CN103043638A - 一种压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置，该工艺的生产装置包括压磷罐（1）、磷过滤器（9）和泥磷收集槽（17），通过将压磷罐（1）内混有粗磷的含磷水通过粗磷输送管（4）压入磷过滤器（9）内，并通过磷过滤器（9）内的滤布层（13）和精磷夹套（14）过滤得到精磷，含磷滤渣通过泥磷收集槽（17）内设置的泥磷液下泵（18）回输至磷过滤器（9）内进行重复过滤。本发明的磷过滤装置可实现封闭操作，含磷水可循环使用，不造成二次污染，且滤布层无需更换；获得的产品符合国家质量标准，具有黄磷回收率高、不易泄漏、不污染环境、节能效果显著的特点，符合国家“节能减排”的要求。

Description

一种压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置

技术领域

 本发明涉及化学工程与环境保护技术领域，尤其是指一种将黄磷生产过程中所产生的粗磷或泥磷借助外压获得元素磷的新工艺及其生产装置，具体地说是一种压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置。

背景技术

泥磷是电炉法工业黄磷生产中产生的危险固体废渣，主要含有元素磷、磷矿石、焦炭、（煤）、硅石粉及生产中产生的氟、磷化物等。它的形成原因是在电炉法制磷过程中，炉气中含有50～150g/m³的粉尘，由于目前生产厂家大多没有配置电除尘设备，炉气未经净化就直接进入收磷系统，含磷炉气进入收磷系统后，磷被具有强吸附力的二氧化硅和炭的微粒所包裹，形成泥磷。泥磷具有很高的分散性，当与水接触后便形成乳胶体，所以泥磷是固体杂质与元素磷粘附在一起的球状颗粒，在颗粒之间被分散的杂质所隔离。泥磷粒度为1～2μm至0.2～0.5mm不等，在熔融状态下，泥磷处于磷层和水层之间，但与磷层之间没有明显的界限。

泥磷的处理与利用是黄磷生产中一个很重要的问题，它不仅影响黄磷工业生产中磷的收率和成本，更严重的是造成严重的环境污染问题。因此，元素磷的分离提纯工艺一直是影响黄磷企业磷回收效益和环境效益的关键。尽管国内外有许多研究人员进行了多年的辛勤探索，但至今尚未找到一套成熟、高效的治理方法。

目前，国内外元素磷分离提纯的主要生产工艺有静置沉淀工艺、过滤分离工艺、泥磷返回电炉再循环工艺、蒸馏工艺、泥磷制酸工艺等，但由于这些生产工艺各自存在的缺点和问题，导致它们的应用受到限制。

1） 静置沉淀工艺

将炉气冷凝系统输送来的粗磷，置于锥底容器内保温静置。该过程中在粗磷层内通入加热介质（通常为蒸汽和热水），使液态元素磷受热后流动性增加，在加热介质搅动作用下，液态元素磷小液滴逐步汇集融合。由于单质磷与杂质比重差较大，纯净的磷逐步与杂质分离而沉积到容器底部。该工艺十分简单，为国内广大黄磷生产企业普遍采用。但是由于静置沉淀工艺的效率很低，一般一槽粗磷（约30t）需要保温静置24小时，单质磷和杂质方能分离完全。其间消耗的水及蒸汽量也较多，且分离后的杂质含磷较多，还需要进一步处理。对于大规模黄磷装置生产就不太适宜，所以国内外30kt/a黄磷电炉多采用过滤分离工艺。

2） 过滤分离工艺

炉气冷凝系统输送来的液状粗磷，热态直接加压通过过滤介质（国外一般采用硅藻土），成品精磷穿越过滤层进入受磷槽，固态杂质则留在过滤层内。通过定期更换过滤层，使生产得以延续。更换下来的过滤介质含有少量元素磷，经燃烧无害化后与磷炉渣一并外运堆放处理。过滤分离工艺由于机械化程度和分离效率高，十分适合与大规模黄磷装置配套。但仍然存在含磷滤料的处理难问题。

