用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的工藝，包括以下步驟：先將含P2O5和氟的出窯煙氣通入一水化塔內(nèi)，此前開啟與水化塔相連接的酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，煙氣與噴淋液進行傳質(zhì)傳熱，生成的磷酸大部分被吸收進噴淋液中，噴淋落下的磷酸溶液最后通過一進液口進入酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中，從煙氣出口排出的煙氣再依次通過磷酸霧洗滌器和電除霧器，使出水化塔煙氣中夾帶的磷酸霧被進一步捕集，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中的濃磷酸溶液可進入磷酸精制工序；而除霧分離塔排出的含氟煙氣則進入后續(xù)的氟回收工序。本發(fā)明具有流程簡化、布局合理、設(shè)備投資成本低、適應(yīng)性強、環(huán)保達標(biāo)、磷氟同時回收效果好等優(yōu)點。
【專利說明】用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從含P煙氣中制取磷酸的設(shè)備，尤其涉及一種從窯法磷酸工藝(KPA)的出窯煙氣中制取磷酸的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]目前世界上工業(yè)生產(chǎn)磷酸的方法主要有兩種。(I)濕法制磷酸:即利用硫酸分解磷礦石得到稀磷酸和以CaSO4.ηΗ20為主體的固體廢渣(簡稱磷石膏)，將稀磷酸濃縮得到含磷酸54%左右的濕法磷酸。這種工藝的主要缺點:一是要耗用大量的硫酸；二是廢渣磷石膏無法得到有效的利用，其中夾帶的硫酸、磷酸和可溶性氟化物均溶于水，自然堆放后被雨水沖刷，容易對環(huán)境造成嚴(yán)重污染；三是產(chǎn)品磷酸的雜質(zhì)含量較高，一般只用于生產(chǎn)肥料；四是為保證產(chǎn)品的經(jīng)濟性，必須使用高品位磷礦。(2)熱法制磷酸:即首先將將磷礦石、硅石、碳質(zhì)固體還原劑置于一臺礦熱電爐中，用電短路形成電弧的能量，將爐內(nèi)溫度加熱到13000C以上，將磷礦石中的磷以P4B式還原出來，同時碳質(zhì)固體還原劑被轉(zhuǎn)化為CO，將排出礦熱爐的PjPCO為主的氣體用水洗滌降溫，P4被冷卻成固體與氣相分離，得到產(chǎn)品黃磷，含CO的廢氣在煙囪出口點火燃燒后排入大氣；將得到的P4加熱到80°C左右，使其變?yōu)橐合?，將其在水化塔中與通入的空氣發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，得到磷酸酐P2O5，再用水吸收得到磷酸。熱法制磷酸的主要缺點:一是要耗費大量的電能；二是排出礦熱爐后分離了 P4的氣體還夾帶有大量的氟化物(以SiFdP HF存在)和少量未沉淀的氣體P 4，這將對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染；三是含大量CO的氣體直接燃燒排空，能源浪費很大；四是為了保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性，同樣需要使用高品位磷礦石。
[0003]為了克服電能緊張、硫鐵礦資源不足和高品位磷礦石逐年減少對磷酸生產(chǎn)的影響，八十年代初美國Occidental Research Corporat1n (ORC)提出采用KPA法，即用回轉(zhuǎn)窖生產(chǎn)磷酸的方法(簡稱窖法磷酸工藝)(參見Frederic Ledar and Won C.Park等，NewProcess for Technical-Grade Phosphoric Acid，Ind.Eng.Chem.Process Des.Devl985,24，688-697)，并進行了 0.84m(內(nèi))Χ9.14m回轉(zhuǎn)窯中試裝置的中間試驗(參見US4389384號美國專利文獻)。該方法是將磷礦石、硅石和碳質(zhì)還原劑(焦粉或煤粉)細磨到50%?85%- 325目，配加1%的膨潤土造球，經(jīng)鏈?zhǔn)礁稍餀C干燥預(yù)熱后送入窯頭燃燒天然氣的回轉(zhuǎn)窯中，球團在窯內(nèi)還原，控制最高固體溫度為1400°C?1500°C，調(diào)整球團Ca0/Si02摩爾比為0.26?0.55，使球團恪點高于球團中磷礦石的碳熱還原溫度，磷以磷蒸氣的形式從球團中還原揮發(fā)出來，然后在窯的中部空間被通入的空氣氧化成五氧化二磷，氧化放出來的熱反過來又供給還原反應(yīng)，最后將含有五氧化二磷的窯氣水化吸收即制得磷酸。
[0004]上述的窯法磷酸工藝思路顯示了一種良好的工業(yè)應(yīng)用前景，因其原理是利用磷礦的碳熱還原形成P4氣體，將磷礦石中的磷轉(zhuǎn)移到回轉(zhuǎn)窯的氣相當(dāng)中，并利用氣固分離原理使磷與料球中的其余固體物質(zhì)很好的進行分離，轉(zhuǎn)移到回轉(zhuǎn)窯氣相中的P4氣體可與回轉(zhuǎn)窯氣相中的氧發(fā)生氧化放熱反應(yīng)生成P2O5,放出的熱則供給料球中磷礦石的碳熱還原(吸熱反應(yīng))，最后將出回轉(zhuǎn)窯的含P2O5的窯氣水化吸收，可獲得潔凈度遠高于濕法磷酸的工業(yè)磷酸。由于回轉(zhuǎn)窯維持磷礦碳熱還原溫度使用的是初級能源，同時磷礦碳熱還原產(chǎn)生的可燃物質(zhì)匕與CO在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部即可進行燃燒放熱反應(yīng)，補充提供給維持回轉(zhuǎn)窯磷礦碳熱還原溫度所需能量，這與傳統(tǒng)的熱法制磷酸工藝相比，其能耗得到大幅度降低。
[0005]然而，我們的研宄表明，上述的窯法磷酸工藝在規(guī)?；墓I(yè)應(yīng)用及實踐中很難實現(xiàn)，其主要缺陷在于:
[0006]1、回轉(zhuǎn)窖是窖體以一定速度(0.5r/min?3r/min)運轉(zhuǎn)的設(shè)備，其優(yōu)點是可以連續(xù)對送入窯內(nèi)的固體物料進行機械翻轉(zhuǎn)、混合，保證窯內(nèi)固體物料各處受熱的均勻性，但反過來窯內(nèi)固體物料亦須承受物料運動的機械摩擦力，如果物料強度小于受到的機械摩擦力將很容易被破壞。美國ORC公司提出的KPA工藝基本原理是將磷礦石、硅石和碳質(zhì)還原劑(焦粉或煤粉)細磨到50%?85% — 325目后制成球團，這三種物質(zhì)必須緊密地共聚一體，才能在混合物中0&0/5102摩爾比為0.26?0.55的條件下，實現(xiàn)混合物料在磷礦石的碳熱還原溫度下不熔化，同時，磷礦的碳還原才能得以順利進行。但工藝使用的物料球團中配入了還原劑碳，碳在大于350°C溫度下會與空氣中的氧發(fā)生快速的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成CO2，如果采用傳統(tǒng)冶金工業(yè)球團在鏈篦機上高溫固結(jié)的方法(多900°C )，則球團中的還原碳會被全部氧化，入回轉(zhuǎn)窯球團則流失了還原劑，磷的碳熱還原反應(yīng)自然也無法進行，導(dǎo)致工藝失敗。如果僅通過添加膨潤土作球團粘結(jié)劑在300°C以下進行干燥脫水，則球團抗壓強度僅為1KN/個球左右，落下強度< I次/米；因為膨潤土的作用機理主要是利用其物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的層間水來調(diào)節(jié)球團干燥過程中的水分釋放速率，提高球團在干燥過程中的爆裂溫度，其本身對提高球團強度并無顯著作用。將這種球團送入回轉(zhuǎn)窯后、且在回轉(zhuǎn)窯溫度值達到900°C溫度前，由于承受不住回轉(zhuǎn)窯內(nèi)料球運動所受到的機械摩擦力，入窯的球團將大量粉化，粉化后組成球團的磷礦粉、硅石粉和碳質(zhì)還原劑等將分離，粉化后的磷礦粉由于不能與碳質(zhì)還原劑緊密接觸，將導(dǎo)致磷不能被還原。更為嚴(yán)重的是，磷礦粉一旦與硅石粉分開，其熔點將急劇降低到1250°C以下，這種粉狀磷礦通過回轉(zhuǎn)窯的高溫還原區(qū)(料層溫度為1300°C左右)時，將全部由固相變成液相，進而粘附在回轉(zhuǎn)窯窯襯上形成回轉(zhuǎn)窯的高溫結(jié)圈，阻礙物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的正常運動，使加入回轉(zhuǎn)窯的大部分物料從回轉(zhuǎn)窯加料端溢出回轉(zhuǎn)窯，無法實現(xiàn)磷的高溫還原，導(dǎo)致工藝失敗?？梢?，由于入窯原料存在固有缺陷，至今未見上述的KPA技術(shù)進行過任何工業(yè)化、規(guī)?；蛏虡I(yè)化的應(yīng)用。
