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濕法磷酸生產反應尾氣處理系統改造

文檔作者：李忠許文科文檔來源：甘肅甕福化工有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月12日
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上一篇：淺析低溫甲醇洗尾氣中二氧化碳的回收利用

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·28·磷肥與復肥Phosphate&amp;amp;Compound Fertilizer2010年9月第25卷第5期濕法磷酸生產反應尾氣處理系統改造李忠，許文科(甘肅甕福化工有限責任公司，甘肅金昌737000)[摘要]通過采用管道洗滌器、高效噴淋裝置、除沫塔、改變尾氣風機安裝位置等技術措施。對原設計濕法磷酸生產尾氣洗滌系統的傳統流程進行技術改造，達到了延長系統生產周期、降低清理頻次和勞動強度、提高氟收率、尾氣達標排放、改善操作環境的目的。[關鍵詞]濕法磷酸；尾氣處理系統；管道洗滌器；文丘里；除沫塔；尾氣達標排放[中圖分類號]1’Q126．3+5 [文獻標識碼]B [文章編號]1007—6220(2010)05—0028—04Transformation of tail gas washing system in WPA productionL1 Zhong，XU Wen-ke(Gansu Wen矛u Chemical Industry Co．，Ltd,肌地r嚼Gansu 737000，Ch／na)Abstract：Some technical measures are adopted，such硒using the pipe scrubber。hish efficiency sprinklerdevice and defoaming tower,changing the installing position of tail gaS fan etc．The traditional procedureof tail gaS washing system from the original design of WPA production is transformed，80 the productioncycle is prolonged，the cleaning frequency and the labor intensity are reduced，and the recovery rate offluorine is increaSed，the exhausted tail gaS is in according with national standard and the workingenvironment is improved．Key words：wet-process phosphoric acid(WPA)；tail gaS washing system；pipe scrubber；venturi；defoaming tower；exhausted tail gaS according with national standard甘肅甕福化工有限責任公司成立于2006年10月，由甕福集團、甘肅金化集團及中化化肥共同出資成立，其前身為原甘肅金昌化工(集團)有限責任公司磷銨廠，始建于1997年，于當年年底建成投入生產運行并生產出合格產品。