CN105731405B - 一种具有低温热能回收的热法磷酸生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其包括燃烧塔、一级吸收塔、管壳式锅炉、二级吸收塔、文丘里、丝网除雾器、引风机；一级吸收塔内多聚磷酸温度为150‑200℃，采用管壳式锅炉，将多聚磷酸热能转化为低压蒸汽加以回收；低温热能回收装置制造成本低，可以回收黄磷燃烧热10%‑30%的热能，降低了水资源消耗，减少了环境污染，符合高效、节能、环保、清洁的生产工艺要求。

Description

一种具有低温热能回收的热法磷酸生产装置
技术领域
本发明涉及一种具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，属于化学工程领域。
背景技术
磷酸是制备精细磷酸盐等磷化工产品的基本原料，广泛应用于石油、冶金、化工、电子、医药等行业。磷酸可在金属表面生成难溶的磷酸盐薄膜，以保护金属免受腐蚀；磷酸和硝酸混合作为化学抛光剂，用以提高金属表面的光洁度；磷酸也常作为生产洗涤用品、杀虫剂和含磷阻燃剂的原料；磷酸是食品添加剂之一，在食品中作为酸味剂、酵母营养剂。
现有带热能回收的二步法热法磷酸生产工艺，在燃烧塔内回收了黄磷燃烧热的50%-60%后，将温度为550-750℃的含五氧化二磷的工艺气体送入吸收塔，在吸收塔内用稀磷酸吸收五氧化二磷生产成品磷酸，期间气体热量和五氧化二磷与水结合的水合热均转移至液体磷酸中，为了维持系统热平衡，必须设置冷却器，通过大量循环水将酸温冷却至60-80℃。在此工艺条件下，一方面循环水将热量移走，造成了巨大热量浪费；另一方面循环水必须通过冷却塔将热量排至大气，不仅消耗了大量的水资源，还造成新的热污染。因此充分回收黄磷燃烧热是热法磷酸产业实现绿色化生产的途径之一。然而，由于五氧化二磷的物质特性和燃烧塔热能回收的原理，燃烧塔出口温度不能低于550℃，大约有15%-20%的黄磷燃烧热通过气体显热的方式进入吸收塔，本发明的目的，就是根据整体工艺平衡要求，将吸收塔磷酸温度提高到150-200℃，通过管壳式锅炉将低温热能转化为低压蒸汽回收。该方法将循环水带走的不能利用的热能转化为低压蒸汽的方法加以回收利用，从而实现了磷酸低温热能回收的目的。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，以提高热法磷酸生产工艺的热能回收效率。
本发明装置包括燃烧塔1、一级吸收塔2、管壳式锅炉3、二级吸收塔5、文丘里7、丝网除雾器9、引风机10；燃烧塔1通过一级吸收塔2与二级吸收塔5连通，二级吸收塔5通过文丘里7与丝网除雾器9连通，丝网除雾器9与引风机10连接，管壳式锅炉3通过泵与一级吸收塔2连接并形成闭路循环；其中管壳式锅炉3包括多聚磷酸进口11、炉体12、换热管14、液气分离器15、主汽阀16、副汽阀17、水位计20、多聚磷酸出口21、进水口22、排污阀24，炉体12一端设置有多聚磷酸进口11、进水口22，另一端设置有多聚磷酸出口21、排污阀24，换热管14安装在炉体12内，炉体12上开有主汽阀16、副汽阀17，液气分离器15设置在炉体内并位于主汽阀16、副汽阀17下方，水位计20设置在炉体一侧，炉体上设置有安全阀13。
所述一级吸收塔2中采用多聚磷酸吸收五氧化二磷气体，一级吸收塔的循环多聚磷酸的温度为150-200℃，以H3PO4计，多聚磷酸质量百分比浓度为105%-120%；通过管壳式锅炉3回收多聚磷酸中的热能产生低压蒸汽，蒸汽压力为0.4-0.8MPa。