[0007]2、對于上述配碳磷礦球團的KPA工藝而言，在回轉(zhuǎn)窖內(nèi)料層下部的固體料層區(qū)屬于還原帶，料層上部則是回轉(zhuǎn)窯的氣流區(qū)，屬于氧化帶，進料球團從回轉(zhuǎn)窯窯尾加入，依靠其自身重力和回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)的摩擦力從回轉(zhuǎn)窯的窯頭區(qū)排出，回轉(zhuǎn)窯燃燒燃料的燒嘴安裝在回轉(zhuǎn)窯窯頭，產(chǎn)生的燃燒煙氣則由窯尾的風(fēng)機引出，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)維持微負(fù)壓，氣流與物料的運動方向相反。由于在回轉(zhuǎn)窯的還原帶(固體料層區(qū))和氧化帶(回轉(zhuǎn)窯固體料層上部的氣流區(qū))無機械隔離區(qū)，因此，暴露在固體料層區(qū)表面的料球?qū)⑴c氧化帶氣流中的02、0)2發(fā)生對流傳質(zhì)；這一方面會使料球中的還原劑碳在料球被氣流傳熱加熱到磷礦石碳還原溫度前被部分氧化掉，致使料球在回轉(zhuǎn)窯還原帶由于碳質(zhì)還原劑的缺乏，而得不到充分還原；更為嚴(yán)重的是，在回轉(zhuǎn)窯高溫區(qū)暴露于料層表面的料球，會與窯氣中已經(jīng)還原生成的P2O5發(fā)生進一步的化學(xué)反應(yīng)，生成偏磷酸鈣、磷酸鈣及其他的偏磷酸鹽或磷酸鹽，進而導(dǎo)致已被還原到氣相中的磷又重新返回料球，并在料球表面形成一層富含P2O5的白殼，殼層厚度一般在300 ym?1000 μ--，殼層中P2O5含量可高達30%以上；這樣會致使料球轉(zhuǎn)移到氣相中的P2O5不超過60%，造成磷礦中P2O5的收率偏低，進而造成礦產(chǎn)資源的浪費及磷酸生產(chǎn)成本的大幅度上升，使上述的KPA工藝喪失商業(yè)應(yīng)用和工業(yè)推廣價值。有研宄人員寄望通過料層中揮發(fā)出的氣體來隔離回轉(zhuǎn)窯中的還原帶與氧化帶，但在內(nèi)徑2m的回轉(zhuǎn)窯中進行的工業(yè)試驗表明，球團表面出現(xiàn)富含P2O5的白殼現(xiàn)象仍是不可避免的。
[0008]鑒于上述提及的技術(shù)缺陷，按照ORC公司所提出的KPA工藝來生產(chǎn)磷酸，這在規(guī)?；墓I(yè)應(yīng)用及實踐中還存在很大困難。
[0009]Joseph A.Megy對KPA工藝提出過一些改進的技術(shù)方法(參見US7910080B號美國專利文獻)，即在維持KPA基本工藝方法不變的前提下，通過在回轉(zhuǎn)窯筒體的窯頭泄料端設(shè)置擋料圈以提高回轉(zhuǎn)窯的固體物料填充率，與此同時，通過增大回轉(zhuǎn)窯的直徑以減少回轉(zhuǎn)窯內(nèi)料層的表面積-體積比，降低料層物料暴露在固體料層表面的幾率，以縮短料球中還原劑碳被回轉(zhuǎn)窯窯氣中的O2氧化的時間，減少料球到達回轉(zhuǎn)窯還原帶前的還原劑碳的燒損，同時減少回轉(zhuǎn)窯高溫區(qū)中料球表面磷酸鹽或偏磷酸鹽的生成。另外，該工藝還通過在入回轉(zhuǎn)窯的物料中加入部分石油焦，以希望利用石油焦中揮發(fā)分受熱揮發(fā)產(chǎn)生的還原性氣體，使其覆蓋在料層與回轉(zhuǎn)窯氣流氧化區(qū)之間，以進一步阻止回轉(zhuǎn)窯氣流中02、P2O5與料球反應(yīng)的幾率，以保證工藝的正常進行。然而，提高回轉(zhuǎn)窯的填充率將使料球在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)承受更大的機械摩擦力，進而將造成料球在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)更大比例的粉化，形成更多的小于磷礦碳熱還原溫度的低熔點物質(zhì)，使回轉(zhuǎn)窯高溫結(jié)圈更加迅速和嚴(yán)重，從而更早造成工藝的失敗。而添加少量的石油焦產(chǎn)生的揮發(fā)分不足以產(chǎn)生足夠的氣體，難以在回轉(zhuǎn)窯固體料層與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氣流區(qū)之間形成有效的隔離層，若加入量過大，則出回轉(zhuǎn)窯物料中將夾帶有大量的燃料，這會導(dǎo)致在后續(xù)工藝的渣球冷卻機中，剩余燃料將與冷卻渣球的空氣相遇并迅速燃燒，燃燒放出的大量熱量不僅增加了出回轉(zhuǎn)窯高溫渣球冷卻的難度，而且又大大提高了工藝的生產(chǎn)成本，使工藝的商業(yè)化、規(guī)?；\用變得不可實現(xiàn)。
[0010]鑒于上述問題，我們經(jīng)過反復(fù)研宄，曾提出過一種克服上述問題的解決方案(參見CN1026403C、CN1040199C號中國專利文獻)，即采用一種雙層復(fù)合球團直接還原磷礦石生產(chǎn)磷酸的工藝，具體技術(shù)解決方案是:先將磷礦石與配入物料制成球團，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，球團中的P2O5被還原成磷蒸氣并揮發(fā)，在料層上方，磷蒸氣被引入爐內(nèi)的空氣氧化成P 205氣體，然后在水化裝置中被吸收制得磷酸。該技術(shù)方案的最大特點在于:配入的物料球團采用雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層是由磷礦石、硅石(或石灰、石灰石等)和碳質(zhì)還原劑經(jīng)磨碎、混勻后造球而成，其外層是在內(nèi)層球團上再裹上一層含碳量大于20%的固體燃料，球團的內(nèi)、夕卜層配料時添加粘結(jié)劑，球團采用干燥固結(jié)。球團內(nèi)層0&0/5102摩爾比可以小于0.6或大于6.5，碳質(zhì)還原劑為還原磷礦石理論量的I?3倍，球團外層固體燃料配量可以為內(nèi)層球團質(zhì)量的5%?25%;球團內(nèi)、外層添加的粘結(jié)劑可以是瀝青、腐植酸鈉、腐植酸銨、水玻璃、亞硫酸鹽紙漿廢液、糖漿、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或多種的組合，其添加量為被添加物料重量的0.2?15% (干基)。該球團可以采用干燥固結(jié)，固結(jié)溫度為80°C?600°C，固結(jié)時間為3min ?120mino
