磷酸生产技术(发)

磷酸一铵生产技术××化工工程有限责仼公司2012.02.15磷酸一铵生产技术目录1 磷酸生产工艺技术方案 41.1矿浆制备工艺 41.2湿磨工艺介绍 51.3磷酸生产工序 71.3.1磷酸生产工艺的介绍 71.3.2磷酸生产过程主要化学反应 71.4湿法磷酸工艺技术介绍 81.4.1工艺技术发展特点 8（1）装置大型化 8（2）二水法流程仍占主导地位，同时积极发展半水法和再结晶工艺，使装置更加节能。 91.4.2世界上湿法磷酸工艺情况 91.4.3磷酸工艺技术方案的比较与选择 101.5二水法工艺技术的比较和选择 111.5.1二水法工艺技术介绍 111.5.2二水法工艺技术的比较 121.5.3二水法工艺技术选择 121.6磷酸生产主要设备选择 121.6.1球磨机 121.6.2萃取槽的选择 121.6.3过滤设备的选择 161.6.4尾气洗涤设备的选择 172 磷酸生产工艺 182.1 磷酸生产工艺流程 182.1.1 磷酸生产工艺流程简介 182.1.2 磷酸生产工艺流程图 192.2 生产物料平衡 212.2.1 年产20万吨磷酸一铵装置物料平衡见图1-2 212.2.2 生产装置的磷平衡 222.3磷酸生产主要设备一览表 233 磷酸一铵生产技术 243.1 磷酸一铵工艺技术的选择和比较 243.1.1 磷酸浓度的确定 243.1.2 中和方法的确定 243.1.3 磷铵料浆雾化方式的选择 253.2 磷铵生产工艺的介绍 263.2.1 传统法生产磷酸铵的工艺 263.2.2 料浆法生产磷酸铵类肥料的工艺 273.2.3 磷酸一铵工艺生产流程 284 磷铵生产工艺介绍 304.1生产工序 304.1.1 中和工序 304.1.2浓缩工序 304.1.3干燥 314.2 余热利用 314.3氨站 324.4 磷铵生产过程的主要化学反应： 324.5 磷铵系统主要设备的选择 334.5.1 料浆浓缩加热器： 334.5.2 喷雾干燥装置： 334.5.3 喷粉塔 334.6 磷酸一铵装置原料及能源消耗量 344.7 磷铵装置主要设备 34磷酸生产工艺技术方案采用单槽单桨磷酸快速萃取—转台真空过滤技术配套建设20万吨/年湿法磷酸生产装置一套（含磷矿制浆系统）。本工艺分矿浆制备及磷酸生产二部分。1.1矿浆制备工艺1.1.1原料生产中矿浆制备工艺的确定磷酸生产中矿浆制备工艺中磨矿通常有干磨与湿磨两种工艺，湿磨工艺有开路磨矿和闭路磨矿二种流程。干磨工艺干磨工艺是将磷矿在风扫磨内磨成90%通过100目的矿粉，水分含量在1%以下，进磨机的磷矿块度控制在25mm以下，水分控制在8%以下。磨机尾气处理采用干法除尘。湿磨工艺湿磨工艺是将磷矿与水一起研磨成含水约30～38%的矿浆，一般采用球磨或棒磨。1.1.2磨矿工艺选择原料磨矿工艺可选择湿磨或干磨，湿法与干法相比，它具有流程简单，设备少，厂房体量小，占地少，投资低；湿磨的功率消耗比干磨低，且原料不需干燥，节省了燃料，从而降低生产成本；操作环境好，噪声低，并消除了粉尘污染；简化矿粉加料系统，工人劳动强度低等优点。湿磨工艺的缺点：矿浆的含水带入反应系统，与干磨流程相比，石膏过滤时，洗涤水量需相应减少。根据二种磨矿工艺的比较，一般都选用湿法磨矿工艺。1.2湿磨工艺介绍1.2.1磷矿石组分见表1-1表1-1磷矿组成一览表成份P2O5CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOF组成%31.043.016.51.61.40.53.251.2.2湿磨工艺分类湿法磨矿工艺分开路磨矿及闭路磨矿（1）闭路磨矿磷矿石进入磨机后，在磨矿过程中进行内部循环，矿浆通过分选机将大了要求粒度的磷矿石返回至磨机进口，只有达到粒度要求的矿浆进入矿浆贮槽。（2）开路磨矿磷矿石进入磨机，通过（分段）粉磨后，矿浆直接由磨机出料口排入矿浆贮槽。（3）开路与闭路工艺流程优缺点比较如下表1-2表1-2开路与闭路工艺比较比较指标流程闭路流程开路流程流程流程长、复杂流程短、简单对矿的适应性对原料矿一致性要求较高，并且要求原矿的含泥量低，一般要求采用擦洗精矿对各种矿均能适应可靠性对分级和浓缩设备的可靠性要求高可靠性好装机容量稍低于开路稍高于闭路每吨矿的耗电量稍低于开路稍高于闭路占地面积大，一般为开路流程二倍以上小产品粒度易于控制、粒度均匀性较好粒度均匀性一般可以看出，闭路工艺流程是通过粒度分级设备，对磨过的矿浆进行分级，主要分级方法有：使用螺旋分级机分级、水力旋流器分级以及重力沉降等。