上述两种工艺，均产生一定数量的泥磷，泥磷中还含有10％～30％的元素磷，若不予回收或处理，将造成资源的极大浪费。所以，还必须配套专门的泥磷处理装置，国内外通常采用下述工艺进一步回收泥磷中的元素磷。

3）      泥磷返回电炉再循环工艺

将泥磷循环返回电炉制磷系统，使磷再次升华后冷凝回收。但试验发现，在高温下元素磷与系统内水分发生以下反应：

（1） 2P₄＋12H₂O＝5H₃P＋3H₃PO₄

（2） P₄＋16H₂O＝4H₃PO₄＋10H₂

反应产物为磷酸及少量磷化氢和氢气，使一部分磷被消耗，且生成的磷酸还会进一步形成泥磷。由于泥磷的存在降低了磷炉上层物料的透气性，对工艺过程产生不利影响。为防止水将磷氧化，虽然可以采取将泥磷预先脱湿加入磷炉的方法，但能耗较高，而且由于生产过程中有氢气产生，会严重影响电炉的操作安全。

4）      蒸馏工艺

将泥磷中的元素磷在隔绝空气的密闭泥磷转锅内加温，利用元素磷较低的蒸发温度（280℃），将其从泥磷混合物中蒸馏出来，磷蒸汽经过冷却精制后，即可得到成品黄磷。

由于组成泥磷混合物的挥发性各不相同，所以可利用同一温度下，泥磷成份的蒸汽压各不相同的原理将其分离。泥磷蒸馏升温初期，即在25～100℃区间，主要是泥磷融化和水分蒸发，此区间升温不能过快，以防止水分剧烈蒸发带出泥磷进入后部收磷系统，从而影响产品黄磷的质量，同时还会造成管道阻塞甚至引起泥磷转锅爆炸。

泥磷经过升温期已经将水分基本脱除，且泥磷已经处于流体状态，当泥磷温度处于100～400℃时，开始进入元素磷蒸发工艺阶段。此时升温应当迅速，以避免黄磷在升温过程中转变为赤磷。其间所产生的磷蒸汽由管道进入后部收磷系统，经冷却后贮存于受磷槽内。

5）      泥磷制酸工艺

将富泥磷在特殊炉中燃烧，吸收为磷化工生产的重要产品——磷酸，此工艺为工业上较为成熟的规模化处理泥磷的方法。但该工艺存在将粘稠的泥磷喂进燃烧室的连续性差、稳定性差和泥磷酸质量差的缺点。

a)  回转炉燃烧法

将泥磷加入回转的管状炉，泥磷沿着衬里表面分布开来，在过剩的空气中燃烧，泥磷中所含的水分与P2O5反应生成磷酸，泥磷矿物残渣中磷的质量分数为25％，可用作肥料。但泥磷中的磷未能充分燃烧，操作过程中炉衬损坏严重。

b)  锥形炉燃烧法

泥磷燃烧采用带有衬里的锥形炉，为了强化燃烧，防止炉衬损坏，让泥磷在固定式斜面上燃烧，膜厚为5mm。用旋转分配器将泥磷送入炉内，分布在衬里表面上，控制空气过剩系数为2～8，泥磷燃烧过程的强度可从40kg/m³·h提高到70kg/m³·h。热泥磷的流动膜可保护衬里不受损坏，但磷酸质量差，磷的低级氧化物含量高，只适用于W（P）<40％的泥磷。

c)  双层锥形炉燃烧法

为了处理磷含量低的泥磷，列宁格勒国立化工科学研究所开展了装有燃烧室的双层锥形炉燃烧泥磷的中间试验。夹层内燃烧天然气，当炉内温度从538℃上升到815℃时，炉内会产生所谓“蒸汽垫”效应，使粘在炉壁上的大部分泥磷脱落，于是燃烧过程主要不是在薄膜条件下进行，而是在泥磷形成的液滴沿器壁下落的过程中完成，这样会导致整个炉内燃烧状况恶化，一方面未燃烧的泥磷落入炉渣中，另一方面使磷酸中低价酸的质量分数增加到0.7％。