[0011]我們提出的上述方法采用在球團上裹一層含固體碳的耐高溫包裹料，包裹時添加粘結(jié)劑，以使外層包裹料能良好地附著在內(nèi)層球團上。將這種雙層復(fù)合球團經(jīng)干燥固結(jié)后送入回轉(zhuǎn)窯中，在回轉(zhuǎn)窯高溫帶(1300°C?1400°C左右)可以很好地實現(xiàn)磷礦石的碳熱還原。由于在料球表面人為包覆了一層含固體還原劑(碳質(zhì)物料)的包裹層，該包裹層可將其內(nèi)層球團與回轉(zhuǎn)窯料層上部的含OjPP2O5的氣流氧化區(qū)進行有效地物理隔離。當(dāng)這種復(fù)合球團在回轉(zhuǎn)窯固體料層中隨回轉(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)運動上升到回轉(zhuǎn)窯固體料層表面，并與回轉(zhuǎn)窯固體料層上部的含OdPP2O5的氣流氧化區(qū)接觸發(fā)生對流傳質(zhì)時，包裹層中的碳便可與氧化區(qū)中的O2發(fā)生有限的氧化反應(yīng)(因在工業(yè)大型回轉(zhuǎn)窯中料球暴露在回轉(zhuǎn)窯料層表面的時間較短，反應(yīng)不完全)，使O2不能傳遞到內(nèi)層球團，保證了內(nèi)層球團中的還原劑碳不被回轉(zhuǎn)窯氣流中的氧所氧化，使磷礦石中P2O5的還原過程能進行徹底，實現(xiàn)了工藝過程中磷礦P 205的高還原率。另一方面，回轉(zhuǎn)窯料層上部氣流氧化區(qū)中的P2O5也不可能與復(fù)合球團表層包裹層中的碳反應(yīng)，因而阻止了在復(fù)合球團上形成磷酸鹽或偏磷酸鹽化合物，消除了原有KPA工藝料球上富含P2O5白殼的生成，確保了工藝可獲得較高的P 205收率。與此同時，該方法中以固體燃料取代或部分取代了氣體或液體燃料，這可進一步降低磷酸的生產(chǎn)成本。
[0012]此外，我們提出的上述方法中在造球時還加入了有機粘結(jié)劑，這可使復(fù)合球團在干燥脫水后(低于球團中碳氧化溫度)，仍可以達到200kN/個球以上的抗壓強度和10次/米以上的落下強度，因此，該復(fù)合球團可以抵抗在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)受到的機械摩擦力而不被粉碎，克服了原有KPA工藝存在的球團強度差等缺陷，也克服了球團中碳在回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱帶過早氧化的現(xiàn)象，使復(fù)合球團在窯內(nèi)不出現(xiàn)粉化，進而避免了粉料造成的回轉(zhuǎn)窯高溫結(jié)圈致使工藝失敗，保證了工藝能在設(shè)定的條件下順利進行。
[0013]然而，在我們后續(xù)的研宄過程中，又發(fā)現(xiàn)了一系列新的技術(shù)問題，這其中就有部分技術(shù)問題體現(xiàn)在窯法磷酸工藝的水化吸磷及氟回收階段。窯法磷酸的水化收酸工藝以前主要是借鑒熱法磷酸收酸的方法，但窯法磷酸的出窯煙氣與熱法磷酸黃磷燃燒后的煙氣存在很大的不同:其一，出窯煙氣中P2O5的濃度較低，相同規(guī)模產(chǎn)量的煙氣量前者是后者的3?4倍；其二，窯法磷酸的出窯煙氣成分復(fù)雜，含氟、塵、302等雜質(zhì)。因此，如果仍舊沿用傳統(tǒng)的熱法磷酸的收酸方法則會存在較多問題:首先，熱法磷酸的煙氣量小，相應(yīng)設(shè)備的煙氣流速低，如果直接套用到窯法磷酸工藝上，則設(shè)備系統(tǒng)的尺寸會相當(dāng)龐大，該設(shè)備系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且投資和運行成本均較高；其二，窯法磷酸的煙氣雜質(zhì)含量復(fù)雜，噴淋酸的腐蝕性更強，要防止酸中固體雜質(zhì)對設(shè)備和管道的堵塞，如沿用熱法磷酸廣泛使用得絲網(wǎng)除沫器則存在堵塞問題，因此其收酸工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)都需要做進一步的改進；其三，窯法磷酸出窯煙氣還含有對人體有害的含氟物質(zhì)(以SiFjP HF形態(tài)存在)，這需要加以回收利用，同時避免對環(huán)境的污染。
[0014]因此，為了降低窯法磷酸工藝的生產(chǎn)成本和運行費用，保證產(chǎn)品磷酸質(zhì)量，充分利用資源，避免環(huán)境污染，對窯法磷酸工藝的水化吸磷設(shè)備及配套裝置還亟待本領(lǐng)域技術(shù)人員進行進一步的改進和完善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、布局合理、投資成本低、適應(yīng)性強、原料利用率高、可減少污染物排放、磷酸回收率高且效果好的用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的改進型設(shè)備。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的工藝，包括以下步驟:
[0017](I)將含P2O5和氟的出窯煙氣通入一水化塔內(nèi)，此前開啟與水化塔相連接的酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)將濃磷酸溶液不斷輸送到水化塔內(nèi)的噴淋裝置中，向下噴淋的濃磷酸溶液與進入塔內(nèi)的含P2O5和氟的出窯煙氣逆流充分接觸，進行傳質(zhì)傳熱，煙氣中的P2O5與噴淋的濃磷酸溶液中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成磷酸，生成的磷酸大部分被吸收進噴淋液中，其余部分形成磷酸霧保持在氣相中，與此同時出窯煙氣中的含氟物質(zhì)在水化塔內(nèi)很難被吸收進噴淋液中，水化塔中剩余煙氣通過其煙氣出口排出；
[0018](2)水化塔中噴淋落下的磷酸溶液最后通過一進液口進入酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中，然后經(jīng)循環(huán)泵后送入酸冷器中，并將磷酸溶液中的熱焓部分轉(zhuǎn)移到酸冷器的循環(huán)冷卻水中，通過冷卻水將磷酸溶液的熱量不斷轉(zhuǎn)移，從酸冷器出口流出的循環(huán)磷酸溶液再回送到所述水化塔的噴淋裝置繼續(xù)進行循環(huán)噴淋；
[0019](3)從所述煙氣出口排出的煙氣再依次通過磷酸霧洗滌器和電除霧器，使出水化塔煙氣中夾帶的磷酸霧被進一步捕集，所述磷酸霧洗滌器和電除霧器捕集磷酸霧后形成的稀磷酸溶液通過管道布置與所述水化塔中的濃磷酸溶液保持串酸；
[0020](4)在以上的操作過程中，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中的濃磷酸溶液會不斷增加，多出的部分經(jīng)過濾后作為粗磷酸產(chǎn)品，粗磷酸產(chǎn)品進入后續(xù)的磷酸精制工序；另一方面，配套的在線補水裝置對整個工藝過程實施在線補水，電除霧器排出的含氟煙氣則進入后續(xù)的氟回收工序。
[0021]上述的工藝中，優(yōu)選的:所述水化塔中的噴淋裝置包括至少兩個位于水化塔容腔不同高度處的噴淋層，且至少兩個的噴淋層中包含一稀磷酸噴淋層和濃磷酸噴淋層，濃磷酸噴淋層設(shè)于稀磷酸噴淋層上方；所述濃磷酸噴淋層的進液管與所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)相連通，所述稀磷酸噴淋層的進液管與磷酸霧洗滌器中稀磷酸溶液的循環(huán)輸送管道相連通以使得磷酸霧洗滌器中的稀磷酸溶液串酸至水化塔中，所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)另通過管道連接至磷酸霧洗滌器中以使得水化塔中的濃磷酸溶液串酸至磷酸霧洗滌器中。
[0022]上述的工藝中，優(yōu)選的:所述酸冷器為螺旋板式換熱器或板式換熱器；
[0023]所述螺旋板式換熱器包括由兩張互相平行的薄金屬板卷制成同心的螺旋形通道，兩張互相平行的薄金屬板中央設(shè)置隔板將螺旋形通道分隔開，兩張互相平行的薄金屬板間焊有定距柱以維持通道間距，螺旋形通道兩側(cè)焊有蓋板和接管；
[0024]所述板式換熱器是由具有波紋形狀的金屬板片疊裝而成，在相鄰兩金屬板片間形成過流工作介質(zhì)的窄小曲折通道；
[0025]所述步驟(I)中的出窯煙氣通過與循環(huán)噴淋的濃磷酸溶液換熱以及水化塔內(nèi)水冷系統(tǒng)的冷卻，溫度降至75 °C?130 °C。
