磷銨生產(chǎn)工藝中含氟廢水設(shè)計的改進

磷銨生產(chǎn)工藝中含氟廢水設(shè)計的改進

1983年，“濃漿法”磷銨生產(chǎn)工藝技術(shù)的開發(fā)成功，為中國磷復(fù)肥工業(yè)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在“料漿法”中，磷銨生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。到2006年,磷酸一銨的實物產(chǎn)量為693.9萬t(2007年最高達910萬t,2009年835萬t,其中絕大部分是料漿法磷銨),約占當(dāng)年磷銨產(chǎn)量的53.7%。在這期間磷復(fù)肥行業(yè)在不斷推進技術(shù)創(chuàng)新,提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,構(gòu)建資源節(jié)約和環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)等方面取得了豐碩的成果,提高了磷復(fù)肥行業(yè)的國際競爭力。下面將筆者在磷酸、粉狀磷酸一銨設(shè)計工作中的若干改進介紹如下。1磷酸和磷酸一銨的概念和設(shè)計1.1尾氣萃取工藝磷酸生產(chǎn)中的含氟尾氣主要為SiF4(HF極少),具有強烈的腐蝕性,易溶于水而生成H2SiF6。由于硅膠(SiO2)沉淀會在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生堵塞,給生產(chǎn)操作帶來很大的困難。當(dāng)尾氣吸收在50℃以下進行并有HF存在時,沉淀物呈凝膠狀或軟纖維狀;若溫度較高時,沉淀物可能呈粒狀并粘合在一起。而且,在多數(shù)情況下,含氟氣體中還會夾帶有固體粉塵和其他離子的化合物,這些固體并不參與吸收過程,但容易堵塞吸收系統(tǒng)。為實現(xiàn)含氟尾氣的達標(biāo)排放及氟化物的綜合利用,實現(xiàn)廢棄物資源化,國內(nèi)外研究甚多,且已建了不少尾氣處理和回收裝置,取得一定成效。采用一級處理,尾氣難以達標(biāo)排放,除氟率一般在65%～90%,為確保尾氣達標(biāo)排放需采用二級、甚至三級串聯(lián)處理。濕法磷酸萃取尾氣的洗滌通常采用二級串聯(lián)洗滌工藝:文丘里洗滌+空塔洗滌。該洗滌工藝只要設(shè)計的操作參數(shù)(文氏管:喉口氣速50～65m/s、液氣體積比1.09L/m3;噴淋塔:空塔氣速1.88m/s、液氣體積比0.97L/m3)合理,系統(tǒng)運行平穩(wěn),完全可以達到GB16297—1996《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中有組織高空排放氟化物1.2～1.8kg/h的排放要求,總的脫氟率可以達到93%～95%;但缺點是系統(tǒng)運行發(fā)生波動的情況下,排氣煙囪會出現(xiàn)夾帶液體現(xiàn)象,吸收液溫度控制在45～55℃,洗滌系統(tǒng)的噴頭與環(huán)形管時常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,生產(chǎn)崗位塵、氟質(zhì)量濃度會出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。為此,新的工程設(shè)計采用三級串聯(lián)洗滌工藝:文丘里洗滌+空塔洗滌+空塔洗滌(操作參數(shù)同上),將第一級的循環(huán)液生產(chǎn)氟硅酸鈉及開發(fā)氟的下游產(chǎn)品,補充水由第三級洗滌塔加入。在滿足萃取尾氣達標(biāo)排放的同時,又可將三級洗滌液的溫度控制在50～60℃的范圍內(nèi),解決了尾氣洗滌系統(tǒng)容易堵塞的問題(見圖1),總脫氟率≥96%,生產(chǎn)崗位塵、氟質(zhì)量濃度完全可以控制在國標(biāo)范圍內(nèi)。萃取尾氣洗滌運行分析結(jié)果如下:尾氣煙囪高度40m;尾氣排放總氟質(zhì)量濃度6.68mg/m3(國標(biāo)規(guī)定≤9.00mg/m3);排氟量0.31kg/h(國標(biāo)規(guī)定≤1.5kg/h);操作室氟質(zhì)量濃度0.092mg/m3(操作環(huán)境國標(biāo)規(guī)定≤2.00mg/m3);過濾崗位氟質(zhì)量濃度0.089mg/m3(國標(biāo)規(guī)定操作環(huán)境≤2.00mg/m3)。