半水-二水法湿法磷酸生产工艺及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磷酸生产工艺及其系统，具体的说是一种半水-二水法湿法磷酸 生产工艺及其系统。
【背景技术】
[0002] 磷酸是重要的化工原料，主要用于生产磷复肥产品。经过深加工处理，也可以生产 各种磷酸盐产品，或者生产食品级，电子级磷酸。用硫酸分解磷矿制得磷酸是湿法磷酸的基 本方法。
[0003] 磷矿中主要化学成分是Ca5F(P04)3，当它与硫酸反应时候，生成磷酸和难溶性硫酸 钙结晶。其化学反应式如下：
[0004] Ca5F (P04) 3+5H2S04+mH20 = 3H3P04+5CaS04 ? m/5H20 I +HF t
[0005] 当反应温度，硫酸加入量等条件不同，硫酸钙可以以三种不同的结晶形态沉淀 出来，分别为二水硫酸钙（CaS04 ? 2H20)，半水硫酸钙（CaS04 ? 1/2H20)和无水硫酸钙 (CaS04)。半水-二水法生产工艺技术是控制反应条件，先结晶生成半水硫酸钙，同时伴随 高浓度磷酸，再改变反应条件，水合重结晶生成二水硫酸钙，称之为半水-二水法工艺。
[0006] 由于半水-二水法工艺具有P205收率高，磷酸产品浓度高（P205浓度为45 %wt)， 酸质量好（杂质含量低于1%wt)，磷石膏质量好（磷石膏中P205浓度低至0. 25%wt)，能 耗低和环境污染小等特点，且随着国家对节能减排，环境保护及固体废物处理的要求越来 越严格，采用半水-二水法技术生产湿法磷酸的优势得以凸显。半水-二水法工艺将成为 未来湿法磷酸发展的趋势。
[0007]目前国内只有一套引进的7万吨/年P205半水-二水磷酸装置，该装置需要用干 矿、圆形反应槽、带式过滤机、装置的过滤料浆温度很高，许多设备需进口，造成投资高，装 置规模小，能耗高、废水排放污染环境等问题，不适合当代磷化工的发展要求，
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺可靠、产品及副产品质量 好、能耗低、设备投资和运行成本低、对环境友好，可连续稳定大规模生产（多30万吨/年） 的半水-二水法湿法磷酸生产工艺。
[0009] 本发明还提供一种用于上述生产工艺的半水-二水法湿法磷酸生产系统。
[0010] 本发明工艺包括半水反应及过滤工序、二水反应及过滤工序，其特征在于，
[0011] 所述半水反应及过滤工序中：所述半水反应及过滤工序中：将磷矿送入溶解槽中 在浓硫酸的存在下分解反应生成稳定的半水硫酸钙结晶，控制溶解槽反应浆料中硫酸根离 子含量低于CaO含量；出溶解槽的反应料浆送入结晶槽中在浓硫酸和活性二氧化硅的存在 下使半水硫酸钙晶体的长大，形成粗大的半水石膏结晶，控制结晶槽反应浆料中硫酸根离 子含量高于CaO含量；出结晶槽的反应浆料大部分送入熟化槽中进一步长大以得到含有粗 大晶体反应料浆，所述出熟化槽的反应料浆回送至溶解槽，出结晶槽的其余部分反应料浆 送入第一高位闪蒸冷却器进行闪蒸冷却，控制第一高位闪蒸冷却器压力为10~15kPa(A)， 进出口温差在10-20°C，从第一高位闪蒸冷却器闪蒸出来的闪蒸蒸汽送入后续处理工序； 冷却后的反应料浆经过滤给料槽分两部分，一部分回送至结晶槽，另一部分送入半水过滤 机得到半水滤液和半水石膏滤饼；出半水过滤机过滤区的半水滤液经下错气盘的过滤区分 离出气体和滤液，气体送入与第一真空栗连接的半水雾沫分离器，滤液即为产品磷酸送至 界区；所述半水石膏滤饼进入半水过滤机的一洗区进一步洗涤出夹带的磷酸，然后在滤布 洗涤区与滤布冲洗水混合形成半水石膏料浆排出；
[0012] 所述二水反应及过滤工序中：所述半水石膏料浆进入转化槽在浓硫酸和活性硅胶 的存在下进行水合反应，半水石膏水合成二水石膏，形成的二水石膏料浆送入二水过滤机 的过滤区过滤得到二水过滤酸及二水石膏滤饼，所述二水石膏滤饼经二水过滤机的滤饼一 洗区和滤饼二洗区逆流洗涤后由卸渣区排出得到二水干石膏。
[0013] 所述半水反应及过滤工序中：所述半水过滤机（转台式）下错气盘具有初滤区、 过滤区和一洗区，所述半水过滤机初滤区的滤液送入下错气盘的初滤区，半水过滤机一洗 区的滤液送入下错气盘的一洗区，出下错气盘初滤区和一洗区的滤液合并后液体送入返酸 槽，气体送入半水雾沫分离器进行分离，所述半水雾沫分离器底部分离的液体送入返酸槽， 从返酸槽回送至溶解槽和结晶槽，分离出的不凝气体通过第一真空栗排入大气。
