CN103940212A - 一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其工艺步骤包括固体磷铵或硫铵产品的干热空气干燥、干燥尾气除尘、干燥尾气循环硫酸除湿、循环硫酸的液氨蒸发冷却。干燥尾气经循环硫酸除湿后形成干热空气返回产品的干热空气干燥步骤，形成载热载湿气体的封闭循环；因吸湿而被稀释的循环硫酸经液氨蒸发冷却后，送往湿法磷酸或硫铵反应装置，作为湿法磷酸或硫铵产品的原料；液氨蒸发生成的气氨送往磷铵预中和反应装置或硫铵反应装置，作为固体磷铵或硫铵产品的原料。实施这种固体磷铵或硫铵产品干燥工艺，可以取消现有干燥工艺中使用的燃煤热风炉，没有干燥尾气排放，达到节能减排、消除大气污染的目的。

Description

一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法

 

技术领域

    本发明属于固体磷铵或硫铵、湿法磷酸生产技术领域，特别涉及一种固体磷铵或硫铵产品的干燥工艺方法。

背景技术

现有的固体磷铵或硫铵产品的干燥工艺，主要是使用燃煤热风炉产生热烟气作为载热载湿气体，以该气体与被干燥产品直接接触时发生的传质传热过程，脱除产品中的水分，达到干燥产品的目的。这一种干燥工艺存在以下缺陷：a) 以燃煤热风炉产生的热烟气，燃煤中含有的游离水水分、燃煤中含氢化合物燃烧后产生的水分以及作为助燃剂的空气中含有的水分，最终都存在于热烟气中，无形中降低了热烟气的载湿能力。b) 根据固体干燥原理，干燥过程排放的干燥尾气，需要保持其含湿量与相应温度下的饱和含湿量有一个适当的差值，即所谓含湿量差。在实际生产操作时，含湿量差很难控制，往往会因为干燥尾气的含湿量差过大，热烟气的载湿能力不能得到充分发挥，造成能源的浪费；又或因干燥尾气的含湿量差过小，会造成被干燥固体出现“返露”现象，给固体干燥过程的操作带来麻烦。c）以热烟气作为载热载湿气体，一次性使用后即成为干燥尾气排入大气，其中大量的潜能没有得到利用，造成能源的浪费。d）以固体磷铵产品的干燥为例，虽然其干燥尾气排放前经过洗涤工序处理，但是，仍会有大量的微小颗粒随尾气排入大气，或形成所谓“磷铵雨”污染厂区环境，或形成气溶胶在大气中扩散，造成所谓PM2.5对大气的污染。

专利CN101475153A《反应自热磷铵生产方法与装置》公开了两种固体磷铵干燥工艺方法。方法1：利用磷酸与氨的中和反应热和利用硫酸生产装置排放的温度50℃—65℃的硫酸尾气作为载热载湿气体，干燥固体磷铵产品。此方法的特点是取消了燃煤热风炉，可达到节能减排的目的。该方法的不足之处是：a) 硫酸尾气是一次性被利用，磷铵产品干燥过程形成的干燥尾气最终仍将排入大气，不减轻PM2.5对大气的污染；b) 硫酸生产装置与固体磷铵干燥装置之间受各自运行状态的相互干扰，给生产运行操作带来诸多难以确定的不利因素。方法2：利用磷酸与氨的中和反应热和利用液氨蒸发冷却干燥尾气，用降温除湿的方法使干燥尾气转变成温度为20℃—25℃的空气（状态为饱和湿空气），返回干燥器循环使用。此方法的特点是取消了燃煤热风炉，可以消除PM2.5对大气的污染，达到节能减排的目的。该方法的不足之处是：a) 以温度为20℃—25℃的饱和湿空气作为载热载湿气体，干燥器的操作温度较低，不利于发挥干燥器的产能；b) 用液氨蒸发器冷却干燥尾气，干燥尾气走液氨蒸发器管程，存在干燥尾气中的粉尘堵塞液氨蒸发器的隐患。

发明内容

本发明目的就是提供一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是利用生产湿法磷酸或硫铵的原料浓硫酸作为干燥剂，干燥产品固体磷铵或硫铵。本发明的干燥工艺步骤包括：固体磷铵或硫铵产品的干热空气干燥、干燥尾气除尘、干燥尾气的循环硫酸除湿、部分循环硫酸的液氨蒸发冷却。