闭路流程的优点是显而易见的，通过分级，矿浆的粒度分布比较均匀，并且成品粒度容易保证。但是，他的缺点也比较多，如生产工艺流程长、占地面积大，设备多、水耗大、需要有浓缩过程等。浓缩过程对磷矿本身的质量比较挑剔，对物料的一致性要求很高。当物料的性质有所变化时，能直接影响到设备的效率和能力，而往往磷矿来时为统矿，不易控制物性。因此该种流程的运用中受到一定的限制。就开路工艺流程而言，优点是流程简单、占地少，设备少和水耗少、原料的适应能力强、运行可靠。其缺点是粒度分布较难控制。为了解决上述问题，针对各种不同矿种的物理特性，设计了各种新规格磨机，加长了长径比，以满足工艺生产对粒度的要求，如φ3200×8000、φ3200×7000、φ2700×6000、φ2700×9000等。φ3200×7000已用于云南磷肥工业有限公司8万吨/年磷酸装置、昆阳磷肥厂8万吨/年磷酸装置。而φ2700×6000则用于云南红磷公司以及××洋丰集团6万吨/年磷酸装置。××洋丰集团已生产数年，运行情况良好。另外在新的磨机中，使用双仓溢流型球磨机，一个仓为棒磨，另一个仓为球磨，以保证粒度均匀，并能提高产量。磷矿采用两级破碎磷矿，第二级破碎采用反击式破碎机，保证磷矿进球蘑机时粒度大大小于以往要求25mm。从而大幅度提高球磨机产量。通过以上比较，很清楚的反映出开路与闭路的各有优缺点，对具体项目的工艺流程选择有决定作用。结合贵州磷复肥项目的实际情况和要求，决定该项目采用矿浆制备工艺流程为湿法球磨的开路流程。1.3磷酸生产工序1.3.1磷酸生产工艺的介绍在湿法磷酸生产过程中，主要是得到均匀、粗大、易于过滤和洗涤的磷石膏结晶，因此，湿法磷酸的生产工艺实际上是磷石膏的结晶工艺。从磷石膏的结晶水分类，其工艺可分为以下几种：二水法（CaSO4·2H2SO4）；半水法（CaSO4·0.5H2SO4）；半水-二水法（CaSO4·0.5H2SO4-CaSO4·2H2SO4）；二水-半水法（又称再结晶法）（CaSO4·2H2SO4-CaSO4·0.5H2SO4）；其中半水法和再结晶法对磷矿的质量要求非常高，我国的磷矿储量虽然较丰富，但都是以含杂质较高的中低品位磷矿为主，该磷矿无法满足半水法和再结晶法湿法磷酸生产的需要，因此，国内的湿法磷酸生产主要以二水法工艺为主；1.3.2磷酸生产过程主要化学反应硫酸分解磷矿生成磷酸溶液和难溶性的硫酸钙结晶，总化学反应式为：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=3H3PO4+5CaSO4·nH2实际上，反应是分两步进行的。第一步是磷矿和循环料浆（或返回系统磷酸）进行预分解反应，磷矿首先溶解在过量的磷酸溶液中生成磷酸一钙：Ca5F(PO4)3+7H3PO4=5Ca(H2PO4)2第二步以上述的磷酸一钙料浆与稍过量的硫酸反应生成硫酸钙结晶和磷酸溶液：5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4·nH2O+10H3PO4根据生产条件的不同，可以生成二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）、半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O）和无水硫酸钙（CaSO4）三种，故上述分子式CaSO4·nH2O中的n可以等于2、0.5或0。相应的在湿法磷酸生产上三种基本方法即为二水物法、半水物法和无水物法。本项目采取二水物法工艺生产湿法磷酸。反应生成的氟化氢（HF）与磷矿中带入的二氧化硅（SiO2）生成氟硅酸（H2SiF6）：6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O少量的H2SiF6将于SiO2反应生成SiF4：2H2SiF6+SiO2=3SiF4↑+2H2O 气相中的氟主要以SiF4的形式存在，用水吸收后生成氟硅酸（H2SiF6）水溶液并析出硅胶（SiO2·nH2O）沉淀：3SiF4+（n+2）H2O=2H2SiF6+SiO2·nH2O↓ 磷矿中的铁、铝、钠、钾等杂质将发生下述反应：（Fe，Al）2O3+2H3PO4=2(Fe，Al)PO4+3H2O （Na，K）2O+H2SiF6=（Na，K）2SiF6+H2O 镁主要存在于碳酸盐中，磷矿中的碳酸盐如白云石、方解石等在萃取槽酸解过程中首先被硫酸分解并放出二氧化碳（CO2）：CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑ CaCO3·MgCO3+2H2SO4=CaSO4+MgSO4+2H2O+2CO2↑1.4湿法磷酸工艺技术介绍1.4.1工艺技术发展特点（1）装置大型化随着市场对湿法磷酸需求量的增加，为增加产量，提高劳动生产率，降低单位产品投资成本和日常的维修管理费用，从七十年代末，世界磷酸装置的单系列生产能力（指反应槽）不断增加，到目前为止，日产1000吨P2O5以上的装置有数十套，最大单系列能力已达到1800吨P2O5/天，而更大的2650吨P2O5/天装置正在建设之中。