一种三级浓缩磷酸的系统的制作方法

本技术涉及化工领域，具体涉及一种三级浓缩磷酸的系统，具体说是一种利用硫酸生产装置产生的中压饱和蒸汽三级浓缩稀磷酸得到目标产品--浓磷酸、冷凝水回硫酸生产装置、冷凝液去磷酸装置、闪蒸出来的含氟尾气去生产氟硅酸的新工艺。

背景技术：

1、磷酸是一种重要的中间化学产品，其用途概括起来有两个方面，即化肥生产和工业磷酸盐的生产，而湿法磷酸则主要用于化肥生产。

2、湿法磷酸的生产工艺主要是二水法、约占80%以上，二水法磷酸产品质量浓度是22%~28%p2o5，由于浓度过低，不能直接使用，需要浓缩至质量浓度40%以上。2021年国内磷酸（折100% p2o5）产量近 1700万吨，低质量浓度22%~28%p2o5的磷酸（折100% p2o5）接近1360万吨，实物接近5440万吨，每年需要蒸发浓缩掉的水分为2040万吨。目前低浓度的稀磷酸浓缩都是用的0.3mpa（绝压）、133℃左右的低压蒸汽，每蒸发一吨水需要消耗约1.25吨的低压蒸汽，每年需要消耗低压蒸汽约2550万吨。

3、2021年国内硫酸产量8556万吨，其中大部分硫酸用来生产磷酸，同时生产了将近1亿吨的中压蒸汽，约四分之一的中压蒸汽用来浓缩磷酸。如果采用中压蒸汽三级浓缩稀磷酸，可大量减少蒸汽用量，蒸汽用量可节约一半以上，得到的浓磷酸浓度更高，节约的蒸汽可用于发电。因此利用好中压蒸汽三级浓缩稀磷酸，节能降耗、降低生产装置碳排放及操作和维修费用很有必要、确实可行。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种三级浓缩磷酸的系统及方法，利用硫酸装置生产的中压饱和蒸汽不需要减温减压直接用来浓缩稀磷酸，节约蒸汽减少碳排放。用中压蒸汽在一级磷酸加热器加热一级循环磷酸，在一级蒸发浓缩除沫器蒸发水分、浓缩一级循环磷酸得到目标产品浓磷酸；一级蒸发浓缩除沫器蒸发出的水蒸气去二级磷酸加热器加热二级循环磷酸，在二级蒸发浓缩除沫器蒸发水分、浓缩二级循环磷酸；二级蒸发浓缩除沫器蒸发出的水蒸气去三级磷酸加热器加热三级循环磷酸，在三级蒸发浓缩除沫器蒸发水分、浓缩三级循环磷酸。通过三级浓缩磷酸的系统及方法，用较少的中压饱和蒸汽将稀磷酸浓缩成浓度较高的浓磷酸。本实用新型优化工艺操作，大幅度减少蒸汽消耗，降低生产成本，符合绿色低碳的系统及方法。

2、一种三级浓缩磷酸的系统，该系统包括一级磷酸加热器、一级蒸发浓缩除沫器、一级结晶分离器、二级磷酸加热器，二级闪蒸浓缩除沫器，二级结晶分离器，三级磷酸加热器，三级闪蒸浓缩除沫器和三级结晶分离器；

3、一级磷酸加热器管程出口通过一级蒸发浓缩除沫器与一级结晶分离器顶端进口相连，一级结晶分离器底端出口通过一级磷酸浓缩循环泵与一级磷酸加热器管程进口相连；

4、一级蒸发浓缩除沫器顶部的输出端与二级磷酸加热器的上部相连，二级磷酸加热器的顶部通过二级闪蒸浓缩除沫器与二级结晶分离器相连，二级结晶分离器的输出端与二级磷酸加热器底部进口相连；

