磷酸一銨生產(chǎn)技術(shù)培訓(xùn)課程

1、磷酸一銨生產(chǎn)技術(shù)XX化工工程有限責(zé)仼公司磷酸一銨生產(chǎn)技術(shù)目錄1 磷酸生產(chǎn)工藝技術(shù)方案 41.1 礦漿制備工藝 41.2 濕磨工藝介紹 51.3 磷酸生產(chǎn) 工序 71.3.1 磷酸生產(chǎn)工藝的介紹 71.3.2 磷酸生產(chǎn)過程主要化學(xué)反應(yīng) 71.4 濕法磷酸工 藝技術(shù)介紹 91.4.1 工藝技術(shù)發(fā)展特點 9（1）裝置大型化 9（2）二水法流程仍占主導(dǎo)地位，同時積極發(fā)展半水法和再結(jié)晶工藝，使裝置更加節(jié)能。 91.4.2 世界上濕法磷酸工藝情況 91.4.3 磷酸工藝技術(shù)方案的比較與選擇 111.5 二水法工藝 技術(shù)的比較和選擇 111.5.1 二水法工藝技術(shù)介紹 111.5.2 二水法工藝技術(shù)的比較

2、121.5.3 二水法工藝技術(shù)選擇 121.6 磷酸生產(chǎn) 主要 設(shè)備選擇 131.6.1 球磨機(jī) 131.6.2 萃取槽的選擇 131.6.3 過濾設(shè)備的選擇 171.6.4 尾氣洗滌設(shè)備的選擇 182 磷酸生產(chǎn)工藝 182.1 磷酸生產(chǎn)工藝 流程 182.1.1 磷酸生產(chǎn)工藝流程簡介 182.1.2 磷酸生產(chǎn)工藝流程圖 202.2 生產(chǎn)物料平衡 212.2.1 年產(chǎn) 20 萬噸磷酸一銨裝置物料平衡見圖 1-2212.2.2 生產(chǎn)裝置的磷平衡 232.3 磷酸生產(chǎn)主要設(shè)備一覽表 243 磷酸一銨生產(chǎn)技術(shù) 253.1 磷酸一銨工藝 技術(shù)的選擇 和比 較 253.1.1 磷酸濃度的確定 253.1

3、.2 中和方法的確定 253.1.3 磷銨料漿霧化方式的選擇 263.2 磷銨生產(chǎn)工藝的介紹 273.2.1 傳統(tǒng)法生產(chǎn)磷酸銨的工藝 273.2.2 料漿法生產(chǎn)磷酸銨類肥料的工藝 283.2.3 磷酸一銨工藝生產(chǎn)流程 294 磷銨生產(chǎn) 工 藝介紹 314.1 生產(chǎn)工序 314.1.1 中和工序 314.1.2 濃縮工序 314.1.3 干燥 324.2 余熱利用 324.3 氨站 334.4 磷銨生產(chǎn)過程的主要化學(xué)反應(yīng)： 334.5 磷銨系統(tǒng)主要設(shè)備的選擇 344.5.1 料漿濃縮加熱器： 344.5.2 噴霧干燥裝置： 344.5.3 噴粉塔 344.6 磷酸一銨 裝置原料及 能源消耗量 3

4、54.7 磷銨 裝置主要設(shè)備 351 磷酸生產(chǎn)工藝技術(shù)方案采用單槽單槳磷酸快速萃取 轉(zhuǎn)臺真空過濾技術(shù)配套建設(shè) 20 萬 噸 /年濕法磷酸生產(chǎn)裝置一套（含磷礦制漿系統(tǒng)） 。本工藝分礦漿制備及磷酸生產(chǎn)二部分。1.1 礦漿制備工藝1.1.1 原料生產(chǎn)中礦漿制備工藝的確定磷酸生產(chǎn)中礦漿制備工藝中磨礦通常有干磨與濕磨兩種工藝， 濕 磨工藝有開路磨礦和閉路磨礦二種流程。（1）干磨工藝干磨工藝是將磷礦在風(fēng)掃磨內(nèi)磨成 90%通過 100 目的礦粉，水 分含量在 1%以下，進(jìn)磨機(jī)的磷礦塊度控制在 25mm 以下，水分控制 在 8%以下。磨機(jī)尾氣處理采用干法除塵。（2）濕磨工藝濕磨工藝是將磷礦與水一起研磨成含水約

