贵州川恒公司150kt_a P2O5半水法磷酸装置生产总结_图文

1、中国磷瞻I监协会六属三次理事会暨第二十一屠全营磷复肥行监年会资料汇编贵州川恒公司150kt/a P205半水法 磷酸装置生产总结贵州川恒化工有限责任公司王佳才李进李子军【摘要】为解决现有二水湿法磷酸存在的磷酸浓度低、蒸汽消耗高、硫酸消耗高、流程长、投资 大、后端产品品质低、二水磷石膏难利用等缺点,结合国内外半水磷酸技术,采用自主知识产权 进行半水湿法磷酸的研发、中试及国产大型化,经过近三年的装置运行及优化证明所采用的技术 路线及生产装备具有良好的经济效益,从而成功实现半水湿磷酸装置国产大型化,在现有的湿法 磷酸生产领域具有良好的示范作用。贵州川恒化工有限责任公司湿法磷酸原有产能为125kt/a

2、(以PzO。计,下同,现有产能 为200kt/a,包括一套2002年建成投产的50kt/a二水法磷酸装置和一套2010年9月投 产的150kt/a半水法磷酸装置取代原于2005年建设的75kt/a二水法磷酸装置。150kt/a半水法磷酸装置是在结合贵州磷矿特点和借鉴国内外半水物工艺流程技术的基 础上,公司自主开发的半水磷酸工艺流程,首次实现了半水磷酸工艺的国产化和大型化,是目前 国内单系列产能最大的半水磷酸生产装置。产品磷酸浓度为4043%P。0。,主要供公司下游饲料 级磷酸钙盐装置和净化磷酸装置使用,副产品氟硅酸直接进行深加工氟化工产品,半水磷石膏采 用干法排放,供下游企业生产水泥缓凝剂、石

3、膏粉和纸面石膏板使用。到目前为止半水法磷酸装置运行正常,产能达到设计能力,装置设备和工艺、控制模式处于 国际先进水平。从广义上讲,凡是用酸分解磷矿制成的磷酸,可统称为湿法磷酸。磷矿石是一种复合物质, 其主要成份是氟磷灰石,氟磷灰石中含磷、氟、钙、碳及其它元素,并束缚在一个晶格内,当用 强酸(如硫酸等分解时,晶格被破坏,其所含的成份就进入溶液成为磷酸溶液,而其中的钙与 硫酸结合形成硫酸钙结晶沉淀,经过分离后则得到磷酸溶液及硫酸钙固体,磷酸生产的关键在于 磷酸溶液与固体石膏的分离,因此每一种流程的选择都居于获得均匀、粗大、稳定且易于过滤的 石膏晶体为前提。硫酸钙的结晶形式有casoa2Hz0、ca

4、sot1/2H:O、cas0。三种,根据硫酸钙结 晶的种类不一样,湿法磷酸的生产流程分为二水流程、半水流程、无水流程以及其它的联合形式 流程。半水浓酸流程就是磷矿与硫酸反应中形成半水硫酸钙结晶的生产流程;在高浓度磷酸溶液中国磷肥I韭协会六屠三次理事会餮第二+一屠全国磷复肥霉亍业年会资料汇编中使磷矿与硫酸进行反应,制得含半水物晶体的料浆,过滤分离洗涤后,滤液经澄清后得到 3843%Pzos的成品酸;半水结晶磷石膏洗涤后,排到渣场作其它用途;洗涤液返回反应系统作 调节用。磷矿石在磷酸溶液中分解是分两步进行的,第一步:磷矿首先被磷酸分解,生成磷酸一钙: Ca5F(P043十10H3P04+溶液=3H

5、3P04+HF+5Ca(H2P042+溶液 (1第二步:磷酸一钙继续与硫酸反应生产磷酸:5Ca(H2P042+溶液+H2S04=10H。P0。+5CaS0。1/2H20+溶液 (2与此同时,还发生多个反应:CaC03+H2S04=C02+CaS04+H20(3总的化学反应式如下:Ca。F(P04s+溶液+5H2S04=5CaS041/2H20+溶液+3H3P04+HF (4在反应式(1中释放出的HF可与矿石中存在的过剩的二氧化硅或硅酸盐作用生成氟硅酸。 6lF十Si02=H2SiF6十2H20(5在磷酸溶液中,氟硅酸的蒸汽分压是随磷酸浓度及温度的提高而增大,将部分地呈四氟化硅 气体逸出。H2S

