一种湿法磷酸生产系统的制作方法

本实用新型属于磷酸生产技术领域，特别涉及一种湿法磷酸生产系统。

背景技术：

磷酸或正磷酸，化学式h3po4，分子量为97.994，是一种常见的无机酸，是中强酸。磷酸主要用于制药、食品、肥料等工业，包括作为防锈剂，食品添加剂，牙科和矫形外科，edic腐蚀剂，电解质，助焊剂，分散剂，工业腐蚀剂，肥料的原料和组件家居清洁产品。也可用作化学试剂，磷酸盐是所有生命形式的营养。在磷铵与化肥领域，磷酸通常采用湿法制备。湿法为：浓硫酸跟磷酸钙、磷矿石反应制取磷酸，滤去微溶于水的硫酸钙沉淀，所得滤液就是磷酸溶液。

如申请号为cn201310111584.5的中国专利公开了一种磷酸一铵的生产方法（仅取磷酸生产部分），包括以下工序：

工序一：磷矿配矿重量比为：p2o5%25.8-26.3%、mgo＜3%、k+na＜1%。

工序二：制取矿浆：将工序一得到的磷矿采用两级鄂破、一级圆锥破形成15-25mm粒度后，进入振动筛进行筛分，上部粗料返回细鄂破、圆锥破，再次进行破碎，通过振动筛下部的粒度在15-20mm的细料进入球磨机制取矿浆，使矿浆细度达到85-90%-100目。

工序三：萃取：将工序二得到的矿浆，以及来自硫酸库、为占反应全部用量的1/5的硫酸和磷酸沉降槽的返酸打入预反应器，三者进行预反应，反应物料再进入萃取槽，并加入占反应全部用量4/5的硫酸，进一步完全分解矿浆并形成料浆；该工序的萃取槽为六格方槽结构，四个反应区、两个消化区，互换循环泵进出口位置，扩大四反应室到四反应室的料浆溢流口，将磷酸p2o5浓度控制在17%-19%，萃取温度控制到83-87℃，真空冷却真空度控制到-0.050至-0.055mpa，在萃取槽上加装自动加消泡剂装置，闪蒸室出口加除沫装置。

工序四：过滤：将工序三得到的料浆打入过滤工段，通过圆盘过滤机将磷酸从料浆中分离出来，分离出来的磷酸去磷酸沉降槽进一步净化，上部清液去中和浓缩工段，下部稠浆作为返酸返回萃取槽；分离出来的石膏经过洗涤后再过滤，最后由皮带机送到磷石膏渣场堆放。

磷酸的制备方法如图1所示，在过滤时可以采用转盘真空过滤装置对磷酸(江苏新宏大公司的hdzp系列过滤装置)进行过滤。其中，过滤装置包括初滤区、过滤区、一洗区、二洗区、三洗区、滤布再生区和磷石膏料斗等，过滤区得到磷酸。滤布再生区的洗水（冲洗水，于加热水槽中加热至60℃以上，同时根据需要补水）送三洗区作为洗涤用水，三洗区的洗水送二洗区作为洗涤用水，二洗区的洗水送一洗区作为洗涤用水，一洗区的洗水和初滤区的滤液作为反酸。现有技术中采用工艺水作为滤布再生水和三洗区洗涤用水（在滤布再生区输出的洗液不足的情况下），本领域的技术人员都知道，在湿法磷酸生产中，磷石膏回水的量较大，ph值2-3，含有少量可溶性磷（总磷小于2%），无法直接排放，现有技术中通常将其返回磷酸生产作为过滤机的滤布洗水和再生水进行再利用，但是磷石膏回水杂质含量高（含不溶磷与可溶磷、酸和各种金属元素等），容易堵塞磷酸系统，特别容易使过滤装置的滤板结垢。本公司2016和2017年均采用磷石膏回水作为过滤装置的洗涤用水，申请人发现如下问题：

1.过滤机滤盘结垢，每次清理停车24小时，要50人以上清理（滤板及其它结构），每年堵1至2次，清理后过滤滤板严重变形，过滤机滤布再生效果差，而换一次滤板需要36万。