5、3038%的礦漿，一般 采用球磨或棒磨。1.1.2 磨礦工藝選擇原料磨礦工藝可選擇濕磨或干磨，濕法與干法相比，它具有流程 簡單，設(shè)備少，廠房體量小，占地少，投資低；濕磨的功率消耗比干 磨低，且原料不需干燥，節(jié)省了燃料，從而降低生產(chǎn)成本；操作環(huán)境 好，噪聲低，并消除了粉塵污染；簡化礦粉加料系統(tǒng)，工人勞動強度 低等優(yōu)點。濕磨工藝的缺點：礦漿的含水帶入反應(yīng)系統(tǒng)，與干磨流程相比， 石膏過濾時，洗滌水量需相應(yīng)減少。根據(jù)二種磨礦工藝的比較，一般都選用濕法磨礦工藝。12濕磨工藝介紹磷礦石組分見表1-1表1-1磷礦組成一覽表成份P2O5CaOSiO2AI2O3Fe2O3MgOF組成%31.043.016.51

6、.61.40.53.25122濕磨工藝分類濕法磨礦工藝分開路磨礦及閉路磨礦(1) 閉路磨礦磷礦石進(jìn)入磨機(jī)后，在磨礦過程中進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，礦漿通過分 選機(jī)將大了要求粒度的磷礦石返回至磨機(jī)進(jìn)口， 只有達(dá)到粒度要求的 礦漿進(jìn)入礦漿貯槽。(2) 開路磨礦磷礦石進(jìn)入磨機(jī)，通過(分段)粉磨后，礦漿直接由磨機(jī)出料口 排入礦漿貯槽。(3) 開路與閉路工藝流程優(yōu)缺點比較如下表 1-2表1-2開路與閉路工藝比較比較指標(biāo)流程閉路流程開路流程流程流程長、復(fù)雜流程短、簡單對礦的適應(yīng)性對原料礦一致性要求較高，并且要 求原礦的含泥量低，一般要求采用 擦洗精礦對各種礦均能適應(yīng)可靠性對分級和濃縮設(shè)備的可靠性要求 高可靠性好裝機(jī)容

7、量稍低于開路稍高于閉路每噸礦的耗電量稍低于開路稍高于閉路占地面積大，一般為開路流程一倍以上小產(chǎn)品粒度易于控制、粒度均勻性較好粒度均勻性一般可以看出，閉路工藝流程是通過粒度分級設(shè)備，對磨過的礦漿進(jìn) 行分級，主要分級方法有：使用螺旋分級機(jī)分級、水力旋流器分級以 及重力沉降等。閉路流程的優(yōu)點是顯而易見的，通過分級，礦漿的粒 度分布比較均勻，并且成品粒度容易保證。但是，他的缺點也比較多， 如生產(chǎn)工藝流程長、占地面積大，設(shè)備多、水耗大、需要有濃縮過程 等。濃縮過程對磷礦本身的質(zhì)量比較挑剔，對物料的一致性要求很高。 當(dāng)物料的性質(zhì)有所變化時，能直接影響到設(shè)備的效率和能力，而往往 磷礦來時為統(tǒng)礦，不易控制物性

8、。因此該種流程的運用中受到一定的 限制。就開路工藝流程而言，優(yōu)點是流程簡單、占地少，設(shè)備少和水耗 少、原料的適應(yīng)能力強、運行可靠。其缺點是粒度分布較難控制。為 了解決上述問題，針對各種不同礦種的物理特性，設(shè)計了各種新規(guī)格 磨機(jī)，加長了長徑比，以滿足工藝生產(chǎn)對粒度的要求，女口 © 3200X 8000 © 3200 X 700(© 2700 X 600© 2700 X 9000。© 3200 X 70已用于云南 磷肥工業(yè)有限公司8萬噸/年磷酸裝置、昆陽磷肥廠 8萬噸/年磷酸裝 置。而© 2700X 600則用于云南紅磷公司以及 XX洋豐

