УСТРОЙСТВО И ПРОЦЕСС, ПРИМЕНЯЕМЫЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФТОРА ИЗ ДЫМА ПОСЛЕ АБСОРБЦИИ ФОСФОРА ПУТЕМ ГИДРАТАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ОБЖИГА В ПЕЧИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
DEVICE AND PROCESS USED FOR RESTORING FLUORINE FROM SMOKE AFTER PHOSPHORUS ABSORPTION BY HYDRATION IN BURNING PROCESS IN FURNACE FOR PRODUCING PHOSPHORIC ACID

Область техники
Данное изобретение относится к сфере использования устройства по переработке фтора из дымового газа, который образовался после гидратации фосфора, для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига, и особенно имеет отношение к устройству по переработке фтора из дымового газа, который образовался после гидратации фосфора, для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига (KРА).
Уровень техники
В настоящее время в промышленных масштабах существует два типа изготовления сырья для производства фосфорной кислоты.
2
(1) Производство фосфорной кислоты при помощи реакции мокрым путем: серную кислоту используют для разложения фосфатной руды и получения фосфорной кислоты. CaSO⋅nHO-производственные отходы (краткое название - фосфористый гипс) используют для того, чтобы впоследствии получить влажную фосфорную кислоту с концентрацией 54%. Главные недостатки этой технологии: во-первых, необходимость использования большого объема серной кислоты; во-вторых, фосфористый гипс в производственных отходов расходуется неэффективно, в том числе, когда серная кислота, фосфорная кислота и растворимый фторид смешивают, затем равномерно растворяют в воде и после естественного накопления смываются дождевой водой, что может привести к сильному загрязнению окружающей среды; в-третьих, продукция с высоким содержанием примесей фосфорной кислоты обычно используется для производства удобрений; в-четвертых, в целях обеспечения экономичности продукции необходимо использовать фосфорит высокого класса.
4
4
4
4
2
5
4
4
4
(2) Производство фосфорной кислоты при помощи горячего метода: первоначально фосфатную руду, кварцевую руду, твердый углеродистый восстановитель помещают в термоэлектрическую печь для выплавки руды, при помощи энергии электрической дуги короткого замыкания печь нагревают приблизительно до температуры 1300°С и выше, при этом фосфор, содержащийся в фосфатной руде, при помощи восстановителя типа P выходит наружу. Одновременно твердый углеродистый восстановитель подвергается процессу инверсии в СО, Р и СО, которые выведены в рудно-термической печи, являются основными газами, которые, используя воду, промывают и охлаждают Р, что приводит к разделению твердого тела и газа и получению желтого фосфора, а отработанный газ, который содержится в СО, поджигают в дымовой трубе и выводят в атмосферу; полученный Р нагревают приблизительно до 80°С, что приводит к его трансформации в жидкое состояние. С течением времени воздух, который проникает в гидратизированную башню, приводит к процессу окисления и реакции сгорания с получением фосфорного ангидрида РО, и при помощи поглощения воды получают фосфорную кислоту. Главные недостатки этой технологии: во-первых, большой расход электроэнергии; во-вторых, полученный газ Р содержит много фторида (наличие SiF и HF). Газ Р, который содержится в малом количестве без осадка, приводят к сильному загрязнению атмосферной среды; в-третьих, газ, который в большом объеме содержится в СО, сгорает на выходе; в-четвертых, в целях обеспечения экономичности продукции, необходимо использовать фосфатную руду высокого класса.
2
В виду энергетического спада, недостатка ресурсов серого колчедана и фосфатной руды высокого класса производство фосфорной кислоты ежегодно сокращается. В начале 80-х годов американская корпорация Occidental Research Corporation (ORC) представила метод KРА или метод производства фосфорной кислоты посредством вращающейся печи (сокращенное название метод производства фосфатной кислоты посредством печного обжига) (ссылка Frederic Ledar and Won C. Park и другие. Новая технология производства фосфорной кислоты. Промышленно-технико-химический процесс проектирования и разработки, 1985, 24, 688-697), который проверен в полупромышленных масштабах на экспериментальной установке вращающей печи размером 0,84 м (внутри) × 9.14 м (патент США №4389384). Вышеуказанный метод предполагает использование фосфатной руды, кварцевой руды и углеродистого восстановителя (коксовая мука или угольная пыль) мелкого помола до 50%~85% (индекс 325) с добавлением 1% бентонита и получением шаров. После предварительного процесса дегидратации в сушилке цепного типа во вращающуюся печь подают природный газ. Ведут гранулирование в печи с обжигом и восстановление при максимальной температуре твердого тела 1400°С~1500°С с молярным соотношением гранул СаО/SiO от 0.26~0.55, температура термического углеродистого восстановителя фосфатной руды в процессе окомкования превышает температуру плавления, фосфор посредством пара в процессе окомкования испаряется. В средней части печи под влиянием атмосферного окисления выделяется фосфорный ангидрид, термическое окисление приводит к реакции восстановления. Газ в печи, который содержится в фосфорном ангидриде, под влиянием процесса гидратации усваивается и вырабатывается фосфорная кислота.
4
4
2
5
2
5
4
Идея технологии фосфорной кислоты методом обжига открыла хорошие перспективы для практического использования в промышленности. Главный принцип - это термическое углеродистое восстановление при помощи фосфорита для получения газа Р. Фосфор, содержащийся в составе фосфорной руды, во вращающейся печи переходит в газовую фазу по принципу разделения, фосфор и твердое вещество внутри материала шара легко отделяются друг от друга. Под воздействием кислорода газ Р внутри вращающейся печи может перенести экзотермическую реакцию окисления и спровоцировать образование РО, в шар подается тепло, начинается реакция термического углеродистого восстановителя фосфорной руды (эндотермическая реакция). Газ в печи, который содержится в РО, под влиянием процесса гидратации усваивается и вырабатывается чистая промышленная фосфорная кислота, которая намного превосходит по своим свойствам влажную фосфорную кислоту. Температура термического восстановления углерода фосфорита во вращающейся печи - это первичный энергоресурс. Под воздействием воспламеняющих веществ Р и СO, которые образовались в результате термовосстановления внутри вращающейся печи, протекает экзотермическая реакция окисления. Температура термического углеродистого восстановителя фосфорита, которая сохраняется во вращающейся печи, необходима для поддержания энергии. Потребление энергии в этом методе гораздо ниже по сравнению с обычным горячим методом для выделения фосфорной кислоты.
И все же исследование авторов демонстрирует, что метод производства фосфорной кислоты посредством печного обжига, пригодный для расширения в промышленных масштабах и применения на практике, имеет следующие недостатки.