由于泥磷的化学成分波动很大，以上各种处理泥磷的方法均有缺点，难以系统化地解决泥磷处理过程中的二次污染问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种适用于粗磷分离精制和泥磷分离提纯并能实现规模化连续生产的压滤法磷连续过滤新工艺及其生产装置。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种压滤法磷连续过滤新工艺，其特征在于所述的工艺步骤如下：

（a）、将混有液态粗磷的含磷水通过外压压入磷过滤器内；

（b）、磷过滤器内的液态黄磷在粒度差的作用下穿过磷过滤器内的滤布层进入精磷夹套内，获得的精磷通过磷过滤器的筒体上设置的精磷出口输出，筒体内的滤渣借位差通过筒体锥底设置的滤渣出口管流入泥磷收集槽内，滤渣出口管的下端液封在泥磷收集槽内；

（c）、重复步骤（a）和（b）至泥磷收集槽内的含磷滤渣累积至一定程度后，启动泥磷液下泵将泥磷收集槽内的含磷滤渣液通过泥磷输送管输送至磷过滤器内进行重复过滤； 

（d）、直至泥磷收集槽内的含磷滤渣残磷量P≤2％后通过泥磷输送管上的泥磷排出管将泥磷滤渣排出进行进一步处理。

所述步骤（b）中的磷过滤器内的压强和温度分别控制在0.2～0.3MPa和60～80℃。

所述步骤（b）中的滤布层选用250～600目的滤布制成。

所述步骤（c）中的混有液态粗磷的含磷水与泥磷收集槽内的含磷滤渣液同时输入至磷过滤器内进行过滤。

所述步骤（c）中的混有液态粗磷的含磷水过滤完成后再对泥磷收集槽内的含磷滤渣液进行重复过滤。

一种压滤法磷连续过滤生产装置，包括压磷罐、磷过滤器和泥磷收集槽，其特征在于所述压磷罐的上盖上设有粗磷进口和含磷水进口，且压磷罐通过一端伸入压磷罐底部的粗磷输送管与磷过滤器的顶盖相连，泥磷收集槽内设有泥磷液下泵，泥磷液下泵的输出口通过泥磷输送管与磷过滤器的顶盖相连，所述磷过滤器的筒体锥底设有一端位于泥磷收集槽液面下的滤渣出口管，筒体内设有与筒体内壁构成封闭腔体的滤布层，滤布层和筒体内壁构成的腔体内设有精磷夹套，精磷夹套的下端处的筒体侧壁上设有精磷出口。

所述压磷罐和磷过滤器的外侧设有包裹压磷罐和磷过滤器的热水夹套，热水夹套上分别设有热水进口和热水出口，热水出口位于热水进口的上侧。

所述的磷过滤器上设有位于顶盖上的冲洗水进口。

所述压磷罐的侧壁上部设有与泥磷收集槽相连通的含磷水溢流管，含磷水溢流管的出口端位于泥磷收集槽内的液面下侧。

所述的泥磷输送管上设有泥磷排出管。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明通过在磷过滤器内借助外压将黄磷生产过程中所产生的粗磷或泥磷中的元素磷通过滤布层与杂质分离得到精磷，且该滤布层只需定期进行在线冲洗以提高运行效率而无需更换。

本发明的过滤工艺生产的产品为工业黄磷，其质量指标符合国家颁布的质量标准（GB7816－1998）一级品的要求：外观呈石蜡状，浅黄色至微绿色；黄磷含量在苯中≥99.90%，黄磷含量在二硫化碳中≥99.90%；不容物含量在苯中≤10%，不容物含量在二硫化碳中≤10%；磷过滤生产的副产品为含磷滤渣，其含磷量≤2%。

