Способ концентрирования фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к области концентрирования фосфорной кислоты путем выпаривания слабой фосфорной кислоты и может быть использовано для производства жидких и твердых комплексных удобрений, кормовых фосфатов и фосфорных солей с малым содержанием фтора. Сущность: экстракционную фосфорную кислоту упаривают в аппарате с пенным слоем путем прямого контакта с теплоносителем. В качестве теплоносителя используют перегретый пар, который подают в зону контакта концентратора со скоростью 11-16 м/с, отходящий из концентратора пар имеет температуру 105-120 С за счет регулирования соотношения кислоты и теплоносителя. Отработанный пар очищают сухим способом от фтористых соединений на твердых адсорбентах и направляют на стадию концентрирования. Таким образом получают фосфорную кислоту с содержанием P₂O₅ 65% и F - 0,01-0,03% , пригодную для получения широкого ассортимента товаров. Процесс более экономичен и экологически чист. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к концентрированию фосфорной кислоты путем выпаривания слабой фосфорной кислоты, получаемой разложением фосфатного сырья, и может быть использовано для производства жидких и твердых комплексных удобрений, кормовых фосфатов и фосфорных солей с малым содержанием фтора.

Известен способ концентрирования фосфорной и получения суперфосфорной кислоты путем нагрева кислот паром в вакуум-выпарных установках через греющую поверхность греющих камер [1] . При этом температура упаривания до 155^оС. С целью понижения температуры кипения кислот и соответственно температуры упаривания процесс ведут в присутствии добавок ПАВ. Способ экологически чистый, без выхлопа в атмосферу. Однако имеются трудности с подбором конструкционных материалов для изготовления греющих камер и циркуляционного контура из-за сильной коррозии при данных температурах. Кроме того, из-за сильных инкрустаций твердых на греющих поверхностях уменьшается коэффициент теплопередачи, а следовательно, эффективность использования теплоносителя и процесс осуществляют с периодическими остановками для чистки. Содержание фтора в продукционной кислоте 0,2-0,3% .

Известны способы концентрирования слабых фосфорных кислот (29-50% Р₂О₅) до получения концентрированных фосфорных кислот и суперфосфорных путем прямого контакта с теплоносителем в аппаратах с пенным слоем [2,3] . При этом топочные газы, получаемые в результате сгорания природного газа в топке в смеси с воздухом, подают с температурой 400-600^оС в концентратор со скоростью 5-8 м/с и в пенном слое при противоточном движении нагревают кислоту до температуры 80-155^оС и получают продукт, содержащий 52-65% P₂O₅. Способы позволяют получать продукт при сравнительно низких энергозатратах и малым содержанием тумана Н₃РО₄ в отходящих газах. Однако для реализации данного способа требуется привлечение теплоносителя (топлива) со стороны, такого как природный газ.

Если на предприятиях, где получают концентрированную фосфорную и суперфосфорную кислоты, имеется дешевый попутный пар, получаемый в котлах-утилизаторах смежных производств, то экономически целесообразно использовать в качестве теплоносителя водяной пар.

Из известных способов концентрирования фосфорной кислоты наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ [3] , который заключается в следующем. Ортофосфорную кислоту концентрируют прямым контактом с топочными газами в пенном режиме при нагревании до температуры 130-155^оС. Топочные газы подают противотоком кислоте с температурой 350-600^оС. Для поддеpжания пенного гидродинамического режима обеспечивает объемное соотношение кислота/газ = (0,4-4,0) 10^-3 и скорость газа 5-8 м/с. В результате получают суперфосфорную кислоту с содержанием 60,5-65% Р₂О₅. Расход топлива 60 нм³/т Р₂О₅.

Указанный способ позволяет получить суперфосфорную кислоту с относительно невысокими энергозатратами (80-100 кг у. т. /т Р₂О₅) и с минимальным содержанием тумана фосфорной кислоты в отходящих газах после концентратора не более 100 мг/нм³. Однако топочные газы, полученные сжиганием природного наза, имея невысокое теплосодержание, позволяют перерабатывать небольшое количество кислоты при высоких объемах газов и соответственно и металлоемкости аппаратуры и коммуникаций. Кроме того, природный газ является дорогим топливом, потребляемым со стороны. Отсутствует также возможность утилизации отработанных газов и их повторного использования и, тем самым экономия топливно-энергетических ресурсов. Остаточное содержание фтора в продукционной кислоты (0,05-0,17% ) ограничивает использование ее для получения широкого ассортимента экологически чистых продуктов.

Целью предложенного способа является интенсификация процесса, снижение энергозатат.

Изобретение направлено на решение данной технической задачи. Сущность предложенного способа заключается в следующем. Экстракционную фосфорную кислоту упаривают в аппарате с пенным слоем путем прямого контакта с теплоносителем. В качестве теплоносителя используют перегретый пар, который подают в зону контакта концентратратора со скоростью 11-16 м/с. Создают гидродинамический и температурный режим, при котором отходящий из концентратора пар имеет температуру 105-120^оС за счет регулирования соотношения кислота: теплоноситель. Отработанный пар очищают сухим способом от фтористых соединений твердыми адсорбентами, и очищенный пар направляют на повторное использование в "голову" процесса.