原設計磷酸為6萬t／a(以P20，計)和磷酸二銨12萬t／a，后經過幾次技術改造，目前生產能力為選礦160萬t／a，磷酸30萬t／a(以P如5計)、磷酸二銨40萬t／a和磷酸一銨12萬t／a。公司原生產技術從法國引進，磷酸生產工藝為法國羅納普朗克(Rhone—Poulenc S．A．)二水法生產工藝，磷酸二銨為法國AZF雙管反應工藝。近年來的幾次擴能技術改造中，磷酸反應仍然采用單槽單槳二水法生產工藝，目前共有萃取槽4個，消化槽1個，總有效容積約l 580 m3。由于萃取槽多，且布置不太集中，磷酸反應尾氣收集處理難度較大，反應槽經常正壓操作，給周邊環境及反應槽攪拌槳、低位閃冷軸流泵等設備穩定運行造成了較大的影響。2008年8月對其進行改造，經過1年的運行，改造效果良好，現將改造情況介紹如下。l一第一洗滌泵；2一在線加熱器；3一文丘墾洗滌器；4．第一洗滌塔；5啦濾機濾布沖洗泵：6-反應尾氣風機；7-尾氣第二洗滌塔；8一第二洗滌泵；9-第三洗滌泵圖1原設計磷酸反應尾氣洗滌流程圖反應槽中產生的含氟氣體經尾氣風管，進入文丘里洗滌器與來自第一洗滌泵洗水進行順流洗滌，[收稿日期】2010—06—12[作者簡介]李忠(1970-)。男，甘肅武威人，公司副總經理。E-mail：jclz292@163．P．om萬方數據2010點第25卷第5期 李忠等 濕法磷酸生產反應尾氣處理系統改造 ．29．洗滌后的氣體進入第一洗滌塔與來自第一洗滌泵的洗液進行第一級逆流噴淋洗滌，后經反應尾氣風機的抽送進入第二洗滌塔與來自第二洗滌泵、第三洗滌泵洗滌液再次進行兩級逆流噴淋洗滌，最后經煙囪排人大氣。洗滌所用熱水正常情況下由磷酸濃縮系統蒸汽冷凝液加入第二洗滌塔，視各洗滌塔的液位狀況，也可以直接補加入第一洗滌塔。當濃縮蒸汽冷凝液量不足時，可以直接補加工藝水進入第二、第一洗滌塔作為洗滌用水。由于金昌冬季氣溫較低，且晝夜溫差大，為保證較好的洗滌效率，直接使用工藝水時可使用在線蒸汽加熱器，將工藝水的溫度升高到60—80℃后使用。經過洗滌吸收大量氟化物后的洗滌液先由第二洗滌塔溢流人第一洗滌塔，最后由過濾機濾布沖洗水泵送往過濾機作為濾布沖洗水使用。1．2主要設備(見表1)表1尾氣洗滌系統主要設備序號 設備名稱 規格及主要參數 臺數1文丘里洗滌器總長L=5480rain．喉管≯710(內徑)X6 1M、L=700咖，收縮管L；1 780 mill，擴散管L=3 700toni2第一洗滌塔 毋2500(內徑)×10mm，Ⅳ=13 760toni 13第二洗滌塔 ≯2500(內徑)×10nlln．H=23465咖 14尾氣煙囪 毋1 500×10咖，岸=14500柵5尾氣風機 Q=70000m3／h，P=5．8 kPa．變頻調速 16第一洗滌泵 Q：205m3／h，日=30m 17第二、i洗滌泵口=140m3／h，H=15m 12磷酸尾氣洗滌系統存在的主要問題1)尾氣風機風量偏小，不能滿足生產需要。由于原設計P20，6萬t／a磷酸裝置反應為表面冷卻器加強制風冷的降溫方式，尾氣風機為法國進口，風量70 000 m3／h，風壓為5．80 kPa，有一定的余量。后期的磷酸擴能改造中又新增了低位閃冷降溫系統，也在一定程度上緩解了風機的運行負荷，但隨著后期改造中新增兩個反應槽(420 m3+600 m3)及一個消化槽(300 m3)，風機的風量明顯不足，導致反應槽正壓，降溫困難。2)反應槽上開口較多(1至銷反應槽均有抽氣點)，還有4個料漿溢流口。原反應槽的硫酸表面冷卻器及硫酸分布器的開口等，導致帶人尾氣系統的不凝性氣體量大，造成反應槽正壓，大量含氟氣體從反應槽逸出。3)氣路管線管徑小(DNl 200蚴)，煙囪直徑小(DNl 400咖)，尾氣過流面積小，阻力過大，尾氣風機出口憋壓。