CN211946284U - 一种无水磷酸铁的生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无水磷酸铁的生产装置，所述生产装置包括碱式磷酸铁铵反应系统、脱水系统和尾气回用系统；所述尾气回用系统包括：进气风机，换热器，第一水吸收塔，第二水吸收塔，磷酸吸收塔，排气风机，所述第一水吸收塔、第二水吸收塔和磷酸吸收塔均设有进液口和出液口，所述出液口设有除磁器。该生产装置通过尾气回用系统通过将尾气的氨氮资源进行了回收重新利用，不仅提高了尾气中氨氮资源的附加值，避免了尾气对环境的污染，还降低了产品的生产成本。另外，生产装置中的尾气回用系统通过控制装置实现整个尾气吸收处理的自动化处理，并对尾气排放有效监控，回收效率高，尾气处理效果好，自动化程度高。

Description

一种无水磷酸铁的生产装置

技术领域

本实用新型涉及磷酸盐的制备技术领域，更具体地，涉及一种无水磷酸铁的生产装置。

背景技术

磷酸亚铁锂为近来新开发的锂离子电池电极材料，主要用于动力锂离子电池，作为正极活性物质使用。为了制得振实密度较高、比容量较高的磷酸亚铁锂，需要振实密度较高的磷酸铁。

现有的制备磷酸铁的一种方法是，一步反应、陈化生成碱式磷酸铁铵，再进窑炉进行脱水制得无水磷酸铁。例如，中国专利(CN101244813B)公开了一种碱式磷酸铁铵及制备方法、磷酸铁的制备方法，具体为，使用硫酸亚铁等二价铁作为铁源，磷酸铵盐作磷盐，氨水作为pH值调节剂，同时将铁源、磷源、pH值调节剂和氧化剂滴加，控制pH值在3～7，沉淀生成形成二次颗粒大小为10～20um的碱式磷酸铁铵再经洗涤、干燥和高温脱水得到无水磷酸铁，虽然这样制备的无水磷酸铁振实密度高，比表面积小，二次颗粒密实，但是该合成工艺因为晶型转化过程中二次颗粒团聚密实，将硫酸根包裹严实，较难在洗涤过程中除去，从而导致洗涤难度大，故产品硫含量高，洗涤水量大，并且碱式磷酸铁铵脱水过程中产生的尾气含有较多氨氮对环境影响较大，且含氨氮尾气处理需要增加还额外的生产成本，不利于环境和降低了产品竞争力。

因此，亟需开发出能够有效处理氨氮尾气、且成本较低的生产装置。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的尾气中氨氮对环境影响大、增加额外成本的缺陷，提供一种无水磷酸铁的制备装置，提供的制备装置能够有效处理氨氮尾气，将尾气的氨氮资源进行了回收重新利用，不仅提高了尾气中氨氮资源的附加值，避免了尾气对环境的污染，还降低了生产成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种无水磷酸铁的生产装置，所述生产装置包括碱式磷酸铁铵反应系统、脱水系统和尾气回用系统；

所述尾气回用系统包括：

进气风机，所述进气风机的进气口与脱水系统的出气口连通；

换热器，所述换热器包括能够进行热交换的第一通道和第二通道，所述第一通道的进气口与进气风机的出气口连通；

第一水吸收塔，所述第一水吸收塔的进气口与第一通道的出气口连通；

第二水吸收塔，所述第二水吸收塔的进气口与第一水吸收塔的出气口连通；所述第二水吸收塔设有换热出水口和换热进水口，所述换热出水口与第二通道的进水口连通，所述换热进水口与第二通道的出水口连通；

磷酸吸收塔，所述磷酸吸收塔的进气口与所述第二水吸收塔的出气口连通；

排气风机，所述排气风机的进气口与所述磷酸吸收塔的出气口连通，所述排气风机的出气口与尾气排放塔的进气口连通；

所述第一水吸收塔、第二水吸收塔和磷酸吸收塔均设有进液口和出液口，所述出液口设有除磁器。

所述碱式磷酸铁铵反应系统可采用本领域中常规的反应釜、压滤机、乳化釜、氨化釜和闪蒸干燥设备。

所述脱水系统可采用本领域中常规的脱水系统，例如，辊道窑、推板窑或回转窑。

进气风机将脱水系统中抽过来的尾气先在管道中通过换热器和第二水吸收塔中的喷淋液进行换热，尾气温度降低，第二水吸收塔中的喷淋液温度上升。经过换热的尾气进入第一水吸收塔，尾气中的全部二氧化硫、粉尘、水蒸气和部分的氨气在第一水吸收塔内被喷淋液吸收，经过第一水吸收塔的尾气进入到第二水吸收塔。第一水吸收塔中的喷淋液的pH值达到一定值后，更换喷淋液。