本发明的磷过滤装置可实现封闭操作，含磷水可循环使用，不造成二次污染；同时单套磷过滤装置为间歇式操作，每3个小时作为一个生产周期，磷过滤装置在生产中可采用双系列并联操作，以实现液态粗磷或泥磷分离操作的连续化。

本发明的黄磷回收率高、不易泄漏、不污染环境、节能效果显著，具有很高的环境效益、社会效益和经济效益，符合国家“节能减排”的要求。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

其中：1—压磷罐；2—热水夹套；3—粗磷进口；4—粗磷输送管；5—含磷水进口；6—热水进口；7—热水出口；8—含磷水溢流管；9—磷过滤器；10—顶盖；11—筒体；12—冲洗水进口；13—滤布层；14—精磷夹套；15—精磷出口；16—滤渣出口管；17—泥磷收集槽；18—泥磷液下泵；19—泥磷输送管；20—泥磷排出管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示：一种压滤法磷连续过滤新工艺，该新工艺步骤如下：（a）、将混有液态粗磷的含磷水通过外压压入磷过滤器2内；（b）、磷过滤器2内的液态黄磷在粒度差的作用下穿过磷过滤器2内的滤布层13进入精磷夹套14内，滤布层13选用250～600目的滤布制成，获得的精磷通过磷过滤器2的筒体11上设置的精磷出口15输出，筒体11内的滤渣借位差通过筒体11锥底设置的滤渣出口管16流入泥磷收集槽17内，滤渣出口管16的下端液封在泥磷收集槽17内，在此过程中磷过滤器2内的压强和温度分别控制在0.2～0.3MPa和60～80℃，当压力超过0.3MPa则说明滤布层堵塞，必须立刻进行在线冲洗单元操作；（c）、重复步骤（a）和（b）至泥磷收集槽17内的含磷滤渣累积至一定程度后，启动泥磷液下泵18将泥磷收集槽17内的含磷滤渣液通过泥磷输送管19输送至磷过滤器2内进行重复过滤；（d）、直至泥磷收集槽17内的含磷滤渣残磷量P≤2％后通过泥磷输送管19上的泥磷排出管20将泥磷滤渣排出进行进一步处理。在上述工艺步骤中，步骤（c）中的混有液态粗磷的含磷水与泥磷收集槽17内的含磷滤渣液既可同时输入至磷过滤器2内进行过滤；亦可待步骤（c）中的混有液态粗磷的含磷水过滤完成后再对泥磷收集槽17内的含磷滤渣液进行重复过滤。

一种压滤法磷连续过滤生产装置，包括压磷罐1、磷过滤器9和泥磷收集槽17，在压磷罐1的上盖上设有粗磷进口3和含磷水进口5，压磷罐1的侧壁上部设有与泥磷收集槽17相连通的含磷水溢流管8，含磷水溢流管8的出口端位于泥磷收集槽17内的液面下侧；另外压磷罐1通过一端伸入压磷罐1底部的粗磷输送管4与磷过滤器9的顶盖10相连，泥磷收集槽17内设有泥磷液下泵18，泥磷液下泵18的输出口通过泥磷输送管19与磷过滤器9的顶盖10相连，所述磷过滤器9的筒体11锥底设有一端位于泥磷收集槽17液面下的滤渣出口管16，筒体11内设有与筒体11内壁构成封闭腔体的滤布13，滤布13和筒体11内壁构成的腔体内设有精磷夹套14，精磷夹套14的下端处的筒体11侧壁上设有精磷出口15。另外为确保压磷罐1内和磷过滤器9内的操作温度，在压磷罐1和磷过滤器9的外侧设有包裹压磷罐1和磷过滤器9的热水夹套2，热水夹套2上分别设有热水进口6和热水出口7，热水出口7位于热水进口6的上侧；同时为实现在线对滤布层13进行冲洗，在磷过滤器9上设有位于顶盖10上的冲洗水进口11；为排出最终的滤渣，在泥磷输送管19上设有泥磷排出管20。