（2）二水法流程仍占主导地位，同时积极发展半水法和再结晶工艺，使装置更加节能。目前世界上共有湿法磷酸生产装置350套左右，其中80%以上用二水法生产,二水法生产的磷酸约占世界湿法磷酸生产总量的85%。为进一步节约能耗，降低磷矿和硫酸消耗，世界各国竞相研究开发半水法(HH)和再结晶法(HDH或DHH)工艺。目前半水法最大能力已达1500t/dP2O5，半水——二水法的单系列最大能力为1100吨P2O5/天。但随着世界磷矿品位的降低和杂质含量的增加，二水法流程因其对磷矿的适应性和工艺的可靠性，稳定性较强，在大型磷酸装置工艺中仍占主导地位，正在建设的2650吨P2O5/天装置即采用二水法JACOBS工艺。1.4.2世界上湿法磷酸工艺情况下表1-1列出了世界上湿法磷酸工艺情况：表1-3湿法工艺概况工艺路线工艺专利及其拥有者建厂数备注二水法工艺普莱昂Prayon140吉科布斯-道尔科Jacobs-Dorr 29罗纳普朗克Rhone-Poulenc70现为Krebs-SpeichimSIAPE11N.H(N.H)Fisons8辛马斯特-布雷耶7斯温森Swenson8凯洛格-洛普克Kelloy-Lupka 1半水法工艺N.H(N.H) 7西方石油公司OXY5前苏联半水法流程许多未出口多木Tomo1建在本公司TVA泡沫法仅作试验室试验日本钢管公司(NKK)和鲁姆斯流程-Lumas仅作工业试验半水二水再结晶工艺日本日产H法NissanH 26日本钢管公司(NKK)11日本三菱7厄尔泰流程二水半水再结晶工艺辛特雷尔—普莱昂 11费雷格特(DDR)流程半水二水再结晶浓酸流程费森斯 3日产C法2另一个在建吉科布斯—道尔科HYS1后改为二水法西方石油公司OXY 仅作中试钢管公司(NKK)和鲁姆斯流程仅作试验室试验阿尔巴特罗流程1后停产 辛马斯特—布雷耶和厄尔泰流程仅有专利由上表可以看出，由比利时普莱昂(Prayon)公司的二水物工艺，在世界各地的二水法流程中被采用的数目最多，其产量约占磷酸总产量的一半。其次是法国的罗纳普朗克(Rhone-Poulenc)流程、吉科布斯—道尔科(Jacobs-Dorr)等。国内近几年陆续建成的十几套大型磷酸装置以及六七十年代建成的中小型磷酸装置几乎全部采用的是二水法工艺。1.4.3磷酸工艺技术方案的比较与选择二水法工艺技术成熟，操作稳定可靠，单系列规模大，对磷矿的适用性强，操作灵活，作业率高，维修工作量小。磷矿可采用湿磨，矿浆加料，能耗低，投资省，环境好，计量容易，国内通过引进技术已建成了几个规模较大的工厂，在设计、设备制造、生产操作等多方面积累了丰富的经验，对于中小型规模的磷酸装置，所有设备均可以国产化，从而降低总投资。因此，本工程选用二水法磷酸工艺。1.5二水法工艺技术的比较和选择1.5.1二水法工艺技术介绍二水法工艺技术有多种，在国内大型装置中已有Prayon工艺、R-P工艺和Jacobs-Dorr工艺，这几种工艺过滤部分的机型有带式过滤机、翻盘式过滤机和转台式过滤机，反应部分各有特点：Prayon工艺采用多格槽反应器，每格中安装一台轴流式透平桨，通过建立硫酸浓度梯度来保持未反应和共晶的P2O5损失最低，提高了P2O5回收率，降低了动力消耗。采用低位闪蒸冷却技术，利用大流量轴流泵把循环料浆通过真空冷却器蒸发水来冷却，料浆进出温度差约2℃Jacobs-Dorr工艺采用环形单槽反应器，单槽中每区安装一个45°折叶透平桨。也采用低位闪蒸冷却技术，除大流量的冷却料浆循环外，还专门安装了一台热料浆循环泵，大大增加了了整个反应系统的循环比，改善了石膏的结晶，并具有高的过滤强度。（3）R-P工艺采用无分室带中心搅拌器的单槽反应器，磷矿的溶解和生成石膏都是在均匀SO3浓度条件下完成.采用料浆抛洒冷却技术，为增加空气流与料浆的高效传热，安装了多台表面冷却器和硫酸加料分布器。料浆过滤采用UCEGO转台过滤机。