[0026]上述的工藝中，優(yōu)選的:所述水化塔內(nèi)循環(huán)噴淋的濃磷酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為60 %?90 %，水化塔內(nèi)濃磷酸溶液的進塔溫度控制為50 V?80 0C，水化塔內(nèi)噴淋液氣比控制在lL/m3?20L/m3。
[0027]上述的工藝中，優(yōu)選的:所述磷酸精制工序中設(shè)有用于對粗磷酸產(chǎn)品進行精制的磷酸精制槽，磷酸精制槽內(nèi)加入有活性炭、硅藻土、脫硫劑和脫砷劑，活性炭和硅藻土的用量均控制為待精制粗磷酸產(chǎn)品質(zhì)量的0.1%?2% ;所述脫硫劑為可溶性鋇鹽，其用量為理論用量的I?2倍；所述脫砷劑為硫化氫或硫化鈉，其用量為理論用量的I?1.2倍；磷酸精制槽內(nèi)攪拌反應(yīng)時間為0.5h?2h。
[0028]上述的工藝中，優(yōu)選的:所述磷酸霧洗滌器為一流態(tài)化逆流式洗滌塔，包括洗滌管和分離罐，由水化塔煙氣出口排出的煙氣進入磷酸霧洗滌器的洗滌管中，在洗滌管中由下向上噴射的循環(huán)稀磷酸溶液與由上向下的煙氣逆流碰撞接觸后建立起泡沫區(qū)，煙氣穿過泡沫區(qū)后與大面積不斷更新的稀磷酸溶液液體表面接觸，在泡沫區(qū)發(fā)生粒子的捕集、聚合長大和熱量的傳遞，煙氣通過絕熱蒸發(fā)循環(huán)稀磷酸溶液中水分的方式被進一步降溫到60°C?90°C;所述洗滌管中的氣體和液體進入下部的分離罐中進行氣-液分離，循環(huán)稀磷酸溶液落入分離罐底部后再通過循環(huán)泵回送至洗滌管且部分串酸至水化塔中；所述磷酸霧洗滌器中循環(huán)噴淋的稀磷酸溶液的質(zhì)量濃度為10%?50%;稀磷酸溶液的溫度控制在40°C?70°C，磷酸霧洗滌器內(nèi)噴淋液氣比控制在3L/m3?25L/m3。
[0029]上述的工藝中，優(yōu)選的:從所述磷酸霧洗滌器中煙氣出口排出的煙氣再進入到電除霧器中進行進一步的氣-液分離，以進一步除去煙氣中的磷酸霧，電除霧器通過靜電控制裝置和直流高壓發(fā)生裝置，將交流電變成直流電送至電除霧器中，在電暈線和酸霧捕集極板之間形成強大的電場，使空氣分子被電離，瞬間產(chǎn)生大量的電子和正、負(fù)離子，這些電子及離子在電場力的作用下作定向運動，構(gòu)成了捕集酸霧的媒介；同時使酸霧微粒荷電，這些荷電的酸霧粒子在電場力的作用下作定向運動，抵達到陽極后從煙氣中捕集下來。
[0030]上述的工藝中，優(yōu)選的:在所述電除霧器上部安裝有在線水沖洗裝置，在線水沖洗裝置將陽極管壁上捕集下來酸霧沖洗下來，以保證陽極管的導(dǎo)電性能；電除霧器排出的水化吸磷后的煙氣則送入氟回收設(shè)備中進行回收氟的處理。
[0031]上述的工藝中，優(yōu)選的:所述電除霧器的煙氣出口連通至氟吸收裝置，所述氟吸收裝置是以一級氟吸收塔為主體，所述一級氟吸收塔為流態(tài)化逆流式洗滌塔，一級氟吸收塔主要由氟硅酸洗滌管和氟硅酸分離罐組成，所述電除霧器的煙氣出口通過管道與氟硅酸洗滌管的進口相連通，氟硅酸洗滌管的出口連通至氟硅酸分離罐的中部，氟硅酸分離罐的頂部設(shè)有煙氣出口，底部設(shè)有氟硅酸液出口，該氟硅酸液出口通過一帶循環(huán)泵的循環(huán)輸送管道與所述氟硅酸洗滌管內(nèi)的噴嘴相連通。更優(yōu)選的:所述氟吸收裝置還包括二級氟吸收塔，所述二級氟吸收塔為流態(tài)化逆流式洗滌塔，二級氟吸收塔主要由二級氟硅酸洗滌管和二級氟硅酸分離罐組成，所述一級氟吸收塔的煙氣出口通過管道與二級氟硅酸洗滌管的進口連通，二級氟硅酸洗滌管的出口連通至二級氟硅酸分離罐的中部，二級氟硅酸分離罐的頂部設(shè)有除沫層和煙氣出口，底部設(shè)有氟硅酸液出口，該氟硅酸液出口通過一帶循環(huán)泵的循環(huán)輸送管道與所述二級氟硅酸洗滌管和氟硅酸分離罐相連通；所述二級氟吸收塔中的循環(huán)輸送管道上還設(shè)有氟硅酸冷卻器，氟硅酸冷卻器的出液口與二級氟硅酸洗滌管內(nèi)的噴嘴及二級氟硅酸分離罐頂部的噴淋層連通。
[0032]本發(fā)明還相應(yīng)提供一種用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的改進型設(shè)備，所述改進型設(shè)備包括水化塔和酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，所述水化塔后還連接有磷酸霧洗滌器和電除霧器，所述水化塔的本體為一噴淋空塔，所述水化塔的下部設(shè)有出窯煙氣的煙氣進口，頂部設(shè)有經(jīng)水化吸收后的煙氣出口，所述煙氣進口上方的水化塔容腔中設(shè)有噴淋裝置，所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)的進液口設(shè)于水化塔的底部，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)的出液口連接至所述噴淋裝置的進液管，所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中還設(shè)有酸液儲液槽和循環(huán)泵。所述改進型設(shè)備還安裝有冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括以下結(jié)構(gòu)中的a和/或b:
[0033]a，所述水化塔的容腔外壁包覆設(shè)有水冷系統(tǒng)；
[0034]b，所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中靠近所述噴淋裝置的進液管的位置設(shè)有酸冷器。
[0035]上述的制磷酸的改進型設(shè)備中，優(yōu)選的，所述改進型設(shè)備還包括一磷酸霧洗滌器，所述磷酸霧洗滌器主要由洗滌管和分離罐組成，所述水化塔的煙氣出口通過管道與所述洗滌管的進口相連通，洗滌管的出口連通至分離罐的中部，分離罐的頂部設(shè)有煙氣出口，底部設(shè)有酸液出口，該酸液出口通過一帶循環(huán)泵的循環(huán)輸送管道與所述洗滌管內(nèi)的噴嘴相連通。
[0036]上述的制磷酸的改進型設(shè)備中，優(yōu)選的，所述改進型設(shè)備還包括一電除霧器，所述磷酸霧洗滌器的煙氣出口通過管道與所述電除霧器的下部相連通，電除霧器的上部設(shè)在線水沖洗裝置，電除霧器的頂部設(shè)有煙氣出口，底部設(shè)有酸液出口，該酸液出口通過管道與磷酸霧洗滌器的酸液進口相連通。
[0037]上述的制磷酸的改進型設(shè)備中，優(yōu)選的，所述二級氟吸收塔的煙氣出口還連接至一尾吸塔，該尾吸塔為一噴淋空塔，尾吸塔的頂部設(shè)有煙氣出口，塔內(nèi)上方設(shè)有噴淋層，底部設(shè)有堿吸收液箱，該堿吸收液箱的出口通過帶循環(huán)泵的循環(huán)輸送管道與尾吸塔內(nèi)的噴淋層相連通。
[0038]上述的制磷酸的改進型設(shè)備中，優(yōu)選的，所述噴淋裝置包括至少兩個位于水化塔容腔不同高度處的噴淋層，且至少兩個的噴淋層中包含稀磷酸噴淋層和濃磷酸噴淋層，濃磷酸噴淋層設(shè)于稀磷酸噴淋層上方；所述濃磷酸噴淋層的進液管與所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)相連通，所述稀磷酸噴淋層的進液管與磷酸霧洗滌器的循環(huán)輸送管道相連通。所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中循環(huán)泵后的輸送管道上通過一支管與所述磷酸霧洗滌器的酸液進口相連通。更優(yōu)選的，所述支管上設(shè)有一填料過濾裝置，填料過濾裝置的進酸口通過支管連通至酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，填料過濾裝置的濾液出口分成至少兩路，一路連通至磷酸霧洗滌器的酸液進口，一路連通至外部的磷酸精制設(shè)備；所述填料過濾裝置的底流出口通過管道連接至壓濾裝置的進料口，壓濾裝置的溢流口通過管道與所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中的酸液儲液槽連通。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0040](I)本發(fā)明的制磷酸工藝對現(xiàn)有的制磷酸設(shè)備的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系做了大量改進和優(yōu)化，使得整個設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加簡化、合理，能更好地配合水化吸收磷酸的工藝路線需要，并可根據(jù)工藝過程對經(jīng)濟性、環(huán)保性、投資成本等具體要求調(diào)整和優(yōu)化設(shè)備的集成性能，具有更強的適應(yīng)性；