本发明在使用时，来自黄磷装置的液态粗磷首先由粗磷进口3进入压磷罐1内后，关闭粗磷进口3和含磷水溢流管8；此时，来自黄磷装置压磷泵的含磷水由含磷水进口5进入压磷罐1内，含磷水借助水压将压磷罐1内的液态粗磷经由粗磷输送管4压出进入磷过滤器9内，磷过滤器9内的操作压力必须维持在0.2～0.3MPa范围内；磷过滤器9内的液态黄磷利用粒度差穿越滤布层13进入精磷夹套14，再由精磷出口18经管道输出；筒体11内的滤渣则沿筒体11的内筒轴线缓慢下移，由筒体11锥底的滤渣出口管16借位差流入泥磷收集槽17内保温暂存，滤渣出口管16的下端必须插到泥磷收集槽17的液面以下。在使用过程中，磷过滤器9内的滤布层13需定期进行在线冲洗，以提高运行效率，滤布冲洗可实现自动化操作。另外在泥磷收集槽17内设有泥磷液下泵18，泥磷液下泵18的出口设有泥磷输送管19和位于泥磷输送管19上泥磷排出管20；泥磷输送管19用于将泥磷收集槽17内的含磷滤渣（泥磷）定期导入磷过滤器9内进行进一步的磷回收处理，直到含磷滤渣的残磷量≤2％后再通过泥磷排出管20送至泥磷制酸装置制取磷酸，燃烧后的残渣可作为磷渣肥外运处理。该生产装置可实现封闭操作，含磷水可循环使用，不造成二次污染。

在使用时，压磷罐9内的操作温度和操作压力的控制直接影响磷过滤装置的产品质量和操作安全，必须保证压磷罐9内的操作温度在60～80℃之间，操作压力在0.2～0.3MPa之间。磷过滤器9内的操作压力如超过0.3MPa，则说明滤布层13堵塞，必须立刻通过冲洗水进口11进行在线冲洗单元操作。过滤操作一般选用250～600目的滤布，具体目数可根据进料的粒度大小、出料的品质要求、过滤压力和过滤效率等因素进行选择。

本发明的工艺与传统工艺相比，传统静置沉淀磷精制工艺需用蒸汽量为80kg/h·t磷，用水量为100kg/h·t磷，一般处理时间需要24小时。如果产品磷产量按每天30t计，则传统精制工艺每天需用蒸汽量为57t，用水量为72t。而采用本发明的磷过滤新工艺后，如果产品磷产量按每天30t计，由于分离效率提高，处理时间缩短至3个小时，且蒸汽用量减少至20kg/h·t磷，则磷过滤装置蒸汽消耗量为每天1.8t，水消耗量为每天9t，相比传统工艺每天可节约蒸汽用量为55.2t，节约水用量为63t。如果蒸汽价格为154元/t，水价格为2元/ t，则每天可节约成本8626元；同时，由于蒸汽消耗量减少带来的CO₂减排量为每天2.8t。另外本发明的单套磷过滤装置为间歇式操作，每3个小时作为一个生产周期。磷过滤装置在生产中可采用双系列并联操作，以实现液态粗磷或泥磷分离操作的连续化，粗磷（含磷量68％左右）的过滤生产能力为10.0t/h，泥磷（含磷量15％左右）的过滤生产能力为1.0t/h。综上所述，本发明的工艺及其生产装置生产出的黄磷回收率高、不易泄漏、不污染环境、节能效果显著，具有很高的环境效益、社会效益和经济效益，符合国家“节能减排”的要求。

本发明中采用的压磷罐1和磷过滤器9在设计中除满足工艺和生产强度要求外，还必需满足设备本身要求的密闭性能的特点，所以设计中选用的材料应具有耐腐蚀、热稳定性好的特点，选用304不锈钢制作可保证设备的长期运行。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种压滤法磷连续过滤新工艺，其特征在于所述的工艺步骤如下：

