一种浓磷酸再浓缩方法与流程

1.本发明涉及磷酸生产和节能技术领域，具体来说涉及一种利用化工生产过程中排放的低位热能对浓磷酸进行再浓缩的方法。


背景技术：

2.现有的湿法磷酸生产的浓度提升方法是以蒸汽为热源，对24~26%的稀磷酸加热后，采用单效蒸发器闪蒸，使稀磷酸中的水蒸发实现浓缩。浓磷酸可用于生产ppa（经济价值高），也可以用于生产肥料（经济价值低）。单效蒸发器闪蒸出料浓磷酸浓度一般为46~48%。
4.本发明对现有稀磷酸浓缩的单效蒸发器进行调研发现存在如下问题，使得其出料无法浓度再提高，制约了ppa的产能。
5.问题1：根据理想气体状态方程，pv=nrt。其中的p是工作压力，v是蒸发器闪蒸室体积，n是蒸发出物质的量，t是蒸发温度，r是常数。n一般包括水分、含氟物质的量、含磷物质的量等。随着磷酸被提浓，其中氟散逸的速度也越来越大。
6.由于p、v、r、t为定值，则n为定值，当n中的氟量增加，则水分的量必然较少。因此，随着磷酸浓度越高，其蒸发变得越来越难（即二次蒸汽分压逐渐降低）。
7.问题2：单效蒸发器属于沸腾蒸发，在运行过程中，即使有外循环（循环管管口在液面以下），也会在闪蒸室产生“酸沫”。这不但使罐体壁上形成结垢物，也会影响水分的蒸发（随着磷酸浓度增加，磷酸沸点也逐渐增加）。这使得磷酸生产企业将稀磷酸浓度往上限控制，浓磷酸的浓度往下限控制，以此降低闪蒸室的沸腾程度和对蒸发强度的需求程度。
8.问题3：随着磷酸浓度增加，其粘度也逐渐增加（由于镁离子、铝离子等金属离子沉淀物析出），比热容也在变大（传热系数变小），蒸发效率下降。
9.问题4：蒸汽加热磷酸后冷凝成100℃的冷凝水，冷凝水通常是经过循环水系统把温度降到50℃以下后，再生循环使用,这部分低位热能不但没有回收利用，还需消耗电能（循环水系统用电）和水资源将其排向大气。
10.现有磷酸浓缩冷凝水在磷酸系统的再利用方法有：用于对进入浓缩系统的稀磷酸预加热和对稀磷酸输送管道保温。冷凝水用于稀磷酸预加热，换热器易积垢、热利用率也较低，用于稀磷酸输送管道保温，使用场境有限，不能大量回收冷凝水的低位热能。
11.以上广泛使用的磷酸浓度提升方法，虽能满足后续生产用浓磷酸的工艺需求，但冷凝水从100℃降到50℃以下的这部分低位热能经过循环水系统排向了大气，没能有效利用。