1.5.2二水法工艺技术的比较（1）Prayon工艺和Jacobs工艺均配有熟化槽，R-P工艺也由单槽发展为双槽，其设计对矿种变化具化较强的适用性，可根据矿种变化，改变硫酸加料点，控制反应料浆的硫酸浓度梯度，优化反应操作条件，以获得最高的P2O5回收率。（2）以上三种磷酸反应工艺技术在世界上都有相当数量的建厂实例，技术成熟可靠，在国内这三种技术都已引进。1.5.3二水法工艺技术选择经比较看出，采用R-P双槽能耗低，流程简单，投资低，设备台数少等优点，结合工程特点及业主要求，本可研报告采用二水物工艺，磷酸反应槽采用双槽单桨，搅拌器选用可调角度，变截面，节能型搅拌器，盘式过滤机过滤。该流程在国内已有成功的实践经验，可节省投资，灵活操作，设备全部国产化。1.6磷酸生产主要设备选择1.6.1球磨机磨矿设备有多种，如较早出现的雷蒙磨，近年国内引进装置中有过的棒磨机以及国内迄今在磷铵装置中使用最普遍的球磨机。雷蒙磨能耗和噪声较大，引进的棒磨机使用效果并不十分理想，故本装置仍选用球磨机(湿磨)，其操作稳定可靠，噪声小，环境洁净。磨机规格为：φ2700×60001.6.2萃取槽的选择1.6.2.1国内推荐使用的萃取技术在我国前期建设的湿法磷酸生产线一般采用同心圆多桨单槽流程，随着国外技术的不断引进及单套磷酸生产生产规模的扩大，单槽单桨及方格多槽在我国也不断得到采用。但多格方槽在生产过程中所需的回浆需要一台低扬程、大流量的料浆泵提供，而且物料在反应过程中产生的热量需要特殊的料浆真空冷却装置移出，一次投资相应较大；单桨单槽流程采用没有分隔的单体萃取槽，而且槽上只设置一只搅拌桨，因此结构简单；同时单槽单桨装置由于槽内没有分隔区，上部具有较大的空间，有利于料浆的传热过程，因此在该槽中采用结构简单的料浆表面冷却器即可达到移走萃取槽中多余反应热的目的。单槽单桨在满足磷酸生产主要目标方面具有以下独特优点：⑴可获取最大的磷得率单槽单桨萃取流程除能满足磷石膏结晶长大所需的充分的时间外，同时较大的回浆可消除萃取槽加料处的过饱和状况，为磷石膏晶体成长提供有利的条件，同时均匀的、具有一定强度的搅拌也使系统中得到均一的SO3-2浓度，减少萃取过程造成的晶间损失，以获得较高的磷得率。⑵最少的投资对于一定的料浆停留时间而言，采用单槽单桨时的建设投资比采用其它流程要少得多。同时，采用单槽单桨可为结晶过程提供良好的条件，所需反应时间可以比相应的多槽系统短一些，得到的磷石膏结晶也相应的要好一些。⑶最小的维修工作量由于采用了单桨，又不需要料浆循环泵，不仅消耗动力省，而且对设备的维修工作也要比一般流程少得多。⑷最大的磷酸纯度成品磷酸中游离硫酸含量比一般为低，在1.3～1.7%H2SO4之间，为此，磷酸的纯度显然比较高。⑸磷矿的反应完全单槽系统中，磷矿的加入和成熟料浆的取出都在同一单槽中进行，难免会有一小部分未分解的料浆走短路跑出来。但是，长期以来的生产实践表明，由于磷矿的反应速度非常快，这类损失已经减少到了不重要的程度。在国外，摩洛哥的最大单槽容积为800m3，同时罗纳普朗克公司已经能够提供容积为2000m3的单槽。我国早在19世纪90年代初于江西贵溪化肥厂成功地引进了法国罗纳-普朗克公司的容积为775m3单槽单桨，其设计生产规模为12万吨/年100%P2O5。综上所述，单槽单桨湿法磷酸萃取流程在实际生产过程中具有较大的优势，因此本流程拟采用该流程制取磷酸。1.6.2.2萃取槽的比较在二水法湿法磷酸生产工艺中，具有代表性的萃取槽工艺技术为：同心圆多桨单槽流程[吉科布斯-道尔（Jacobs-Dorr）]；方格多槽（第四代）[普莱昂（Prayon）]；单槽单桨[罗纳-普朗克（Rhone-Poulenc）]等流程。萃取槽的比较详见表1-4表1-4萃取槽技术比较序号比较内容多格方槽单桨单槽同心圆槽1磷酸能力275t/dP2O5400t/dP2O5670t/dP2O52操作容积494m780m1563m3搅拌桨功率KW1852808634料浆冷却低位闪蒸冷却抛洒冷却低位闪蒸冷却5单位体积功率0.3745KW/m30.36KW/m30.5521KW/m36每天每吨P2O5需要容积m3/(dtP2O5)1.801.952.331.6.2.3萃取槽的选择⑴萃取槽：磷铵主萃取槽槽体采用以花岗岩为骨料的300#钢筋混凝土结构，槽体内壁衬丁基橡胶板、碳砖防腐层，底部设圆台防磨层；槽体内部均布六块挡板，其主要目的是为了消除槽中心的“圆柱状回转区”，改变槽内料浆流态，使料浆的径向、周向和轴向流速重新分布，由于轴向流速明显增大，使料浆形成强大的循环流，这股循环流，既有很强的对流循环作用，又有很强的湍流扩散能力，因而能获得均匀的CaSO4·2H2O结晶颗粒，同时搅拌功率较小。