磷酸快速萃取技术生产实试小结

1、磷酸快速萃取技术生产实试小结鲁西化工集团阳谷化工厂庞仁杰宏大科技开发公司俞政一一、技术来源和支持?磷酸快速萃取技术是由江苏宏大科技开发公司的俞政一经2僚年的理论研究、实验室试验和生产实践的基础首创而成，但缺乏长期稳定运行的系统性资料。在中国磷肥协会 大力支持和精心安排下，于1998年8月底9月初，在山东鲁西化工集团阳谷化工厂进行长期 稳定的系统性试验。试验工作一直在张良峰厂长亲自领导下，庞仁杰副厂长亲自担任磷酸 快速萃取技术组组长；宏大科技开发公司及时提供了新颖硫磷混酸冷却器及顺流型搅拌 桨，并针对所用磷矿特性，提出了有关工艺条件的控制范围。保证了磷酸快速萃取技术生 产试验工作的顺利进行。于1

2、999年2月3日，中国磷肥协会、鲁西化工集团阳谷化工厂及宏 大科技开发公司，在鲁西化工集团阳谷化工厂召开了快速萃取生产性试验进行了阶段性试 验小结会。会议认为以1999年1月份全月的生产报表为依据（表5）,该技术已达到： ?磷酸产量由设计能力的1.5万吨BQ/年，增加到年产量4万吨的Q/年技术指标：转化率：97.5%;洗涤率：98.5%;石膏中水溶性P2Q: 0.5%0 ?二、磷酸快速萃取技术理?磷酸快速萃取技术发明人提出：磷石膏结晶是以液泡为单位的瞬间结晶，而不是先生 成品核再由晶核成长为结晶的传统理论。反应时间也不是46小时而是小于2小时等等（详见表1）。表1 磷酸快速成萃取的理论与传统理

3、论比较:基本概念快速萃取理论传统理论分子结构空间逻辑结构以原子价平衡为基础的平面结构均溶液性质由单位体系组成的混合体系一体系反应机理能量及功能基团的交换离子父换反应过程在液泡（微体系）内进行在整系统内进行磷矿酸解过程磷酸中的水置换磷矿物中的主要反应为硫酸直接分解磷矿生成CaO成磷酸一钙或二钙，然磷酸与磷石膏结晶后再生成磷酸与磷石膏结晶磷后高结晶以液泡为单位的瞬间结晶分晶核生成和晶核成长二阶段与磷矿石的反应性与氟含量后关CO2后关反应（结晶）时间可小于2小时46小时SO 3浓度控制按能量浓度进行控制用百分含量进行控制萃取磷酸分子式(H3PO) n FH3PO?三、磷酸快速萃取技术的系统性试验发明

4、人将上述理论于198孙首先应用于开封化肥厂，后又在陕西复肥厂、云南磷肥厂 及江苏泰兴磷肥厂等厂进行过生产性试验验证。试验结果表明磷酸产量普遍提高。由于受 原料供应及磷酸后继加工能力的限制，产量增幅仅为原设计能力的200%。而根据磷酸快速萃取技术的理论及实践经验推算，现有萃取磷酸装置在萃取槽及过滤机不变条件下，装 置生产能力至少可为原设计能力的 300%以上。与生产能力提高的同时，热平衡问题必需 解决。因此，在鲁西化工集团阳谷工厂继续进行磷酸快速萃取技术的试验和理论验证。鲁西化工集团阳谷工厂对磷酸快速萃取技术的要求，不仅年生产能力能要达到5万吨P2O/年，并且要求在使用AI2Q/F(质量比)00

5、.65的开阳磷矿情况下，磷石膏水溶性 P2Q含 量不超过0.5 %, ?以适应石高制水泥和硫酸的要求。因此，调整工艺条件暴露系统存在问 题亦是试验的目的之一。即在不增加反应、过滤设备，而只对一些输送设备的能力进行调 整情况下，暴露和整改加大投矿量后存在的问题，不断改进设备提高装置生产能力。这 样，整个试验分成以下几个阶段。? ? ? ?第一阶段试验目的：? ? ? ? 1.对工艺条件和新操作制度的适应。? ? ? ? 2.测定及验证硫磷混酸冷却器的特性参数、耐腐蚀情况及使用寿命。? ? ? ? 3.验证萃取反应(结晶)时间小于1.5小时的各项工艺参数。?磷酸快速萃取技术的要点是：更新工艺理论、

6、改变操作制度，采用硫磷混酸冷却及顺 流型搅拌桨。?加大装置生产能力即加大投矿量的结果，必然增加反应热。现有的萃取反应热大多采 用空气鼓风冷却，它的优点是投资及运行费用低。但是，受萃取料浆表面泡沫层的影响， 冷却效率低，它的传质系数低于 55kg-H2O/(m2 h), 一般为29kg-HzO/(m2 h)。也就是说, ?采用空气鼓风冷却，萃取槽的生产能力至多只能提高一倍。虽则在江苏泰兴磷肥厂以及 其它磷肥厂等厂，应用磷酸快速萃取技术曾将装置生产能力提高至原设计能力的300%但维持时间较短，未经长时间的考核。因此，由投矿量加大后引起的一系列问题未能充份 暴露。为进一步提高装置生产能力，达到长期稳