2.各洗涤区和再生区的分布器上的喷头也易于结垢，需要定期维护。

3.由于结垢导致下酸不畅，过滤洗涤效果差，水溶磷丢失至少0.05%。

4.滤板结垢，并不能达到设计产能，同时结垢也会导致停车修理，均会影响产能。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种湿法磷酸生产系统，该工艺采用磷酸回水作为三洗区的洗涤用水，采用洁净且高温的冷凝水作为滤布再生区的滤布再生水，通过在三洗液储槽中加入浓硫酸（在萃取槽中会加入硫酸进行反应，不会引入杂质）；其作用之一：可以将易结垢的物质（磷石膏回水和滤布上的金属盐等）沉降下来再在三洗区快速冲洗下来，其作用之二为：申请人发现在硫酸浓度在5%左右时可明显降低滤板的结垢风险，其作用之三可稍微提高后续洗液的酸浓度以提高洗涤效果；滤布冲洗水较洁净且高温，加入二洗液储槽作为一洗区的洗涤用水，能增加冲洗量、增加洗液温度且有较优的洗涤效果。通过对磷石膏回水进行处理和采用洁净的冷凝水可减少对喷头的堵塞，延长过滤装置的维护周期。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种湿法磷酸生产系统，该系统包括矿浆槽、预反应槽、萃取槽、磷石膏回水处理系统、磷石膏回水储槽、过滤装置、中和反应储槽26、中和反应槽27、沉降槽28、压滤机29和滤液储槽31，所述萃取槽与硫酸储罐连接；所述过滤装置包括转盘真空过滤机25、磷酸储槽10、磷酸分离器9、滤洗液分离器12、反酸槽13、二洗液分离器14、二洗液储槽15、三洗液分离器17、三洗液储槽18、加热水槽、大气冷凝器20、真空泵23和冷凝水储槽21，所述转盘真空过滤机25包括初滤区1、过滤区2、一洗区3、二洗区4、三洗区5、滤布再生区6和磷石膏料斗7；所述矿浆槽、预反应槽、萃取槽和转盘真空过滤机25的进料口通过管路依次连接，所述磷石膏料斗7、磷石膏回水处理系统和磷石膏回水储槽通过管路依次连接，所述反酸槽13通过管路与预反应槽、磷酸储槽10和滤洗液分离器12连接，所述滤洗液分离器12通过管路与初滤区1的滤液出口和一洗区3的洗液出口连接，所述磷酸分离器9通过管路与过滤区2的滤液出口和磷酸储槽10连接；所述三洗区5的洗液进口通过管路与加热水槽连接，所述三洗区5的洗液出口、三洗液分离器17、三洗液储槽18和二洗区4的洗液进口通过管路依次连接，所述二洗区4的洗液出口、二洗液分离器14、二洗液储槽15和一洗区3的洗液进口通过管路依次连接；所述大气冷凝器20的进气口通过管路与磷酸分离器9、滤洗液分离器12、二洗液分离器14和三洗液分离器17的气体出口连接，其冷凝水出口通过管路与冷凝水储槽21连接，其排气口与真空泵23连接；所述磷石膏回水储槽和大气冷凝器20的冷却水进口通过管路连接，所述大气冷凝器20的冷却水出口、中和反应储槽26、中和反应槽27、沉降槽28、压滤机29、滤液储槽31和加热水槽通过管路依次连接，所述冷凝水储槽21通过管路与滤布再生区6的洗液进口和热水储槽连接，所述滤布再生区6的洗液出口通过管路与二洗液储槽15连接，所述三洗液储槽18通过管路与硫酸储罐连接。

其中，本实用新型实施例中的磷酸储槽10、反酸槽13、二洗液储槽15和三洗液储槽18均包括沉降槽体和存储槽体，所述沉降槽体和存储槽体并排设置；所述沉降槽体的顶部设有进料口并通入其内下部，其上部设有溢流口与存储槽体上部连通，其底部设有排污口；所述存储槽体底部设有出料口；所述三洗液储槽18的沉降槽体上的进料口通过管路与三洗液分离器17的液体出口连接，其存储槽体设有采样口和搅拌器且通过管路与硫酸储罐连接；所述二洗液储槽15的沉降槽体的进料口通过管路与滤布再生区6的洗液出口和二洗液分离器14的液体出口连接。