2
2
1. Вращающаяся печь - это устройство обжига с постоянной скоростью вращения (0.5 об/мин ~ 3 об/мин). Недостаток в том, что механическое переворачивание и смешивание осуществляются непрерывно на протяжении процесса поступления твердых веществ в печь, что обеспечивает равномерность получения твердыми веществами тепла в любом месте печи, но, с другой стороны, твердые вещества должны выдерживать силу механического трения двигающихся веществ. Если прочность материала меньше возникающего механического трения, то печь может легко выйти из строя. Основной принцип технологии КРА, предложенной американской компанией ORC, заключается в том, что фосфорная руда, кварцевая руда и углеродистый восстановитель (коксовая или угольная пыль) после измельчения на 50%~85% (индекс 325) преобразуются в гранулы, эти три вещества должны сополимеризоваться в одно целое. Эти три вещества необходимы для тесной полимеризации в одно целое, и только при условии, что молярное соотношение CaO/SiO в смеси должно быть от 0.26~0.55, а состав материала в процессе термического восстановления углерода фосфатной руды не должен плавиться, реализуем успешный процесс карботермического восстановления фосфоритов. Материал, используемый для производства композитных гранул, сочетается с восстановлением углерода. При воздействии температуры больше чем 350°С углерод подвергается реакции окисления (посредством кислорода, который находится в воздухе) и превращается в CO. Если для окомкования в металлургической промышленности на решетке используют высокотемпературный метод (≥900°С), то углеродистый восстановитель в процессе окомкования может вступить в реакцию окисления. Гранулы во вращающей печи теряют восстановительное свойство, таким образом, термическая реакция с углеродистым восстановителем фосфора естественно не протекает, что приводит к неуспешности технологии. Если к связующему веществу добавить бентонит, то при температуре 300°С протекает процесс дегидратации. Прочность на сжатие композитных гранул составляет приблизительно ≤1 кН /ед.; поскольку основной механизм действия бентонита - это использование структуры его материала, вода, которая находится между пластами, регулирует процент содержания влаги в процессе дегидратации. Если процент повысить, то в процессе дегидратации композитных гранул это может привести к взрыву. Повышение прочности композитных гранул не приведет к существенному влиянию. После загрузки гранул во вращающуюся печь перед тем, как значение температуры во вращающейся печи достигнет 900°С, гранулы внутри непрерывно вращающейся печи испытывают силу механического трения, гранулы внутри печи распыляются, после распыления образуется разделение гранул на фосфоритную муку, муку кварцевой руды и углеродистый восстановитель. Фосфоритная мука после распыления не сможет восстановить фосфор, а более опасно то, что фосфорная мука отделена от муки кварцевой руды, при этом температура ее плавления резко снижается до 1250°С и ниже. Когда температура слоя сырья около 1300°С, порошкообразный фосфорит в высокотемпературной зоне восстановления вращающейся печи из твердой фазы преобразуется в жидкую фазу, происходит склеивание, где на футеровку печи для обжига при высокой температуре налипает слой материала. Избыточный размер такого слоя препятствует обычному движению материала, загруженному во вращающуюся печь. Таким образом, при высокой температуре не происходит восстановление фосфора и такая технология становится неэффективной.
2
2
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
2. Что касается вышеописанной технологии КРА с гранулами углерода и фосфорита, зона слоя твердых веществ в нижней части зоны сырья во вращающейся печи относится к восстановительной зоне, верхняя часть слоя сырья представляет собой зону воздушного течения в печи и относится к окисленной зоне. Гранулы загружаемого сырья поступают с загрузочного конца вращающейся печи, выбрасываются с загрузочного конца печи за счет собственной гравитации и силы трения во время вращения печи. Сопло сжигания топлива в печи установлено на разгрузочном конце печи, сгорающие дымовые газы вытягиваются вентилятором на загрузочном конце в печи. В печи поддерживается незначительное отрицательное давление, направление движения сырья и воздушного потока противоположны. Зона восстановления печи (зона слоя твердых веществ) и окисленная зона (зона воздушного потока в верхней части слоя твердых веществ) не имеют механической изоляционной зоны, поэтому гранулы, появляющиеся на поверхности зоны слоя твердых веществ, вступают в конвективный массообмен с О, СО, содержащимися в воздушном потоке окисленной зоны. Это может привести к тому, что часть углерода-восстановителя в гранулах окислится до нагревания воздушным потоком восстановления углерода и фосфорной руды, из-за нехватки углеродсодержащего восстановителя гранулы в зоне восстановления в печи не смогут полностью восстановиться. Еще более важно то, что высокотемпературная область в печи подвергает воздействию гранулы на поверхности слоя сырья и может с РО, выработанным путем восстановления в печных газах, войти в следующую химическую реакцию и образовать метафосфат кальция, фосфат кальция, а также другие метафосфаты и фосфаты. Это приведет к тому, что фосфор, восстановленный до паровой фазы, снова станет гранулами, а также на поверхности гранул образуется слой белой оболочки, содержащий РО. Толщина слоя оболочки обычно составляет 300 мкм~1000 мкм, содержание в оболочке РО может достигать выше 30%. Таким образом, содержание РО в паровой фазе, куда перемещаются гранулы, может быть менее 60%. Процент выработки РО в фосфорите снижается, существенно увеличиваются расходы минеральных ресурсов и себестоимость производства фосфорной кислоты. Из-за этого теряется ценность промышленного применения вышеописанной технологии KРА. Некоторые исследователи надеются с помощью газов, испаряющихся из слоя сырья, изолировать зону восстановления и окисленную зону в печи. Но промышленный опыт, проведенный с печью с внутренним диаметром 2 м, показал, что все еще неизбежно появление на поверхности гранул оболочки, содержащей РО.
Ввиду вышеупомянутых технических дефектов, основываясь на предложенной компанией ORC технологии KРА по производству фосфорной кислоты, делаем вывод, что в современном промышленном применении и практике все еще существуют трудности.
2
2
2
5
Joseph A. Megy предложил несколько усовершенствованных технических методов для технологии KРА (см. патентный документ США № US 7910080). На конце продувки разгрузочного конца в барабане вращающейся печи можно установить преграждающее кольцо с тем, чтобы повысить наполняемость твердым материалом в печи. Путем увеличения диаметра печи можно сократить соотношение объема и площади поверхности слоя сырья в печи. Снизить вероятность появления материала слоя сырья на поверхности слоя твердых материалов с целью сокращения времени окисления углерода восстановителя в гранулах О в печных газах. Уменьшить потерю от горения углерода восстановителя до достижения гранулами зоны восстановления печи, одновременно уменьшить образование фосфатов или метафосфатов на поверхности гранул в зоне высоких температур печи. Кроме того, данная технология подразумевает добавление части нефтяного кокса в материал в печи с целью использования восстановительных газов, образующихся при испарении летучих веществ нефтяного кокса, чтобы они заполнили промежуток между зоной окисления воздушного потока печи и слоем сырья. Это нужно для дальнейшего предотвращения вероятности реакции между гранулами и О, РО в воздушном потоке печи. Однако увеличение наполняемости вращающейся печи приводит к увеличению силы механического трения, которому подвергаются гранулы в печи. Более того, это вызовет распыление еще большей доли гранул в печи, что создаст еще большее количество материала с низкой температурой плавления ниже температуры карботермического восстановления фосфоритов. Высокотемпературная плотная зона печи станет более быстрой и тяжелой, что вызовет преждевременный провал технологического процесса. А добавления летучих веществ, получаемых из небольшого количества нефтяного кокса, недостаточно для выработки необходимого объема газов, что создает трудности для формирования эффективного изоляционного слоя между зоной воздушного потока в печи и слоем твердых материалов печи. Если добавить слишком большое количество, то из сырья печи получится огромное количество топлива, что вызовет охлаждение шлаков, оставшееся топливо соединится с воздухом охлажденных шлаков и быстро сгорит. Большое количество теплоты, выделяемой при сгорании, не только затрудняет охлаждение высокотемпературных шлаков, выходящих из печи, но и существенно повышает технологические производственные затраты. Это делает нереальным применение технологии в крупномасштабной и коммерческой областях.
Учитывая перечисленные нюансы, мы путем проведения неоднократных исследований нашли способ решения вышеописанной проблемы (см. китайский патентный документ № CN 1026403 C, CN 1040199 C), а именно разработали технологию прямого восстановления фосфорной руды для производства фосфорной кислоты путем использования двухслойных композитных гранул.
Вот конкретное техническое решение.
