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国产化双槽磷酸反应工艺技术介绍

东华工程公司（化工部第三设计院）徐新源

1.概述

目前湿法磷酸生产技术种类较多，但流程发展、改进目的主要致力于：

(1)使磷石膏结晶过程条件更优化，提高过滤性能，获得更高的P2O5回收率，降低生产成本，提高磷矿的利用率。

(2)降低能耗。

(3)加强对环境保护，减少排除废物对大气、水源的污染。

(4)增加对磷酸生产过程中所排出的磷石膏利用的可能性。

(5)使装置生产能力向大型化发展，降低投资成本，提高企业的生存能力。

(6)提高装置操作的自动化水平。

在工艺技术改进的同时，许多工艺技术持有者与制造厂共同合作，大力加强磷酸生产用设备的开发和改进，出现许多新型、能耗低、效率高、使用寿命相对长的设备，提高了磷酸装置生产的开工率。在装置大型化方面，建设了不少单系列能力日产千吨P2O5以上的磷酸装置，至今已建成的最大装置已达到日产1800吨P2O5，但考虑到装置的管理和适应性，目前仍以400-600吨/日P2O5规模为多。

我国的湿法磷酸技术研究始于50年代中期，是以二水物法工艺开始的。60年代中期建成了第一套年产1.5万吨P2O5的工业实验装置，80年代后磷酸生产工业发展进入快车道。如今建成的大小磷酸装置共有近百套，其中引进技术就有：比利时UCB二水法磷酸技术、法国SPEICHIM公司的R-P二水法磷酸技术、突尼斯SIAPE公司二水法磷酸技术、美国西方化学公司的Oxy半水物法磷酸技术、Hydro半水－二水法磷酸技术、以及Prayon二水法磷酸工艺、Dorr－Jacobs二水法磷酸工艺、Badger二水法磷酸工艺等。

二水法对磷矿的适应性宽，工艺操作条件温和且较易掌握，设备腐蚀较其它流程易解决，因此二水法生产工艺应用最广泛。二水法工艺根据其料浆冷却方式和反应槽的结构，分为许多方法，如料浆真空冷却、空气冷却以及单槽、多槽和方格槽等流程。迄今为止，在湿法磷酸装置中采用最多的工艺是Prayon技术，已建成的装置近140套；其次为Rhone-Poulenc技术，已建成投产的装置有70多套，而在80年代以后建成的磷酸装置中以Rhone-Poulenc技术居多。因此我院在结合国内外磷酸生产技术的基础上开发研制了双槽磷酸反应工艺。

2.磷酸双槽反应工艺原理

磷酸双槽反应与其他二水法磷酸生产一样，用硫酸分解磷矿石生产磷酸，其主要反应如下：

Ca10(PO4)6F2CaCO3+11H2SO4+22H2O→6H3PO4+11CaSO4·2H2O+2HF+CO2+H2O

Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O

Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2O

MgO+H2SO4→MgSO4+H2O

K2O+H2SO4→K2SO4+H2O

Na2O+H2SO4→Na2SO4+H2O

以上反应为放热反应，为了维持反应槽的操作温度，本装置采用了空气冷却来移走反应槽内的热量。所不同的是本工艺采用了强化空气冷却方式，反应是在二个相同的槽内完成的，槽内生产条件分别按反应机理的最合理、最优化而设置。

二个槽控制条件不同，第一槽低P2O5浓度及稍低的含固量、较高的SO4=过量，有利于磷矿分解，有利于提高磷矿萃取率；第二槽加入少量磷矿和硫酸，提高P2O5浓度及含固量、控制稍低的SO4=过量，有利于结晶长大、节约能耗、提高生产强度，以及有利于降低硫酸的消耗量。

双槽工艺的操作条件成功地解决了单槽工艺生产中为获得较高磷酸浓度，而得不到较好萃取率的缺点，同时使成品磷酸中的硫酸含量得到降低。

3.双槽工艺技术与其他磷酸工艺的区别

双槽磷酸工艺，每个槽内设置一台搅拌桨、两台表面冷却器、两台硫酸分布器，采用空气冷却方式冷却；反应尾气采用一文二塔洗涤，洗涤后的排放尾气含氟浓度可以降到10mgF/Nm3。

本工艺硫酸是通过加入到两个转动的硫酸分布器上，使得硫酸能被抛撒到反应槽表面的各个部分，通过搅拌桨的搅动及时分散到液相中。整个反应槽各点浓度差小于1.5g/l，游离SO4=浓度恒定。同时部分被抛撒硫酸将与被表面冷却器抛撒的料浆在空中相遇，部分硫酸稀释热得以在气相中释放。

传统的空气冷却方式是通过鼓风的形式，使得空气与槽中料浆表面接触而传递带走热量。本工艺空气冷却方式仅是通过尾气系统引风机抽吸，一方面维持反应槽负压，另一方面吸入空气，与被表面冷却器、硫酸分布器抛撒起的料浆充分接触，交换热量，达到降温冷却的目的。通过对吸入气孔数量及风机风门的调节，非常容易控制槽内料浆温度。由于本工艺冷却空气能与料浆充分接触，使得出口尾气的温度与料浆的温差仅为5～8℃（传统空气冷却为15℃左右），尾气相对湿度超过95%（传统空气冷却为～90%）。加上