尾气中残留的氨气在第二水吸收塔中被喷淋液吸收，形成氨水。且第二水吸收塔中的喷淋液通过换热器和尾气进行换热，温度升高，可实现利用尾气余热微提浓氨水，经过第二水吸收塔处理的尾气进入磷酸吸收塔。第二水吸收塔中的氨水浓度达到一定值后，更换喷淋液。

尾气中残留的氨气在磷酸吸收塔中被喷淋液吸收，形成磷酸一铵或磷酸二铵溶液，经过磷酸吸收塔处理的尾气通过排气风机转移到尾气排放塔进行排放。磷酸吸收塔中的喷淋液的pH值达到一定值后，更换喷淋液。

第一水吸收塔得到的氨水为含有少量硫酸根的氨水，可作为pH调节剂，用于制备无定型磷酸铁。第二水吸收塔得到的氨水可用于深度氨化，制备碱式磷酸铁铵；该第二水吸收塔得到的氨水为一定浓度低杂质含量的氨水。磷酸吸收塔得到磷酸一铵和/或磷酸二铵，可作为磷酸盐，用于制备无定型磷酸铁。

优选地，所述进气风机为罗茨风机或回转风机。优选地，所述排气风机为罗茨风机。

优选地，所述除磁器为含袋式过滤器的除磁器。

优选地，所述第一水吸收塔、第二水吸收塔和磷酸吸收塔均设有水箱、填料层和喷淋装置，尾气进入所述第一水吸收塔、第二水吸收塔和磷酸吸收塔后先进入水箱再透过填料层后排出；所述喷淋装置的出水口位于所述填料层的上方，喷淋装置的进水口与水箱连通。

填料层的填料可以为拉西环、鲍尔环、阶梯环或环矩鞍中的一种或几种。

喷淋装置能够将第一水吸收塔、第二水吸收塔和磷酸吸收塔中的喷淋液进行循环喷淋。

优选地，所述喷淋装置包括喷淋循环泵和喷淋头，所述喷淋循环泵的进液口与填料层下方的水箱连通，所述喷淋循环泵的出液口与喷淋头连通，所述喷淋头位于填料层上方。

优选地，所述第一水吸收塔和磷酸吸收塔均设有液位计、pH计；所述第二水吸收塔设有液位计、氨水浓度计。

pH计可用于监测吸收塔内液体的pH值，从而判断是否需要更换喷淋液。液位计则用于更换喷淋液，控制喷淋液排出时的低液位点和补加新的喷淋液时的高液位点。

优选地，所述尾气排放塔的出气口设有氨气浓度计和气体流量计。

优选地，所述换热器为板式换热器。

优选地，所述尾气回用系统还包括换热循环泵，所述换热循环泵的进水口与第二水吸收塔的换热出水口连通，所述换热循环泵的出水口与第二通道的进水口连通。

优选地，所述尾气回用系统还包括控制装置；

所述第一水吸收塔、第二水吸收塔和磷酸吸收塔的进气口、进液口和出液口均设有电磁阀；

所述液位计、pH计、氨水浓度计、气体流量计和氨气浓度计分别为在线液位计、在线pH计、在线氨水浓度计、在线气体流量计和在线氨气浓度计；

所述控制装置与电磁阀、液位计、pH计、氨水浓度计、气体流量计和氨气浓度计电连接。

优选地，所述控制装置还与进气风机、排气风机、喷淋循环泵和换热循环泵电连接。控制装置用于控制进气风机、排气风机、喷淋循环泵和换热循环泵的开关、启停。

优选地，所述控制装置为DCS控制系统。DCS控制系统可采用现有的常规的DCS控制系统。

上述尾气回用系统可通过控制装置，实现整个尾气吸收处理的自动化处理，并对尾气排放有效监控，有效缓解现场操作人员的劳动强度，有利于管控工厂生产的尾气中氨气排放量。该尾气回用系统回收效率高，尾气处理效果好，自动化程度高。