7、定生产，如何移走磷矿酸解反应热，是一 个必需解决的问题。?对磷矿酸解过程进行理论解析的结果，反应热的大部份来自于硫酸与磷酸的混合热。 如果将这一混合热用“硫磷混酸冷却器”移出至料浆外进行冷却，则可降低萃取槽的冷却 负荷提高装置生产能力。因此，硫磷混酸冷却器的冷却能力及反应温度的可控性，就成为 本试验的首要目的。? ? ?试验结果表明：在不改动萃取槽和过滤机的前提下，反应时间缩短至2小时以下，改变传统工艺操作 制度，对生产并没有带来任不利影响，具有明显的增产效果；硫磷混酸冷却器的冷却效果 显著，但耐腐蚀性能差，结构必需改进。?要取得长期稳定的增产效果，磷矿组成应相对稳定，否则工艺条件难于控制。?

8、 ? ? ?第二阶段试验的目的：? ? ? ? 1.继续提高生产能力并达至长期稳定运行的目的。? ? ? ? 2.测定磷石膏过滤机的过滤能力及各项参数。? ? ? ? 3.结构改进后的硫磷混酸冷却器的使用寿命。? ? ? ?试验结果表明：? 1.在用贵州开阳磷矿石为原料 （表2）时，装置平均生产能力4.514.53万吨的Q/年（表3.）。用开阳、保康磷矿混矿时的平均生产能力为 4.134.51万吨RO/年。? 2.磷石膏结晶晶粒粗大均匀，过滤料浆量在8088岛小时情况下，过滤区的五块滤盘只用了 1.5块盘，滤饼表面即已吸干。？滤饼厚度最大为11.5公分，通常为69公分。? 3.结构改变后的硫磷

9、混酸冷却器，？使用时间长达三个月仍未见严重腐蚀。冷却效果 良好。? 4.磷酸萃取所用顺流型搅拌桨使用已有半年，？桨叶表面未见任何磨损；搅拌轴的气相腐蚀有很大缓解；结晶破碎程度与通常使用的搅拌桨比较也有极大改善。? ? ?第三阶段试验目的：?为解决我国磷矿组成复杂，杂质含量变化大，再加上现有的反应槽设计不合理，直接影响磷石膏结晶形状及大小变化，影响磷石膏过滤性能及石膏中水溶性的0含量的问题将从萃取磷酸设备结构上加以改进，以适应磷矿组成的变化。四、磷酸快速萃取技术的适应性：（一）对磷矿的要求：?磷酸快速萃取技术对磷矿的要求为 Al2Q/F（质量比）0 0.65 , ?如果磷矿中的Al2Q/F（质

10、量比）0.65,则会出现“加矿不出酸”的现象；对 MgO口P2M量以及CaO/RQ（质量比）无 严格要求。例如：?1.陕西复肥厂原设计要求用云南晋宁矿为原料，？采用磷酸快速萃取技术后，晋宁矿只占总用量的20%,其余80%为湖北矿和四川清平矿。?2.江苏泰兴磷肥厂全部以湖北宜昌矿为原料。?3.鲁西化工集团阳谷化工厂所用磷矿组成：1999年元月2日至12日，使用开阳磷矿为原料，从13日起为开阳、保康混矿（表2）。与之相对应的生产能力如（表3）。表2萃取磷酸所使用的原料磷矿组成：?名WP_2Q CaO Fe 2Q Al 2Q MgO AI. F CO?开34.84 49.82 1.23 1.07 1

11、.21 3.57 ?混 矿 33.84 48.09 1.26 1.13 1.12 6.05? 表31999 年元月915日的生产能力（万吨P2O/年）?起迄日期按投矿量折算成磷酸量?最大 最小 平均?9 日12 日504394453?9 日15 日？?5.043.794.36由表（3）可以看出，元月1215日的装置生产能力低于912日。主要原因为，混矿并 不改变萃取过程的化学反应，只改变萃取磷酸及磷石膏结晶的物理性。（二）对萃取反应槽的适应性：?磷酸快速萃取技术虽然大多用在同心圆萃取槽上，但反应器结构形式并不影响化学反 应进程及结果。如开封化肥厂的磷石膏结晶器即是长园形反应器。对于一些使用料浆