6、iF6=SiF4+2HF (6从反应槽逸出的四氟化硅引入装置中用水吸收生成氟硅酸同时析出硅胶。3SiF4+(n+2.H20=2H2SiF6+Si02.n H20(7当采用半水物流程,氟的气相逸出率可达到4060%,便于回收处理。半水物流程,只有在液相硫酸不足的条件下,才能形成稳定的结晶。在硫酸不足的条件下, 液相存在剩余的Ca2+将对半水物结晶的脱水转化过程起很大的延缓作用,即使提高磷酸浓度至 53%P。0。,温度为120,反应7小时后仍然得到半水物晶体。在硫酸稍过剩的条件下,可以促进 半水结晶的成长,获得相当粗大的结晶,但随着硫酸的进一步过剩,半水结晶的成长速度降低且 钝化现象却逐步增加,故

7、硫酸过剩量也不能过大。基于磷矿的分解过程与半水硫酸钙的结晶过程 对硫酸浓度要求的不一致性,故半水法工艺的溶解和结晶分别在溶解槽和结晶槽内进行,在溶解 槽内控制硫酸量不足,使磷矿分解速率最大,可以得到最大的磷矿分解率,同进形成稳定的半水 结晶;而在结晶槽内控制硫酸过量,使半水结晶在合适的成长速率范围内成长,获得良好过滤性 能的粗大半水物结晶。不过半水物结晶一旦在硫酸不足的条件下形成后,即使在结晶槽内提高硫 酸浓度,也不会对半水物结晶的稳定性产生不利影响。145中营磷配I业协会六屠三次理事会暨第二十一属全营磷复疆行监年会瓷料汇编3.工艺流程简图、流程说明及产品、原材料质量要求图3一l反应系统流程简

8、图酸磷矿石经过反浮选、过滤处理后得到精矿粉或与原矿磷矿粉混合(100%小于1.6mm;水份 13%左右,经过计量后,输送到溶解槽A,与循环采输送的料浆在溶解槽A/B和分解槽A/B中反 应,反应后的料浆进入结晶槽A/养晶槽B与经过计量的98%的硫酸再继续反应生成易于过滤的料 浆,返酸进入溶解槽A中进行液固调节。料浆经过滤料浆泵输送到过滤机进行过滤得到产品酸;半水磷石膏经过三次逆流洗涤排至 渣场堆存并进行综合开发利用。公司半水磷酸装置设计标准为150kt/a PzO。,生产过程中从原料到产品都需严格控制质量 146中国磷靶I监协会六屠三次理事会暨第二十一属全国磷复肥行韭年会资料汇编 指标,以保证系

9、统的正常运行。装置原材料质量指标序原料名称 原料特性 质量要求号Pzos29.0%CaO=4549%AL20s2.O% l 磷矿粉 粉状固体物,易受潮Fe2031.5%M902.0%H2013.5%无色透明液体,有很强 H2S04=9398%2硫酸的腐蚀性深棕色液体,有特殊气 粘度:30cp(25 灰份:0.5%(最大 3消泡剂味,属表面活性剂 纯度:39.5%(最小流点:6%活性二氧 粉状固体,质轻易受潮、 SiO。75%AL。0。18%4化硅 有较大的比表积 H201%粒度:一200目 90%成品磷酸质量指标如下:P:0;含量=4043%s0。2一含量2.0%副产品氟硅酸质量指标:H:si

10、F。13一l 8%磷石膏:总磷o.9%公司150kt/a Pzos半水磷酸装置设计年开车300天,每天开车时间24小时,平均每天产量 为500吨P。0s。装置从2009年元月开始设计动工,2010年9月开始投料生产,其中经过技术改 进及设备磨合,目前生产系统运行稳定,单天最高产量达到650.5吨Pzos。生成的半水石膏为球 状聚晶体,其粒径达到4060u m,结晶水含量在5.06.O%,在过滤过程中不发生晶形转变,其 料浆易于过滤,其过滤强度达825Kg/m2h(以干基计,洗涤率达到98.6%,萃取率达到97.2%, 工艺总收率达到95.8%;产出的半水湿法磷酸P:05%浓度为3845%,副产