优选地，所述电磁阀为气动电磁阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过尾气回用系统通过将尾气的氨氮资源进行了回收重新利用，不仅提高了尾气中氨氮资源的附加值，避免了尾气对环境的污染，还降低了产品的生产成本。

另外，生产装置中的尾气回用系统通过控制装置实现整个尾气吸收处理的自动化处理，并对尾气排放有效监控，有效缓解现场操作人员的劳动强度，有利于管控工厂生产的尾气中氨气排放量。该尾气回用系统回收效率高，尾气处理效果好，自动化程度高。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的无水磷酸铁的生产设备中尾气回用系统的示意图。

图2为试验例1的制备方法的流程示意图。图中，铁源是指硫酸亚铁；磷源是指磷酸盐；均质分散为乳化的操作。S2中过滤、纯水洗涤是一次洗涤的操作，同理S3中过滤、纯水洗涤是二次洗涤的操作。

图3为试验例1制备的无水磷酸铁的电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

实施例中的原料均可通过市售得到；

除非特别说明，本实用新型采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

一种无水磷酸铁的生产装置，生产装置包括碱式磷酸铁铵反应系统、脱水系统和尾气回用系统。

本实施例中，碱式磷酸铁铵反应系统采用本领域常规的反应釜、乳化釜、压滤机、氨化釜以及闪蒸干燥设备；脱水系统采用辊道窑。

本实施例中，如图1所示，尾气回用系统包括：

进气风机1，进气风机1的进气口与脱水系统的出气口连通；

换热器2，换热器2包括能够进行热交换的第一通道和第二通道，第一通道的进气口与进气风机1的出气口连通；

第一水吸收塔3，第一水吸收塔3的进气口与第一通道的出气口连通；

第二水吸收塔4，第二水吸收塔4的进气口与第一水吸收塔3的出气口连通；第二水吸收塔4设有换热出水口41和换热进水口42，换热出水口41与第二通道的进水口连通，换热进水口42与第二通道的出水口连通；

磷酸吸收塔5，磷酸吸收塔5的进气口与第二水吸收塔4的出气口连通；

排气风机6，排气风机6的进气口与磷酸吸收塔5的出气口连通，排气风机6的出气口与尾气排放塔7的进气口连通；

第一水吸收塔3、第二水吸收塔4和磷酸吸收塔5均设有进液口31和出液口32，出液口32设有除磁器33。

进气风机1和排气风机6均为罗茨风机。除磁器33为含袋式过滤器的除磁器。

第一水吸收塔3、第二水吸收塔4和磷酸吸收塔5均设有水箱34、填料层35和喷淋装置36，尾气进入第一水吸收塔3、第二水吸收塔4和磷酸吸收塔5后先进入水箱34再透过填料层35后排出；喷淋装置36的出水口位于填料层35的上方，喷淋装置36的进水口与水箱34连通。填料层35的填料为拉西环。

喷淋装置36能够将第一水吸收塔3、第二水吸收塔4和磷酸吸收塔5中的喷淋液进行循环喷淋。喷淋装置36包括喷淋循环泵361和喷淋头362，喷淋循环泵361的进液口与填料层35下方的水箱34连通，喷淋循环泵361的出液口与喷淋头362连通，喷淋头362位于填料层35上方。

第一水吸收塔3和磷酸吸收塔5均设有液位计37、pH计38。第二水吸收塔4设有液位计37、氨水浓度计44。尾气排放塔7的出气口设有氨气浓度计71和气体流量计72。

换热器2为板式换热器。本实施例还设有换热循环泵43，换热循环泵43的进水口与第二水吸收塔4的换热出水口41连通，换热循环泵43的出水口与第二通道的进水口连通。

本实施例的尾气回用系统还包括控制装置，控制装置为DCS控制系统。DCS控制系统可采用现有的常规的DCS控制系统。第一水吸收塔3、第二水吸收塔4和磷酸吸收塔5的进气口、进液口和出液口均设有电磁阀39。第二水吸收塔4的换热出水口41和换热进水口42也设有电磁阀39。电磁阀39为气动电磁阀。液位计37、pH计38、氨水浓度计44、气体流量计72和氨气浓度计71分别为在线液位计、在线pH计、在线氨水浓度计、在线气体流量计和在线氨气浓度计。控制装置与电磁阀39、液位计37、pH计38、氨水浓度计44、气体流量计72、氨气浓度计71、进气风机1、排气风机6、喷淋循环泵361和换热循环泵43电连接。由DCS控制系统控制其设备开关、启停。