以上述干燥工艺步骤建立的干燥系统，其操作流程是：出干热空气干燥器的干燥尾气经除尘器除尘后，进入循环硫酸除湿器，在循环硫酸除湿器中，除尘后的干燥尾气与喷淋的循环硫酸直接接触，利用循环硫酸与干燥尾气之间发生的传质传热过程，脱除干燥尾气中的水分，使其转变成为干热空气后，返回干热空气干燥器，形成载热载湿气体的封闭循环；部分循环硫酸经液氨蒸发冷却器冷却后，送往生产湿法磷酸或硫铵的反应装置，作为生产湿法磷酸或硫铵的原料；液氨蒸发生成的气氨送往磷铵预中和反应装置或硫铵反应装置，作为生产固体磷铵或硫铵产品的原料；作为干燥剂的浓硫酸经过混酸器与循环硫酸混合后，补充进入干燥系统,以平衡循环硫酸的浓度。

浓硫酸具有强烈地吸收气体中水分的性质，在工业生产中常被作为工业气体的干燥剂使用。浓硫酸作为气体干燥剂使用的较佳浓度为90%左右。

浓硫酸在吸收气体中水分的过程中，会释放大量的热，所释放的热是被吸收的等量气态水分的汽化潜热和等量水分稀释浓硫酸的稀释热之和。在绝热条件下，在本发明所述的固体磷铵或硫铵产品的干燥系统中，循环硫酸吸收干燥尾气中的水分所释放的热总是大于固体磷铵或硫铵产品因等量水分蒸发所吸收的汽化潜热，即干燥系统在运行中会有富余的热产生，表现为随着固体磷铵或硫铵产品中的水分不断地蒸发，干燥系统的温度将不断地升高，直至固体磷铵或硫铵产品中的水分完全蒸发为止。实际运行时，干燥系统富余热量的大部分由作为生产湿法磷酸或硫铵原料的循环硫酸和固体磷铵或硫铵产品以显热的形式带出系统，另一部分由系统设备的散热带出系统，达到系统的热平衡。

根据硫酸稀释放热的性质，用水稀释浓硫酸时，硫酸浓度降低变化越大，则硫酸的温升越高。通常，浓硫酸吸收水分时，硫酸的浓度每降低0.5%，硫酸的温度会升高12℃。本发明所述固体磷铵或硫铵产品的干燥工艺方法，干燥系统在实际运行时，可通过控制循环硫酸的温度、浓度、以及控制循环硫酸的喷淋量，达到控制干燥系统操作温度的目的。干燥系统的最高操作温度受干燥系统的相关设备所使用的材料材质限定，同时还需参考循环硫酸在相应状态下，其硫酸液面的H₂O、H₂SO₄、SO₃的蒸气分压以及所产生的酸雾量等因素确定。

本发明所述干燥工艺，干燥尾气经循环硫酸除湿，在形成的干热空气中会含有少量的硫酸酸雾。由于在生产固体磷铵过程中原本需要向物料中投加少量硫酸，故干热空气中含有的少量硫酸酸雾，只需用少量的气氨调整后，作为载热载湿气体使用，不会影响被干燥固体磷铵产品的质量；而硫酸原本就是固体硫铵产品的原料，故干热空气中少量硫酸酸雾只要用少量的气氨调整，作为载热载湿气体使用，也不会影响被干燥固体硫铵产品的质量。

   湿法磷酸是以硫酸酸解磷矿制磷酸，其原料硫酸的规格为浓度>76%，通常使用浓度为98%的硫酸为原料。由于磷矿中含有大量的杂质，原料磷矿中P₂O₅含量不同，制取一吨磷酸所需消耗的原料浓硫酸的量不同；湿法磷酸制磷酸的工艺不同，制取一吨磷酸所需消耗的原料浓硫酸的量也不同。以二水物流程制磷酸为例：生产一吨磷酸（H₃PO₄100%），其原料浓硫酸（H₂SO₄100%）的消耗定额为1.9—1.95吨。

固体磷铵的生产是以磷酸和气氨（或液氨）为原料，进行中和反应制取固体磷铵。制取一吨固体磷铵（以磷酸二铵计）需消耗原料磷酸（H₃PO₄100%）约0.74吨。以湿法磷酸制取0.74吨磷酸（H₃PO₄100%），按照消耗定额折算，需消耗原料硫酸约1.4吨。

现有磷酸二铵生产工艺，在磷酸二铵造粒后，其含水率约为8%，以产品出厂标准含水率约为2%计，生产一吨磷酸二铵需脱除约6%即约0.06吨的水分。用0.06吨的水分将浓硫酸（浓度100%）稀释成作为干燥剂使用的浓度为90%的硫酸，被稀释的浓硫酸量约为0.6吨，即以约0.6吨浓硫酸（H₂SO₄100%）作为干燥剂，就可以满足干燥一吨固体磷酸二铵产品的干燥剂的需用量。比较干燥一吨磷酸二铵所需浓硫酸（H₂SO₄100%）干燥剂的需用量，折合成湿法磷酸制磷酸所需的1.4吨的原料浓硫酸的需用量，实际可供使用的湿法磷酸原料的浓硫酸需用量大于其作为干燥磷酸二铵干燥剂的需用量。