[0041](2)在實現(xiàn)相同功能和達到相同效果的前提下，本發(fā)明的制磷酸改進型設(shè)備簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備的投資、運行和維護費用；
[0042](3)本發(fā)明的技術(shù)方案將磷酸霧洗滌和電除霧高效的結(jié)合起來，充分滿足了窯法磷酸工藝的收酸要求，磷酸霧的吸收效果好，提高了磷的直收率；
[0043](4)本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案中可以同時實現(xiàn)P2O5和氟的回收，進而得到價值較高的主產(chǎn)品磷酸和副產(chǎn)品氟硅酸，使得原料資源得到了更充分的利用，提高了窯法磷酸工藝的經(jīng)濟效益；
[0044](5)本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案幾乎實現(xiàn)了工藝過程廢氣、廢料、廢液的零排放，使得整個工藝的環(huán)保性大大提尚;
[0045](6)本發(fā)明完全可適用于低品位磷礦直接生產(chǎn)磷酸，對于我國大量低品位磷礦的有效利用具有十分重要的意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中制磷酸改進型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖2為本發(fā)明【具體實施方式】中制磷酸改進型設(shè)備的水化塔結(jié)構(gòu)示意放大圖。
[0048]圖3為本發(fā)明【具體實施方式】中制磷酸改進型設(shè)備的磷酸霧洗滌器結(jié)構(gòu)示意放大圖。
[0049]圖4為本發(fā)明【具體實施方式】中水化吸磷工藝的流程圖。
[0050]圖5為本發(fā)明【具體實施方式】中氟回收工藝的流程圖。
[0051]圖例說明:
[0052]1、水化塔；11、煙氣進口 ；12、煙氣出口 ；13、噴淋裝置；14、進液口 ；15、出液口 ；16、酸液儲液槽；17、水冷系統(tǒng)；18、酸冷器；2、循環(huán)泵；21、壓濾裝置；22、填料過濾裝置；23、磷酸精制設(shè)備；24、濃磷酸噴淋層；25、稀磷酸噴淋層；3、磷酸霧洗滌器；31、洗滌管；32、分離罐；33、酸液出口 ；34、酸液進口 ；35、噴嘴；4、電除霧器；41、在線水沖洗裝置；5、一級氟吸收塔；51、氟硅酸洗滌管；52、氟硅酸分離罐；53、氟硅酸液出口 ；54、氟硅酸精制設(shè)備；6、二級氟吸收塔；61、二級氟硅酸洗滌管；62、二級氟硅酸分離罐；63、氟硅酸冷卻器；7、尾吸塔；8、風(fēng)機。

【具體實施方式】
[0053]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0054]實施例:
[0055]一種如圖1?圖3所示本發(fā)明的用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的改進型設(shè)備，該改進型設(shè)備包括水化塔I和酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，水化塔I的本體為一噴淋空塔，該水化塔I的材質(zhì)為哈氏合金或由石墨磚砌筑，水化塔I的下部設(shè)有出窯煙氣的煙氣進口11，頂部設(shè)有經(jīng)水化吸收后的煙氣出口 12，煙氣進口 11上方的水化塔I容腔中設(shè)有噴淋裝置13，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)的進液口 14設(shè)于水化塔I的底部，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)的出液口 15連接至噴淋裝置13的進液管，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中還設(shè)有酸液儲液槽16和循環(huán)泵2。本實施例水化塔I的容腔外壁包覆設(shè)有水冷系統(tǒng)17，且水冷系統(tǒng)17中的冷卻水采用下進上出的方式。另外，在酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中靠近噴淋裝置13的進液管的位置設(shè)有酸冷器18 ；酸冷器18的進口連接至循環(huán)泵2，酸冷器18的出口與噴淋裝置13的進液管相連，酸液儲液槽16的出口通過循環(huán)泵2與酸冷器18相連，進而形成一個酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)。水化塔I的下游還依次連接有磷酸霧洗滌器3、電除霧器4、一級氟吸收塔5、二級氟吸收塔6、尾吸塔7和風(fēng)機8。
[0056]具體的，磷酸霧洗滌器3為一個高效流態(tài)化逆流式洗滌塔，其主要由洗滌管31和分離罐32組成，水化塔I的煙氣出口 12通過管道與洗滌管31的進口相連通，洗滌管31的出口連通至分離罐32的中部，分離罐32的頂部設(shè)有煙氣出口 12，底部設(shè)有酸液出口 33，該酸液出口 33通過一帶循環(huán)泵2的循環(huán)輸送管道與洗滌管31內(nèi)的噴嘴35相連通(參見圖3)，分離罐32同時作為磷酸霧洗滌器3中循環(huán)輸送管道的酸循環(huán)槽。
[0057]為了實現(xiàn)水化塔I與磷酸霧洗滌器3相互串酸，本實施例中水化塔I的噴淋裝置13設(shè)有三個位于水化塔I容腔不同高度處的噴淋層，且三個噴淋層中包含一個稀磷酸噴淋層25和兩個濃磷酸噴淋層24 (參見圖2)，兩個濃磷酸噴淋層24設(shè)于稀磷酸噴淋層25上方；濃磷酸噴淋層24的進液管與上述水化塔I的酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)相連通，稀磷酸噴淋層25的進液管則與磷酸霧洗滌器3的循環(huán)輸送管道相連通，這樣首先實現(xiàn)了磷酸霧洗滌器3中的酸液串至水化塔I。另外，在上述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中循環(huán)泵2后的輸送管道上通過一支管連接至磷酸霧洗滌器3的酸液進口 34處。但考慮與后續(xù)磷酸的過濾、精制工序相銜接，該支管上設(shè)有一填料過濾裝置22，填料過濾裝置22的進酸口通過支管連通至酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，填料過濾裝置22的濾液出口則分成兩路，一路連通至磷酸霧洗滌器3的酸液進口 34，一路連通至外部的磷酸精制設(shè)備23 ;填料過濾裝置22的底流出口則通過管道連接至壓濾裝置21的進料口，壓濾裝置21的溢流口通過管道與酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中的酸液儲液槽16連通，以充分實現(xiàn)磷酸的回收利用，保證磷酸的高收率。