⑵萃取槽搅拌桨：萃取槽搅拌桨采用螺旋变截面推进式搅拌桨，该种搅拌桨轴向流速大，体积循环倍率大，自叶片轴向推出的料浆流速较高，并吸收周围低速浆流，使得低速料浆和高速料浆合成全部循环流量。槽内料浆的这种循环流动涉及到整个搅拌槽，起到体积循环作用，把桨叶排出料浆的能量传递到槽体各处，同时将槽内各处流体顺次循环到具有强烈搅拌作用的桨叶近旁，造成强烈的混合与扩散，料浆表面液膜不断更换新，确保萃取反应顺利进行。该种搅拌桨可使槽内料浆每24秒循环一次，循环量为32.8m3/s，循环倍率（循环量与排出量之比）约为700；萃取槽的单位容积能耗为0.36kwh/m3。由于采用轴向推力桨叶料浆循环倍率大，使料浆中游离SO4-2含量的浓度小于1.5g/t，防止了因局部SO4-2过量造成磷矿包裹现象，降低了为分解磷矿P2O5损失，也防止了因局部SO4-2过低而产生的共晶P2O5损失。⑶萃取槽料浆表面冷却器：萃取槽槽顶装有4台料浆表面冷却器，均为螺旋状。料浆表面冷却器螺旋直径为280mm，转速为1040r/min，螺旋插入料浆深度为350mm。表面冷却器运转时，浸入料浆的螺旋桨料浆抛洒成液滴状，增大料浆液面与空气接触的比表面积，强化冷却空气的冷却效果。该种料浆冷却方式结构简单，运行费用低，冷却效果较好。1.6.3过滤设备的选择1.6.3.1UCEGO转台过滤机介绍：UCEGO转台过滤机是法国比奇内-圣戈邦与比利时联合化学公司联合开发的，现国内已经有厂家进行生产。该机主要部件有水平转台、转台驱动装置、真空错气盘、周边胶带挡料装置、卸料螺旋装置、滤布冲洗装置、料浆及洗涤水加料箱等。转台式过滤机按过滤程序化分为初滤区、过滤区、一洗区、二洗区、三洗区、滤饼卸料区、滤布冲洗区和滤布吸干区。有效过滤面积分配为初滤区5%、过滤区18%、一洗区29.5%、二洗区19.5%、三洗区28%。该机的特点是结构紧凑，磷石膏过滤、洗涤效果较好，磷损失、装置运行费用都相对较低。1.6.3.2转台式过滤机对5万吨/年磷酸装置的规模，按过滤强度4t/d·m2计算，需要的有效过滤面积为41.7m2。国内已有成熟的中、小型转台式过滤机的制造经验。因此，在考虑一定的富裕量后，拟选用1台总过滤面积55m总过滤面积：55m有效过滤面积：42m功率：11kW1.6.3.3过滤机的选择过滤机是磷酸与石膏分离的关键设备。磷酸装置的过滤机常用的有三种：盘式过滤机、带式过滤机、转台式(UCEGO)过滤机。大型UCEGO过滤机国内已能制造，带式过滤机在国内磷酸工厂中虽已应用，但大型的机器仍需依赖进口，一台80m2的带式过滤机价格高达70倾覆盘式过滤机性能稳定、可靠，容易控制，使用寿命长，国内已有多年制造和使用经验。总面积为120m2的过滤机已在运行中。而转台式过滤机运转平稳，占地面积省，维修工作量少，本可研选用转台过滤机。1.6.4尾气洗涤设备的选择国外目前使用最多的是喷淋错流填料床尾气洗涤系统，其最大的优点是气体呈水平运动，而液体呈垂直运动，液气比较高，填料可充分冲洗；可采用逐段降低洗涤液浓度的方法将各洗涤段串联，以达到很高的洗涤效率。国内引进的磷酸装置中多采用这种洗涤器。国内自行设计的尾气洗涤器多采用文丘里洗涤器。其特点是结构简单，投资少，易操作。因此，尾气洗涤系统拟选用文丘里洗涤器，同时为弥补单级吸收效率低的缺点，拟在文丘里之后加一个旋风喷淋洗涤塔或填料塔。磷酸生产工艺磷酸生产工艺流程磷酸生产工艺流程简介自矿浆岗位来的磷矿浆经计量后进入萃取槽；硫酸自硫酸计量槽硫酸泵来，经计量后进入萃取槽；淡磷酸由过滤岗位的滤液、一洗液、二洗液混配后组成，经过滤泵岗位计量后进入萃取槽。在萃取槽中磷矿浆和硫酸反应生成磷酸和二水硫酸钙结晶，同时逸出含氟废气。成熟料浆经料浆泵送去过滤岗位进行过滤。萃取反应过程产生的含氟废气、水蒸气由尾气风机抽出，经洗涤后排放。为保证萃取槽反应温度的稳定，利用料浆抛撒冷却器将料浆在萃取槽上部空间形成液滴状，以增大液体与空气接触的表面积，起到降低料浆温度的作用，同时采取调节风机风量的措施来达到维持料浆温度的目的。由过滤岗位大气冷凝器来的冷凝液进入除沫塔，经洗涤循环泵打入文氏管洗涤器对由萃取槽逸出的含氟废气进行洗涤，废气经洗涤降温后，由除沫器除去气体中夹带的雾沫，经排风机抽送至尾气烟囱放空。含有氟硅酸的洗涤液经洗水泵打至过滤岗位冲洗滤布。