11、氟硅酸浓度为15一18%。 公司半水磷酸装置2010年9月建成开车,到2011年后开始正常生产,逐步实现高产、低耗 运行,磷酸产量逐年递增,目前磷酸装置运行稳定,截止2013年12月份,已经累计生产P:0。 457003吨。历年产量情况见下表:147历年产量情况年份 产量(t 备注2010年 21533912月份产量2011年 1213952012年 1517252013年 162350合计 4570032013年卜12月份产量明细装置投产至正常运行以来,产品酸的P。0j含量一直维持在4卜42%的水平,SO。2一浓度在 1.72.1%之间。如图表所示,产品指标的波动比较平稳,质量控制水平较高。

12、148年卜月份成品酸指标明细 月份 ： 一 月份 装置副产品氟硅酸含量一直维持在一的水平。如图表所示，产品指标的波动比较平 稳，质量控制水平较高，为下游企业的生产提供了质量良好的原料。 中国磷薏巴业协会六属三次理事会暨第二一属全国磷复配行业年会资料汇编 年卜月份副产品氟硅酸明细 月份 含量（） 月份 含量（） 半水磷酸装置年月生产情况分析 半水磷酸装置年月产量、指标表及磷石膏洗涤情况 年月产酸平均浓度，磷石膏总磷，水溶磷，萃取率， 洗涤率，工艺收率。产量和质量均完成月计划目标。 半水磷酸装置年月开车情况统计及停车原因 年月系统开车时间小时，停车时间为小时，其中计划清理小时， 停车改管线小时，滤

13、布问题停车小时，精矿不足停车小时，系统开车率为， 停车时间分布如下图： 停车时间分布图 停车 半水磷酸装置年月磷矿消耗及磷矿质量指标 全月消耗磷精矿吨，平均磷精矿总磷，氧化钙，氧化镁，水 分，氧化铁，氧化铝，钙磷比。 半水磷酸装置年月各类物质单耗情况 全月平均磷精矿单耗为 ，硫酸 ：。，水 ：，电 ，蒸汽 ，消泡剂 ，各类物资单耗维持在较低水平，成本 可控。 中国磷肥业协会六蟊三次理事会暨第二十一属全国磷复疆行业年会瓷料汇编 半水磷酸装置设备运行情况 关键设备的运行情况及改进 半水装置使用的设备除少量进口外，大部为国产设备，其中最为关键的设备是反应搅拌及过 滤机，在生产中容易发生故障导致停车。

14、 在年试运行过程中，由于制造厂家在制造搅拌的工艺存在缺陷，在使用过程中出现搅 拌轴断裂，后经公司与制造厂家分析研究，找准原因后对产品进行改进。改进的产晶经年运行， 目前没有再发生类似情况，整个装置的搅拌运行正常。 反应料浆的过滤设备采用带式过滤机。在试运行的个月中，出现胶带托辊相继损坏的现象， 需要经常更换，耗损严重，后经公司设备技术人员先后改进，目前也已运行卜常。 装置的材质选择 半水工艺中磷酸的浓度高，反应料浆的温度高，料浆腐蚀性强，一般材质的钢材容易遭腐蚀， 损耗严重，这也是制约半水法磷酸工艺推广应用的原因之一。半水反应槽的搅拌材质没有出现腐 蚀情况，磨损也正常，搅拌运行正常。 因为半水

15、工艺中磷酸的浓度高，反应料浆的温度高，管路的材质选用复合管，此管路内表面 光滑，不易堵塞，对于半水磷酸装置较适用。 生产运行情况总结 半水磷酸装置从年月调试运行以来，经过数次技改，目前装置运行稳定，产能达到 并超过设计能力，其中在年月时连续天产能达到吨以上，并且在年的进一步 优化，能较为长期稳定地保持单产能力达吨以上。装置萃取率能达到以上，洗涤率达 到以上；系统副产的氟硅酸用于无水氟化氢及氟化铵、氟化氢铵等产品的生产，半水磷石膏 用于生产建材制品，产品的质量和成本比用二水磷石膏为原料生产的有很大优势。 系统结垢是影响装置开车率的直接原因，而结垢产生的最直接原因是磷矿中含一定量的金属 氧化物杂质。近年来随着磷矿的逐渐贫化，。品位不断降低，金属氧化物杂质含量不断升高， 使得磷酸生产更加艰难。目前系统每月需要计划次清理，运行好时只需次清理，但是每次清 理时间较长，劳动强度大。为了缩短清理时间，提高开车率，公司计划采用化学法清理结垢，其 他方法也在摸索中，系统结垢问题可以得到很好的改善。 通过该套装置的产业化运行为国内半水磷酸技术大型化、国