2
5
2
5
2
Сначала из соединения фосфорной руды и сырья изготавливаются гранулы, в печи РО в гранулах восстанавливается, превращается в пары фосфора и улетучивается, в верхней части слоя сырья пары фосфора окисляются под воздействием воздуха, попадающего в печь, и превращаются в газы РO, затем поглощаются в гидратационной установке, образуя фосфорную кислоту. Главное преимущество данного метода: для соединяющихся гранул сырья используется двухслойная композитная структура. Их внутренний слой состоит из фосфорной руды, кремния (или извести, известняка и т.д.) и гранул, образующихся после измельчения и смешения углеродного восстановителя. Внешний слой представляет собой слой твердого топлива с содержанием углерода более 20%, находящийся на гранулах внутреннего слоя; когда гранулы и верхний слой соединяются с материалом, добавляется связующее вещество, для гранул применяется сухое соединение. Молярное соотношение CaO/SiO во внутреннем слое гранул может быть менее 0.6 или более 6.5, углеродный восстановитель в 1-3 раз больше теоретического количества восстановленной фосфорной руды, дозирование твердого топлива внешнего слоя гранул может составлять 5%~25% от количества гранул внутреннего слоя. Связующим веществом, добавленным в верхний и внутренний слой гранул, может быть комбинация из гудрона, гумата натрия, гумата аммония, жидкого стекла, отработанной жидкости сульфит-целлюлозы, сахарного сиропа, сульфата лигнина; комбинация может состоять из одного или нескольких составляющих. Его нужно добавлять в объеме, равном 0.2~15% (сухая масса) от веса добавляемого сырья. Для этих гранул можно использовать сухое соединение, его температура составляет 80°С~600°С, время соединения - 3 мин ~ 120 мин.
2
2
5
2
2
5
2
2
2
5
2
5
2
5
2
5
В рамках предлагаемого метода поверх гранул образуется слой термоустойчивой облицовки, содержащий в себе твердый углерод и в процессе облицовывания добавляют связующее вещество. Облицовка внешнего слоя хорошо сцепляет гранулы внутреннего слоя. Двуслойные полисинтетические композитные гранулы проходят этап укрепления и дегидратации, после загружаются во вращающуюся печь. В зоне высоких температур во вращающейся печи (приблизительно 1300°С~1400°С) можно реализовать углеродотермическое восстановление фосфатной руды. Так как поверхность гранул покрыта оболочкой, которая содержит твердый восстановитель (углеродистый материал), то с течением времени данная оболочка может провести физическую изоляцию зоны окисления воздушного потока, которая содержит О и РО. Композитные гранулы в слое твердых материалов печи вслед за вращательными движениями печи поднимаются на поверхность слоя твердых материалов печи. Когда они вступают в конвективный массообмен с содержащей О и РО зоной окисления воздушного потока в верхней части слоя твердых материалов, углерод в упаковочном слое вступает в ограниченную реакцию окисления с О, находящимся в зоне окисления (так как гранулы в крупных промышленных печах появляются на поверхности слоя сырья за короткий промежуток времени, реакция проходит не полностью). Таким образом, О не может дойти до гранул внутреннего слоя, что является гарантией того, что углерод-восстановитель в гранулах внутреннего слоя не окисляется кислородом, находящимся в воздушном потоке в печи, что обеспечивает высокий коэффициент восстановления РО фосфоритов в технологическом процессе. С другой стороны, РO, находящийся в зоне окисления воздушного потока в верхней части слоя сырья в печи, также не может вступать в реакцию с углеродом, находящимся в упаковочном слое наружного слоя композитных гранул. Таким образом предотвращается образование фосфатов или соединений метафосфатов на композитных гранулах, устраняя формирование на гранулах белой оболочки с содержанием РO, что имело место быть в технологии KРА, тем самым подтверждая получение в данной технологии высокого выхода РО. В тоже время в этом методе газы или жидкое топливо полностью или частично заменяются твердым топливом, что снижает затраты на производство фосфорной кислоты.
Кроме того, в описываемом нами методе во время образования гранул добавляется органическое связующее вещество. Это означает, что после обезвоживания и просушки (ниже температуры окисления углерода в гранулах) композитные гранулы могут по-прежнему достигать прочность на сжатие более 200 кН на одну гранулу и интенсивность падения составляет свыше 10 раз/м. Поэтому композитные гранулы способны противодействовать силе механического трения, возникающей в печи, и не подвергаются раздроблению. Это предотвращает слабую прочность гранул, свойственную технологии KРА, и др. недостатки, а также преждевременное окисление углерода в печной зоне предварительного нагревания. Композитные гранулы не измельчаются в печи, что позволяет избежать провала технологии (отсутствуют печные высокотемпературные узловые кольца, которые могли бы образовываться измельченным материалом). Это обеспечивает возможность успешного технологического процесса при выполнении установленных условий.
2
5
4
Но все-таки в ходе дополнительного исследования авторы обнаружили ряд новых технических проблем, среди них присутствуют технические вопросы, которые возникают на этапе рекуперации и гидратации фтора для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига. Раньше преимуществом технологии сбора фосфора для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига было использование горячего метода для производства фосфорной кислоты. Но дымовой газ, полученный после окисления фосфора горячим методом, и дымовой газ, полученный после печного обжига, очень отличаются: во-первых, концентрация РО в дымовом газе после обжига сравнительно ниже, разница в объемах газа при одинаковых параметрах составляет 3~4 раза; во-вторых, сложный компонентный состав газа с содержанием примесей фтора, пыли/грязи и других примесей. По указанной причине следует, что, если бы продолжали использовать традиционный горячий метод сбора фосфорной кислоты, могло бы появиться большее количество вопросов и проблем: прежде всего, объем дымового газа меньше, скорость течения потока дымового газа ниже. Если к методу производства фосфорной кислоты посредством печного обжига применить такой набор, то размеры оборудования могут быть огромны, при том что такая система имеет сложную конструкцию, инвестиции и эксплуатационные затраты сравнительно выше; во-вторых, содержание примесей дымового газа неоднородное, коррозийность распыления кислоты еще сильнее, самая главная проблема состоит в предотвращении засорения трубопроводов и устройств твердыми продуктами, что требует усовершенствования как конструкции устройства, так и самой технологии сбора фосфорной кислоты; еще более важным является то, что дымовой газ содержит вредоносные фторосодержащие вещества (в форме SiF и HF), что предполагает утилизацию отходов и предотвращение загрязнения. Для снижения производственных затрат и эксплуатационных расходов, для обеспечения качества, для полного использования ресурсов, для предотвращения загрязнения окружающей среды при использовании технологии рекуперации фтора и его восстановления необходимо, чтобы технический персонал данной сферы производства провел глубокое исследование и предоставил соответствующие варианты решения.
Подробное описание
Технические вопросы данного изобретения, которые необходимо разрешить, - это преодоление недочетов предшествующего уровня техники (в патентном праве), создание более простой конструкции, рациональной концепции, снижение инвестиционных затрат, пригодность использования для сырья с более высоким коэффициентом использования, снижение выбросов и загрязнений.
Для решения вышеизложенных вопросов техническое решение, которое было предложено согласно настоящему изобретению, состоит в создании устройства по переработке фтора из дымового газа, который образовался после гидратации фосфора, для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига. Установка включает в себя первую и вторую ступень поглотительной (абсорбционной) колонны, они одинаковые и являются скруббером типа обратного течения из твердого тела в жидкое тело. Фторопоглотительная (абсорбционная) колонна первой ступени состоит из отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты и промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты. Входное отверстие промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты связано с трубопроводом для транспортировки дымового газа, образованного в ходе процесса гидратации фосфора. Выходное отверстие промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты связано со средней частью отбойного газожидкостного сепаратора. В верхней части отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты выполнено выходное отверстие для дымового газа. В нижней части выполнено выходное отверстие для кремнефтористой кислоты. Выходное отверстие для кремнефтористой кислоты с помощью трубопровода для транспортировки в части циркуляционного насоса сообщено с соплом промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты.