本发明所述方法，建议用浓度为90%左右的循环硫酸稀释浓度为98%的原料浓硫酸，以平衡所述干燥系统循环硫酸的浓度；以浓度为90%左右的循环硫酸送往湿法磷酸反应装置，作为湿法磷酸制磷酸的原料。

固体硫铵的生产是以稀硫酸和气氨（或液氨）为原料，进行中和反应制取固体硫铵。制取一吨固体硫铵（（NH₄)₂SO₄100%)需消耗原料硫酸（H₂SO₄100%）约0.74吨。在固体硫铵造粒后，其含水率约为8%，以产品出厂标准含水率约为2%计，生产一吨硫酸铵需脱除约6%即约0.06吨的水分。用0.06吨的水分稀释0.74吨浓硫酸（H₂SO₄100%），稀释后的硫酸浓度为92.5%，是作为气体干燥剂的较佳浓度，即制取一吨固体硫铵（（NH₄)₂SO₄100%)需消耗约0.74吨原料硫酸（H₂SO₄100%）的需用量，能够满足其作为干燥剂干燥一吨固体硫铵的需用量。

本发明所述方法，建议用浓度为90%左右的循环硫酸稀释浓度为98%的原料浓硫酸，以平衡所述干燥系统循环硫酸的浓度；以浓度为90%左右的循环硫酸送往硫铵反应装置，作为生产固体硫铵的原料。

本发明的优点是：

1、本发明所述的干燥工艺方法，取消了现有干燥工艺使用的燃煤热风炉，不再需要消耗燃煤，能达到节能减排的目的。

2、本发明所述干燥工艺方法与专利CN101475153A《反应自热磷铵生产方与装置》公开的方法相比，干燥尾气经过循环硫酸除湿后，形成的干热空气温度可>100℃，比硫酸尾气温度（50℃—65℃）高；比液氨蒸发冷却干燥尾气，用降温除湿的方法所获得的饱和湿空气温度（20℃—25℃）更高，更有利于发挥气体的载热载湿能力。

3、本发明所述干燥工艺方法与专利CN101475153A《反应自热磷铵生产方法与装置》公开的利用硫酸尾气作为载热载湿气体的方法相比，干燥尾气经循环硫酸除湿后，形成干热空气载热载湿的封闭循环，没有干燥尾气排放，可消除PM2.5对大气的污染。

4、本发明所述干燥工艺方法与专利CN101475153A《反应自热磷铵生产方法与装置》公开的利用硫酸尾气作为载热载湿气体的方法相比，固体磷铵（或硫铵）干燥装置与硫酸生产装置之间互不关联，不存在两装置之间运行状态相互干扰的问题。

5. 本发明所述干燥工艺方法，干燥系统的循环硫酸液氨蒸发冷却器可设置为冷却槽型，冷却槽上设置搅拌器，容易解决酸不溶性杂质的沉积问题。

6. 本发明所述干燥工艺方法，有利于老厂的产品干燥工艺技术改造。 

本发明还具有以下附加有益效果：

1.    本发明所述干燥工艺方法，用经过冷却的浓度为90%左右的循环硫酸作为湿法磷酸的原料，比直接使用浓度为98%的浓硫酸作为原料，有利于缓和湿法磷酸反应槽内局部过热的现象。

2.    本发明所述干燥工艺方法，干燥系统设循环硫酸液氨蒸发冷却步骤，在利于循环硫酸输送的同时，还可以节约产品生产过程中液氨蒸发的能耗。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图；

其中：1为干热空气干燥器；2为除尘器；3为干燥尾气风机；4为循环硫酸除湿器；5为混酸器；6为循环硫酸槽；7为循环硫酸泵；8为液氨蒸发冷却器（槽）；9为搅拌器；10为硫酸输送泵。

具体实施方式

实施例1

本发明所述干燥系统用于固体磷铵产品的干燥，要取得成功的关键步骤在干燥尾气的除尘。固体磷铵干燥尾气中的磷铵粉尘，含有酸不溶性固体杂质（含硅化合物），这些固体杂质极容易在干燥系统中沉积，给生产运行带来麻烦。解决这一问题的办法有：a)选择除尘效果较好的除尘设备，使除尘后干燥尾气中剩余含尘量尽可能的小。b)循环硫酸除湿器中不需设置填料，以防止粉尘在填料上沉积。c)所有相关设备应考虑便于清理沉积物。