所述二级吸收塔中磷酸质量百分比浓度为85%-105%（以H3PO4计），酸温85~130℃。
所述换热管14为薄壁管均匀排列而成的管束，管径20-50mm，壁厚2.5-4.5mm，换热管最上层要求在炉体水平中心线下100-150mm，锅炉内水位在炉体水平中心线下0-50mm；换热管14的材质为镍铬钼合金钢或其他耐腐蚀钢种，该钢种耐腐蚀性强，承载能力大。
所述一级吸收塔2为带喷头的空塔或动力波吸收塔。
所述炉体上设置有压力表18、热电偶19，炉体底部安装有底座23。
采用换热管14内流经循环多聚磷酸、管外炉体内通入生产用水副产蒸汽的设计，炉体内水位在炉体水平中心线下0-50毫米。
所述管壳式锅炉3由可拆卸式组件构成，易于更换受损组件；炉体及其余部件的材质均为不锈钢。
本发明装置可根据实际需要生产质量百分比85%-120%（以H3PO4计）之间任何浓度的磷酸，方法灵活、便于调整，可达到以一套装置生产多种浓度磷酸产品的目的。
上述装置生产磷酸方法是由黄磷和空气进入燃烧塔1反应，经燃烧塔水冷壁管吸收部分辐射热后的高温（550-750℃）含有五氧化二磷的工艺气体进入一级吸收塔2，在一级吸收塔2中，五氧化二磷被较低浓度的多聚磷酸吸收，控制塔内多聚磷酸质量百分比浓度为105%-120%（以H3PO4计），温度为150-200℃；多聚磷酸进入管壳式锅炉3的换热管内与换热管外的水进行热量交换，维持多聚磷酸出口温度低于入口温度10℃左右，锅炉内水被高温多聚磷酸加热形成低压蒸汽外送利用；大部分多聚磷酸再次进入一级吸收塔2循环使用，少部分多聚磷酸冷却后作为产品输出，经一级吸收塔吸收后的气体进入二级吸收塔5进行二次吸收，控制塔内磷酸质量百分比浓度为85%-105%（以H3PO4计）；经二级吸收塔吸收后的气体经文丘里7和丝网除雾器9处理后直接排入大气。
低温热能回收装置制造成本低，能回收10%-30%的黄磷燃烧热，可以将现行的黄磷燃烧热的利用率从50%-60%提高到70%-85%，减少了水资源浪费，经济效益好。由于提高了一级吸收塔酸温，多聚磷酸粘度变小，雾化效果好，使多聚磷酸生产过程中的五氧化二磷气体在一级吸收塔内的吸收率大幅提高，系统运行稳定，操作过程安全，减少了环境污染和产品损失，符合高效、节能、环保、清洁的绿色化清洁生产工艺要求。
附图说明
图1为本发明具有低温热能回收的热法磷酸生产装置的结构示意图；
图2为管壳式锅炉结构示意图；
图中：1-燃烧塔；2-一级吸收塔；3-管壳式锅炉；4-一级磷酸泵；5-二级吸收塔；6-二级磷酸泵；7-文丘里；8-稀酸泵；9-丝网除雾器；10-引风机；11-多聚磷酸进口；12-炉体；13-安全阀；14-换热管；15-液气分离器；16-主汽阀；17-副汽阀；18-压力表；19-热电偶；20-水位计；21-多聚磷酸出口；22-进水口；23-底座；24-排污阀。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1、2所示，具有低温热能回收的热法磷酸生产装置包括燃烧塔1、一级吸收塔2、管壳式锅炉3、二级吸收塔5、文丘里7、丝网除雾器9、引风机10；燃烧塔1通过一级吸收塔2与二级吸收塔5连通，二级吸收塔5通过文丘里7与丝网除雾器9连通，丝网除雾器9与引风机10连接，管壳式锅炉3通过一级磷酸泵4与一级吸收塔2连接并形成闭路循环；其中管壳式锅炉3包括多聚磷酸进口11、炉体12、换热管14、液气分离器15、主汽阀16、副汽阀17、水位计20、多聚磷酸出口21、进水口22、排污阀24，炉体12一端设置有多聚磷酸进口11、进水口22，另一端设置有多聚磷酸出口21、排污阀24