1.2萃取槽溢流口設(shè)置1)萃取槽和消化槽合為一體,改為矩形多格反應(yīng)槽原濕法磷酸設(shè)計,萃取槽和消化槽是2臺單獨設(shè)備,通過管道把二者連接起來,萃取槽的溢流口和消化槽的進口落差較小,生產(chǎn)中,由于萃取料漿密度較大,流動性差,料漿容易在管道內(nèi)沉淀積存,在操作經(jīng)驗不足的情況下,會造成溢槽現(xiàn)象。新的工程設(shè)計將萃取槽和消化槽設(shè)計為一個矩形多格反應(yīng)槽,規(guī)模大小不同,反應(yīng)槽和消化槽的個數(shù)也各不相同。2)萃取槽溢流口、軸流泵液下深度、真空閃蒸室回流管插入液面下深度的綜合考慮磷酸裝置設(shè)計中,對萃取槽溢流口(最低點)距槽蓋的高度設(shè)置,應(yīng)適應(yīng)中低品位磷礦,適當(dāng)加大氣、液分離空間。真空閃蒸室回流管插入液面下的深度必須同軸流泵液下深度相互協(xié)調(diào),同時還要滿足最大真空度的要求,否則,由于系統(tǒng)漏氣,低位真空閃蒸冷卻系統(tǒng)真空度將被破壞?；亓鞴艿牟迦肷疃纫妶D2。1.3試空壓備新的磷酸裝置設(shè)計和改擴建設(shè)計中,磷酸萃取采用低位真空閃蒸冷卻,大多采用襯膠設(shè)備,真空度由真空泵提供;過濾系統(tǒng)的真空度也由真空泵提供,管道多為非金屬管道。生產(chǎn)過程中對真空度的要求比較嚴(yán)格,為防止真空度的波動影響系統(tǒng)及設(shè)備,在低位真空閃蒸冷卻的真空管道上、過濾系統(tǒng)的真空管道上增設(shè)破真空閥,利于調(diào)整系統(tǒng)真空度。1.4磨損沖洗螺釘新的磷酸裝置設(shè)計和改擴建設(shè)計中,過濾設(shè)備大多采用轉(zhuǎn)臺式過濾機,濾布沖洗水含固量不宜太高,否則容易磨損沖洗噴頭。由于沖洗噴頭的沖洗水通道縫隙太窄,極易被沖洗水中的石膏顆粒、垢塊或其他雜質(zhì)堵塞,造成濾布沖洗不干凈,影響系統(tǒng)的操作指標(biāo)。因此,新工程配管設(shè)計中在沖布水槽的進口增加管道過濾器,減少沖洗噴頭的堵塞次數(shù)。過濾器多采用316L制作,垂直安裝,規(guī)格大小應(yīng)根據(jù)裝置規(guī)模確定,結(jié)構(gòu)如圖3所示。1.5磷銨料漿分離出系統(tǒng)原設(shè)計中和反應(yīng)循環(huán)槽與Ⅰ效閃蒸室的蒸汽未經(jīng)任何處理,直接作為二次蒸汽用作Ⅱ效加熱器熱源。由于生產(chǎn)中因操作波動會產(chǎn)生帶料現(xiàn)象,不經(jīng)凈化處理,磷銨中和料漿隨二次蒸汽直接進入Ⅱ效加熱器,造成Ⅱ效加熱器殼程結(jié)垢堵塞,因難于清理而造成開車率下降。新的工程設(shè)計中增加了蒸汽緩沖罐,將二次蒸汽夾帶的磷銨料漿在蒸汽緩沖罐進行分離,既凈化了二次蒸汽,又穩(wěn)定了二次蒸汽的壓力,利于生產(chǎn)系統(tǒng)的操作控制。分離出的磷銨料漿重新返回系統(tǒng),如圖4所示。由于每中和1kg氨,至少蒸發(fā)1kg水,中和料漿的溫度為100～110℃,中和過程二次蒸汽的凈化利用,不僅使雙效料漿濃縮的汽水質(zhì)量比從0.57下降到0.45,節(jié)約蒸汽消耗21%,而且減少了中和工序的廢氣排放量,改善了環(huán)境。1.6實際配管設(shè)計1)許多建設(shè)單位在原始建設(shè)中,濃縮料漿過料配管較多的采用第1種配管方式(見圖5a.):過料配管分兩段,一段是從Ⅱ效循環(huán)泵的出口到Ⅰ效循環(huán)泵的進口,水平夾角為30°～37°;另一段是從Ⅰ效循環(huán)泵的出口到料漿高壓泵過濾器的進口或噴槍進口,配管管端與料漿循環(huán)管平齊焊接。過料的動力取決于泵進出口兩端的壓差。過料流速一般在1.5～2.0m/s之間。2)實際配管過程中容易發(fā)生第2種配管形式:過料配管路線同1)項,關(guān)鍵是配管管端伸進料漿循環(huán)管內(nèi)30～50mm(見圖5b.)。該種配管形式是錯誤的配管形式,系統(tǒng)的過料阻力較大,過料流速在～1.0m/s。當(dāng)Ⅱ效閃蒸溫度偏高時,蒸發(fā)壓力低,幾乎難于過料。3)設(shè)計中采用了第3種配管形式(見圖5):過料配管路線仍然同1)項,重點是在配管管端增加彎頭,彎頭方向正對料漿流動方向,料漿流動順暢(見圖5c.)。該種配管形式是阻力最小的配管形式,過料的動力除了取決于泵進出口兩端的壓差外,還由泵產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為推動力。