5、二级闪蒸浓缩除沫器顶部的输出端与三级磷酸加热器的上部相连，三级磷酸加热器顶部的输出端通过三级闪蒸浓缩除沫器与三级结晶分离器的顶部相连，三级结晶分离器底部的输出端与三级磷酸加热器底部的进口相连。

6、本实用新型技术方案中：所述的一级磷酸加热器壳程进口与来自界区的中压蒸汽输送管道相连、一级磷酸加热器壳程出口通过一级冷凝水收集槽与去界区的冷凝水输送管道相连。

7、本实用新型技术方案中：去界区的浓磷酸管道与来自二级浓缩磷酸循环泵出口的二级浓缩磷酸管道皆与一级浓缩磷酸循环泵出口至一级磷酸加热器管程进口连接管道相连，去界区的浓磷酸管道靠近一级浓缩磷酸循环泵出口，来自二级浓缩磷酸循环泵出口的二级浓缩磷酸管道靠近一级磷酸加热器管程进口。

8、本实用新型技术方案中：二级磷酸加热器壳程出口通过二级冷凝液收集槽与去磷酸装置的二级冷凝液输送管道相连。

9、本实用新型技术方案中：去一级浓缩的二级浓缩磷酸管道与来自三级浓缩磷酸循环泵出口的三级浓缩磷酸管道皆与二级浓缩磷酸循环泵出口至二级磷酸加热器管程进口连接管道相连，去一级浓缩的二级浓缩磷酸管道尽量靠近二级浓缩磷酸循环泵出口、来自三级浓缩磷酸循环泵出口的三级浓缩磷酸管道尽量靠近二级磷酸加热器管程进口。

10、本实用新型技术方案中：三级磷酸加热器壳程出口通过三级冷凝液收集槽、冷凝液输送泵与去磷酸装置的二级冷凝液输送管道相连。

11、本实用新型技术方案中：去二级浓缩的三级浓缩磷酸管道与来自界区的稀磷酸管道皆与三级浓缩磷酸循环泵出口至三级磷酸加热器管程进口连接管道相连，去二级浓缩的三级浓缩磷酸管道尽量靠近三级浓缩磷酸循环泵出口、来自界区的稀磷酸管道尽量靠近三级磷酸加热器管程进口。

12、一种利用上述的系统实现三级浓缩磷酸的生产方法，该方法包括以下步骤：

13、(1)一级加热蒸发浓缩磷酸工段：来自硫酸生产装置的中压饱和蒸汽温度≥211℃、绝压≥2.0mpa进入一级磷酸加热器壳程，与管程中的一级循环磷酸进行换热，中压饱和蒸汽被冷却成冷凝水，从一级磷酸加热器壳程出口去一级冷凝水收集槽，从一级冷凝水收集槽底部回硫酸生产装置；

14、来自一级浓缩磷酸循环泵和来自二级浓缩磷酸循环泵出口的两股磷酸混合后进入一级磷酸加热器管程进口，在一级磷酸加热器中循环磷酸被加热，温度上升到≥189℃，然后循环浓磷酸进入一级蒸发浓缩除沫器，在气相温度≥144℃、气相绝压≥0.41mpa的情况下蒸发除去循环磷酸一部分水分，循环磷酸浓度提高，同时温度降低到≥186℃，出一级蒸发浓缩除沫器的一级循环浓缩磷酸先经过一级结晶分离器过滤破碎分离出结晶，然后进入一级磷酸浓缩循环泵，出一级磷酸浓缩循环泵的磷酸一部分作为一级循环磷酸去一级磷酸加热器进行下一个循环，另一部分作为目标产品磷酸去界区，目标产品磷酸含p2o5质量浓度≥54%；