9、集團(tuán)6萬噸/年磷 酸裝置。XX洋豐集團(tuán)已生產(chǎn)數(shù)年，運行情況良好。另外在新的磨機(jī)中，使用雙倉溢流型球磨機(jī)，一個倉為棒磨，另一個倉為球磨，以保證粒 度均勻，并能提高產(chǎn)量。磷礦采用兩級破碎磷礦，第二級破碎采用反 擊式破碎機(jī)，保證磷礦進(jìn)球蘑機(jī)時粒度大大小于以往要求25m m。從而大幅度提高球磨機(jī)產(chǎn)量。通過以上比較，很清楚的反映出開路與閉路的各有優(yōu)缺點，對具 體項目的工藝流程選擇有決定作用。結(jié)合貴州磷復(fù)肥項目的實際情況 和要求，決定該項目采用礦漿制備工藝流程為濕法球磨的開路流程。 1.3 磷酸生產(chǎn)工序1.3.1 磷酸生產(chǎn)工藝的介紹 在濕法磷酸生產(chǎn)過程中，主要是得到均勻、粗大、易于過濾和洗滌的磷石膏結(jié)晶，

10、因此，濕法磷酸的生產(chǎn)工藝實際上是磷石膏的結(jié)晶 工藝。從磷石膏的結(jié)晶水分類，其工藝可分為以下幾種：(1) 二水法(CaSO4 2H2SO4);(2) 半水法(CaSO4 0.5H2SO4);(3) 半水-二水法(CaSQ O.5H2SO4- CaSO4 2H2SO4);(4) 二水-半水法(又稱再結(jié)晶法)(CaSQ 2H2SO4-CaSO4 0.5H2SO4);(5) 其中半水法和再結(jié)晶法對磷礦的質(zhì)量要求非常高，我國的磷礦 儲量雖然較豐富，但都是以含雜質(zhì)較高的中低品位磷礦為主， 該磷礦無法滿足半水法和再結(jié)晶法濕法磷酸生產(chǎn)的需要， 因此， 國內(nèi)的濕法磷酸生產(chǎn)主要以二水法工藝為主；1.3.2 磷酸生

11、產(chǎn)過程主要化學(xué)反應(yīng)硫酸分解磷礦生成磷酸溶液和難溶性的硫酸鈣結(jié)晶， 總化學(xué)反應(yīng) 式為：Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 5nH2O = 3H3PO4 + 5CaSQ nH2O + HF f 實際上，反應(yīng)是分兩步進(jìn)行的。第一步是磷礦和循環(huán)料漿(或返回系統(tǒng)磷酸）進(jìn)行預(yù)分解反應(yīng)，磷礦首先溶解在過量的磷酸溶液中生 成磷酸一鈣：Ca5F（PO4）3 + 7 H3PO4 = 5Ca（H2PO4）2 + HF f第二步以上述的磷酸一鈣料漿與稍過量的硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣 結(jié)晶和磷酸溶液：5Ca（H2PO4）2 + 5H2SO4 + 5nH2O = 5CaSO4 n出0 + 10 H3PO4根據(jù)生產(chǎn)條件的

12、不同，可以生成二水硫酸鈣（CaSQ2H2O）、半 水硫酸鈣（CaSC4 0.5H2O）和無水硫酸鈣（CaSC4）三種，故上述分 子式CaSQ八出0中的n可以等于2、0.5或0。相應(yīng)的在濕法磷酸生 產(chǎn)上三種基本方法即為二水物法、半水物法和無水物法。本項目采取 二水物法工藝生產(chǎn)濕法磷酸。反應(yīng)生成的氟化氫（HF）與磷礦中帶入的二氧化硅（SiO2）生成 氟硅酸（ H2SiF6）：6HF + SiC2 = H2SiF6 +2 H2C少量的H2SiF6將于SiC2反應(yīng)生成SiF4：2 H2SiF6 + SiC2 = 3SiF4f+2H2C氣相中的氟主要以SiF4 的形式存在，用水吸收后生成氟硅酸（H2Si