Фторопоглотительная (абсорбционная) колонна второй ступени состоит из отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты второй ступени и промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени. Выходное отверстие фторо поглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени соединено с помощью трубопровода с промывной трубкой декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени. Выходное отверстие промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени связано со средней частью отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты второй ступени. В верхней части отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты выполнены слой пеноотделения и выходное отверстие для дымового газа. В нижней части выполнено выходное отверстие для кремнефтористой кислоты. Выходное отверстие для кремнефтористой кислоты с помощью трубопровода для транспортировки в части циркуляционного насоса связано с соплом промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени и отбойным газожидкостным сепаратором кремнефтористой кислоты фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени.
Вышеописанное устройство по переработке фтора имеет в своей основе принцип поглощения фтора во фторопоглотительной (абсорбционной) колонне первой ступени и второй ступени: дымовой газ после гидратации фтора, который циркулирует в процессе впрыска в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты, сталкивается с концентрированным раствором кремнефтористой кислоты. Жидкость распространяется по стенкам трубки, таким образом на поверхности газ-жидкость появляется участок пены (барботажная колонна), в барботажной колонне газожидкость перемещается в вертикальном направлении. Газ постоянно контактирует с поверхностью жидкости, на участке пены происходит процесс сбора гранул и абсорбции газа, передается соответствующее количество теплоты.
В вышеописанном устройстве по переработке фтора на трубопроводе для транспортировки внутри второй ступени фторопоглотительной (абсорбционной) колонны установлен охладитель кремнефтористой кислоты. Охладитель кремнефтористой кислоты имеет два выходных отверстия для жидкости, первое соединяется с соплом промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени, второе сообщается со слоем распыления в верхней части отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты первой ступени.
В вышеописанном устройстве по переработке фтора выходное отверстие фторопоглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени соединяется с башней абсорбции. Башня абсорбции является вакуумной башней распыления. В верхней части башни абсорбции установлено выходное отверстие для дыма. Внутри башни в верхней части установлен слой распыления, в нижней части установлен щелочной бак поглотительной жидкости. Выходное отверстие щелочного бака поглотительной жидкости посредством трубопровода для транспортировки с циркуляционным насосом соединяется со слоем распыления внутри башни абсорбции.
В качестве общей технической концепции настоящее изобретение раскрывает использование устройства по переработке фтора из дымового газа, который образовался после гидратации фосфора, для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига и включает в себя следующие этапы:
(1) Первый этап - поглощение фтора: дымовой газ, полученный после гидратации фтора, подают в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени. Дымовой газ и циркулирующий раствор кремнефтористой кислоты, который впрыскивается с помощью сопла сверху вниз, вступают в полную реакцию газожидкостного двухфазного соединения с протеканием реакции теплообмена. В ходе реакции выделяется кремнефтористая кислота. Одновременно часть воды в растворе кремнефтористой кислоты, теплосодержания в дымовом газе посредством адиабатического испарения, переходит в водяной пар;
(2) Первый этап - разделение на газ-жидкость: газ и жидкость, которые находятся внутри промывной трубки кремнефтористой кислоты, полностью перемещаются в отбойный газожидкостный сепаратор для отделения газа и жидкости. Газообразное тело проходит первую ступень поглотительной (абсорбционной) колонны, через отверстие дымового выхода проходит ко второй ступени поглотительной (абсорбционной) колонны с декапировкой кремнефтористой кислоты внутри промывной трубки. Жидкое тело после отделения сохраняется в отбойном газожидкостном сепараторе, затем посредством циркуляционного насоса по трубопроводу для транспортировки возвращается в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты и проходит вышеупомянутый этап (1);
(3) Второй этап - поглощение фтора: дымовой газ проходит вторую ступень по промывной трубке декапировки кремнефтористой кислоты и циркулирующий раствор кремнефтористой кислоты, который впрыскивается с помощью сопла сверху вниз, вступают в полную реакцию газожидкостного двухфазного соединения, протекает реакция теплообмена. В ходе реакции выделяется кремнефтористая кислота. Одновременно теплосодержание в дымовом газе переходит в циркулирующий раствор кремнефтористой кислоты;
(4) Второй этап - разделение на газ-жидкость: газ и жидкость, которые находятся на второй ступени внутри промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты, полностью перемещаются в отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты второй ступени для отделения газа и жидкости. После газообразное тело проходит вторую ступень поглотительной (абсорбционной) колонны и через отверстие дымового выхода проходит к конечной башне абсорбции для обработки. Жидкое тело после отделения сохраняется в отбойном газожидкостном сепараторе второй ступени, часть посредством циркуляционного насоса возвращается в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени и проходит вышеупомянутый этап (3). Другая часть отходит в отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты первой ступени фторопоглотительной (абсорбционной) колонны;
(5) Количество раствора вышеупомянутой кремнефтористой кислоты внутри фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени может постоянно увеличиваться. Такой раствор кремнефтористой кислоты проходит процесс фильтрации и является побочным продуктом кремнефтористой кислоты.
3
3
3
3
Специфическая особенность вышеупомянутой технологии заключается в том, что в ходе вышеуказанного этапа (1) концентрация по массе раствора кремнефтористой кислоты первой ступени абсорбции фтора составляет 8%~25%. Температура раствора кремнефтористой кислоты составляет 25°С~65°С, соотношение газа и жидкости распыления удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м; в ходе вышеуказанного этапа (3) концентрация по массе раствора кремнефтористой кислоты второй ступени абсорбции фтора составляет 0.5%~5%, температура раствора кремнефтористой кислоты составляет 25°С~60°С, соотношение газа и жидкости распыления удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м.
Специфическая особенность вышеупомянутой технологии заключается в том, что в ходе вышеуказанного этапа (3) раствор кремнефтористой кислоты, который поступил в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени, обрабатывается посредством охладителя кремнефтористой кислоты. Температура дымового газа после прохождения этапа (3) снижается до 60°С и ниже.
Специфическая особенность вышеупомянутой технологии заключается в получении дымового газа, который прошел процесс гидратации фтора, после абсорбции посредством системы производства фосфорной кислоты. Система производства фосфорной кислоты включает в себя: башню гидратации, циркуляционную систему распыления кислотной жидкости, башню сбора тумана фосфорной кислоты и разделительную башню устранения запотевания;
По существу башня гидратации - это вакуумная башня распыления, в нижней части башни гидратации установлено входное отверстие дымового газа, который поступил из вращающейся печи, на башне гидратации в верхней части входного отверстия дымового газа может быть установлен канал с системой распыления. Входное отверстие системы распыления циркуляции кислотной жидкости выполнено в нижней части башни гидратации. Выходное отверстие системы распыления циркуляции кислотной жидкости соединено с трубкой входа жидкости системы распыления. Внутри системы распыления кислотной жидкости также установлены циркуляционный насос и резервуар кислотной жидкости;
Башня сбора тумана фосфорной кислоты - это скруббер типа обратного течения, который приводит твердое тело в жидкое состояние, включает в себя промывную трубку и отбойный газожидкостный сепаратор. Выходное отверстие башни гидратации через трубопровод соединяется с входным отверстием промывной трубки. Выходное отверстие промывной трубки доходит до средней части отбойного газожидкостного сепаратора. В верхней части отбойного газожидкостного сепаратора выполнено выходное отверстие дымового газа, в нижней части - выходное отверстие кислотной жидкости. Выходное отверстие кислотной жидкости через трубопровод для транспортировки с циркуляционным насосом соединяется с соплом промывной трубки;
Выходное отверстие башни сбора тумана фосфорной кислоты через трубопровод соединяется с нижней частью разделительной башни устранения запотевания, внутри разделительной башни устранения запотевания находится установка дополнения запаса воды в режиме реального времени. В верхней части разделительной башни устранения запотевания есть выходное отверстие для выброса дымового газа после гидратации фтора, в нижней части выполнено выходное отверстие кислотной жидкости. Выходное отверстие кислотной жидкости посредством трубопровода соединяется с входным отверстием кислотной жидкости в башне сбора тумана фосфорной кислоты.
