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dap尾气净化装置气提浓缩一体化工艺研究 磷酸二铵（dap）是使用最广泛的高浓度氮、磷复合肥料之一。世界年产量超过2500吨，中国年生产能力超过300吨。我国DAP装置主要是引进,近10多年已建成10余套大型装置,有挪威HYDRO槽式预中和-转鼓氨化造粒、西班牙ESPINDESA-ERT管式反应流程和法国AZF双管反应流程等。从运行情况的调查看,各种流程都存在着尾气处理的薄弱环节。DAP尾气来自反应、造粒和干燥多道气-液、气-固反应和传质工序,流量很大(约4000 m3/t产品),温度在75～120 ℃之间,所含化学活性物质主要是气氨和DAP粉尘,若不很好地回收利用,600 kt/a的生产装置将产生3400 kg/h的氨损失并造成严重的环境污染。 DAP尾气中氨含量由生产过程涉及的化学反应及NH3-H3PO4-H2O三元体系气-液平衡所决定,影响气-液平衡的主要参数是体系的温度和NH3∶H3PO4摩尔比(简写为N∶P,又称中和度)。磷酸一铵(MAP)的N∶P为1.0;磷酸二铵(DAP)的N∶P为2.0。气-液平衡数据显示(图1和图2), N∶P到达1.0以前,饱和溶液的气相氨分压甚微,因此MAP尾气基本不含氨;N∶P超过1.0后氨分压开始锐升、至1.8后超过水汽的分压。可见DAP生产过程氨的逸出不可避免,公认ESPINDESA-ERT工艺逸出率最低,亦大于10%～15%。 目前各种DAP工艺大都采用浓缩磷酸(P2O5含量52%)洗涤尾气,回收逸出氨。浓缩磷酸氨化料浆粘度随氨化程度而急剧上升,尤其当铁、铝、镁杂质含量较高时,pH2.5即会在料浆中出现凝胶物质,堵塞设备管道,洗涤操作将十分困难。目前有的厂家仅尾气氨损失每年超过1×104t,急需改进。 本文作者对某厂经过改造的挪威HYDRO槽式预中和-转鼓氨化造粒+管式反应器工艺600 kt/a吨粒状DAP生产装置进行了考察,在分析尾气的物、热以及传热传质推动力特征的基础上,提出了用28% P2O5含量的湿法磷酸洗涤吸收尾气氨同时浓缩料浆生产粉状MAP的联合工艺,变单纯的尾气净化过程为产品加工过程,以技术经济优先性来加强环境友好性。至今未见与该联合工艺直接相关的文献。 1 尾气回收和气提浓缩回收利用 根据挪威HYDRO公司改造的槽式预中和-转鼓氨化造粒+管式反应器工艺600 kt/a粒状DAP装置原始设计数据和现场观察结果进行尾气的物、热分析。该工艺以52% P2O5含量的浓缩磷酸为原料,其中60%在槽式预中和反应器用气氨中和到N∶P=1.4～1.5,其余通过管式反应器直接用液氨中和到N∶P1.8。两股料浆喷入转鼓氨化造粒机内涂布造粒并补充氨,将产品的中和度提高到规定指标后送入滚筒干燥机用热风并流干燥,再经流化床冷却,完成产品的加工。各道工序产生的干燥机尾气Si,1、转鼓氨化造粒机尾气Si,2、预中和反应器尾气Si,3和流化床冷却器尾气Si,4,总的质量流率约320379 kg/h,其中空气278 529 kg/h、氨3686 kg/h。 而200 kt/a MAP(N-P2O5百分含量为11～49)生产装置的理论氨耗为3 373 kg/h(年开工330 d计),以尾气为其氨源尚有9.3%的裕量,可见尾气的利用价值十分可观。而且尾气质量流率大,其热焓值很可观,只是品位很低。从图3可见,70%以上的热焓分布在76～85℃的温区,必须以特殊的方式回收这部分热焓。根据尾气质量流率大且远离湿饱和的特点(图4),本文提出用稀磷酸(P2O5含量28%)吸收尾气中的氨生成MAP料浆,同时对料浆进行气提浓缩,以传质强化传热回收尾气热焓。 尾气干空气质量流率达278529 kg/h,且如图4所示,与液相直接接触传质增湿的推动力很大。如图5所示,无论升温、降温都可增湿。本文计算结果表明(表1),尾气中可利用热焓的气提浓缩能力超过中和料浆浓缩法200 kt/a MAP生产装置的浓缩量。更重要的是,尾气的气提浓缩与氨吸收过程同步进行,并不增加设备和操作费用。 2 dap/a-map系统结构及设备特点 根据以上分析和现场考察结果,提出了如图6所示的磷酸二铵尾气联产磷酸一铵的气提浓缩法联合工艺。该工艺的关键设备是R1、R2和R3三台尾气吸收-气提浓缩反应器。其中R2的循环洗涤液由经R3净化后的预中和尾气加热,根据热平衡的原则分配各台反应器中料浆的浓缩程度。表1是系统热流物流自动计算电子表格的一部分。该表显示了600 kt/a DAP装置和200 kt/a MAP装置双系统满负荷运转条件下R1、R2和R3三台关键设备的工作状况。由表可见,R3的出口浆料Sa4水含量小于25%,中和度(未校正值)达到1.15,完全满足N-P2O5百分含量规格为11-49的粉状MAP产品喷浆干燥要求。在喷雾流化干燥器R5中用冷却器