12、真空冷却的磷酸萃取装置，采用硫磷混酸冷却器和顺流型搅拌桨， 同样能取得提高装置生产能力的结果。（三）对工艺操作及管理要求：?磷酸快速萃取技术和传统的磷酸生产技术一样，对磷矿管理要求磷矿化学组成应相对 稳定，磷矿破碎前应有磷矿的均化措施。五、快速萃取技术的经济效益? ? ? ? 1.投资?对一些由原设计装置生产能力为 1.5万吨P2O/年规模的老厂，改造45万吨F2Q/年的 能力，所需改造项目为供矿、供酸、物料送设备（表4）以及相应的公用工程，而主机一萃取槽及过滤机和相应的厂房均可不动。因此，硬件费可大大地节省。?如将该技术用于新上项目，设备和厂房费用同样可以节省。表4有关设备能力变动及要求要求

13、设备能力及规格原有设备能及规格3/hm3/h?设备能力变动：排风机Q鼓风机50000取消Q= 20000Q= 10000矿浆泵 料浆泵15.0100.0?成品磷酸泵30.0返磷酸泵70.0?洗液（稠浆）泵30.0后高皮带带速增加至1.2米/秒或加宽?设备：?硫磷混酸冷却器（专利勺.9） 新培加?及顺流型搅拌桨（专利申请号：.3）原搅拌将改造经营费用?虽然产量大幅度增长，但电耗、设备折旧及维修费及人工工资等可变成本下降，而周 定成本不变。通常，年产1.5万吨P2Q的磷酸装置的磷酸车间成本200CTX/吨P2Q,可变成 本占车间成本的1520%。因此，每增加一吨PO,可增加3004007s的效益。

14、且经济效益 的增加幅度随增产幅度的增加而增加。鲁西化工集团阳谷化工厂1998年12月，磷酸装置生产能力为3.3万吨P2O/年，硫基氮磷钾车间生产成本由13801450?元?/?吨降至1200元/吨。1999年3月生产成本为1130元/吨。六、结论? 1.装置生产能力。以1999年1月为例（表5）, 1月2日大修结束、开车，3日至29日共27 天，投入PQ品位为34%的磷矿8859.66吨，？因磷酸胀库等原因，停车136.5小时，作业率 为78.94 %。这样，磷酸产量已由设计能力的 1.5万吨P2c5/年增加到年产量4万吨P2O/年。 P2Q转化率97.5 %;洗涤率98.5%;石膏中水溶性P

15、2QW0.5%。? 2.磷酸快速萃取技术硬件投入费用低，所产生的经济效益高。对磷矿的要求除了 Al2Q/F（质量比） 0.65 ,如果磷矿中的 Al2C3/F（质量比） 0.65,则会出现“加矿不出酸”的现象；对 MgQ口BQ含量以及CaO/PQ（质量比）无严格要 求。但在用混矿生产时，对混矿比例随所用磷矿不同而有不同要求。?4.硫磷混酸器可有效地除去磷矿酸解热的大部份，？且在混酸冷却器上无磷石膏结垢堵塞现象。?5.顺流型搅拌桨可改善桨叶表面磨损和结晶破碎程度 ，和缓解搅拌轴的气相腐蚀。表5鲁西化工厂集团阳谷化工厂磷酸磷镂生产情况月报：1999年1月日?期投矿量硫酸量（P吨/日吨/日MAP2。

16、) 吨/日(PNP K2Q)(吨/日磷水溶心1石；匕 P2Q)%2膏3开车 时间小时开停车记录：? 311.62 234.3942.8019.870.39)0.26 0.20 18.8酸胀库、检修? 4277.49 215.4320.4050.100.22 0.20 0.11 16.7清理、检修设备? 5194.04 167.1876.93 0.590.07 0.0912.8酸胀库? 6334.08 274.0492.01 0.060.10 0.1517.5酸胀库? 7272.12 206.8274.01 1.300.11 0.0817.5酸胀库? 8396.81 299.8962.51 0.

17、290.30 0.5919.5换滤布、检修5? 9 468.75403.2966.5362.01 1.52 0.30 0.18 24.0?10365.47310.2371.6265.31 0.38 0.52 0.18 21.0石膏胀库?11403.46327.4761.2659.24 0.12 0.6920.0缺矿、缺水、石膏皮带跳闸停车?12442.00389.5169.6961.45 1.28 1.14 0.66 22.2缺矿、返酸管坏?13352.10301.6145.4660.16 0.58 0.65 0.93 19.8缺矿、用开阳保康混矿、换滤布?14396.38317.1251.8

18、461.60 1.38 4.38 1.40 22.0清湿潭斗?15390.77306.7843.1955.47 1.96 2.20 2.23 20.5修稠浆泵。？16411.39330.9187.01 2.70 1.3220.2换滤布17367.55311.9584.13 0.26 0.22 0.20 24.0一洗泵坏，减量18345.20284.3896.920.33 21.7酸胀库、检查过滤系统19254.58177.5290.06 0.290.24 13.5酸胀库、换滤布、清真空室20342.02272.3179.94 0.18 0.16 0.07 20.5酸胀库、2122308.14282.40249.9182.16 0.11 0.11 0.20 20.085.69 0.41 0.38 0.14酸胀库酸胀库23268.97255.0895.10 0.07 0.17