4)第二洗滌塔塔體腐蝕嚴重，不能有效密封，導致風機的出力不足且存在重大安全隱患。5)反應槽溫度高。由于使用大量雜質含量高的四川及湖北礦石，為保證萃取率，只能采取提高反應溫度的辦法，反應槽平均溫度達89℃，反應槽含氟氣體逸出量大，導致洗滌能力不足。6)文丘里及氣相管道堵塞頻繁，清理t作量大，耗時過長。7)洗滌噴淋效果差，吸收率低。經有關部門監測，磷酸排放尾氣中氟質量濃度達到83．7mg／m3，超標嚴重。8)尾氣風機葉輪粘結嚴重，造成風機故障多，使用壽命短。由于以上問題的存在，磷酸生產系統常因尾氣洗滌的原因導致設備腐蝕、操作指標波動、系統頻繁停車、開1二率低等，影響后工序的生產。3磷酸尾氣洗滌系統改造的內容及措施3．1磷酸尾氣洗滌系統改造后工藝流程(見圖2)l一第一洗滌泵；2一在線加熱器；3一第一臂遭洗滌器；4一第一洗滌塔；5一過濾機濾弗沖洗象；6一第二洗滌泵；7一第二管道洗滌器；s-第二洗滌塔；9一反應尾氣風機；lo-液封槽；1卜除凍塔圖2磷酸尾氣洗滌系統改造后流程圖經改造后的尾氣洗滌系統流程為：含氟氣體經尾氣風管，進入第一管道洗滌器與來自第一洗滌泵的洗滌液進行第一級順流噴淋洗滌，洗滌后的氣體進入第一洗滌塔同第一洗滌泵送來的洗滌液再次進行第一級逆流噴淋洗滌，經洗滌后的氣體從第一洗滌塔出來后又進入第二管道洗滌器與來自第二洗滌泵的洗滌液進行第二級順流噴淋洗滌，洗滌后的氣體進入第二洗滌塔同第二洗滌泵送來的洗液進行第二級逆流洗滌后，經尾氣風機的抽送進人除沫塔除沫，最后由煙囪排人大氣。來自渣場的回收水首先加入第二洗滌塔，然后由第二洗滌泵送入第二管道洗滌器和第二洗滌塔內洗滌吸收后，溢流進入第一洗滌塔，再由第一洗滌泵送往第一管道洗滌器和第一洗滌塔的噴淋裝置進行噴淋洗滌吸收。為了保證生產的連續性和操作彈性，當渣場回水量不足時，可以直接補加工藝水進行生產。工藝水的溫度可由在線蒸汽加熱器升溫到60～80℃后使用。經過洗滌吸收大量氟化物后的洗滌液先由第二洗滌塔溢流入第一洗滌塔，最后由過濾機濾布沖洗水泵送往過濾機作為濾布沖洗水使用。萬方數據·30· 磷肥與復肥2010年第25卷第5期3．2磷酸尾氣洗滌系統改造的主要方面3．2．1 兩級高效管道洗滌器替代原文丘里洗滌器文丘里洗滌器由于其洗滌效率高、外形尺寸小等特點，在傳統的磷酸尾氣洗滌流程中往往被首選使用。但因反應尾氣中的氟主要以四氟化硅形式存在，尾氣與洗滌液在文丘里的喉管部位接觸，部分四氟化硅水解形成硅膠附著在設備表面，反應式如下：3SiF4+(n+2)H20==一2H：SiF6+Si02"nH20。這使文丘里尺寸較小的喉管部位變得更小，同時在文丘里洗滌的過程中，高速流動的高溫氣體和液體充分混合時會迅速降溫，又加劇了硅膠的結晶析出，很容易堵塞氣體通道，影響吸收效果。同時也造成清理工作量大，清理非常困難，影響開車率。管道洗滌器洗滌效率較文丘里洗滌器低，通過計算選擇管道內的氣速大于11 m／s，管道洗滌器的規格為西1 600×12 Innl(內徑×壁厚)、日=9 000mm，雖然氣體流速降低，氣液相混合的強度有所降低，但可通過增大噴淋密度來提高洗滌率，液氣比(體積比)控制在(2～3)：l 000，基本能夠保證達到同文丘里洗滌相當的洗滌效果。最關鍵的是管道洗滌器結構簡單，在氣相管道上只需稍作改造就可以實現，制作、安裝簡便易行，且節約投資，如果堵塞了清理也較容易。3．2．2加裝高效噴頭，提高洗滌效率及氟收率采用國內某廠生產的高效防堵噴頭(見圖3)，提高了洗滌效率。該噴淋裝置噴嘴的特點是：使用●卜{I I。 lI一 ● ¨．