13、F6）水溶液并析出硅膠（SiC2 nH2O）沉淀：3 SiF4 + （n+2）出0 = 2 HzSiFe + SiO?門出0J磷礦中的鐵、鋁、鈉、鉀等雜質(zhì)將發(fā)生下述反應(yīng)：（Fe，Al）2 C3 + 2H3PC4 = 2（Fe，Al）PC4 + 3H2C（Na，K）2C + H2SiF6 = （Na，K）2 SiF6 + H2C 鎂主要存在于碳酸鹽中，磷礦中的碳酸鹽如白云石、方解石等在 萃取槽酸解過程中首先被硫酸分解并放出二氧化碳（CC2）：CaCC3 + H2SC4 = CaSC4 + H2C + CC2fCaCC3 MgCC3 + 2 H2SC4 = CaSC4+ MgSC4 + 2 H2C

14、 +2 CC2f14濕法磷酸工藝技術(shù)介紹工藝技術(shù)發(fā)展特點（1）裝置大型化隨著市場對濕法磷酸需求量的增加，為增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn) 率，降低單位產(chǎn)品投資成本和日常的維修管理費用，從七十年代末， 世界磷酸裝置的單系列生產(chǎn)能力（指反應(yīng)槽）不斷增加，到目前為止， 日產(chǎn)1000噸P2O5以上的裝置有數(shù)十套，最大單系列能力已達(dá)到1800 噸P2O5/天，而更大的2650噸P2O5/天裝置正在建設(shè)之中。（2）二水法流程仍占主導(dǎo)地位，同時積極發(fā)展半水法和再結(jié)晶工藝， 使裝置更加節(jié)能。目前世界上共有濕法磷酸生產(chǎn)裝置 350套左右，其中80%以上用 二水法生產(chǎn)，二水法生產(chǎn)的磷酸約占世界濕法磷酸生產(chǎn)總量的85%。為

15、進(jìn)一步節(jié)約能耗，降低磷礦和硫酸消耗，世界各國競相研究開發(fā)半 水法（HH）和再結(jié)晶法（HDH或DHH）工藝。目前半水法最大能力已達(dá) 1500t/d P2O5，半水二水法的單系列最大能力為 1100噸P2O5/天。 但隨著世界磷礦品位的降低和雜質(zhì)含量的增加，二水法流程因其對磷礦的適應(yīng)性和工藝的可靠性，穩(wěn)定性較強，在大型磷酸裝置工藝中仍 占主導(dǎo)地位，正在建設(shè)的2650噸P2O5/天裝置即采用二水法JACOBS 工藝。世界上濕法磷酸工藝情況下表1-1列出了世界上濕法磷酸工藝情況:表1-3濕法工藝概況工藝路線工藝專利及其擁有者建廠數(shù)備注普萊昂Prayon140吉科布斯-道爾科Jacobs-Dorr29二

16、水法工藝羅納普朗克Rhone-Poulenc70現(xiàn)為 Krebs-SpeichimSIAPE11費森斯(N.H) Fisons8辛馬斯特-布雷耶7斯溫森Swenson8凱洛格-洛普克Kelloy-Lupka1半水法工藝費森斯(N.H)7西方石油公司OXY5前蘇聯(lián)半水法流程許多未出口多木Tomo1建在本公司TVA泡沫法僅作試驗室試驗日本鋼管公司(NKK)和魯姆斯流程-Lumas僅作工業(yè)試驗半水二水再結(jié)晶工藝日本日產(chǎn)H法Nissan H26日本鋼管公司(NKK)11日本二菱7厄爾泰流程二水半水再結(jié)晶工藝辛特雷爾一普萊昂11費雷格特(DDR)流程半水二水再結(jié)晶濃酸流程費森斯3日產(chǎn)C法2另一個在建吉科