[0058]進一步的，磷酸霧洗滌器3的煙氣出口 12通過管道與電除霧器4的下部相連通，電除霧器4的頂部設(shè)有煙氣出口 12，底部設(shè)有酸液出口 33，該酸液出口 33通過管道與磷酸霧洗滌器3的酸液進口 34相連通。電除霧器4中的上部設(shè)在線水沖洗裝置41，在線水沖洗裝置41加入的水同時可作為整個水化吸收制磷酸工序的補水，并通過管道逐級返補至上游的磷酸霧洗滌器3及水化塔I中。
[0059]進一步的，電除霧器4的煙氣出口 12連通至下游的氟吸收裝置，本實施例中的氟吸收裝置包括一級氟吸收塔5和二級氟吸收塔6。一級氟吸收塔5和二級氟吸收塔6均采用流態(tài)化逆流式洗滌塔。一級氟吸收塔5主要由氟硅酸洗滌管51和氟硅酸分離罐52組成，電除霧器4的煙氣出口 12通過管道與氟硅酸洗滌管51的進口相連通，氟硅酸洗滌管51的出口連通至氟硅酸分離罐52的中部，氟硅酸分離罐52的頂部設(shè)有煙氣出口 12，底部設(shè)有氟硅酸液出口 53，該氟硅酸液出口 53通過一帶循環(huán)泵2的循環(huán)輸送管道與氟硅酸洗滌管51內(nèi)的噴嘴35相連通，氟硅酸分離罐52則兼做循環(huán)輸送管道的酸循環(huán)槽。該氟硅酸液出口53另外通過帶給料泵的管道與外部的氟硅酸精制設(shè)備54 (或氟鹽加工設(shè)備)連接，在進入氟硅酸精制設(shè)備54之前可通過壓濾裝置21先進行壓濾處理，壓濾裝置21的溢流口再通過管道連接至氟硅酸精制設(shè)備54。
[0060]二級氟吸收塔6的結(jié)構(gòu)與一級氟吸收塔5相似，二級氟吸收塔6主要由二級氟硅酸洗滌管61和二級氟硅酸分離罐62組成，一級氟吸收塔5的煙氣出口 12通過管道與二級氟硅酸洗滌管61的進口連通，二級氟硅酸洗滌管61的出口連通至二級氟硅酸分離罐62的中部，二級氟硅酸分離罐62的頂部設(shè)有除沫層和煙氣出口 12，底部設(shè)有氟硅酸液出口 53，該氟硅酸液出口 53通過一帶循環(huán)泵2的循環(huán)輸送管道與二級氟硅酸洗滌管61內(nèi)的噴嘴35相連通。二級氟吸收塔6中的循環(huán)輸送管道上還設(shè)有氟硅酸冷卻器63，氟硅酸冷卻器63的進口與循環(huán)泵2相連，出口則分成兩路，一路與二級氟硅酸洗滌管61內(nèi)的噴嘴35相連通，另一路與二級氟硅酸分離罐62頂部的噴淋層連通，二級氟硅酸分離罐62同樣兼做循環(huán)輸送管道的酸循環(huán)槽。二級氟吸收塔6的循環(huán)泵2出口還通過支管與一級氟吸收塔5的氟硅酸分離罐52的進液口相連，借此可將二級氟吸收塔6多余的氟硅酸液串至一級氟吸收塔5內(nèi)。
[0061]為實現(xiàn)全部污染物的達標(biāo)排放，在本實施例制磷酸改進型設(shè)備的最后還連接有尾吸塔7，二級氟吸收塔6的煙氣出口 12通過管道與尾吸塔7的煙氣進口 11相連通，尾吸塔7的底部設(shè)有吸收液箱(NaOH溶液)，該吸收液箱出口通過帶循環(huán)泵2的循環(huán)輸送管道與尾吸塔7內(nèi)各噴淋層相連，進而形成一個尾氣吸收循環(huán)噴淋系統(tǒng)。尾吸塔7的頂部設(shè)有煙氣出口 12，經(jīng)最后尾吸塔7洗凈后的煙氣從該煙氣出口 12處經(jīng)由風(fēng)機8引至煙囪外排。
[0062]基于上述的制磷酸改進型設(shè)備，本實施例的用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的工藝包括以下步驟(參見圖1?圖5):
[0063]1、水化塔中P2O5的水化吸收:
[0064]將含P2O5和氟的煙氣(特例為KPA窯法磷酸工藝中500°C以上的出窯煙氣，含P20580g/Nm3)由水化塔I下部的煙氣進口 11通入塔內(nèi)，此前開啟酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)的循環(huán)泵2，使水化塔I中的濃磷酸溶液通過上、中兩層濃磷酸噴淋層24噴出，最上層濃磷酸噴淋層24的部分噴嘴從斜下方噴向塔內(nèi)壁，其余噴嘴垂直向下噴出，中、下兩層噴淋層的噴嘴垂直向下噴淋，噴淋的濃磷酸溶液與進入塔內(nèi)的含P2O5和氟的煙氣逆流充分接觸，進行傳質(zhì)傳熱，煙氣中的P2O5與噴淋的濃磷酸溶液中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成磷酸，生成的磷酸一半以上被吸收進噴淋液，其余部分形成磷酸霧保持在氣相中，而煙氣中的氟(例如SiFjPHF等)在濃磷酸和較高溫度條件下，很難被吸收進噴淋液中；煙氣通過與循環(huán)噴淋的較低溫濃磷酸溶液換熱以及水化塔I內(nèi)水冷系統(tǒng)17的冷卻，溫度降至75°C?130°C，出水化塔I的循環(huán)濃磷酸溶液溫度則被提高到70°C?95°C。根據(jù)煙氣中水分的含量大小，循環(huán)噴淋的濃磷酸溶液的質(zhì)量百分比濃度可選擇在60%?90%的范圍內(nèi)(本實施例采用70%?85%濃度的磷酸溶液)，水化塔內(nèi)濃磷酸溶液的進塔溫度控制為50°C?80°C，噴淋液氣比控制在3L/m3?20L/m3。在出塔煙氣中夾帶有較多以霧狀形態(tài)存在磷酸霧，不能在水化塔I中沉降下來，隨煙氣一起被帶出水化塔I。該水化塔I具有冷卻煙氣和水化吸收P2O5的雙重功能，其中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下。
[0065]P205+3H20 = 2H3P04
[0066]水化塔I中噴淋落下的濃磷酸溶液最后通過進液口 14進入酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，然后經(jīng)酸液儲液槽16、循環(huán)泵2后送入酸冷器18中，酸冷器18的結(jié)構(gòu)為一個螺旋板式換熱器或板式換熱器，其將濃磷酸中的熱焓部分轉(zhuǎn)移到酸冷器18的循環(huán)冷卻水中，通過冷卻水將循環(huán)濃磷酸溶液的熱量不斷轉(zhuǎn)移。本實施例中選用的螺旋板式換熱器包括由兩張互相平行的薄金屬板卷制成同心的螺旋形通道，兩張互相平行的薄金屬板中央設(shè)置隔板將螺旋形通道分隔開，兩張互相平行的薄金屬板間焊有定距柱以維持通道間距，螺旋形通道兩側(cè)焊有蓋板和接管。從酸冷器18出口流出的循環(huán)酸液進入噴淋裝置13的進液管中，并回送到上、中兩層濃磷酸噴淋層24的各個噴嘴進行循環(huán)噴淋。出窯煙氣通過與循環(huán)噴淋的濃磷酸溶液換熱以及水化塔內(nèi)水冷系統(tǒng)的冷卻，溫度降至75°C?130°C。
[0067]2、磷酸霧洗滌器中磷酸霧的捕集:
[0068]由水化塔I頂部煙氣出口 12排出的氣相物質(zhì)(即煙氣)進入磷酸霧洗滌器3的洗滌管31中，該塔為一臺流態(tài)化逆流洗滌塔，在洗滌管31中由下向上噴射循環(huán)稀磷酸溶液，稀磷酸溶液與由上向下的高速煙氣流碰撞接觸后在氣-液界面區(qū)域形成強烈的湍動區(qū)域，流體動量達到平衡后建立起一定高度的穩(wěn)定的泡沫區(qū)(泡沫柱)，煙氣穿過泡沫區(qū)，與大面積不斷更新的磷酸溶液液體表面接觸，在泡沫區(qū)發(fā)生粒子的捕集、聚合長大和熱量的傳遞，煙氣中夾帶的磷酸霧絕大部分轉(zhuǎn)入循環(huán)稀磷酸溶液，吸收區(qū)內(nèi)煙氣表觀流速為lOm/s?30m/s，液氣比為3L/m3?25L/m3。煙氣通過絕熱蒸發(fā)循環(huán)稀磷酸溶液中水分的方式被進一步降溫到60°C?75°C。與傳統(tǒng)熱法磷酸文丘里除霧器相比，在同樣的除霧效果情況下，本發(fā)明的磷酸霧洗滌器可大大減少設(shè)備的動力壓頭損失，降低收酸裝置能耗。
[0069]磷酸霧洗滌器3中循環(huán)噴淋的酸液采用10%?50%質(zhì)量濃度的稀磷酸溶液，稀磷酸溶液的溫度控制在40°C?70°C，洗滌管31中的氣體和液體進入塔下部的分離罐32中進行氣-液分離，循環(huán)酸液落入分離罐32底部，該塔的分離罐32同時兼作循環(huán)酸槽，底部的稀磷酸溶液再通過循環(huán)泵2回送至洗滌管31或者根據(jù)需要串酸至水化塔I的稀磷酸噴淋層25中。
[0070]3、電除霧器中磷酸霧的捕集:
[0071]從磷酸霧洗滌器3中煙氣出口 12排出的煙氣再進入到電除霧器4中進行進一步的氣-液分離，以進一步除去煙氣中的磷酸霧，電除霧器4通過靜電控制裝置和直流高壓發(fā)生裝置，將交流電變成直流電送至電除霧器4中，在電暈線(陰極)和酸霧捕集極板(陽極)之間形成強大的電場，使空氣分子被電離，瞬間產(chǎn)生大量的電子和正、負(fù)離子，這些電子及離子在電場力的作用下作定向運動，構(gòu)成了捕集酸霧的媒介；同時使酸霧微粒荷電，這些荷電的酸霧粒子在電場力的作用下作定向運動，抵達到陽極板后從煙氣中捕集下來，在電除霧器4上部安裝有在線水沖洗裝置41，將陽極管壁上捕集下來酸霧沖洗下來，以保證陽極管的導(dǎo)電性能。電除霧器4排出的水化吸磷后的煙氣則送入氟回收設(shè)備中進行回收氟的處理。
[0072]由于磷酸的水化吸收過程化合煙氣中P2O5需要消耗水，另外煙氣降溫過程中從噴淋酸液中蒸發(fā)了部分水分，因此水化吸收過程需要不斷補充水，本實施例工藝系統(tǒng)中需要補充的水量全部從電除霧器4煙氣出口 12處補入，此時在線水沖洗裝置41不僅充當(dāng)補水裝置，同時兼做電除霧器4上部絲網(wǎng)除霧器的沖洗裝置。由于全部的補水都加入到了電除霧器4中，而電除霧器4的底液又通過磷酸霧洗滌器3的酸液進口 34回流至磷酸霧洗滌器3中，因此磷酸霧洗滌器3中循環(huán)酸液濃度會逐步降低，而另一方面，水化塔I中由于不斷吸收煙氣中的P2O5，其中循環(huán)酸液濃度會逐漸增高，因此，水化塔I和磷酸霧洗滌器3的循環(huán)酸液系統(tǒng)需要進行串酸，以保持各自循環(huán)酸液濃度的穩(wěn)定，水化塔I串至磷酸霧洗滌器3的酸在填料過濾裝置22中澄清、過濾后引至磷酸霧洗滌器3，磷酸霧洗滌器3串至水化塔I的酸則直接從磷酸霧洗滌器3的循環(huán)泵2出口處引出即可，工藝系統(tǒng)中多余的磷酸(對應(yīng)物料平衡的產(chǎn)酸量)也從填料過濾裝置22上清液出口引出后進入精制工序，加入活性碳、硅藻土、脫硫劑和脫砷劑，活性炭和硅藻土的用量均控制為待精制粗磷酸產(chǎn)品質(zhì)量的0.1%?2% ;脫硫劑為可溶性鋇鹽，其用量為理論用量的I?2倍；脫砷劑為硫化氫或硫化鈉，其用量為理論用量的I?1.2倍；磷酸精制槽內(nèi)攪拌反應(yīng)時間為0.5h?2h。脫去粗磷酸的顏色和SO/—然后用板框壓濾機過濾，提純后得到濃磷酸成品。此外，煙氣中的塵等固體顆粒絕大部分轉(zhuǎn)移到循環(huán)磷酸后富集在填料過濾裝置22底流中，該底流定期排出到壓濾裝置21進行過濾，濾液返回酸液儲液槽16，濾渣排出系統(tǒng)外部。
[0073]4、一級氟吸收:
[0074]先將水化吸磷后的煙氣輸送至一級氟吸收塔5的氟硅酸洗滌管51，煙氣自上而下與噴嘴35自下而上噴入的循環(huán)氟硅酸溶液(質(zhì)量濃度為8%?20%)發(fā)生充分的氣液兩相接觸，并進行傳質(zhì)傳熱和化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的大部分氟(主要是四氟化硅)與水反應(yīng)后生成氟硅酸，同時煙氣通過絕熱蒸發(fā)循環(huán)氟硅酸溶液中的水分的方式被進一步降溫到50°C?70°C ;此步驟中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下:
[0075]3SiF4+3H20 = 2H2SiF6+Si02.H20。
[0076]5、一級氣液分離:
[0077]在氟硅酸洗滌管51中最后得到的產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移至氟硅酸分離罐52中進行氣液分離，分離后的氣體通過一級氟吸收塔5的煙氣出口進入二級氟吸收塔6的二級氟硅酸洗滌管61中，分離后的液體留存于氟硅酸分離罐52中并通過帶循環(huán)泵2的循環(huán)輸送管道回送至氟硅酸洗滌管51中進行上述步驟4的操作。
[0078]6、二級氟吸收:
[0079]進入二級氟硅酸洗滌管61中的煙氣自上而下與噴嘴35自下而上噴入的循環(huán)氟硅酸溶液(質(zhì)量濃度為0.5%?5%)發(fā)生充分的氣液兩相接觸，并進行傳質(zhì)傳熱和化學(xué)反應(yīng)，煙氣中剩余的氟(主要是四氟化硅)與水反應(yīng)生成氟硅酸，同時煙氣中的熱焓通過熱量傳遞轉(zhuǎn)移到循環(huán)氟硅酸溶液中；經(jīng)步驟3處理后的產(chǎn)物的溫度進一步降至60°C以下；本步驟中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與步驟4相同。
[0080]7、二級氣液分離:
[0081]在二級氟硅酸洗滌管61中最后得到的產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移至二級氟硅酸分離罐62中進行氣液分離，二級氟硅酸分離罐62頂部設(shè)除霧單元，以除去煙氣中夾帶的霧沫，提高F的吸收率，除霧單元通過頂部噴入循環(huán)氟硅酸溶液進行清洗。分離后的氣體通過二級氟吸收塔6的煙氣出口進入后續(xù)的尾吸塔7進行處理，分離后的液體留存于二級氟硅酸分離罐62中通過帶循環(huán)泵2的循環(huán)輸送管道回送至二級氟硅酸洗滌管61中進行上述步驟6的操作，該循環(huán)輸送管道安裝有氟硅酸冷卻器63，以便移除循環(huán)氟硅酸溶液中的部分熱量，使氟吸收反應(yīng)能在較適宜的溫度下進行。進入二級氟硅酸洗滌管61的循環(huán)氟硅酸溶液經(jīng)過了氟硅酸冷卻器63的冷卻處理；部分多余的循環(huán)氟硅酸溶液則直接排放到一級氟吸收塔5的氟硅酸分離罐52中。
[0082]一級氟吸收塔5和二級氟吸收塔6中的循環(huán)氟硅酸溶液因吸收煙氣中的氟有累積:一級氟吸收塔5中的氟硅酸濃度因吸收煙氣中的氟而增濃，二級氟吸收塔6中多余的循環(huán)氟硅酸溶液則排放至一級氟吸收塔5中，最終一級氟吸收塔5循環(huán)氟硅酸溶液系統(tǒng)中多余的部分經(jīng)給料泵送至壓濾裝置21進行壓濾除去其中的硅膠等固體物，濾液即氟硅酸成品或去加工成氟鹽產(chǎn)品；濾渣為硅膠，洗凈除雜后作為副產(chǎn)品。
[0083]8、尾吸凈化處理:
[0084]進入后續(xù)尾吸塔7進行處理的煙氣在尾吸塔7的向上運動過程中與向下噴淋的NaOH溶液進行逆流接觸，尾吸塔7底部吸收液箱通過循環(huán)泵2與塔內(nèi)各噴淋層相連，形成一個循環(huán)噴淋系統(tǒng)；為了保持吸收液的吸收能力，吸收液的PH值保持在8以上，需要不斷加入稀的堿溶液(氫氧化鈉溶液)，而吸收液因稀的堿溶液的加入和煙氣中P2O5、氟等雜質(zhì)的吸收會有累積，需要不斷排出進行污水處理，處理回收的水可回用到窯法磷酸的原料工序；煙氣中剩余的污染物(p205、SiF4、粉塵等)被噴淋液吸收，煙氣得到進一步的洗滌凈化，達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)(氣體氟含量降低到9mg/m3以下)，然后通過引風(fēng)機排至煙囪排放。本步驟中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下:
[0085]3SiF4+6NaOH = 2Na2SiF6+Na2Si03+3H20
[0086]P205+6Na0H = 2Na3P04+3H20。