Специфическая особенность вышеупомянутой технологии заключается в том, что башня гидратации оснащена системой охлаждения, система охлаждения включает в себя конструкцию а или b:
a) облицовка внешней стены канала башни гидратации оснащена системой водного охлаждения;
b) рядом с отверстием входа жидкости внутри циркуляционной системы распыления кислотной жидкости установлен охладитель кислоты.
Специфическая особенность вышеупомянутой технологии заключается в том, что установка, которая находится в верхней части разделительной башни устранения запотевания, оснащена шелковым шаблоном туманоуловителя. В нижней части установлена конструкция задержания капель фосфорной кислоты, похожая на циклонный сепаратор. Установка дополнения запаса воды в режиме реального времени находится внутри разделительной башни устранения запотевания над шелковым шаблоном туманоуловителя.
Специфическая особенность вышеупомянутой технологии заключается в том, что система распыления внутри башни гидратации включает в себя как минимум два слоя распыления, которые находятся на разной высоте. Эти два слоя включают слой распыления разбавленной фосфорной кислоты и слой распыления концентрированной фосфорной кислоты. Слой распыления концентрированной фосфорной кислоты находится над слоем распыления разбавленной фосфорной кислоты; трубка с поступающей жидкостью на слое распыления концентрированной фосфорной кислоты соединена с системой распыления кислотной жидкости. Трубка с поступающей жидкостью на слое распыления разбавленной фосфорной кислоты соединена с трубопроводом для транспортировки концентрированного раствора фосфорной кислоты внутри башни сбора тумана фосфорной кислоты; трубопровод для транспортировки системы распыления кислотной жидкости посредством отводной трубки соединен с входным отверстием кислотной жидкости, которое находится в башне сбора тумана фосфорной кислоты.
По сравнению с предшествующим уровнем техники ниже перечислены преимущества настоящего изобретения:
(1) Структура и соединения установки по рекуперации фтора улучшены, упрощены и рациональны, улучшены линия технологии абсорбции фосфорной кислоты, экологичность и экономичность технологического процесса, инвестиционные затраты урегулированы и оптимизированы;
(2) Структура системы упрощена, снижены инвестиционные, функциональные и эксплуатационные расходы;
2
5
(3) Принятое техническое решение для данного изобретения - ограничен источник сырьевого материала дымового газа, который прошел процесс гидратации, одновременно решен вопрос рекуперация фтора и РО в дымовом газе при производстве фосфорной кислоты посредством печного обжига, обеспечена эффективность этапов производства до и после проведения абсорбции фосфора и рекуперации фтора. Стоимость основного продукта - фосфорной кислоты и побочного продукта - кремнефтористой кислоты снижены, сырьевой ресурс используется в полной мере, повышены экономическая выгода производства фосфорной кислоты посредством печного обжига;
(4) В рамках принятого технического решения в соответствии с изобретением реализован технологический процесс без выбросов загрязняющих веществ (отработанный газ, отходы, отработанный раствор), таким образом повышен уровень экологичности технологического производства;
(5) Устройство настоящего оборудования предназначено для основного производства фосфорной кислоты фосфоритов низкого качества, для нашей страны имеет большое значение экономичность фосфоритов низкого качества.
Чертежи
Фиг. 1 - схематическое изображение конструкции регенерационной установки фтора.
Фиг. 2 - технологическая схема процесса восстановления фтора.
Фиг. 3 - схематическое изображение системы производства фосфорной кислоты.
Фиг. 4 - чертеж в увеличенном масштабе, структурное изображение башни гидратации устройства по производству фосфорной кислоты.
Фиг. 5 - чертеж в увеличенном масштабе, структурное изображение башни сбора тумана фосфорной кислоты устройства по производству фосфорной кислоты.
На чертежах следующими позициями обозначены:
1. башня гидратации; 11. входное отверстие дымового газа; 12. выходное отверстие дымового газа; 13. установка распыления; 14. входное отверстие жидкости; 15. выходное отверстие жидкости; 16. резервуар кислоты; 17. система водного охлаждения; 18. охладитель кислоты; 2. циркуляционный насос; 21. установка фильтр-прессования; 22. фильтровальная установка наполнителя; 23. устройство очистки фосфорной кислоты; 24. слой распыления концентрированной фосфорной кислоты; 25. слой распыления разбавленной фосфорной кислоты; 3. башня сбора тумана фосфорной кислоты; 31. промывная трубка; 32. отбойный газожидкостный сепаратор; 33. выходное отверстие кислотной жидкости; 34. входное отверстие кислотной жидкости; 35. сопло; 4. разделительная башня устранения запотевания; 41. установка дополнения запаса воды в режиме реального времени; 42. шелковый шаблон туманоуловителя; 43. конструкция задержания капель фосфорной кислоты; 5. фторопоглотительная (абсорбционная) колонна первой ступени; 51. промывная трубка декапировки кремнефтористой кислоты; 52. отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты; 53. выходное отверстие жидкости кремнефтористой кислоты; 54. устройство для очистки кремнефтористой кислоты; 6. фторопоглотительная (абсорбционная) колонна второй ступени; 61. промывная трубка декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени; 62. отбойный газожидкостный сепаратор второй ступени; 63. охладитель кремнефтористой кислоты; 7. башня абсорбции; 8. вентилятор.
Описание прилагаемых чертежей:
Нижеизложенный пример осуществления раскрыт с отсылкой к прилагаемым чертежам и описывает данное изобретение, однако такой пример не ограничивает предел осуществления данного изобретения.
Пример осуществления
Как показано на фиг. 1, устройство по переработке фтора из дымового газа, который образовался после гидратации фосфора, для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига включает фторопоглотительную (абсорбционную) колонну первой ступени 5 и фторопоглотительную (абсорбционную) колонну второй ступени 6. Фторопоглотительная (абсорбционная) колонна первой ступени 5 и фторопоглотительная (абсорбционная) колонна второй ступени 6 одинаковые и являются скруббером типа обратного течения из твердого тела в жидкое тело. Фторопоглотительная (абсорбционная) колонна первой ступени 5 состоит из промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты 51 и отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты 52. Входное отверстие промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты 51 соединяется с трубопроводом для транспортировки дымового газа. Выходное отверстие промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты 51 соединяется с отбойным газожидкостным сепаратором кремнефтористой кислоты 52. В верхней части отбойного газожидкостного сепаратора кремнефтористой кислоты 52 выполнено выходное отверстие дымового газа 12. В нижней части выполенено выходное отверстие жидкости кремнефтористой кислоты 53, выходное отверстие жидкости кремнефтористой кислоты 53 посредством трубопровода с циркуляционным насосом 2 соединяется с соплом 35, которое находится внизу промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты 51, отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты 52 присоединяется к циркуляционному баку кислоты трубопровода для транспортировки.
Согласно настоящему примеру осуществления конструкция фторопоглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6 схожа с конструкцией фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени, фторопоглотительная (абсорбционная) колонна второй ступени 6 состоит из промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени 61 и отбойного газожидкостного сепаратора второй ступени. Выходное отверстие дымового газа 12 в промывной трубке декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени 61 соединяется с отбойным газожидкостным сепаратором второй ступени 62 и доходит до средней части, в верхней части отбойного газожидкостного сепаратора второй ступени 62 выполнены выходное отверстие для дымового газа 12 и слой пеноотделения. В нижней части выполнено выходное отверстие для жидкости кремнефтористой кислоты 53, посредством трубопровода с циркуляционным насосом 2 соединенное с соплом 35, которое находится внутри промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени.
