45％，一座30万吨/年P2O5磷酸浓缩装置可节约蒸汽45.17t/h或32.52万吨/年，对10万吨/年磷酸浓缩装置来说，可节约加热蒸汽15.0t/h或10.84万吨/年。 如果全国都能推广应用此技术，相当于可节约标准煤81万吨/年。

[0043] 2)能改善企业经济效益。由于降低了蒸汽消耗，平均每生产1t P2O5可节约蒸汽1.084t减少生产成本86.8元/吨P2O5，10万吨生产线全年可减少868万元。 [0044] 3)双效蒸发的闪蒸室截面积比单效蒸发的小56.8％，因而能节约建造材料和投资。

[0045] 4)双效蒸发与单效蒸发两种工艺的磷酸加热器面积和循环泵的流量大体相当。前者设备台数较多，但规格较小，这有利于装置规模的放大和国产化，而且投资较省。 附图说明

[0046] 图1是本发明工艺流程图。

[0047] 其中：1.磷酸中间槽 2.磷酸泵 3.II效加热器 4.II效闪蒸室 5.II效循环泵6.II效除沫器 7.1#氟吸收塔 8.2#氟吸收塔 9.分离器 10.II效冷凝器11.II效蒸汽喷射器 12.1#F密封槽 13.1#F循环槽 14.2#F密封槽15.2#F循环槽 16.冷凝器密封槽 17.氟硅酸冷却器 18.氟硅酸泵19.II效冷凝液受槽 20.I效氟吸收塔 21.氟硅酸密封槽 22.I效蒸汽喷射器23.密封槽24.I效加热器 25.I效冷凝液受槽 26.I效闪蒸室27.I效循环泵 28.I效除沫器 29.成品酸泵 具体实施方式

[0048] 以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。

[0049] 实施例1：

[0050] 1座30万吨/年P2O5磷酸浓缩装置，由3条生产线组成，每条线能力10万吨/年，其工艺如流程图1所示，各条线包括如下主要设备：

[0051] (1)I效加热器管壳式Fi＝385m2石墨化管子，碳钢外壳

[0052] (2)I效闪蒸室D＝1.8m碳钢衬丁基橡胶或F4，底部加衬碳砖

[0053] (3)I效循环泵轴流式Q＝5000m3/h H＝4.6m泵壳叶轮F33或2205 [0054] (4)II效加热器管壳式Fi＝200m2石墨化管子，碳钢衬丁基胶外壳 [0055] (5)II效闪蒸室D＝3.8m碳钢衬丁基橡胶，底部加衬碳砖

[0056] (6)II效循环泵轴流式Q＝2580m3/h H＝4.6m泵壳叶轮F33或CD4MCu双效蒸发与单效蒸发的主要设备比较

[0057] 10万吨/年P2O5生产线

[0058]

[0059] 从上述比较可知，同样规模的磷酸浓缩装置，闪蒸室总截面积双效蒸发的比单效蒸发的闪蒸室面积节省56.86％，磷酸加热器面积和循环泵流量两种工艺基本相当。双效蒸发的设备台数较多，但规格较小，投资较少。

[0060] 稀磷酸加入到强制循环回路中，用蒸汽加热，在特定的温度和压力下闪急蒸发，除去水份使磷酸浓缩；浓缩装置由两个串联的回路组成，逆流操作；磷酸从II效到I效浓度由低到高，蒸汽则从I效到II效，由高温到低温(新鲜蒸汽首先用于加热I效磷酸，产生的二次蒸汽再用来加热II效磷酸)；由II效产生的二次蒸汽经处理后排空；I效二次蒸汽中含有SiF4和HF经过冷凝和用水吸收，制成12％～22％H2SiF6氟硅酸。 将I效蒸发回收的稀氟硅酸串入II效蒸发系统，进一步吸收，以提高氟硅酸浓度，并防止硅胶生成，避免设备管路堵塞。

[0061] 第II效蒸发的技术参数为：稀磷酸浓度24％～28％P2O5，II效磷酸浓度33％～35％P2O5，磷酸温度60～70℃，闪蒸室压力10～14kPa，加热器前后温度差5～6℃，
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加热器传热系数5000kJ/(m ·h·k)，副产氟硅酸浓度12％～22％H2SiF6。 [0062] 第I效蒸发的技术参数为：加料磷酸浓度(出II效磷酸浓度)33％～35％P2O5，出口磷酸浓度48％～52％P2O5，磷酸温度110～130℃，闪蒸室压力70～80kPa，新鲜
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蒸汽(饱和蒸汽)压力≥4.85kg/cm，温度≥150℃。 二次蒸汽温度110～130℃(供给II
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效加热)，加热器前后温度差2～3℃，加热器传热系数4100kJ/(m ·h·k)。 [0063] 由于采用了双效蒸发工艺，与单效蒸发相比，本装置可节约蒸汽消耗45.17t/h或32.52万吨/年，因此可减少生产成本86.8元/吨P2O5或2604万元/年。