由萃取岗位送来的磷酸料浆经料浆布料器布料后进入翻盘式过滤机，完成初滤、过滤、一洗、二洗、反吹、排渣、冲洗、吸干等程序，获得的初滤液、滤液、一洗液和二洗液通过过滤机下错气盘各区及连接管道至各自的三通管式气液分离管，三通分离器上部与环形真空气室连接，在真空抽吸的作用下气体进入环形气室，经除沫器除去雾沫后，进入大气冷凝器与来自冷却水槽的水接触，使气体中的水蒸气、酸性气体等经冷凝除去，进入真空泵进口，并经出口管道排空。过滤、洗涤由一台真空泵完成；滤布吸干及反吹由另一台真空泵完成，该泵利用负压抽吸冲洗后的滤布中所含的水分，抽出的气体则作为滤饼反吹用。液相靠自身重力经各自的大气腿连接至滤液、一洗和二洗液泵，按萃取岗位对淡磷酸浓度的要求配酸后送至萃取槽，多余的滤液作为成品酸送入成品酸储槽。经充分洗涤的磷石膏经反吹排渣后进入干渣斗，并经皮带输送机输送至石膏堆场。冲洗滤布水进入石膏浆槽，经石膏浆泵加压后送至过滤岗位一洗水分布器作为磷石膏一洗水用。二洗水由磷铵工段送来，经加热调整温度后进入过滤岗位二洗水分布器对磷石膏进行第二次洗涤。成品磷酸根据硫基复合肥及磷铵生产需要分别送至两工序。磷酸生产工艺流程图磷酸生产工艺流程详见图2-1磷酸生产工艺方框流程图50mm＜＜50mm细碎球磨粗碎筛分磷矿石细碎球磨粗碎筛分磷矿石混和萃取真空中和真空过滤硫酸来自硫酸装置混和萃取真空中和真空过滤氟气去氟吸收系统磷酸连续沉降磷石膏磷酸连续沉降磷石膏洗涤磷酸储槽尾气洗涤放空磷酸储槽尾气洗涤图2-1磷酸生产方框工艺流程图生产物料平衡年产20万吨磷酸一铵装置物料平衡见图1-298%硫酸14.06磷矿浆2..2..56水30.67空气3.91磷石膏磷酸42.33尾气4.5磷酸20%P2O527.7820%P2O520.252炉气粉状磷酸一铵109.2粉状磷酸一铵尾气139.9氨2.7成品20图2-2年产20万吨磷酸一铵装置物料平衡图单位：万吨/年生产装置的磷平衡生产装置的磷平衡详见图1-3装置磷平衡图粉尘排放损失2.91损耗254.21损耗873.23磷酸一铵装置磷酸装置破碎原料矿石24513..8641915.49磷酸一铵装置磷酸装置破碎P：15982.96磷酸一铵产品36938.03图2-3装置磷平衡图单位：吨/年2.3磷酸生产主要设备一览表磷酸生产主要设备详见表2-1表2-1磷酸生产主要设备一览表序号设备名称规格数量备注1硫酸计量槽 φ6000×600012硫酸泵 Q=15m3/h，H=20m33反应槽 φ7000×65002 4料浆泵 Q=80m3/h，H=25m25洗涤塔循环泵 Q=25m3/h，H=32m26文丘里吸收塔 喉径φ50017尾气排风机 Q=50000m3/h18转台过滤机 F总=55m2，F有效=42m219滤洗液中间槽 7200×3000×2400110消化槽 φ5000×4500111滤液泵 Q=50m3/h，H=25m2磷酸一铵生产技术磷酸一铵工艺技术的选择和比较磷酸浓度的确定磷铵生产常用气氨与磷酸中和，因磷酸浓度的不同，粉状磷铵的生产方法又分为两大类，一类是将萃取磷酸浓缩到48%左右，与气氨加压中和，利用氨与磷酸的反应热在喷粉塔内自热干燥，这类方法称为“浓酸法”；另一类是将萃取磷酸直接与气氨中和，通过料浆浓缩蒸发部分水分后，再进入喷雾塔与热空气进行脱水干燥，得到粉状磷铵，此类方法称为“稀酸法“。与“浓酸法”相比，“稀酸法”对磷矿要求较低，生产过程对设备的耐腐蚀要求也较低，且操作更为方便，由于采用热空气干燥，所得到的粉状磷铵中含水量一般控制在2.5%以下，有效地防止了粉状磷铵因堆放而导致的结块。从工程投资上分析，磷酸浓缩装置的投资比料浆浓缩较高，虽然采用“稀酸法”在喷雾干燥装置上的投资比“浓酸法”高，但从整个工程上进行投资比较，采用“稀酸法”的投资仍比“浓酸法”略低。从能耗上进行比较，“浓酸法”热利用率比“稀酸法”高，但磷铵生产中原材料消耗占生产成本70%以上，能耗所占的生产成本很低，所以能耗的多少不是决定工艺方案选择的主要因素。综合上述两种方法的优缺点，本项目可研报告选择“稀酸法”工艺。中和方法的确定磷酸与氨中和方式有好几种，一般有槽式中和、管式中和、加压中和及快速氨化中和。对料浆浓缩装置而言，国内大多采用槽式中和方式。而快速氨化蒸发器是前苏联开发的一种新型高效氨化反应器，它借助气氨高速喷射进入溶液所产生的动力和巨大的中和热使溶液产生温差，而使液体在循环管中高速循环流动，并使气液强烈湍动混合，由于气氨进入磷酸的传质过程得到强化，从而大大加快了反应速度，缩短了停留时间。由于循环管径只有400mm左右，因而可充分利用中和热蒸发水分，与槽式流程相比，可降低能耗，但该技术操作要求较高。