Согласно настоящему примеру осуществления, на трубопроводе для транспортировки фторопоглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6 установлен также охладитель кремнефтористой кислоты 63, входное отверстие охладителя кремнефтористой кислоты 63 соединяется с циркуляционным насосом 2, выходное отверстие делится на два выхода, первый соединяется с соплом 35 внутри промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени, а второй соединяется со слоем распыления в верхней части отбойного газожидкостного сепаратора второй ступени 62. Отбойный газожидкостный сепаратор второй ступени 62 одинаково присоединяется к циркуляционному баку кислоты трубопровода для транспортировки. Выходное отверстие циркуляционного насоса 2 фторопоглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6 посредством отводной трубки соединяется с входным отверстием кислотной жидкости в отбойном газожидкостном сепараторе кремнефтористой кислоты 52 фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5. На этом основании избыточный раствор кремнефтористой кислоты во фторопоглотительной (абсорбционной) колонне второй ступени 6 доходит до фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5.
Для того чтобы соответствовать нормам выпуска загрязняющих веществ, в данном примере осуществления устройство по переработке фтора связано с конечной башней абсорбции 7, башня абсорбции 7 - это вакуумная башня распыления.
В верхней части башни абсорбции выполнено выходное отверстие для дыма. Выходное отверстие дымового газа 12 фторопоглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6 присоединяется к входному отверстию дымового газа 11 башни абсорбции. В верхней части башни абсорбции 7 выполнено выходное отверстие для дымового газа 12. Внутри башни в верхней части установлен слой распыления, в нижней части установлен щелочной бак поглотительной жидкости (каустическая сода). Выходное отверстие щелочного бака поглотительной жидкости посредством трубопровода для транспортировки с циркуляционным насосом 2 соединяется со слоем распыления внутри башни абсорбции 7, таким образом формируется циркуляционная система распыления.
Выходное отверстие жидкости кремнефтористой кислоты 53 посредством трубопровода с насосом подает сырье во внешнее устройство для очистки кремнефтористой кислоты 54 (или в обрабатывающее устройство виллиомит - природный фторид натрия). Перед подачей в устройство для очистки кремнефтористой кислоты 54 можно посредством установки фильтр-прессования 21 сначала провести обработку на фильтр-прессе, а через переливную трубку установки фильтр-прессования 21 посредством трубопровода материал поступит в устройство для очистки кремнефтористой кислоты 54.
Как показано на фиг.2, устройство по переработке фтора из дымового газа, который образовался после гидратации фосфора, для производства фосфорной кислоты посредством печного обжига включает в себя следующие этапы:
3
3
(1) Первая ступень поглощения фтора: сначала дымовой газ после гидратации фтора подают в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты 51 фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5. Большая часть фтора, который содержится в дымовом газе (в основном четырехфтористый кремний), и циркулирующий раствор кремнефтористой кислоты (концентрация по массе: 10%~20%, температура: 25°С~65°С, соотношение газа и жидкости распыления удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м), который впрыскивается с помощью сопла 35 сверху вниз, вступают в полную реакцию газожидкостного двухфазного соединения, протекает реакция теплообмена. В ходе реакции выделяется кремнефтористая кислота. Одновременно часть процента содержания воды в растворе кремнефтористой кислоты, теплосодержания в дымовом газе посредством адиабатического испарения, переходит в водяной пар; процент содержания воды в дымовом газе, который прошел через адиабатическое испарение в растворе кремнефтористой кислоты, и способ теплопередачи раствору кремнефтористой кислоты, подвергается снижению до 50°С~70°С;
(2) Первая ступень - разделение на газ-жидкость: газ и жидкость, которые находятся внутри промывной трубки кремнефтористой кислоты 51, полностью перемещаются в отбойный газожидкостный сепаратор 52 для отделения газа и жидкости. После газообразное тело проходит первую ступень поглотительной (абсорбционной) колонны 5, через отверстие дымового выхода поступает в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени 61 поглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6. Жидкое тело после отделения сохраняется в отбойном газожидкостном сепараторе 52, затем посредством циркуляционного насоса 2 по трубопроводу для транспортировки возвращается в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты 51 и проходит вышеупомянутый этап (1);
3
3
(3) Вторая ступень - поглощение фтора: дымовой газ (избыток фторосодержащего вещества, в основном четырехфтористый кремний) проходит вторую ступень по промывной трубке декапировки кремнефтористой кислоты 61 и циркулирующий раствор кремнефтористой кислоты (концентрация по массе: 0.5%~5%, температура: 25°С~60°С, соотношение газа и жидкости распыления удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м), который впрыскивается с помощью сопла 35 сверху вниз, вступают в полную реакцию газожидкостного двухфазного соединения, протекает реакция теплообмена. В ходе реакции выделяется кремнефтористая кислота. Одновременно теплосодержание в дымовом газе переходит в циркулирующий раствор кремнефтористой кислоты; температура дымового газа после прохождения (3) этапа снижается до 60°С;
(4) Вторая ступень - разделение на газ-жидкость: газ и жидкость, которые находятся на второй ступени внутри промывной трубки декапировки кремнефтористой кислоты 61, полностью перемещаются в отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты второй ступени 62 для отделения газа и жидкости. После газообразное тело проходит вторую ступень поглотительной (абсорбционной) колонны 62, через отверстие дымового выхода проходит к конечной башне абсорбции 7 для обработки. Жидкое тело после отделения сохраняется в отбойном газожидкостном сепараторе второй ступени 62, часть посредством циркуляционного насоса 2 возвращается в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени 61 и проходит вышеупомянутый этап (3). Другая часть отходит в отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты первой ступени фторопоглотительной (абсорбционной) колонны; установка трубопровода для транспортировки оснащена охладителем кремнефтористой кислоты 63, раствор кремнефтористой кислоты, который поступил в промывную трубку декапировки кремнефтористой кислоты второй ступени 61, охлаждается посредством охладителя кремнефтористой кислоты 63; излишки раствора кремнефтористой кислоты выпускаются в отбойный газожидкостный сепаратор кремнефтористой кислоты 52 фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5;
2
5
2
5
4
(5) Фтор в растворе кремнефтористой кислоты внутри фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5 и фторо поглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6 при поглощении дымового газа накапливается, излишки раствора кремнефтористой кислоты внутри фторопоглотительной (абсорбционной) колонны второй ступени 6 выпускаются внутрь фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5. Излишки раствора кремнефтористой кислоты внутри фторопоглотительной (абсорбционной) колонны первой ступени 5 через насос подачи сырья подаются в установку фильтр-прессования 21 для обработки на фильтр-прессе. Фильтрат проходит этап очищения и стадию изготовления готового продукта или обработку продукта виллиомита; фильтр-остаток - это гель кремниевой кислоты/силикон, после удаления примесей получается побочный продукт. Дымовой газ, который поступил в конечную башню абсорбции 7, в процессе движения вверх вниз соединяется в обратном течении с циркулирующим раствором, который распыляется. В нижней части конечной башни абсорбции 7 находится бак поглотительной жидкости, посредством циркуляционного насоса 2 соединяется с каждым слоем распыления внутри башни, образуется циркуляционная система распыления; для сохранения поглотительной способности абсорбирующей жидкости значение рН абсорбирующей жидкости сохраняется на значении 8 и выше, необходимо непрерывно добавлять разбавленный щелочной раствор (раствор гидроксида натрия), усвоенные РО, фтор и т.д. внутри дымового газа и добавленный разбавленный щелочной раствор накапливаются. Необходимо проводить беспрерывную очистку сточных вод, очищенная и обработанная вода может быть повторно использована в процессе производства фосфорной кислоты посредством печного обжига; излишки загрязняющих веществ в дымовом газе (РО, SiF, пыль и т.д.) поглощаются распыленной жидкостью, процесс очищения дымового газа, выполняется норма выброса, после посредством вытяжного вентилятора происходит выброс через вытяжную трубу.