技术实现要素：

12.本发明的目的是提供一种利用冷凝水在不对浓磷酸预除杂的前提下再浓缩的方法，以降低浓磷酸生产的综合能耗，以及在现有的湿法磷酸生产的浓度提升方法生产的浓磷酸的基础上，对磷酸浓度进行再提升。
13.本发明是一种磷酸浓缩方法，包括下述步骤：
1、浓磷酸进入循环罐，经循环泵、换热器升温后，进入微液膜高效气液交互浓缩模块与加压空气进行接触，如此循环，进而达到浓缩效果。
14.2、空气经空气源风机进入微液膜高效气液交互浓缩模块，加压空气在模块中与磷酸进行气、液传质、传热后进入尾汽洗涤系统洗净后排入大气。
15.3、上述过程为常压运行，温度控制在45~80℃。由于这样的运行条件设计，使得低品位热源也可以作为热源，通过换热器为浓磷酸加热。比如蒸汽冷凝水。
16.4、利用本发明技术，以排放到大气中的低位热能把浓磷酸的浓度提升至少3%。
17.上述方法中，其中浓磷酸为46~48%p2o5。
18.上述方法中，其中低位热能是温度为65~100℃的热水。也可以是生产过程中的闪蒸汽。
19.上述方法中，循环罐、循环泵、空气源风机的运行参数，微液膜高效气液交互浓缩模块的交互面积、换热器的换热面积，可根据热源的特点和浓磷酸提浓百分数进行相应设计。
20.发明人指出：本发明所采用的微液膜高效气液交互浓缩模块为现有技术，因此对其结构不做过多介绍。
21.本发明的原理：（1）浓磷酸进入循环罐后，经循环泵、换热器、微液膜高效气液交互浓缩模块进行循环浓缩。浓磷酸进入微液膜高效气液交互浓缩模块，将磷酸先处理成微流态，然后再将经特殊流场处理过的变压空气注入进微流态液体，同时局部产生微负压，微负压加速液相与气相之间的物质扩散转移，完成气、液之间高效的传质和传热，可在短时间内实现磷酸浓度提升。（2）空气经鼓风机进入微液膜高效气液交互浓缩模块，空气在模块中与磷酸进行气、液传质，排入尾汽洗涤系统洗净后排入大气。（3）低位热能进入换热器对磷酸进行加热，温度控制在70~85℃，使高粘度的浓磷酸中的水的析出性升高，从面提升微液膜高效气液交互浓缩模块中气、液交互时的传质和传热能力。
22.本发明与现有技术的相比，从以上技术方案可知，本发明具有以下优点：（1）提高浓磷酸浓度至少3%，为后续生产高价值的ppa创造了产能条件：由于此方法改善了空气流态，使得氟等废气即时排出装置，避免影响水分蒸发。
23.由于此方法未采用沸腾蒸发，避免液体表面出现酸沫和最大程度降低了随磷酸浓度升高，沸点升高的问题。
24.磷酸循环和加压空气的连续性接触，改善了浓磷酸的粘度，磷酸携带的水分更容易被空气携带，给蒸发水分创造了条件。
25.（2）节省能源和减少碳排放：本发明未采用沸腾蒸发，其蒸发浓缩热源可选择浓磷酸冷凝水等厂区无法直接用于生产的低品位余热。不但节省生产能耗，也可以降低二氧化碳排放量。
26.（3）易于操作控制：常压运行，运行温度45~85℃，结垢量低，安全性高。
27.（4）提浓后磷酸中杂质含量低：运行过程中能够，去除的杂质量约为提浓磷酸量的1~5%。
附图说明
28.图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式实施例1
29.一种利用蒸汽冷凝水提高浓磷酸浓度的方法，包括下述步骤：（1）浓磷酸浓度为47.97%，温度为20℃，进入循环罐。开启循环泵，控制流量为25m3/h，连续运行。
30.（2）浓磷酸进入石墨换热器，与温度为90℃的蒸汽冷凝水换热，提高温度至65℃。
31.（3）浓磷酸升温后进入微液膜高效气液交互浓缩模块。
32.（4）开启空气源风机，将风机风量调整到2,000m
³
/h，进入微液膜高效气液交互浓缩模块，与浓磷酸交互。
33.（5）装置连续运行，取出料浓磷酸测其浓度为51.15%。尾气氟含量为1.0mg/m3，磷含量为5.4mg/m3，硫酸根含量为34.38mg/m3。按此进行换算，浓磷酸的单位产品综合能耗降低13.7kgce/t。
34.连续运行21天，拆开换热器、循环罐、循环泵、模块、通风管等检查，未见结垢。
实施例2
35.一种利用蒸汽冷凝水提高浓磷酸浓度的方法，包括下述步骤：（1）浓磷酸浓度为48.10%，温度为25℃，进入循环罐。开启循环泵，控制流量为20m3/h，连续运行。
36.（2）浓磷酸进入石墨换热器，与温度为80℃的蒸汽冷凝水换热，提高温度至50℃。
37.（3）浓磷酸升温后进入微液膜高效气液交互浓缩模块。
38.（4）开启空气源风机，将风机风量调整到3,000m
³
/h，进入微液膜高效气液交互浓缩模块，与浓磷酸交互。
39.（5）装置连续运行，取出料浓磷酸测其浓度为51.00%。尾气氟含量为3. 2mg/m3，磷含量为15.4mg/m3，硫酸根含量为84.38mg/m3。按此进行换算，浓磷酸的单位产品综合能耗降低12.0kgce/t。
40.连续运行21天，拆开换热器、循环罐、循环泵、模块、通风管等检查，未见结垢。

技术特征：
1.一种浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，包括下述步骤：浓磷酸进入循环罐，经循环泵、换热器升温后，进入微液膜高效气液交互浓缩模块与加压空气进行接触，如此循环，进而达到浓缩效果。2.根据权利要求1所述的浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，空气经空气源风机进入微液膜高效气液交互浓缩模块，加压空气在模块中与磷酸进行气、液传质、传热后进入尾汽洗涤系统洗净后排入大气。3.根据权利要求1所述的浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，采用低位热能作为热源，通过换热器为浓磷酸加热。4.根据权利要求3所述的浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，所述低位热能是温度为65~100℃的热水或者蒸汽冷凝水。5.根据权利要求1所述的浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，开启空气源风机，进入微液膜吹脱浓缩模块，与浓磷酸交互，每吨46%~48%p2o5，运行温度60~80摄氏度，每提浓1个点，风机风量约为200~1,000m3。6.根据权利要求1所述的浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，上述方法中，其中浓磷酸为46~48%p2o5。7.根据权利要求1所述的浓磷酸再浓缩方法，其特征在于，每提浓2.5万吨/年的磷酸装置对应的循环泵流量为100~200m3/h。

技术总结
本发明公开了一种浓磷酸再浓缩方法，包括下述步骤：浓磷酸进入循环罐，经循环泵、换热器升温后，进入微液膜高效气液交互浓缩模块与加压空气进行接触，如此循环，进而达到浓缩效果。采用本发明可以提高浓磷酸浓度至少3%，为后续生产高价值的PPA创造了产能条件；同时本发明未采用沸腾蒸发，其蒸发浓缩热源可选择浓磷酸冷凝水等厂区无法直接用于生产的低品位余热。不但节省生产能耗，也可以降低二氧化碳排放量；此外，本发明易于操作控制，安全性高，提浓后磷酸中杂质含量低。后磷酸中杂质含量低。


技术研发人员：吴选文 明聪 张寰 吕尤 嵇伟峰
受保护的技术使用者：贵州致知环保技术有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/24