過料流速一般在2～2.5m/s之間。1.7蒸發(fā)冷塔冷卻磷酸一銨設(shè)計中液氨蒸發(fā)采用的熱源是蒸汽,濃縮系統(tǒng)混合冷凝器的冷疑熱水直接去空冷塔冷卻。為合理利用資源,循環(huán)利用化學(xué)反應(yīng)熱,節(jié)能降耗,新的工程設(shè)計中將濃縮系統(tǒng)混合冷凝器的冷凝熱水送往液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)液氨,經(jīng)熱量交換后的熱水再去空冷塔冷卻。既節(jié)約了蒸發(fā)氨所需的蒸汽,又減輕了空冷塔的熱負(fù)荷。每蒸發(fā)1kg液氨,需蒸汽0.47kg(120℃時),磷酸一銨按100kt/a計算,每年至少可以節(jié)約蒸汽6580t,直接經(jīng)濟效益十分明顯。1.8干燥塔尾氣凈化運行分析粉狀磷酸一銨噴霧干燥塔的尾氣處理通常采用一級干法重力除塵或一級空塔噴淋除塵,而且除塵設(shè)備往往位于建筑物的高層。干燥尾氣含塵多,造成塔頂積灰嚴(yán)重,環(huán)境較差,清理工作量大,效果不理想。且物料的處理也較麻煩,沉降室下層物料含水量較高,物料黏稠,需經(jīng)溶解后再進入系統(tǒng)處理;上層物料較松散,易于清理,清理后物料要轉(zhuǎn)運至包裝崗位進行包裝。新的工程設(shè)計中采用了兩級洗滌工藝:一級采用磷酸洗滌;二級采用工藝水洗滌。一級洗滌液經(jīng)計量后進中和反應(yīng)器,采用新鮮磷酸進行補充,流程連續(xù),不會造成一級洗滌液的含固量太大。二級洗滌,待循環(huán)液達到一定的相對密度時(1.15～1.25)排放到中和料漿收集槽,然后進中和閃蒸室(見圖6)。改進后的凈化效果大大提高,環(huán)境質(zhì)量大有改善。干燥系統(tǒng)清理勞動強度大的難題得以徹底解決。干燥塔尾氣凈化運行分析結(jié)果如下:廠界粉塵最高質(zhì)量濃度為0.88mg/m3(國標(biāo)規(guī)定≤1.00mg/m3);廠界氨最高質(zhì)量濃度為0.584mg/m3(國標(biāo)規(guī)定≤1.50mg/m3)。1.9水偶極子群的組成結(jié)構(gòu)及工作原理地域不同,水中Ca2+、Mg2+離子等雜質(zhì)的含量也不同。由于磷酸、磷銨裝置中的許多設(shè)備、工藝過程對于水的要求比較嚴(yán)格,為保證裝置的正常運行,工程設(shè)計中在工藝上水總管加設(shè)防垢、除垢裝置。該裝置主要由水處理器和靜電發(fā)生器組成,具有排污過濾、防垢、除垢、殺菌、滅藻、緩蝕、防腐功能。排污過濾:水經(jīng)過過濾器可以排出系統(tǒng)的懸浮物,并具有自動沖洗排除雜質(zhì)的功能。防垢:水在靜電場的作用下,水中的陰、陽離子分別被水偶極子包圍,按正負(fù)順序排列在水偶極子群中,使陽離子與器壁間的距離增大。根據(jù)庫侖定律,作用力與距離的平方成反比,從而使陽離子與器壁間的引力變小,因此陽離子不易靠近器壁。同時陰陽離子各自被水偶極子包圍,使之運動速度減慢,有效碰撞機會減少,不易產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合,即防止水垢生成。除垢:處理后的水(活化水)偶極矩增大,水合能力增強,提高對垢的溶解速率,使硬垢變軟逐漸剝蝕溶解,達到除垢目的。殺菌、滅藻:由于水分子的極化引起生物電勢的變化,改變細(xì)胞表面電荷,促進菌體凝聚,阻礙菌細(xì)胞的正常代謝,導(dǎo)致菌體死亡。又由于水中的溶解氧經(jīng)靜電場作用釋放出活性氧自由基,如O2、H2O2、O3等,這些自由基對細(xì)胞膜、細(xì)胞中的各種酶類產(chǎn)生破壞作用導(dǎo)致菌藻死亡。緩蝕防腐:由于活化水能殺菌滅藻,因此生物腐蝕不存在。靜電場作用下釋放出活性氧自由基,能使金屬表面生成保護膜而鈍化,達到緩蝕目的。除垢效果:除垢率≥97%;防垢率≥97%。技術(shù)參數(shù)與適用條件:水溫≤105℃;壓力1.0MPa或1.6MPa;流速≤2.8m/s;適應(yīng)水質(zhì)以鈣、鎂離子總質(zhì)量濃度計≤1000mg/L。工作方式:連續(xù)運行;一次處理有效距離2000m;輸入電源～220V、50Hz。使用效果:水的顏色變得透明;能使冷卻水管的水垢不存在,且管壁光滑無新垢生成;原冷卻塔里的青苔及生物污泥基本消除。2企業(yè)發(fā)展要體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展