Внутри вышеуказанной технологии дымовой газ после поглощения фосфора - это система производства фосфорной кислоты, которая продемонстрирована на фиг. 3~5 после процесса абсорбции. Система производства фосфорной кислоты включает в себя: башню гидратации 1, циркуляционную систему распыления кислотной жидкости, башню сбора тумана фосфорной кислоты 3 и разделительную башню устранения запотевания.
Согласно настоящему примеру осуществления корпус башни гидратации 1 - это вакуумная башня распыления, в нижней части башни гидратации установлено входное отверстие дымового газа 11, на башне гидратации в верхней части установлен канал с системой распыления. Также на башне гидратации в верхней части установлено выходное отверстие дымового газа 12, внутри располагается установка распыления 13, входное отверстие 14 системы распыления циркуляции кислотной жидкости установлено в нижней части башни гидратации 1. Выходное отверстие 15 системы распыления циркуляции кислотной жидкости соединено с трубкой входа жидкости системы распыления 13. Внутри системы распыления кислотной жидкости еще установлены циркуляционный насос 2 и резервуар кислотной жидкости 16; в данном примере осуществления облицовка внешней стены канала башни гидратации 1 оснащена системой водного охлаждения 17, вода в системе водного охлаждения 17 используется как способ подачи. Кроме того, расположение входного отверстия жидкости 14 внутри циркуляционной системы распыления кислотной жидкости установлено, где охладитель кислоты 18; Выходное отверстие охладителя кислоты 18 соединяется с входным отверстием резервуара кислоты 16, выходное отверстие резервуара кислоты 16 через циркуляционный насос 2 соединяется с установкой распыления 13, таким образом образована циркуляционная система распыления кислотной жидкости.
Согласно настоящему примеру осуществления башня сбора тумана фосфорной кислоты 3 - это скруббер типа обратного течения, который приводит твердое тело в жидкое состояние, включает в себя промывную трубку 31 и отбойный газожидкостный сепаратор 32. Выходное отверстие дымового газа 12 башни гидратации 1 через трубопровод соединяется с входным отверстием промывной трубки 31. Выходное отверстие промывной трубки 31 доходит до средней части отбойного газожидкостного сепаратора 32. В верхней части отбойного газожидкостного сепаратора 32 установлено выходное отверстие дымового газа 12, в нижней части - выходное отверстие кислотной жидкости 33. Выходное отверстие кислотной жидкости 33 через трубопровод для транспортировки с циркуляционным насосом 2 соединяется с соплом 35 промывной трубки 31 (см. фиг. 5), отбойный газожидкостный сепаратор 32 одновременно выступает в качестве циркуляционного бака кислоты в башне сбора тумана фосфорной кислоты 3.
Башня гидратации 1 и башня сбора тумана фосфорной кислоты 3 взаимно окисляются. Согласно настоящему примеру осуществления установка распыления 13 - в башне гидратации 1 установлено три слоя распыления с разной высотой канала распыления внутри башни гидратации 1. Внутри трех слоев распыления есть слой распыления разбавленной фосфорной кислоты 25 и слой распыления концентрированной фосфорной кислоты 24 (см. фиг. 4), слой распыления концентрированной фосфорной кислоты 24 находится над слоем распыления разбавленной фосфорной кислоты 25. Трубка с поступающей жидкостью на слое распыления концентрированной фосфорной кислоты 24 соединена с системой распыления кислотной жидкости в башне гидратации 1. Трубка с поступающей жидкостью на слое распыления разбавленной фосфорной кислоты 25 соединена с трубопроводом для транспортировки концентрированного раствора фосфорной кислоты внутри башни сбора тумана фосфорной кислоты 3, таким образом, кислотная жидкость внутри башни сбора тумана фосфорной кислоты 3 доходит до башни гидратации 1. Внутри системы распыления кислотной жидкости трубопровод для транспортировки после циркуляционного насоса 2 посредством отводной трубки соединен с входным отверстием кислотной жидкости 34, которое находится в башне сбора тумана фосфорной кислоты 3.
Но учитывая последующий процесс фильтрации и очистки фосфорной кислоты, на отводной трубке установлена фильтровальная установка наполнителя 22. Входное отверстие кислоты фильтровальной установки наполнителя 22 посредством отводной трубки соединяется с циркулирующей системой распыления кислотной жидкости. Выходное отверстие фильтрата делится на три отрезка, один отрезок соединен с входным отверстием кислотной жидкости 34 башни сбора тумана фосфорной кислоты 3, один отрезок соединен с устройством очистки фосфорной кислоты 23, один отрезок соединен с резервуаром кислотной жидкости 16; нижнее отверстие течения фильтровальной установки наполнителя 22 посредством трубопровода соединяется с отверстием подачи сырья установки фильтр-прессования 21, переливная трубка установки фильтр-прессования 21 через трубопровод соединяется с резервуаром кислотной жидкости 16 внутри циркуляционной системы распыления кислотной жидкости, осуществляется вторичная переработка/утилизация отходов фосфорной кислоты, тем самым обеспечивается высокий размер выработки фосфорной кислоты.
Согласно настоящему примеру осуществления выходное отверстие дымового газа 12 башни сбора тумана фосфорной кислоты 3 через трубопровод соединяется с нижней частью разделительной башни устранения запотевания 4. В верхней части разделительной башни устранения запотевания 4 есть выходное отверстие 12 для выброса дымового газа после процесса гидратации фтора. В нижней части установлено выходное отверстие кислотной жидкости 33. Выходное отверстие кислотной жидкости 33 посредством трубопровода соединяется с входным отверстием кислотной жидкости 34 в башне сбора тумана фосфорной кислоты 3. В разделительной башне устранения запотевания 4 находится установка дополнения запаса воды в режиме реального времени 41. Вода, добавленная через установку дополнения запаса воды в режиме реального времени 41, одновременно может использоваться как дополнительный запас воды в процессе производства фосфорной кислоты, т.е. по трубопроводу в порядке очередности вернется в башню сбора тумана фосфорной кислоты 3 и в башню гидратации 1. В верхней части разделительной башни устранения запотевания 4 установлен шелковый шаблон туманоуловителя 42. В нижней части установлена конструкция задержания капель фосфорной кислоты 43, установка дополнения запаса воды в режиме реального времени 41 установлена над шелковым шаблоном туманоуловителя 42.