优选地，本实用新型实施例提供的湿法磷酸生产系统还包括浆渣收集槽32和再浆槽33，所述浆渣收集槽32用于收集压滤机29的滤渣且其通过管路与再浆槽33连接，所述再浆槽33通过管路与沉降槽28的浆渣出口和矿浆槽连接。

其中，本实用新型实施例提供的磷酸分离器9、滤洗液分离器12、二洗液分离器14和三洗液分离器17均为气液分离器；所述真空泵23为水环真空泵；所述热水储槽上设有蒸汽加热盘管和/或蒸汽加热夹套；所述中和反应槽27设有搅拌器与蒸汽加热盘管和/或蒸汽加热夹套，所述再浆槽33和浆渣收集槽32设有搅拌器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型实施例提供了一种湿法磷酸生产方法及生产系统，可提升产能4-5%，可增加利润6-10元/吨，可延长过滤装置的维护周期，可降低维护成本，可增加五氧化二磷的收率0.15%以上，可降低磷石膏的总磷含量0.05%以上，可降低水消耗和蒸汽消耗，经济效益显著。

附图说明

图1是现有的湿法磷酸生产系统的原理框图；

图2是本实用新型实施例提供的湿法磷酸生产系统的原理框图；

图3是本实用新型实施例提供的过滤装置的原理框图；

图4是本实用新型实施例提供的过滤装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的转盘真空过滤机的各功能区的分布图。

图6是本实施例提供的中和反应储槽和中和反应槽组合的结构示意图；

图7是本实施例提供的沉降槽、压滤机、滤液储槽和再浆槽组合的结构示意图。

图中：1初滤区、2过滤区、3一洗区、4二洗区、5三洗区、6滤布再生区、7石膏料斗、8磷酸成品泵、9磷酸分离器、10磷酸储槽、11反酸泵、12滤洗液分离器、13反酸槽、14二洗液分离器、15二洗液储槽、16二洗泵、17三洗液分离器、18三洗液储槽、19三洗泵、20大气冷凝器、21冷凝水储槽、22排气分离器、23真空泵、25转盘真空过滤机、26中和反应储槽、27中和反应槽、28沉降槽、29压滤机、30滤液收集槽、31滤液储槽、32浆渣收集槽、33再浆槽、a尾气、b进料浆、c硫酸、d低压蒸汽、e磷酸、f反酸、g密封水、h冷凝水、i三洗水、j真空排气分离水、k磷石膏及冲洗水、l去二洗液储槽、m磷石膏回水、n工艺水、o石灰水、p去沉降槽、q去磷酸地槽、r絮凝剂、s去矿浆槽、t去加热水槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