煎蘭＼墮鲞籮啦掣 Ll L2圖3高效防堵噴淋裝置簡圖特殊材料制作，本身具有防粘結性；采用大的噴口，防止硅膠等雜質堵塞，利用沖擊或離心力作用使液體分散，噴淋均勻，噴淋覆蓋范圍大，氟的吸收效率顯著提高。系統改造后，每噸原礦最后回收的氟硅酸產量平均能夠達到92 kg，較改造前上升33．6％。從圖4中可看到系統改造前后氟硅酸回收情況的變化趨勢。月份圖4改造前后氟硅酸產率變化趨勢3．2．3改變風機位置，延長風機的使用壽命傳統的磷酸尾氣洗滌流程中尾氣風機置于第一洗滌塔與第二洗滌塔之間，流程順暢，現場布置緊湊。但由于進入反應尾氣風機的氣相沒有經過充分的洗滌，含有的固相物質較多，風機葉輪很容易粘結、腐蝕，影響風機的動平衡，在運行中造成檢修、清理頻繁，系統開工率低，設備使用壽命短，并且對風機的材質和動平衡要求很高。原設計采用法國進口風機，使用周期一般在20 d左右。此次改造將尾氣風機設置在尾氣洗滌之后，氣相中有腐蝕性、易粘結的固相量較小，風機的工況明顯改善。改造后的風機選用國產的臥式離心變頻調速風機，風量110 000 m3／h、風壓5．8 kPa，風機葉輪及整體采用鋼襯膠。目前已使用一年多，運行非常平穩，粘結現象也不嚴重，實現了長周期穩定運行。3．2．4增加除沫塔，保證排放尾氣潔凈為防止排放尾氣中夾帶硅膠及排氣煙囪粘結，影響正常運行，在尾氣排放前設置規格為≯5 000×12 mm、H=21 000 mm的除沫塔，此塔的直徑較大，使進入塔內的氣體流速迅速降低，一般最好能夠控制在l～1．5 m／s的氣體流速范圍。并采用設計獨特的結構內件(見圖5)，使由于氣體溫度下降后又析出的固相沉降，除沫塔效果好，防止煙囪堵塞，達到免清理的目的。圖5除沫塔結構簡圖3．2．5利用磷石膏渣場回水替代濃縮系統蒸汽冷凝水及工藝水原磷酸尾氣洗滌系統為了保證較好的洗滌效果及反應槽負壓操作，只能補加濃縮系統冷凝液或經過低壓蒸汽升溫后的工藝水，每小時耗水約90 m3，能耗較高。改造后，全部使用渣場回水替代原工藝水，每小時減少濃縮蒸汽冷凝液及工藝水用量達萬方數據2010生第25卷第5期 李忠等 濕法磷酸生產反應尾氣處理系統改造 ．31．65 m3。將濃縮系統蒸汽冷凝液經過嚴格的監控、檢測后送往鍋爐系統作為補加水，不僅減少了工藝水的用量，還節約了大量的能源，同時也改善了磷酸反應系統的水平衡，實現了廢水的零排放。需要說明的是，由于渣場回水溫度較低(夏季平均45℃，冬季平均18℃)，所以進入磷酸尾氣洗滌系統的渣場回水是先加入反應槽低位閃冷系統，經過升溫(約達到50℃)后再進入尾氣洗滌系統。4磷酸尾氣洗滌系統技改后運行狀況1)2008年8月技改完成投入運行后，運行一直比較平穩，現場環境顯著改善，尾氣洗滌率達到99％，經金昌市環保局4個季度例行監測排放尾氣中氟的平均值為4．08 mg／m3。金昌市環保局對改造前后磷酸尾氣排放指標的檢測結果見表3。表3改造前后磷酸尾氣排放指標檢測結果2)系統運行10個月未進行清理，目前運行狀態依然良好。尾氣風機在2008年8月至2009年12月期間一直沒有出現故障，經檢查風機葉輪上無硅膠粘結，洗滌泵沒有發現腐蝕現象，噴淋裝置無堵塞現象。3)2010年2月至5月間，由于操作管理的問題，洗滌塔補水沒有按要求加入，洗滌液含氟濃度過高導致系統平衡破壞，出現風機葉輪粘結、循環泵葉輪腐蝕、噴頭及管道堵塞等問題。經調整以后裝置恢復正常運行。5結束語甘肅甕福化工有限責任公司磷酸尾氣洗滌系統技術改造很成功，最大限度地使用了原有設備、管道，集成了國內很多企業的成功經驗，并在原有工藝上進行了探索和改進，節約了技改投資，從根本上消除了長期以來制約生產的瓶頸，達到生產的穩定運行。但在日常運行中還要加強管理，嚴格按照當時設計的參數運行，以保證設備及工藝的穩定。