Принцип работы технологии производства фосфорной кислоты в данном примере осуществления включает в себя нижеследующие шаги:
2
5
2
5
2
5
2
5
4
2
5
3
3
3
1. Гидратное поглощение/абсорбция РО в башне гидратации: дымовой газ, который содержит РО и фтор (особый случай - дымовой газ из печи в процессе производства фосфорной кислоты посредством печного обжига с температурой 500°С и выше содержит РО 80 г/Н⋅м), через входное отверстие дымового газа 11 из нижней части башни гидратации 1 проникает в башню. Перед включением циркуляционного насоса 2 циркуляционной системы распыления кислотной жидкости концентрированный раствор фосфорной кислоты в башне гидратации 1 выбрасывается посредством верхнего и среднего слоя распыления концентрированной фосфорной кислоты 24, сопло самого верхнего слоя распыления концентрированной фосфорной кислоты 24 из нижней части по диагонали впрыскивается во внутренние стенки башни. Остальные сопла распыляются вертикально вниз, сопла, которые располагаются посередине и внизу второго слоя, распыляются вертикально вниз. Дымовой газ, который содержит РО и фтор, который находится в башне и в распыленном растворе концентрированной фосфорной кислоты, соединяется в обратном течении. Протекает реакция теплообмена, химическая реакция, посредством которой выделяется фосфорная кислота. Больше половины фосфорной кислоты поглощается в распыленном растворе. Другая часть тумана фосфорной кислоты сохраняется в газовой фазе, фтор в дымовом газе (например, SiF и HF т.д.) в условиях концентрированной фосфорной кислоты и высоких температур очень трудно поддается поглощению в процессе распыления; дымовой газ посредством циркуляционного распыления по сравнению с концентрированным раствором фосфорной кислоты низких температур подвергается теплообмену и охлаждению внутри башни гидратации 1 посредством системы водного охлаждения 17, температура снижается до 70°С~95°С. Температура раствора концентрированной фосфорной кислоты на выходе башни гидратации 1 поднимается. В соответствии с размером содержания влаги в дымовом газе процент концентрации по массе концентрированного раствора фосфорной кислоты может быть в пределах 60%~90% (в данном примере осуществления концентрация раствора фосфорной кислоты составляет 70%~85%). Температура в башне удерживается 50°С~80°С, соотношение газа и жидкости распыления удерживается на уровне 3 л/м ~ 20 л/м. Дымовой газ в башне в форме тумана образует туман фосфорной кислоты, нельзя, чтобы туман оседал в башне гидратации 1, туман вслед за дымовым газом должен выйти из башни гидратации 1. В башне гидратации 1 содержится двуслойная функция поглощения РО и охлаждения дымового газа, в том числе основная химическая реакция возникает, как ниже следует:
2
5
2
3
4
РO+3НO=2НРO
Распыленный концентрированный раствор фосфорной кислоты внутри башни гидратации 1 посредством входного отверстия жидкости 14 проникает в циркуляционную систему распыления кислотной жидкости, после проникает в охладитель кислоты 18, конструкция охладителя кислоты - это теплообменная плита, которая имеет несколько нержавеющих стальных трубок, расположенных в смесителе, в трубки поступает циркуляционная охлажденная вода, смешивается, используемый раствор фосфорной кислоты, который поступил в охладитель кислоты 18, на теплообменной плите вызывает процесс теплопередачи при вынужденной конвекции; повышается коэффициент теплопередачи, часть теплосодержания в концентрированной фосфорной кислоте в охладителе кислоты 18, количество теплоты раствора фосфорной кислоты через охлаждающую воду непрерывно переносится, система распыления, действует следующим образом, циркулирующий раствор фосфорной кислоты, полученный из охладителя 18, поступает в резервуар кислоты 16, с помощью циркуляционного насоса 2 снова возвращается, каждое сопло, которое на двухслойном слое распыления концентрированной фосфорной кислоты 24, распыляется.
3
3
2. Сбор фосфорной кислоты в башне сбора тумана фосфорной кислоты: вещество на газовой фазе (дымовой газ), которое выделяется из выходного отверстия дымового газа 12 в башне гидратации 1, поступает в промывную трубку 31 башни сбора тумана фосфорной кислоты 3, башня сбора тумана фосфорной кислоты - это скруббер противоточного типа, в промывной трубке 31 снизу вверх распыляется разбавленный фосфорный раствор, после того, как разбавленный раствор фосфорной кислоты и высокий поток дымового газа соединяются, в зоне разделения газ-жидкость образуется турбулентная зона. После того, как кинетическая энергия жидкой среды приходит к равновесию, образуется высокоустойчивый участок пены (барботажная колонна), дымовой газ проходит через участок пены, происходит соприкосновение поверхности разбавленного раствора фосфорной кислоты, который проходит обширный и непрерывный процесс восстановления. На участке пены возникают частички/гранулы, которые собираются, затем проходят процесс полимеризации и передачи удельной теплоты. Туман фосфорной кислоты в дымовом газе переносится в циркуляционный раствор разбавленной фосфорной кислоты. Скорость поверхностного течения на участке поглощения составляет 10 м/с ~ 30 м/s, соотношение газа и жидкости 3 л/м ~ 25 л/м. Посредством метода, в котором дымовой газ проходит процесс адиабатического испарения воды из разбавленного раствора фосфорной кислоты, понижают температуру до 60°С~75°С. По сравнению с традиционным горячим методом производства туманоуловитель Вентури, в одинаковых условиях предотвращения запотевания, башня сбора тумана фосфорной кислоты данного изобретения может значительно уменьшить потери мощности устройства, что приведет к снижению потребления энергии устройства. В качестве распыленной кислотной жидкости в башне сбора тумана фосфорной кислоты 3 применяется раствор разбавленной фосфорной кислоты с концентрацией по массе 10%~50%. Газообразное и жидкое тело внутри промывной трубки 31 поступают в нижнюю часть отбойного газожидкостного сепаратора 32, происходит разделение/расщепление газ - жидкость. После попадания раствора фосфорной кислоты в нижнюю часть отбойного газожидкостного сепаратора 32 башня отбойного газожидкостного сепаратора 32 одновременно является и циркуляционным баком кислоты, с помощью циркуляционного насоса 2 происходит возврат в промывную трубку 31 или в башню гидратации 1 на слой распыления разбавленной фосфорной кислоты 25.
2
5
2
5
3. Сбор фосфорной кислоты в разделительной башне устранения запотевания: выпущенный дымовой газ через выходное дымовое отверстие 12 внутри башни сбора тумана фосфорной кислоты 3 проходит в разделительную башню устранения запотевания 4, где происходит деление/расщепление газ-жидкость для дальнейшего выведения тумана фосфорной кислоты из дымового газа, нижняя часть разделительной башни устранения запотевания похожа на циклонный сепаратор - конструкция задержания капель фосфорной кислоты 43. Количество капель фосфорной кислоты под действием центробежной силы возрастает по сравнению со сбором дымового газа. Установка в верхней части разделительной башни устранения запотевания оснащена шелковым шаблоном туманоуловителя 42, там собираются капли тумана фосфорной кислоты, которые еще не возросли в дымовом газе, и сохраняется размер выработки РО в установке; далее происходит загрузка дымового газа, выпущенного из разделительной башни устранения запотевания, во фтористую установку рекуперации, т.к. в процессе гидратации фосфорной кислоты в дымовом газе РО необходимо потребление воды, кроме того, в процессе охлаждения дымового газа из распыленной кислотной жидкости испаряется часть влаги, поэтому необходима непрерывная подача воды. В данном примере осуществления технологической системы необходим дополнительный объем воды, который должен располагаться в выходном отверстии дымового газа 12 разделительной башни запотевания 4.
2
5
4
2
Установка дополнения запаса воды в режиме реального времени 41 находится внутри разделительной башни устранения запотевания 4 вверху шелкового шаблона туманоуловителя и является по совместительству ирригационным оборудованием. Внутри башни гидратации 1 РО непрерывно поглощается, таким образом постепенно может увеличиться концентрация кислотной жидкости, ввиду этого циркуляционная система кислотной жидкости башни гидратации 1 и башни сбора тумана фосфорной кислоты 3 должна быть оснащена связкой кислот для сохранения стабильности концентрации циркулирующей кислотной жидкости. Кислота, связанная от башни гидратации 1 до башни сбора тумана фосфорной кислоты 3, очищается в фильтровальной установке наполнителя 22, после фильтрации попадает в башню сбора тумана фосфорной кислоты 3. Кислота, связанная от башни сбора тумана фосфорной кислоты 3 до башни гидратации 1, непосредственно из башни сбора тумана фосфорной кислоты 3 посредством циркуляционного насоса выводится к месту выхода. Избыток фосфорной кислоты внутри технологической системы (в соответствии с производственным объемом кислоты) также проходит этап очистки, добавляется активированный уголь, диатомит, соли бария. Цвет и SO сброшенной фосфорной кислоты - фильтрация на рамном фильтр-прессе. После очистки получается готовый продукт - концентрированная фосфорная кислота. Кроме того, после того, как пыль и другое подавляющее большинство твердых гранул в дымовом газе перемещаются в раствор фосфорной кислоты, концентрация внутри фильтровальной установки наполнителя 22 доходит до фильтрации в установке фильтр-прессования 21. Фильтрат возвращается в резервуар кислоты 16, остаток выводится наружу через систему.