Данный режим обеспечивает интенсивный теплообмен и улучшение расходных коэффициентов. Скорость подачи пара 11-16 м/с обусловливается следующим: по нижнему пределу (11 м/с) - необходимостью удержания кислоты в пенном слое паром, а верхний предел (16 м/с) обусловлен началом брызгоуноса и затруднением равномерного слива кислоты из концентратора.

Температура паровой фазы, отходящей из концентратора по нижнему пределу (105^оС), обусловлена конденсацией паров воды в концентраторе при более низкой температуре, а по верхнему пределу (120^оС) необходимостью фиксации в системе адсорбции фтористых соединений из паровой фазы на твердых поглотителях.

Совокупность отличительных признаков - использование перегретого пара в качестве теплоносителя, скорость, с котоpой подают пар, температура отходящего из концентратора пара, очистка его от фтора и повторное использование - позволяют достичь технический результата - интенсифицировать процесс, снизить энергозатраты, получить более чистую кислоту, сделать процесс экологически более чистым за счет повторного использования пара и сухого метода очистки пара. Сухая очистка исключает сточные воды.

Способ осуществляют следующим образом.

В верхнюю часть колонного аппарата тарельчатого типа подают фосфорную кислоту 29-54% Р₂О₅. Кислота стекает вниз на газораспределительные тарелки и вступает в контакт с теплоносителем, движущимся навстречу противотоком. Теплоноситель - перегретый пар, имеющий температуру 400-600^оС, при атмосферном давлении подают в нижнюю часть концентратора. В рабочую зону концентратора пар поступает со скоростью 11-16 м/с, диспергируя движущуюся навстречу кислоту и образуя пенный слой. Поддерживая определенное объемное соотношение кислота: теплоноситель, создают нужный температурный режим в концентраторе. Этот температурный режим будет определять температуру концентрирования, которую в зависимости от конечной заданной концентрации Р₂О₅ поддерживают в пределах 80-140^оС. Кроме того, гидродинамическими параметрами работы концентратора поддерживают температуру отработанного теплоносителя на выходе из концентратора 105-120^оС, учитывая возможность конденсации воды из паров в концентраторе и необходимость выделения фтора из паровой фазы в системе адсорбции на твердых поглотителях. Отработанный теплоноситель, содержащий соединения фтора (HF + SiF₄) в результате выделения последних в паровую фазу из кислоты при концентрировании последней за счет повышения температуры и изменения влагосодержания паровой фазы, поступает в систему адсорбции. В адсорбере, пройдя слой твердого поглотителя, приготовленного специально для очистки пара от фторичных соединений, теплоноситель практически освобождается от них. Затем вторичный пар поступает либо на утилизацию, например на вакуумную упарку через греющую поверхность, либо в голову системы для повторного использования. При этом вторичный пар освобождается от избыточной влаги, полученной при испарении из кислоты, и перегревается топочными газами в пароперегревателе до нужной температуры (указанной выше) и вновь поступает в концентратор. Топочные газы после перегрева пара идут в смежное производство для использования, например, на сушку вяжущего из фосфогипса. Поскольку работа с циркуляцией теплоносителя предполагает отсутствие подвода свежего пара, общие энергозатраты значительно снижаются.

Кроме того, в процессе контакта с перегретым паром фосфорной кислоты из нее удаляются практически полностью фтористые соединения до содержания F (0,01-0,03% ), что значительно расширяет область применения продукционной кислоты, например, для получения пищевых, моющих фосфатов, товаров народного потребления (зубная паста) и т. д.

П р и м е р 1. В колонный аппарат тарельчатого типа подают исходную кислоту, содержащую 54% Р₂О₅ в количестве 19 м³/ч. В нижнюю часть аппарата подают перегретый пар, имеющий температуру 480^оС со скоростью 14 м/с в рабочей зоне аппарата. В пенном слое рабочей зоны пар контактирует с кислотой, нагревая ее до 140^оС. При этом получается суперфосфорная кислота, содержащая 64% Р₂О₅ и 0,004% F, которая стекает из нижней части аппарата в продукционный бак. При диаметре сечения аппарата 1,5 м указанный расход кислоты обеспечивает годовую производительность 99 тыс. т Р₂О₅.

Отходящие пары из верхней части концентратора поступает с температурой 110^оС в систему адсорбции от фтора, где частично конденсируются, а затем поступают на утилизацию либо возвращаются в "голову" системы. Приведенные энергозатраты с учетом утилизации вторичного пара составляют 40 кг (у. т. )т Р₂О₅.

Другие примеры осуществления способа представлены в таблице. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1430343, кл С 01 В 25/24, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР N 1357349, кл. С 01 В 25/234, 1987.

3. Авторское свидетельство СССР N 1174373, кл. С 01 В 25/234, 1983.

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ в аппарате с пенным режимом, включающий упаривание экстракционной фосфорной кислоты прямым контактированием с теплоносителем с получением продукционной кислоты и отводом отработанного пара, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют перегретый пар, подаваемый в аппарат со скоростью 11 - 16 м/с, при этом поддерживают температуру отработанного пара 105 - 120^oС путем регулирования соотношения кислота : пар.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отработанный пар подвергают сухой очистке от фтористых соединений на твердых поглотителях, нагревают до требуемой температуры и возвращают на стадию концентрирования в качестве теплоносителя

РИСУНКИ

Рисунок 1