本项目可研报告选择快速氨化蒸发器中和方式。磷铵料浆雾化方式的选择雾化方式的介绍磷铵料浆的雾化一般有三种方式：即离心式、气流式和压力式。离心式对料浆的水分波动适应性较强，产量可以在较大范围内调节，但喷雾塔径较大，对喷盘的加工、安装要求较高。气流式操作方便，通过调节雾化介质（压缩空气）的流量及压力可以调节产品的粒度，喷头磨损小，维修更换少，但动力消耗大，一般用在中小型喷雾装置上。压力式操作稳定，产生粒子均匀，动力消耗少，但磨损大，喷头更换频繁。目前国内同类装置上大多采用压力雾化方式，所以本项目可研报告采用压力雾化工艺。雾化方式的选择减少在喷雾塔上结疤的机率，关键在于喷出的磷铵湿料在未碰到塔壁前其粒子表面就已干燥，与逆流方式相比，顺流方式更能使喷出的磷铵料浆在短时间内脱去大部分水分，减少磷铵料浆在喷雾塔上结疤的机率，而采用逆流方式喷雾塔内结疤现象也不严重，而且因为料在塔内停留时间长，尾气出塔温度只有60℃，不易产生粉状磷铵过热现象。本方案选择逆流方式，有关测定表明，逆流方式的喷雾干燥塔的容积传热系数比顺流方式高。干燥介质可以选择热炉气。热炉气的气温高，相应设备生产强度大，投资省。本项目可研报告选择逆流方式的喷雾干燥塔磷铵生产工艺的介绍磷铵生产流程以湿法磷酸中二水物法生产所得的稀磷酸生产磷酸铵时，以“中和”与“浓缩”的先后次序可以分为“传统法”和”料浆法”两类生产工艺。传统法生产磷酸铵的工艺传统法生产磷铵是将萃取的含P2O528%磷酸进行浓缩到40～50%左右P2O5的浓磷酸,然后通过磷酸预中和、转鼓氨化造粒等工序生产磷酸铵类肥料，该种肥料含氮量可达到18%，含磷最高为48%左右；该种流程的典型代表为美国TVA预中和-氨化造粒流程，该流程既可生产磷酸二铵，也可用于生产磷酸一铵。其原则流程为在预中和器中用氨中和40%P2O5的磷酸，控制NH3：H3PO4摩尔比1.35～1.40，此时中和反应热使料浆温度升到沸点（约115℃），并气化一部分水后，料浆含水16-20%，再用泵送到氨化造粒机。料浆喷洒在返料细颗粒上进行滚动造粒，同时与伸入料层的氨分布管放出的气氨进行中和反应，将中和度提高到1.8～2.0，这时反应热将使料浆水分进一步蒸发。从氨化造粒机出来的湿颗粒进入转鼓干燥机。干燥机进口热风温度200℃左右，出口85～90℃，干燥后物料温度80℃。经提升、筛分后大于6筛目（3.327mm）的粗颗粒经破碎后于小于12筛目（1.397mm）的细颗粒作为返料回到造粒机，合格颗粒经冷却后部分作产品，部分回造粒机调节返料倍数。返料比为2.5～4倍。干燥机和冷却机出口气体中的粉尘先经旋风除尘后，再用稀磷酸洗涤。由于氨化造粒机出口气体温度较低，湿度大，不能用旋风除尘器除尘，故与预中和排出的气体一起用稀磷酸洗涤除尘，由于氨化造粒机的氨逸出率较大，严重时可达20～25%，必须采取有效的回收措施。这一流程也用于生产磷酸一铵，这是预中和器控制NH3：H3PO4摩尔比0.6，相应的磷酸铵溶解度较高，有利于料浆泵输送，然后在造粒机中通氨至摩尔比1.0左右，也可以在预中和器中控制NH3：H3PO4摩尔比1.4，而在造粒机中加入磷酸，使NH3：H3PO4摩尔比降至1.0。由于磷酸一铵的氨化反应热较少，蒸发的水量也减少，因此要求所用的磷酸浓度不能低于48%。TVA流程的一项改进是用一个管式反应器来取代预中和槽。这种流程更为简单，且所需费用比槽式中和器少。上述预中和-氨化造粒的方法，在国内已达成熟阶段。但该种工艺所要求的磷矿质量较高，我国大部分磷矿的质量达不到采用该工艺的要求。料浆法生产磷酸铵类肥料的工艺料浆浓缩法生产磷酸类肥料的工艺是成都科技大学与四川银山磷肥厂于1984年联合研制开发成功的，现国内绝大多数磷铵厂都采用这种工艺。该种工艺的特点是避免了含杂质较高的湿法磷酸在浓缩过程造成设备、管道堵塞的状况，减少了磷的损失，该种流程特别适用于利用我国中低品位磷矿生产磷铵。料浆浓缩法生产磷酸铵类肥料的流程由磷酸中和、磷铵料浆浓缩、干燥三部分组成。磷酸中和有槽式中和、管式中和以及快速氨化三种具有代表性的流程，现普遍采用管式中和和快速氨化两种流程；快速氨化流程又分自然循环和强制循环两种，该两各种方法都可以利用中和产生的反应热移走一部分料浆中的水分，同时所产生的二次蒸汽又可以用作Ⅱ效加热浓缩的热源，减少一次蒸汽的使用量。磷铵料浆浓缩部分现普遍采用双效浓缩工艺，但采用强制循环快速氨化装置后，为使二次蒸汽得到充分利用，适当加大Ⅱ效加热器的加热面积是十分有利的，故采用两效三体浓缩流程。