，换热管14安装在炉体12内，炉体12上开有主汽阀16、副汽阀17，液气分离器15设置在炉体内并位于主汽阀16、副汽阀17下方，水位计20设置在炉体一侧，炉体上设置有安全阀13，文丘里7与稀酸泵8形成闭路循环，二级磷酸泵6与二级吸收塔形成闭路循环，二级磷酸泵6将二级吸收塔5流出的磷酸或多聚磷酸再次泵入二级吸收塔形成闭路循环，其中一级吸收塔2为带喷头的空塔，塔内喷头3层，炉体上设置有压力表18、热电偶19，炉体底部安装有底座23；换热管14为薄壁管均匀排列而成，管径30mm，壁厚3mm，换热管最上层要求在炉体水平中心线下100mm，锅炉内水位在炉体水平中心线下50mm；换热管14的材质为镍铬钼合金钢。
使用时，黄磷与自然空气在热法磷酸的燃烧塔1中燃烧，燃烧形成的五氧化二磷气体进入一级吸收塔2，质量百分比浓度为105%（以H3PO4计）的多聚磷酸通过喷头雾化，多聚磷酸自上而下喷洒，使五氧化二磷气体与多聚磷酸充分接触，形成150℃、质量百分比浓度110%（以H3PO4计）多聚磷酸，多聚磷酸由多聚磷酸进口11进入管壳式锅炉3的换热管14中与由进水口22进入炉体中的水发生热量交换，多聚磷酸出口温度150℃，管壳式锅炉3炉体12内水吸收热量形成0.3MPa的低压蒸汽，由主汽阀16排出；经管壳式锅炉3换热后的多聚磷酸，大部分多聚磷酸通过一级磷酸泵4返回一级吸收塔2循环利用，根据产品需要，取出部分多聚磷酸作为产品输出。经一级吸收塔吸收后的含有少量五氧化二磷气体进入二级吸收塔5进行二次吸收，二级吸收塔中磷酸质量百分比浓度为90%，酸温90℃；经二级吸收塔吸收后的剩余五氧化二磷气体进入文丘里7被稀磷酸回收，稀酸泵8将文丘里7流出的稀磷酸再次泵入文丘里从而形成闭路循环，稀磷酸浓度为38%；尾气经丝网除雾器9处理后，经引风机10直接排入大气。
实施例2：本具有低温热能回收的热法磷酸生产装置结构同实施例1，不同在于一级吸收塔2为带喷头的空塔，塔内喷头4层；换热管14为薄壁管均匀排列而成，管径20mm，壁厚2.5mm，换热管最上层要求在炉体水平中心线下120mm，锅炉内水位在炉体水平中心线下30mm。
使用时，黄磷与自然空气在热法磷酸燃烧塔1燃烧，燃烧形成的五氧化二磷气体进入一级吸收塔2，质量百分比浓度115%（以H3PO4计）的多聚磷酸通过喷头雾化，多聚磷酸自上而下喷洒，使五氧化二磷气体与多聚磷酸充分接触，形成180℃、质量百分比浓度118%（以H3PO4计）多聚磷酸，多聚磷酸进入管壳式锅炉3中与水发生热量交换，多聚磷酸出口温度170℃，锅炉内水吸收热量形成0.5MPa的低压蒸汽；经管壳式锅炉换热后的多聚磷酸，大部分多聚磷酸再次进入一级吸收塔循环使用，根据产品需要，取出部分多聚磷酸作为产品输出。经一级吸收塔吸收后的含有少量五氧化二磷气体进入二级吸收塔5进行二次吸收，产出质量百分比浓度98%（以H3PO4计）磷酸，酸温110℃；经二级吸收塔吸收后的剩余五氧化二磷气体进入文丘里7被稀磷酸回收，稀磷酸经由稀酸泵8与文丘里形成闭路循环，文丘里中稀磷酸浓度为50%；尾气经丝网除雾器9处理后直接排入大气。
实施例3：本具有低温热能回收的热法磷酸生产装置结构同实施例1，不同在于一级吸收塔2为带喷头的动力波吸收塔，塔内喷头设置二层，每层1个；换热管14为薄壁管均匀排列而成，管径50mm，壁厚4.5mm，换热管最上层要求在炉体水平中心线下150mm，锅炉内水位在炉体水平中心线下10mm。