本发明所述干燥工艺方法，干燥尾气经过循环硫酸除湿后所获得的干热空气含湿量极小，在较宽的温度范围内都具有载湿能力，考虑到防止干燥系统相关设备的腐蚀因素，干燥系统的操作温度不宜过高。本发明所述干燥系统，建议控制循环硫酸的操作温度在90℃—110℃范围内。本发明所述干燥工艺方法，可通过控制循环硫酸的循环喷淋量，控制循环硫酸的温度；必要时，还可以通过返回部分经过液氨蒸发冷却后的硫酸，调节干燥系统循环硫酸的温度。干燥尾气经过循环硫酸除湿获得的干热空气中含有的少量硫酸酸雾，只需要适量地加入气氨调整后作为载热载湿气体使用，不会影响磷铵产品的质量。本发明所述干燥系统的循环硫酸的浓度可控制在90%左右。

实施例2

本发明所述干燥系统用于固体硫铵产品的干燥，由于硫铵产品生产原料硫酸和液氨的纯度较高，干燥尾气中的硫铵粉尘几乎不含酸不溶性固体杂质，故无需考虑固体杂质在干燥系统中沉积。干燥尾气经过循环硫酸除湿获得的干热空气中，即使含有较大的硫酸酸雾，只需要适量地加入气氨调整后作为载热载湿气体使用，不会影响硫铵产品的质量。考虑到防止干燥系统相关设备的腐蚀因素，干燥系统的操作温度不宜过高。本发明所述干燥系统，建议控制循环硫酸的操作温度在90℃—110℃范围内。本发明所述干燥工艺方法，可通过控制循环硫酸的循环喷淋量，控制循环硫酸的温度；必要时，还可以通过返回部分经过液氨蒸发冷却后的硫酸，调节干燥系统循环硫酸的温度。本发明所述干燥系统的循环硫酸的浓度可控制在90%左右。

Claims (7)

1.一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：利用生产湿法磷酸或硫铵的原料浓硫酸作为干燥剂，干燥固体磷铵或硫酸铵产品，其工艺步骤包括固体磷铵或硫酸铵产品的干热空气干燥、干燥尾气除尘、干燥尾气循环硫酸除湿、循环硫酸的液氨蒸发冷却，其中所述的磷铵为磷酸一铵或者磷酸二铵。

2.根据权利要求1所述的一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：所述的干燥过程，其操作流程是：出干热空气干燥器的干燥尾气经除尘器除尘后，进入循环硫酸除湿器，在循环硫酸除湿器中，除尘后的干燥尾气与喷淋的循环硫酸直接接触，利用循环硫酸与干燥尾气之间发生的传质传热过程，脱除干燥尾气中的水分，使其转变成为干热空气后，返回干热空气干燥器，形成载热载湿气体的封闭循环；部分循环硫酸经液氨蒸发冷却器冷却后，送往生产湿法磷酸或硫铵的反应装置，作为生产湿法磷酸或硫铵的原料；液氨蒸发生成的气氨送往磷铵预中和反应装置或硫铵反应装置，作为生产固体磷铵或硫铵产品的原料；作为干燥剂的浓硫酸经过混酸器与循环硫酸混合后，补充进入干燥系统,以平衡循环硫酸的浓度。

3.根据权利要求1所述的一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：所述的干燥尾气经循环硫酸除湿后，获得的干热空气返回产品的干热空气干燥步骤，形成空气的封闭循环。

4.根据权利要求1所述的一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：因吸湿而被稀释的循环硫酸经液氨蒸发冷却后，送往湿法磷酸或硫铵反应装置，作为生产湿法磷酸或硫铵的原料。

5.根据权利要求1所述的一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：循环硫酸的液氨蒸发冷却生成的气氨送往磷铵预中和反应装置或硫铵反应装置作为生产磷铵或硫铵的原料。

6.根据权利要求1所述的一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：喷淋的循环硫酸作为干燥剂使用的同时也被作为蓄热体得到利用，通过控制喷淋的循环硫酸的浓度、温度和循环喷淋量获得含湿量极小且温度>100℃的干热空气。

7.根据权利要求1所述的一种利用产品原料浓硫酸干燥产品固体磷铵或硫铵的方法，其特征在于：向干燥尾气经循环硫酸除湿后所获得的干热空气中适量地补充气氨以中和其中的硫酸酸雾。