17、布斯一道爾科HYS1后改為二水法西方石油公司OXY僅作中試鋼管公司（NKK）和魯姆斯流程僅作試驗室試驗阿爾巴特羅流程1后停產(chǎn)辛馬斯特一布雷耶和厄爾泰流程僅有專利由上表可以看出，由比利時普萊昂（Prayo n）公司的二水物工藝， 在世界各地的二水法流程中被采用的數(shù)目最多，其產(chǎn)量約占磷酸總產(chǎn)量的一半。其次是法國的羅納普朗克（Rho ne-Poule nc流程、吉科布斯 道爾科（Jacobs-Dorr等。國內(nèi)近幾年陸續(xù)建成的十幾套大型磷酸裝置以及六七十年代建 成的中小型磷酸裝置幾乎全部采用的是二水法工藝。磷酸工藝技術(shù)方案的比較與選擇二水法工藝技術(shù)成熟，操作穩(wěn)定可靠，單系列規(guī)模大，對磷礦的 適用性強，

18、操作靈活，作業(yè)率高，維修工作量小。磷礦可采用濕磨， 礦漿加料，能耗低，投資省，環(huán)境好，計量容易，國內(nèi)通過引進(jìn)技術(shù) 已建成了幾個規(guī)模較大的工廠，在設(shè)計、設(shè)備制造、生產(chǎn)操作等多方 面積累了豐富的經(jīng)驗，對于中小型規(guī)模的磷酸裝置，所有設(shè)備均可以 國產(chǎn)化，從而降低總投資。因此，本工程選用二水法磷酸工藝。1.5二水法工藝技術(shù)的比較和選擇1.5.1二水法工藝技術(shù)介紹二水法工藝技術(shù)有多種，在國內(nèi)大型裝置中已有 Prayon工藝、 R-P工藝和Jacobs-Dorr工藝，這幾種工藝過濾部分的機(jī)型有帶式過 濾機(jī)、翻盤式過濾機(jī)和轉(zhuǎn)臺式過濾機(jī)，反應(yīng)部分各有特點：（1）Prayon 工藝采用多格槽反應(yīng)器，每格中安裝一臺

19、軸流式透平槳，通過建立硫 酸濃度梯度來保持未反應(yīng)和共晶的 P2O5 損失最低，提高了 P2O5 回收率，降低了動力消耗。采用低位閃蒸冷卻技術(shù)，利用大流量 軸流泵把循環(huán)料漿通過真空冷卻器蒸發(fā)水來冷卻， 料漿進(jìn)出溫度 差約2C,大大降低了系統(tǒng)結(jié)垢。反應(yīng)槽的溫度可以通過調(diào)節(jié)閃 蒸冷卻器內(nèi)的真空度來控制，操作簡便可靠。（2）Jacobs-Dorr 工藝 采用環(huán)形單槽反應(yīng)器，單槽中每區(qū)安裝一個 45°折葉透平槳。也 采用低位閃蒸冷卻技術(shù)， 除大流量的冷卻料漿循環(huán)外， 還專門安 裝了一臺熱料漿循環(huán)泵，大大增加了了整個反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)比， 改善了石膏的結(jié)晶，并具有高的過濾強度。（3）R-P 工藝采用

20、無分室?guī)е行臄嚢杵鞯膯尾鄯磻?yīng)器， 磷礦的溶解和生成石膏 都是在均勻 SO3 濃度條件下完成 .采用料漿拋灑冷卻技術(shù)，為增 加空氣流與料漿的高效傳熱，安裝了多臺表面冷卻器和硫酸加料 分布器。料漿過濾采用 UCEGO 轉(zhuǎn)臺過濾機(jī)。1.5.2 二水法工藝技術(shù)的比較（1）Prayon工藝和Jacobs工藝均配有熟化槽，R-P工藝也由單槽發(fā) 展為雙槽，其設(shè)計對礦種變化具化較強的適用性，可根據(jù)礦種 變化，改變硫酸加料點，控制反應(yīng)料漿的硫酸濃度梯度，優(yōu)化 反應(yīng)操作條件，以獲得最高的 P2O5 回收率。（2）以上三種磷酸反應(yīng)工藝技術(shù)在世界上都有相當(dāng)數(shù)量的建廠實例， 技術(shù)成熟可靠，在國內(nèi)這三種技術(shù)都已引進(jìn)。1.