实施例1

参见图2-7，实施例1提供了一种湿法磷酸生产系统，该系统包括矿浆槽、预反应槽、萃取槽、磷石膏回水处理系统、磷石膏回水储槽、过滤装置、中和反应储槽26、中和反应槽27、沉降槽28、压滤机29和滤液储槽31等，萃取槽与硫酸储罐连接用于加入硫酸。过滤装置包括转盘真空过滤机25、磷酸储槽10、磷酸分离器9、滤洗液分离器12、反酸槽13、二洗液分离器14、二洗液储槽15、三洗液分离器17、三洗液储槽18、加热水槽、大气冷凝器20、真空泵23和冷凝水储槽21（同时起密封作用）等。转盘真空过滤机25包括初滤区1、过滤区2、一洗区3、二洗区4、三洗区5、滤布再生区6、磷石膏料斗7和卸料螺旋结构等，具体可以为江苏新宏大公司的hdzp系列转盘真空过滤机（hdzp-l160-00）。矿浆槽、预反应槽、萃取槽和转盘真空过滤机25的进料口通过管路依次连接，预反应槽和萃取槽可采用多槽并排结构（6或9槽结构等），磷石膏料斗7、磷石膏回水处理系统（具体可以为磷石膏堆场）和磷石膏回水储槽通过管路依次连接用于通过湿排或干排法等分离得到磷石膏回水，反酸槽13通过管路与预反应槽、磷酸储槽10（可溢流连接）和滤洗液分离器12连接，滤洗液分离器12通过管路与初滤区1的滤液出口和一洗区3的洗液出口连接，磷酸分离器9通过管路与过滤区2的滤液出口和磷酸储槽10连接。三洗区5的洗液进口通过管路与加热水槽连接，三洗区5的洗液出口、三洗液分离器17、三洗液储槽18和二洗区4的洗液进口通过管路依次连接，二洗区4的洗液出口、二洗液分离器14、二洗液储槽15和一洗区3的洗液进口通过管路依次连接。大气冷凝器20的进气口通过管路与磷酸分离器9、滤洗液分离器12、二洗液分离器14和三洗液分离器17的气体出口连接，其冷凝水出口通过管路与冷凝水储槽21连接，其排气口与真空泵23连接。真空泵23可通过管路与排气分离器22连接进行气液分离。磷石膏回水储槽和大气冷凝器20（保留凉水塔，具体可与凉水塔底部的循环槽连接）的冷却水进口通过管路连接以进行换热提升磷石膏回水的温度，大气冷凝器20的冷却水出口、中和反应储槽26、中和反应槽27、沉降槽28、压滤机29、滤液储槽31和加热水槽通过管路依次连接以实现对磷石膏回水进行处理得到微酸性且固含量低的磷石膏回水，冷凝水储槽21通过管路与滤布再生区6的洗液进口（主要考虑热水储槽的供应）和热水储槽（富余）连接，滤布再生区6的洗液出口通过管路与二洗液储槽15连接，三洗液储槽18通过管路与硫酸储罐连接。

具体地，参见图4，本实施例中的转盘真空过滤机25较磷酸分离器9、滤洗液分离器12、二洗液分离器14和三洗液分离器17高以形成落差。磷酸分离器9（距地面高度为7-11m）较磷酸储槽10（可设于地面上）高（正上方）以形成落差且之间可通过竖向直管连接。滤洗液分离器9（距地面高度为7-11m）较反酸槽13高（正上方）以形成落差且之间可通过竖向直管连接。二洗液分离器14（距地面高度为7-11m）较二洗液储槽15高（正上方）以形成落差且之间可通过竖向直管连接。三洗液分离器17（距地面高度为7-11m）较三洗液储槽18高（正上方）以形成落差且之间可通过竖向直管连接。大气冷凝器20（距地面高度为7-11m）较冷凝水储槽21高（正上方）以形成落差且之间可通过竖向直管连接。本实用新型中的反酸槽13与萃取槽之间的管路上设有反酸泵11，二洗液储槽15与一洗区3的洗液进口之间的管路上设有二洗泵16，三洗液储槽18与二洗区4的洗涤液进口之间的管路上设有三洗泵19，冷凝水储槽21与热水储槽之间的管路上设有冷凝水泵，磷酸储槽10通过磷酸成品泵8向外送磷酸。

其中，参见图4，本实用新型实施例中的磷酸储槽10、反酸槽13、二洗液储槽15和三洗液储槽18均包括沉降槽体（圆形槽体，用于使液体沉降）和存储槽体（圆形槽体）。沉降槽体和存储槽体并排设置。沉降槽体的顶部设有进料口与相应的分离器连接并通入其内下部，其上部设有溢流口（靠近存储槽体一侧）与存储槽体上部连通，其底部设有排污口（通过管路与磷酸地槽连接）。存储槽体底部设有出料口。三洗液储槽18的沉降槽体上的进料口通过管路与三洗液分离器17的液体出口连接，其存储槽体（其底部可设置排污口）设有采样口和搅拌器且通过管路与硫酸储罐连接。二洗液储槽15的沉降槽体的进料口通过管路与滤布再生区6的洗液出口和二洗液分离器14的液体出口连接，其存储槽体的出液口通过管路与一洗区3的洗液进口连接。