干燥部分有喷浆造粒和喷雾干燥两种流程，喷浆造粒流程由喷浆造粒干燥机、冷却、筛分、破碎以及流体输送、固体物料输送以及热风炉、空气鼓风机、尾气除尘洗涤系统等设备构成，该流程投资费用、运行费用都较高，而且生产的颗粒状产品的适用面较窄，因此除生产磷酸二铵使用外，现在建设的磷酸一铵生产线很少采用；目前生产磷酸一铵普遍采用喷雾干燥工艺，该工艺由高压柱塞泵、喷雾干燥塔以及空气加热器、空气鼓风机、除尘装置组成，该流程结构简练，建设费用、运行费用都相对较低。本磷酸一铵生产流程考虑到产品的使用对象，拟采用强制循环快速氨化-两效三体料浆浓缩-高塔喷雾干燥为基本流程。磷酸一铵工艺生产流程磷酸一铵工艺生产流程详见图3-1粉状磷酸一铵方框工艺流程图稀磷酸磷酸中间槽按比例加入稀磷酸磷酸中间槽气氨缓冲罐液氨蒸发给料槽快速氨反应器按比例加入气氨缓冲罐液氨蒸发给料槽快速氨反应器蒸汽（外供）过料泵加料泵Ⅱ效蒸发系统Ⅰ效蒸发系统料浆循环泵闪蒸室蒸汽过料泵加料泵Ⅱ效蒸发系统Ⅰ效蒸发系统料浆循环泵闪蒸室溢流冷却水料浆收集槽排出蒸汽料浆收集槽液封槽混合冷凝器液封槽混合冷凝器磷铵料浆泵排出冷凝水磷铵料浆泵风机热风炉风机热风炉料浆高位槽热风塔底进入料浆高位槽磷铵料浆高压泵运输、冷却磷铵料浆高压泵运输、冷却喷雾干燥塔过滤器成品包装仓库堆存成品包装图3-1粉状磷酸一铵方框工艺流程图磷铵生产工艺介绍4.1生产工序中和工序由氨站来的液氨进入液氨蒸发器，在此用蒸汽加热蒸发成气氨，经气氨缓冲罐进入快速氨化反应器。来自磷酸装置的稀磷酸进入装置内的磷酸中间槽，用磷酸泵送入快速氨化反应器内与氨进行中和。为控制快速氨化反应器内的料浆中和度，磷酸与气氨必须进行流量比例调节后同时加入快速氨化反应器。磷酸和氨在快速氨化反应器内生成磷铵料浆，溢流入蒸发给料槽，再用加料泵送入Ⅱ效蒸发系统的闪蒸室内，随同循环料浆在系统内藉料浆循环泵进入Ⅱ效加热器作强制循环蒸发。经初步浓缩的料浆用过料泵送入Ⅰ效蒸发系统，再次浓缩至规定浓度，然后溢流至料浆收集槽。4.1.2浓缩工序磷铵料浆进入Ⅱ效闪蒸室，被Ⅱ效料浆循环泵抽送至Ⅱ效料浆加热器，在加热器中，料浆走管内，Ⅰ效闪蒸室来的二次蒸汽在管外作为加热热源，磷铵料浆被加热后进入闪蒸室进行闪蒸蒸发。Ⅱ效闪蒸室为负压状况，故其沸点温度较低，料浆在此情况下除去部分水分后重新沿闪蒸室下降管回到循环泵，重复加热、闪蒸过程，在此过程中，随着水分的蒸发，磷铵料浆得到浓缩。浓缩到一定含水的磷铵料浆自Ⅱ效循环泵出口与Ⅰ效循环泵进口的连接管道，利用两泵进出口的压力差进入Ⅰ效循环系统，经Ⅰ效循环泵压送至Ⅰ效加热器，在加热器中以低压蒸汽为加热热源，其循环过程与Ⅱ效相同，但不同的时期闪蒸过程是在微正压情况下进行的，闪蒸出的高于100℃的二次蒸汽经管道送至Ⅱ效加热器作为加热热源，这样能源能够得到充分利用。随着水分蒸发磷铵料浆得到进一步浓缩，当达到要求含水后，通过管道送至干燥岗位。Ⅰ效料浆加热器所用的蒸汽由蒸汽总管来的低压蒸汽提供，Ⅰ效闪蒸室排出的二次蒸汽于中和闪蒸室排出的二次蒸汽混合后，作为Ⅱ效料浆加热器的加热热源。Ⅱ效闪蒸室闪蒸出的水蒸气进入大气冷凝器，被循环水冷却冷凝后，由于气体体积的缩小，使Ⅱ效闪蒸室获得足够的真空度。4.1.3干燥来自磷铵浓缩装置浓缩后的磷铵料浆由料浆泵从料浆收集槽送至料浆高位槽，再由料浆高位槽流至过滤器过滤后，用高压泵打至喷雾干燥塔顶部的喷嘴，出喷嘴中和液呈雾状，由塔顶往下运行。来自热风炉的热风进入喷雾干燥塔塔底沸腾床层，与料雾逆流干燥，使雾化的料浆迅速蒸发、干燥。塔底得到的粉状磷铵流入螺旋输送机进入胶带输送机送到成品包装车间。蒸发出的水分进入气相，随出塔尾气从塔顶进入净化系统，经除尘后排空。干燥尾气先进入降尘室，由降尘室收集下来的粉尘流入返料胶带输送机，一并送至成品皮带。出除尘器的尾气经过喷射洗涤塔进一步除尘、洗涤后放空。洗涤塔内的循环吸收液达到一定浓度后送入中和料浆蒸发给料槽回收利用。磷酸一铵成品由胶带输送机送至两成品贮斗，成品贮斗各接一台自动定量包装机进行自动称量包装，经缝包机缝包后由输送机送工包装系统，人工在托板上推码，并由叉式装载机在成品库中堆垛。破损包袋经人工称量后，由手提式缝包机缝包后去贮存。余热利用中和生成的磷铵料浆在失压闪蒸过程中形成温度较高的水蒸气。为充分利用热源，该部分蒸汽与Ⅰ效产生的二次蒸汽混合后，作为Ⅱ效循环料浆的加热热源用；过量的二次蒸汽进入热水槽加热热水。Ⅰ、Ⅱ效加热器排出的冷凝水随同空气加热器排出的冷凝水一起流入热水槽；Ⅱ效闪蒸室排出的气体经大气冷凝器冷凝后经液封槽溢流至热水槽，混合过后的热水经热水泵