[參考文獻】注：國標中氟化物排放質量濃度為9．0mg／m，，排放速率為0．8 kg／h。 [1]吳佩芝．濕法磷酸[M]．北京：化學工業出版社，1987．—●一-+一+一+—+-+—+-+-+—+-+-+—+一+—+-+一+-+-+-+——卜—+-+-+-+-+-+——卜—+-+一+—+-—■——■一·+—+-·■--+—+一—●一十—-■一—+—·_一--+—·—卜·(上接第14頁)3行業經濟效益好轉，但依然保奉微利運行國家統計局數據顯示．2010年前5個月磷復肥企業經濟效益好于同期。共統計磷肥企業356家，復混肥企業1 246家，全行業實現利潤51．1億元(同期利潤20．4億元)，虧損企業253家，同比減少76％，較同期下降13．3億元。2010年前5個月行業主營業務收入l 046．2億元，利潤總額51．1億元，全行業銷售利潤不到5％。4國際硫黃價格波動對礴復肥影響很大從2009年四季度到今年年初。硫黃價格再次上漲到200美元／t以上，嚴重威脅到我國磷肥的生產銷售。國內硫黃產量20lO年有望增加50萬t以上，川東硫黃開始外運。6月份硫黃進口80．3萬t，平均到岸價143．8美元／t：l至6月份累計進口495．7萬t，同比下降24．68％。7月份硫黃由約700元／t迅速飆升至目前的l 100—1 200元／t。硫黃到岸價在100美元／t左右有利于磷銨生產，也有利于穩定國內磷銨價格。5骨干企i．ff-積極做好國際貿易，實現均衡生產當前我國已進入磷肥出口低關稅期，大型企業正積極做好國際市場貿易，已簽訂磷復肥出1：3合同近200萬t，大型企業把握住出口時機，將使重點企業實現均衡生產，這對于新增產能還在增加、產能過剩的全行業將起到一個重要的緩沖作用。● 國際市場需求增強和硫黃價格飆升引發國內市場波動，化肥出現反季節上漲8月是中國化肥市場的傳統淡季。但在2010年的這個淡季，化肥產品卻意外出現上漲行情。8月中旬以來，國內以磷酸一銨為代表的幾乎所有化肥品種價格都出現上漲。據分析，此輪化肥價格上漲的最大原因是出口拉動。據相關媒體報道．到8月中旬，全國大多數地區的尿素價格均出現20—70元／t不同程度的上漲。其中，小顆粒尿素河北地區主流出廠報價l 570～l 580元／t，大顆粒尿素出廠報價已經漲至l 700一l 720元／t。尿素價格上漲。以尿素為原料的復合肥也隨之上漲。目前國內塒(總養分)45％氯基復合肥主流出廠報價在l 850～l 900元／t．塒(總養分)45％硫基復合肥主流出廠報價在2 100元／t左右。最典型的磷酸一銨．7月以來每噸已經上漲了200元，目前粉狀MAP出廠報價在2000元／t左右，到站價2100元／t。業內人士都把本輪行情上漲歸因于國際需求的增強，也與占磷銨生產成本20％的原料硫黃價格升高有關。● 國家六部委發布《中國資源綜合利用技術政策大綱》2010年7月23日，國家發展和改革委員會、科學技術部、工業和信息化部、國土資源部、住房和城鄉建設部、商務部等聯合發布了《中國資源綜合利用技術政策大綱》公告(2010年第14號)。現將其中有關磷肥行業的部分摘錄如下。l關于“化工原料非金屬礦產資源綜合利用技術”：磷礦綜合利用技術1)推廣磷礦伴生鐵、硫、氟、碘、釩、鈦等資源綜合回收技術。2)推廣反(雙)浮選磷礦降鎂技術。3)研發中低品位磷礦、申低品位膠磷礦選礦技術和窯法直接利用技術。2關于“化學工業三廢綜合利用技術”1)磷石膏等化工廢渣綜合利用技術：①推廣磷石膏制磷酸聯產水泥、制硫酸鉀、制硫銨和碳酸鈣以及制硫酸銨、(下轉第42頁

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