优选地，参见图2和7，本实用新型实施例提供的湿法磷酸生产系统还包括浆渣收集槽32和再浆槽33，所述浆渣收集槽32用于收集压滤机29的滤渣（可通过渣斗收集并通过工艺水、磷石膏回水进行冲洗）且其通过管路与再浆槽33连接，所述再浆槽33通过管路与沉降槽28的浆渣出口和矿浆槽连接。

具体地，参见图6和7，本实施例中的中和反应储槽26与和中和反应槽27之间的管路上设有给回水泵,中和反应槽27由4个反应槽串联而成，每级反应槽的进口与出口分别位于其上下部，上一级的出口与下一级的进口均位于上部或均位于下部。通过石灰水储槽来存储并添加石灰石水，石灰水储槽通过管路与第一级反应槽连接。中和反应槽27内设有搅拌器，其上设有加热夹套（设于反应槽外，与蒸汽管网连接）和/或加热盘管（设于反应槽内，与蒸汽管网连接）用于实现加热，其大小具体为φ4500mm*h4500mm（回水量80m³/h左右），其内的搅拌器的规格为φ1800mm，转速50r/min左右。中和反应槽27与沉降槽28之间的管路上设有反应料浆泵（流量为200m³/h左右，后续泵的流量与本泵匹配）。沉降槽28的浆料出口设于其底部（锥形），其澄清液出口设于其侧壁上，其顶部设有絮凝剂添加口用于加入絮凝剂，其通过管路与压滤机29的进口连接。沉降槽28与压滤机29之间的管路上设有压滤给料泵。浆渣收集槽32（地槽）设于沉降槽28与再浆槽33之间；浆渣收集槽32位于沉降槽28的下方，其内设有搅拌器，其进料口通过管路与沉降槽28的浆料出口连接，其出料口通过带浆渣泵的管路与再浆槽33（地槽）连接。

进一步地，参见图7，本实用新型实施例中的生产系统还包括滤液收集槽30（较滤液储槽31小，靠近压滤机29设置用于收集滤液），滤液收集槽30设于压滤机29的滤液出口与滤液储槽31之间。压滤机29较再浆槽33与滤液收集槽30高。再浆槽33通过带再浆泵的管路与矿浆槽连接。滤液收集槽30通过带滤液泵的管路与滤液储槽31连接。

其中，本实用新型实施例提供的磷酸分离器9、滤洗液分离器12、二洗液分离器14和三洗液分离器17均为气液分离器。真空泵23为水环真空泵。热水储槽上设有蒸汽加热盘管和/或蒸汽加热夹套。中和反应槽27设有搅拌器与蒸汽加热盘管和/或蒸汽加热夹套，再浆槽33和浆渣收集槽32设有搅拌器。压滤机为常见的板框压滤机，其滤布孔径为200-500目。