（a）、将混有液态粗磷的含磷水通过外压压入磷过滤器（2）内；

（b）、磷过滤器（2）内的液态黄磷在粒度差的作用下穿过磷过滤器（2）内的滤布层（13）进入精磷夹套（14）内，获得的精磷通过磷过滤器（2）的筒体（11）上设置的精磷出口（15）输出，筒体（11）内的滤渣借位差通过筒体（11）锥底设置的滤渣出口管（16）流入泥磷收集槽（17）内，滤渣出口管（16）的下端液封在泥磷收集槽（17）内；

（c）、重复步骤（a）和（b）至泥磷收集槽（17）内的含磷滤渣累积至一定程度后，启动泥磷液下泵（18）将泥磷收集槽（17）内的含磷滤渣液通过泥磷输送管（19）输送至磷过滤器（2）内进行重复过滤； 

（d）、直至泥磷收集槽（17）内的含磷滤渣残磷量P≤2％后通过泥磷输送管（19）上的泥磷排出管（20）将泥磷滤渣排出进行进一步处理。

2.根据权利要求1所述的压滤法磷连续过滤新工艺，其特征在于所述步骤（b）中的磷过滤器（2）内的压强和温度分别控制在0.2～0.3MPa和60～80℃。

3.根据权利要求1所述的压滤法磷连续过滤新工艺，其特征在于所述步骤（b）中的滤布层（13）选用250～600目的滤布制成。

4.根据权利要求1-3任一所述的压滤法磷连续过滤新工艺，其特征在于所述步骤（c）中的混有液态粗磷的含磷水与泥磷收集槽（17）内的含磷滤渣液同时输入至磷过滤器（2）内进行过滤。

5.根据权利要求1-3任一所述的压滤法磷连续过滤新工艺，其特征在于所述步骤（c）中的混有液态粗磷的含磷水过滤完成后再对泥磷收集槽（17）内的含磷滤渣液进行重复过滤。

6.一种采用如权利要求1-5所述工艺的压滤法磷连续过滤生产装置，包括压磷罐（1）、磷过滤器（9）和泥磷收集槽（17），其特征在于所述压磷罐（1）的上盖上设有粗磷进口（3）和含磷水进口（5），且压磷罐（1）通过一端伸入压磷罐（1）底部的粗磷输送管（4）与磷过滤器（9）的顶盖（10）相连，泥磷收集槽（17）内设有泥磷液下泵（18），泥磷液下泵（18）的输出口通过泥磷输送管（19）与磷过滤器（9）的顶盖（10）相连，所述磷过滤器（9）的筒体（11）锥底设有一端位于泥磷收集槽（17）液面下的滤渣出口管（16），筒体（11）内设有与筒体（11）内壁构成封闭腔体的滤布层（13），滤布层（13）和筒体（11）内壁构成的腔体内设有精磷夹套（14），精磷夹套（14）的下端处的筒体（11）侧壁上设有精磷出口（15）。

7.根据权利要求6所述的压滤法磷连续过滤生产装置，其特征在于所述压磷罐（1）和磷过滤器（9）的外侧设有包裹压磷罐（1）和磷过滤器（9）的热水夹套（2），热水夹套（2）上分别设有热水进口（6）和热水出口（7），热水出口（7）位于热水进口（6）的上侧。

8.根据权利要求6或7所述的压滤法磷连续过滤生产装置，其特征在于所述的磷过滤器（9）上设有位于顶盖（10）上的冲洗水进口（11）。

9.根据权利要求6或7所述的压滤法磷连续过滤生产装置，其特征在于所述压磷罐（1）的侧壁上部设有与泥磷收集槽（17）相连通的含磷水溢流管（8），含磷水溢流管（8）的出口端位于泥磷收集槽（17）内的液面下侧。

10.根据权利要求6或7所述的压滤法磷连续过滤生产装置，其特征在于所述的泥磷输送管（19）上设有泥磷排出管（20）。

Images