21、5.3 二水法工藝技術(shù)選擇經(jīng)比較看出，采用 R-P 雙槽能耗低，流程簡單，投資低，設(shè)備臺 數(shù)少等優(yōu)點，結(jié)合工程特點及業(yè)主要求， 本可研報告采用二水物工藝， 磷酸反應(yīng)槽采用雙槽單槳，攪拌器選用可調(diào)角度，變截面，節(jié)能型攪 拌器，盤式過濾機(jī)過濾。該流程在國內(nèi)已有成功的實踐經(jīng)驗，可節(jié)省 投資，靈活操作，設(shè)備全部國產(chǎn)化。1.6 磷酸生 產(chǎn)主要設(shè)備選擇球磨機(jī)磨礦設(shè)備有多種，如較早出現(xiàn)的雷蒙磨，近年國內(nèi)引進(jìn)裝置 中有過的棒磨機(jī)以及國內(nèi)迄今在磷銨裝置中使用最普遍的球磨 機(jī)。雷蒙磨能耗和噪聲較大， 引進(jìn)的棒磨機(jī)使用效果并不十分理 想，故本裝置仍選用球磨機(jī) （濕磨 ），其操作穩(wěn)定可靠，噪聲小， 環(huán)境潔凈。磨機(jī)規(guī)格

22、為：尼700 >6000萃取槽的選擇國內(nèi)推薦使用的萃取技術(shù)在我國前期建設(shè)的濕法磷酸生產(chǎn)線一般采用同心圓多槳單槽流 程，隨著國外技術(shù)的不斷引進(jìn)及單套磷酸生產(chǎn)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大， 單槽 單槳及方格多槽在我國也不斷得到采用。 但多格方槽在生產(chǎn)過程中所 需的回漿需要一臺低揚程、 大流量的料漿泵提供， 而且物料在反應(yīng)過 程中產(chǎn)生的熱量需要特殊的料漿真空冷卻裝置移出， 一次投資相應(yīng)較 大；單槳單槽流程采用沒有分隔的單體萃取槽， 而且槽上只設(shè)置一只 攪拌槳，因此結(jié)構(gòu)簡單；同時單槽單槳裝置由于槽內(nèi)沒有分隔區(qū)，上 部具有較大的空間， 有利于料漿的傳熱過程， 因此在該槽中采用結(jié)構(gòu) 簡單的料漿表面冷卻器即可達(dá)到移

23、走萃取槽中多余反應(yīng)熱的目的。 單 槽單槳在滿足磷酸生產(chǎn)主要目標(biāo)方面具有以下獨特優(yōu)點： 可獲取最大的磷得率 單槽單槳萃取流程除能滿足磷石膏結(jié)晶長大所需的充分的時間 外，同時較大的回漿可消除萃取槽加料處的過飽和狀況， 為磷石膏晶 體成長提供有利的條件， 同時均勻的、 具有一定強度的攪拌也使系統(tǒng) 中得到均一的 SO3-2 濃度，減少萃取過程造成的晶間損失，以獲得較 高的磷得率。 最少的投資對于一定的料漿停留時間而言， 采用單槽單槳時的建設(shè)投資比采 用其它流程要少得多。 同時，采用單槽單槳可為結(jié)晶過程提供良好的 條件，所需反應(yīng)時間可以比相應(yīng)的多槽系統(tǒng)短一些， 得到的磷石膏結(jié) 晶也相應(yīng)的要好一些。 最小的維修工作量 由于采用了單槳，又不需要料漿循環(huán)泵，不僅消耗動力省，而且 對設(shè)備的維修工作也要比一般流程少得多。 最大的磷酸純度成品磷酸中游離硫酸含量比一般為低， 在1.31.7%H2SO4之間， 為此，磷酸的純度顯然比較高。 磷礦的反應(yīng)完全 單槽系統(tǒng)中，磷礦的加入和