[0014] 所述二水反应及过滤工序中：所述转化槽中的反应料浆还循环送入第二高位闪蒸 冷却器进行闪蒸冷却后再回送入转化槽，控制第二高位闪蒸冷却器压力为15~20kPa(A)， 进出口温差在2_5°C。
[0015] 所述二水过滤机过滤区过滤出的气体送入与第二真空栗连接的二水雾沫分离器， 所述二水雾沫分离器底部分离的液体送入洗液槽，分离出的不凝气体通过第二真空栗排入 大气。
[0016] 所述二水反应及过滤工序中得到的二水过滤酸作为半水滤饼洗液，送至半水反 应及过滤工序中半水过滤机的一洗区用于滤饼洗涤。
[0017] 所述二水反应及过滤工序中二水过滤机的滤布冲洗区的冲洗水经冲洗水槽收集 后，经冲洗水栗送入二水过滤机的滤饼二洗区作为滤饼洗涤液，然后送入滤饼一洗区作为 滤饼洗涤液，最后经洗液槽收集后形成二水二滤液送入半水反应及过滤工序中半水过滤机 的卸渣及滤布洗涤区用于洗涤半水滤布。
[0018] 控制溶解槽反应浆料中硫酸根离子含量低于CaO含量0.5-2%wt;控制结晶槽反 应浆料中硫酸根离子含量高于CaO含量1-3%wt;
[0019] 用于上述工艺方法的半水-二水法湿法磷酸生产系统，包括半水反应及过滤系统 和二水反应及过滤系统，所述半水反应及过滤系统包括依次连接的溶解槽、结晶槽、第一高 位闪蒸冷却器、过滤给料槽、半水过滤机以及下错气盘，所述结晶槽出口还经熟化槽与溶解 槽连接，所述半水过滤机由前至后设有初滤区、过滤区、一洗区和滤布洗涤区，所述下错气 盘由前至后设有与所述半水过滤机的初滤区、过滤区、一洗区一一对应连接的初滤区、过滤 区和一洗区，所述下错气盘的过滤区的气体出口与半水雾沫分离器连接，液体出口连至界 区；所述半水过滤机的滤布洗涤区出口连接二水反应及过滤系统；
[0020] 所述二水反应及过滤系统包括与半水过滤机的滤布洗涤区出口依次连接的转化 槽和二水过滤机，所述二水过滤机前由至后设有初滤区、过滤区、滤饼一洗区、滤饼二洗区、 卸渣区、滤布冲洗区和滤布干燥区，所述转化槽与二水过滤机的过滤区连接，所述二水过滤 机的卸渣区与界区连接。
[0021] 所述半水反应及过滤系统中，下错气盘的初滤区和一洗区气体出口与半水雾沫分 离器连接，液体出口与返酸槽连接，所述半水雾沫分离器底部的液体出口与返酸槽连接，所 述返酸槽的出口分别与溶解槽和结晶槽连接。
[0022] 所述二水反应及过滤系统中，转化槽的出口还与第二高位闪蒸冷却器连接，所述 第二高位闪蒸冷却器底部的液体出口与转化槽连接。
[0023] 所述二水反应及过滤系统中，二水过滤机中滤布冲洗区的冲洗水出口依次经冲洗 水槽、滤饼二洗区、滤饼一洗区与洗液槽连接，所述洗液槽出口与所述半水过滤机的滤布洗 涤区的冲洗水进口连接。
[0024] 所述二水反应及过滤系统中，所述二水过滤机中过滤区的气体出口与二水雾沫分 离器连接，液体出口与所述半水过滤机过滤区的滤饼洗水进口连接。
[0025] 所述转化槽和溶解槽横截面为方形槽体结构。
[0026] 所述第一高位闪蒸冷却器和第二高位闪蒸冷却器均在底部进口设有液封，在顶部 出口装有除沫器。
[0027] 发明人在实际运行中发现，在闪蒸冷却器绝对压力低，只有10~15kPa(A)，进入 物料温度高，达到l〇〇°C左右，极易造成物料暴沸，届时大量反应料浆进入闪蒸的汽体中， 被带入真空管道和设备中，使后续真空系统堵塞，真空栗损坏，造成装置的开车率低，且需 耗费大量的人力和物力进行清理。针对此问题，发明人采用高位闪蒸冷却器（即第一高位 闪蒸冷却器和第二高位闪蒸冷却器），利用大气压力与高位闪蒸冷器中压力的压差，使高位 闪蒸冷却器具有合适的液位，让高位闪蒸冷却器进料在液位下面进入，高温进料料浆在液 位下沸腾，由于液位差压力的作用，液体不会产生暴沸，高温进料料浆由于闪蒸产生水蒸 汽而使料浆温度降低10_20°C，降温后的反应料浆循环回结晶槽或转化槽时，能够降低槽 内反应料浆的温度，高位闪蒸冷却器有效避免造成反应料浆大量随汽体带入真空系统，造 成真空系统堵塞，真空栗损坏的问题发生，保证系统的稳定运行。在高位闪蒸冷却器出口设 置了除沫器，减少出口汽体中液沫夹带，使汽体P2〇5#量低于0. 05%wt，这样就保证了后 续汽体氟回收中成品氟硅酸中P2〇5的含量低于lOOppm。
[0028] 进一步的，发明人为半水过滤机（转台式）配套了对应的下错气盘，通过对下