15、(2)二级加热闪蒸浓缩磷酸工段：来自一级蒸发浓缩除沫器顶部的低压饱和蒸汽温度≥143℃、绝压≥0.4mpa进入二级磷酸加热器壳程，与管程中的二级循环磷酸进行换热，低压饱和蒸汽被冷却成冷凝液，从二级磷酸加热器壳程出口去二级冷凝液收集槽，从二级冷凝液收集槽底部去磷酸反应、过滤装置使用；来自二级浓缩磷酸循环泵和来自三级浓缩磷酸循环泵出口的两股磷酸混合后进入二级磷酸加热器管程进口，在二级磷酸加热器中循环磷酸被加热，温度上升到≥110℃，然后循环浓磷酸进入二级闪蒸浓缩除沫器，在气相绝压≥0.062mpa、气相温度≥87℃的情况下闪蒸除去循环磷酸一部分水分，循环磷酸浓度提高，同时温度降低到≥107℃，出二级闪蒸浓缩除沫器的二级循环浓缩磷酸先经过二级结晶分离器过滤破碎分离出结晶，然后进入二级磷酸浓缩循环泵，出二级磷酸浓缩循环泵的磷酸一部分作为二级循环磷酸去二级磷酸加热器进行下一个循环，另一部分作为二级磷酸去一级磷酸加热器管程进口，二级磷酸含p2o5质量浓度≥42%；

16、(3)三级加热闪蒸浓缩磷酸工段：来自二级闪蒸浓缩除沫器顶部的低压饱和蒸汽温度≥85℃、绝压≥0.059mpa进入三级磷酸加热器壳程，与管程中的三级循环磷酸进行换热，低压饱和蒸汽被冷却成冷凝液，从三级磷酸加热器壳程出口去三级冷凝液收集槽，从三级冷凝液收集槽底部经冷凝液输送泵去磷酸反应、过滤装置使用；来自三级浓缩磷酸循环泵和来自界区的稀磷酸的两股磷酸混合后进入三级磷酸加热器管程进口，在三级磷酸加热器中循环磷酸被加热，温度上升到≥61℃，然后循环浓磷酸进入三级闪蒸浓缩除沫器，在绝压≥9.82x10-3mpa、气相温度≥46℃的情况下闪蒸除去循环磷酸一部分水分，循环磷酸浓度提高，同时温度降低到≥58℃，出三级闪蒸浓缩除沫器的三级循环浓缩磷酸先经过三级结晶分离器过滤破碎分离出结晶，然后进入三级磷酸浓缩循环泵，出三级磷酸浓缩循环泵的磷酸一部分作为三级循环磷酸去三级磷酸加热器进行下一个循环，另一部分作为三级磷酸去二级磷酸加热器管程进口，三级磷酸含p2o5质量浓度≥33%。

17、本实用新型技术方案中：所述一级磷酸加热器由合金钢制作，二级磷酸加热器、三级磷酸加热器由合金钢或石墨制作。

18、本实用新型提供一种三级浓缩磷酸的系统及方法，该方法用中压饱和蒸汽三级浓缩磷酸，每蒸发1吨水只需消耗2.3mpa（绝压）中压饱和蒸汽0.5~0.6吨，用0.3mpa（绝压）、133℃低压饱和蒸汽则需消耗1.2~1.3吨，1吨2.3mpa（绝压）中压饱和蒸汽用25℃的水减温减压也只能得到1.029吨0.3mpa（绝压）、133℃低压饱和蒸汽，因此用中压饱和蒸汽去浓缩磷酸节约蒸汽在50%以上，目标产品磷酸含p2o5质量浓度更高，可达54%以上。磷酸加热器用合金钢制作，磷酸加热器管程中磷酸流速可采用高流速（流速可＞2.3米/秒），可防止磷酸加热器中结垢和频繁洗涤，能适用于高含固量磷酸而不易磨蚀。尤其是一级磷酸加热器采用合金钢制作，避免由于一级磷酸加热器破损污染冷凝水而影响蒸汽系统回水、腐蚀蒸汽系统。本专利旨在节能降耗、降低生产装置碳排放及操作和维修费用。