[0087]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作的等同修改、變換及潤色，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從窯法磷酸工藝的出窯煙氣中制磷酸的工藝，包括以下步驟: (1)將含P2O5和氟的出窯煙氣通入一水化塔內(nèi)，此前開啟與水化塔相連接的酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)將濃磷酸溶液不斷輸送到水化塔內(nèi)的噴淋裝置中，向下噴淋的濃磷酸溶液與進入塔內(nèi)的含P2O5和氟的出窯煙氣逆流充分接觸，進行傳質(zhì)傳熱，煙氣中的P2O5與噴淋的濃磷酸溶液中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成磷酸，生成的磷酸大部分被吸收進噴淋液中，其余部分形成磷酸霧保持在氣相中，與此同時出窯煙氣中的含氟物質(zhì)在水化塔內(nèi)很難被吸收進噴淋液中，水化塔中剩余煙氣通過其煙氣出口排出； (2)水化塔中噴淋落下的磷酸溶液最后通過一進液口進入酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中，然后經(jīng)循環(huán)泵后送入酸冷器中，并將磷酸溶液中的熱焓部分轉(zhuǎn)移到酸冷器的循環(huán)冷卻水中，通過冷卻水將磷酸溶液的熱量不斷轉(zhuǎn)移，從酸冷器出口流出的循環(huán)磷酸溶液再回送到所述水化塔的噴淋裝置繼續(xù)進行循環(huán)噴淋； (3)從所述煙氣出口排出的煙氣再依次通過磷酸霧洗滌器和電除霧器，使出水化塔煙氣中夾帶的磷酸霧被進一步捕集，所述磷酸霧洗滌器和電除霧器捕集磷酸霧后形成的稀磷酸溶液通過管道布置與所述水化塔中的濃磷酸溶液保持串酸； (4)在以上的操作過程中，酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)中的濃磷酸溶液會不斷增加，多出的部分經(jīng)過濾后作為粗磷酸產(chǎn)品，粗磷酸產(chǎn)品進入后續(xù)的磷酸精制工序；另一方面，配套的在線補水裝置對整個工藝過程實施在線補水，電除霧器排出的含氟煙氣則進入后續(xù)的氟回收工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:所述水化塔中的噴淋裝置包括至少兩個位于水化塔容腔不同高度處的噴淋層，且至少兩個的噴淋層中包含一稀磷酸噴淋層和濃磷酸噴淋層，濃磷酸噴淋層設(shè)于稀磷酸噴淋層上方；所述濃磷酸噴淋層的進液管與所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)相連通，所述稀磷酸噴淋層的進液管與磷酸霧洗滌器中稀磷酸溶液的循環(huán)輸送管道相連通以使得磷酸霧洗滌器中的稀磷酸溶液串酸至水化塔中，所述酸液循環(huán)噴淋系統(tǒng)另通過管道連接至磷酸霧洗滌器中以使得水化塔中的濃磷酸溶液串酸至磷酸霧洗滌器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:所述酸冷器為螺旋板式換熱器或板式換熱器； 所述螺旋板式換熱器包括由兩張互相平行的薄金屬板卷制成同心的螺旋形通道，兩張互相平行的薄金屬板中央設(shè)置隔板將螺旋形通道分隔開，兩張互相平行的薄金屬板間焊有定距柱以維持通道間距，螺旋形通道兩側(cè)焊有蓋板和接管； 所述板式換熱器是由具有波紋形狀的金屬板片疊裝而成，在相鄰兩金屬板片間形成過流工作介質(zhì)的窄小曲折通道； 所述步驟(I)中的出窯煙氣通過與循環(huán)噴淋的濃磷酸溶液換熱以及水化塔內(nèi)水冷系統(tǒng)的冷卻，溫度降至75°C?130°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:所述水化塔內(nèi)循環(huán)噴淋的濃磷酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為60 %?90 %，水化塔內(nèi)濃磷酸溶液的進塔溫度控制為50 V?80 0C，水化塔內(nèi)噴淋液氣比控制在lL/m3?20L/m3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:所述磷酸精制工序中設(shè)有用于對粗磷酸產(chǎn)品進行精制的磷酸精制槽，磷酸精制槽內(nèi)加入有活性炭、硅藻土、脫硫劑和脫砷劑，活性炭和娃藻土的用量均控制為待精制粗磷酸產(chǎn)品質(zhì)量的0.1%?2% ;所述脫硫劑為可溶性鋇鹽，其用量為理論用量的I?2倍；所述脫砷劑為硫化氫或硫化鈉，其用量為理論用量的I?1.2倍；磷酸精制槽內(nèi)攪拌反應(yīng)時間為0.5h?2h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的工藝，其特征在于:所述磷酸霧洗滌器為一流態(tài)化逆流式洗滌塔，包括洗滌管和分離罐，由水化塔煙氣出口排出的煙氣進入磷酸霧洗滌器的洗滌管中，在洗滌管中由下向上噴射的循環(huán)稀磷酸溶液與由上向下的煙氣逆流碰撞接觸后建立起泡沫區(qū)，煙氣穿過泡沫區(qū)后與大面積不斷更新的稀磷酸溶液液體表面接觸，在泡沫區(qū)發(fā)生粒子的捕集、聚合長大和熱量的傳遞，煙氣通過絕熱蒸發(fā)循環(huán)稀磷酸溶液中水分的方式被進一步降溫到60°C?90°C;所述洗滌管中的氣體和液體進入下部的分離罐中進行氣-液分離，循環(huán)稀磷酸溶液落入分離罐底部后再通過循環(huán)泵回送至洗滌管且部分串酸至水化塔中；所述磷酸霧洗滌器中循環(huán)噴淋的稀磷酸溶液的質(zhì)量濃度為10%?50% ;稀磷酸溶液的溫度控制在40°C?70 °C，磷酸霧洗滌器內(nèi)噴淋液氣比控制在3L/m3?25L/m3。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于:從所述磷酸霧洗滌器中煙氣出口排出的煙氣再進入到電除霧器中進行進一步的氣-液分離，以進一步除去煙氣中的磷酸霧，電除霧器通過靜電控制裝置和直流高壓發(fā)生裝置，將交流電變成直流電送至電除霧器中，在電暈線和酸霧捕集極板之間形成強大的電場，使空氣分子被電離，瞬間產(chǎn)生大量的電子和正、負(fù)離子，這些電子及離子在電場力的作用下作定向運動，構(gòu)成了捕集酸霧的媒介；同時使酸霧微粒荷電，這些荷電的酸霧粒子在電場力的作用下作定向運動，抵達到陽極后從煙氣中捕集下來。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其特征在于:在所述電除霧器上部安裝有在線水沖洗裝置，在線水沖洗裝置將陽極管壁上捕集下來酸霧沖洗下來，以保證陽極管的導(dǎo)電性能；電除霧器排出的水化吸磷后的煙氣則送入氟回收設(shè)備中進行回收氟的處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的工藝，其特征在于:所述電除霧器的煙氣出口連通至氟吸收裝置，所述氟吸收裝置是以一級氟吸收塔為主體，所述一級氟吸收塔為流態(tài)化逆流式洗滌塔，一級氟吸收塔主要由氟硅酸洗滌管和氟硅酸分離罐組成，所述電除霧器的煙氣出口通過管道與氟硅酸洗滌管的進口相連通，氟硅酸洗滌管的出口連通至氟硅酸分離罐的中部，氟硅酸分離罐的頂部設(shè)有煙氣出口，底部設(shè)有氟硅酸液出口，該氟硅酸液出口通過一帶循環(huán)泵的循環(huán)輸送管道與所述氟硅酸洗滌管內(nèi)的噴嘴相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在于:所述氟吸收裝置還包括二級氟吸收塔，所述二級氟吸收塔為流態(tài)化逆流式洗滌塔，二級氟吸收塔主要由二級氟硅酸洗滌管和二級氟硅酸分離罐組成，所述一級氟吸收塔的煙氣出口通過管道與二級氟硅酸洗滌管的進口連通，二級氟硅酸洗滌管的出口連通至二級氟硅酸分離罐的中部，二級氟硅酸分離罐的頂部設(shè)有除沫層和煙氣出口，底部設(shè)有氟硅酸液出口，該氟硅酸液出口通過一帶循環(huán)泵的循環(huán)輸送管道與所述二級氟硅酸洗滌管和氟硅酸分離罐相連通；所述二級氟吸收塔中的循環(huán)輸送管道上還設(shè)有氟硅酸冷卻器，氟硅酸冷卻器的出液口與二級氟硅酸洗滌管內(nèi)的噴嘴及二級氟硅酸分離罐頂部的噴淋層連通。
【文檔編號】C01B25/18GK104445118SQ201410718107
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】侯擁和, 魏世發(fā), 魏琛娟 申請人:四川玖長科技有限公司