前述各结构之间的管路上根据需要设置泵、阀门和/或流量计等结构。

实施例2

实施例2提供了一种湿法磷酸生产方法，采用实施例1提供的湿法磷酸生产系统，该方法包括：矿浆与来自过滤装置的反酸进行反应（于预反应槽中），反应完成后再与浓硫酸进行反应（于萃取槽中），最后通过过滤装置进行过滤得到磷酸、反酸和磷石膏，磷石膏及冲洗液送磷石膏回水处理系统处理得到磷石膏回水。过滤装置的一洗区3的洗液和初滤区1的滤液（根据浓度加入或不加入磷酸）合并为反酸。磷石膏回水与过滤装置的大气冷凝器20换热后（提高水温以便于后续中和反应，保留凉水塔），经中和反应（于中和反应槽27中）、沉降（于沉降槽28中）、压滤（于压滤机29中）和加热（于加热水槽中）后送过滤装置的三洗区5作为三洗水（p2o50.2%左右，ph值6左右），大气冷凝器20收集磷酸分离器9、滤洗液分离器12、二洗液分离器14和三洗液分离器17的气体并冷凝得到冷凝水（温度较高且较纯净），冷凝水送过滤装置的滤布再生区6作为滤布再生水。三洗区5的洗液加入硫酸（具体浓度为90-99%）并调整至硫酸质量浓度为5.5-6.0%（较5%稍高，以保证一洗液的硫酸浓度在5%左右，其同样具有较好的洗涤效果，申请人发现洗液中硫酸浓度在5%左右时能防止滤板结垢）送过滤装置的二洗区4作为二洗水（p＜5%硫酸浓度5.5-6.0%，其它酸性物质的浓度小于0.3%），对二洗区4进行除垢同时能提升洗液温度。滤布再生区6的洗液与二洗区4的洗液合并后送一洗区3作为一洗水（p＜6%硫酸浓度为5%左右，以保证对一洗区3的洗涤效果），滤布再生区6的洗液可将硫酸浓度稍微降低，增加洗液温度，加大洗液用量。

其中，本实用新型实施例中的中和反应过程为：加入石灰水将磷石膏回水的ph值调整至6.5-7.0。沉降过程为：加入有机高分子絮凝剂（具体可以为聚丙烯酰胺），有机高分子絮凝剂的使用量为磷石膏回水质量的0.05-2%，沉降时间0.5-6h。压滤过程为：采用板框压滤机进行压滤，滤布孔径为200-500目，压滤压力为0.2-0.5mpa；加热过程为：将三洗水加热至60℃以上。

进一步地，本实用新型实施例中的沉降过程产生的浆渣与过滤过程产生的滤渣合并后调整（可加入滤液或磷石膏回水或工艺水）至密度为1.72-1.78g/cm³作为矿浆。

进一步地，本实用新型实施例中的部分冷凝水送滤布再生区6作为滤布再生水，剩余冷凝水与经压滤处理后的磷石膏回水混合、加热后送三洗区5作为三洗水可减少加热能量消耗，对磷石膏回水进行稀释。

其中，本实用新型实施例中的矿浆、反酸和浓硫酸的体积比为77-83:115-125:35-40，反应温度80-95℃，矿浆的密度为1.72-1.78g/cm³，反酸与矿浆反应至密度为1.48-1.52g/cm³后与浓硫酸反应，反酸的磷酸浓度（质量百分比浓度，后同）为14-16%，浓硫酸的浓度为90-99%。

其中，本实用新型实施例中的二洗区4的洗液经二洗液分离器14进行气液分离后与滤布再生区6的洗液混合，再物理沉降（于沉降槽体）得到一洗水。三洗区5的洗液经三洗液分离器17进行气液分离，再物理沉降（于沉降槽体）后与硫酸混合作为二洗水。一洗区3的洗液和初滤区1的滤液经滤洗液分离器12进行气液分离后，再物理沉降（于沉降槽体）后与或不与过滤装置的过滤区2得到的磷酸混合作为反酸。过滤区2的滤液经磷酸分离器9进行气液分离后，再物理沉降得到磷酸。

生产的磷酸浓度为21-24%，镁含量0.6-1.4%，固含量小于5%（以48%磷酸计），硫酸根离子小于4%。符合湿法磷酸工艺要求。2018年3月至2019年5月未对滤板进行大修清洗仍能正常使用，喷头的维护周期由45-55天延长至80-85天。

该专利的经济效益为（以三十万吨磷酸产量计，粗略计算）：

产品成本由3105元/吨降为3097元/吨（利润43-50元/吨），增加利润240万/年；具体地，耗水量由2.12吨水/吨酸降为1.71吨水/吨酸，耗蒸汽量由2.20t/吨磷酸将至2.08t/吨磷酸，磷石膏的总磷含量由1.51%降为1.44%；以磷矿计，五氧化二磷的收率由93.1%提升至93.3%。节约转盘真空过滤机的维护清理费30-55万元/年（计算人员工时时按200元/天计）。提升产量1.2-1.3万吨/年，额外增加利润约56万。每年增加利润350万左右。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。