使用时，黄磷与自然空气在热法磷酸燃烧塔1燃烧，燃烧形成的五氧化二磷进入一级吸收塔2，质量百分比浓度118%（以H3PO4计）的多聚磷酸通过喷头雾化，多聚磷酸自下而上喷洒，工艺气体自上而下，使五氧化二磷气体与多聚磷酸充分接触，形成200℃、质量百分比浓度120%（以H3PO4计）多聚磷酸，多聚磷酸进入管壳式锅炉3中与水发生热量交换，多聚磷酸出口温度200℃，锅炉内水吸收热量形成0.6MPa的低压蒸汽；经管壳式锅炉换热后的多聚磷酸，大部分多聚磷酸再次进入一级吸收塔循环使用，根据产品需要，取出部分多聚磷酸作为产品输出。经一级吸收塔吸收后的含有少量五氧化二磷气体进入二级吸收塔5进行二次吸收，产出质量百分比浓度103%（以H3PO4计）磷酸，酸温130℃；经二级吸收塔吸收后的剩余五氧化二磷气体进入文丘里7被稀磷酸回收，稀磷酸经由稀酸泵8与文丘里形成闭路循环，文丘里中稀磷酸质量百分比浓度为65%；尾气经丝网除雾器9处理后直接排入大气。

Claims (6)

1.一种具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其特征在于：包括燃烧塔（1）、一级吸收塔（2）、管壳式锅炉（3）、二级吸收塔（5）、文丘里（7）、丝网除雾器（9）、引风机（10）；燃烧塔（1）通过一级吸收塔（2）与二级吸收塔（5）连通，二级吸收塔（5）通过文丘里（7）与丝网除雾器（9）连通，丝网除雾器（9）与引风机（10）连接，管壳式锅炉（3）通过泵与一级吸收塔（2）连接并形成闭路循环；其中管壳式锅炉（3）包括多聚磷酸进口（11）、炉体（12）、换热管（14）、液气分离器（15）、主汽阀（16）、副汽阀（17）、水位计（20）、多聚磷酸出口（21）、进水口（22）、排污阀（24），炉体（12）一端设置有多聚磷酸进口（11）、进水口（22），另一端设置有多聚磷酸出口（21）、排污阀（24），换热管（14）安装在炉体（12）内，炉体（12）上开有主汽阀（16）、副汽阀（17），液气分离器（15）设置在炉体内并位于主汽阀（16）、副汽阀（17）下方，水位计（20）设置在炉体一侧，炉体上设置有安全阀（13）；
所述一级吸收塔（2）中多聚磷酸的温度为150-200℃，以H3PO4计，多聚磷酸质量百分比浓度为105%-120%；以H3PO4计，二级吸收塔中磷酸质量百分比浓度为85%-105%，酸温85~130℃。
2.根据权利要求1所述的具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其特征在于：通过管壳式锅炉（3）回收多聚磷酸中的热能产生低压蒸汽，蒸汽压力为0.4-0.8MPa。
3.根据权利要求1所述的具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其特征在于：换热管（14）由薄壁管均匀排列而成，管径20-50mm，壁厚2.5-4.5mm，换热管最上层要求在炉体水平中心线下100-150mm。
4.根据权利要求1所述的具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其特征在于：一级吸收塔（2）为带喷头的空塔或动力波吸收塔。
5.根据权利要求1所述的具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其特征在于：炉体上设置有压力表（18）、热电偶（19），炉体底部安装有底座（23）。
6.根据权利要求1所述的具有低温热能回收的热法磷酸生产装置，其特征在于：换热管（14）的材质为镍铬钼合金钢或其他耐腐蚀钢种。
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