工作原理：

进气风机将脱水系统中抽过来的尾气先在管道中通过换热器和第二水吸收塔中的喷淋液进行换热，尾气温度降低，第二水吸收塔中的喷淋液温度上升。经过换热的尾气进入第一水吸收塔，尾气中的全部二氧化硫、粉尘、水蒸气和部分的氨气在第一水吸收塔内被喷淋液吸收，经过第一水吸收塔的尾气进入到第二水吸收塔。第一水吸收塔中的喷淋液的pH值达到一定值后，更换喷淋液。具体地，当在线pH计测试到含少量硫酸根的氨水溶液pH值达到9.8时，DCS控制系统打开气动电磁阀，将含少量硫酸根的氨水溶液经过过滤、除磁再转移到车间用于下批次铁源调节pH值，第一水吸收塔的水箱液位达到低液位值时，关阀门停止转移，再打开第一水吸收塔进液口的气动电磁阀，补充纯水到高液位时，关掉阀门停止补充纯水。

尾气中残留的氨气在第二水吸收塔中被喷淋液吸收，形成氨水。且第二水吸收塔中的喷淋液通过换热器和尾气进行换热，温度升高，可实现利用尾气余热微提浓氨水，经过第二水吸收塔处理的尾气进入磷酸吸收塔。第二水吸收塔中的氨水浓度达到一定值后，更换喷淋液。具体地，当在线氨水浓度计测试到水箱中喷淋液氨水质量分数达到7.6％时，DCS控制系统打开气动电磁阀和泵，将氨水转移到反应系统中储罐中待用，作为下批次碱式磷酸铁铵的深度氨化的原料，水箱液位达到低液位值时，关阀门和泵，停止转移，再打开第二水吸收塔进液口的气动电磁阀，补充纯水到高液位时，关掉阀门停止补充纯水。

尾气中残留的氨气在磷酸吸收塔中被喷淋液吸收，形成磷酸一铵或磷酸二铵溶液，经过磷酸吸收塔处理的尾气通过排气风机转移到尾气排放塔进行排放。磷酸吸收塔中的喷淋液的pH值达到一定值后，更换喷淋液。具体地，当在线pH计测试到水箱中喷淋液pH值到达4.15时，DCS控制系统打开气动电磁阀和泵，将磷酸一铵或磷酸二铵溶液转移到反应系统中储罐中待用，作为下批次碱式磷酸铁铵的反应磷源，水箱液位达到低液位值时，关阀门和泵，停止转移，再打开磷酸吸收塔进液口的气动电磁阀，补充喷淋液到高液位时，关掉阀门停止补充喷淋液。

尾气排放塔的管道里安装有气体流量计和在线氨气浓度计，DCS控制系统通过气体流量计和在线氨气浓度计实时监控，设定尾气中的氨气排放质量分数为0.05％和排放质量流量为3.6kg/h，因尾气中氨气浓度和排放量没有超过设定值，DCS控制系统没有发出警报，没有提前更换二、三级喷淋液，DCS控制系统控制尾气回用系统正常运行。

生产装置中的尾气回用系统通过控制装置实现整个尾气吸收处理的自动化处理，并对尾气排放有效监控，有效缓解现场操作人员的劳动强度，有利于管控工厂生产的尾气中氨气排放量。该尾气回用系统回收效率高，尾气处理效果好，自动化程度高。

试验例1

利用实施例1的生产装置制备无水磷酸铁，如图2所示，制备方法包括如下步骤：

S1.配制硫酸亚铁溶液，利用pH值为9.8的含少量硫酸根的氨水调节硫酸亚铁溶液的pH值，使得硫酸亚铁溶液铁含量为5％(质量)，pH值为1.4，使用量为1853kg。本试验例中，用pH值为9.8的含少量硫酸根的氨水是实施例1中尾气回用系统制得。

磷酸盐为磷含量为4.0％(质量)、pH值7.9的磷酸二铵溶液，使用量1291kg。氧化剂为质量浓度27.5％的双氧水，使用量133kg。本试验例中，Fe∶P∶H₂O₂＝1∶1.005∶0.65。本试验例中，磷酸二铵溶液是实施例1中尾气回用系统制得。

将硫酸亚铁溶液、磷酸二铵溶液和双氧水同时滴加至搅拌转速400rpm的反应釜内，控制反应浆料的pH值为2.2，反应温度控制在30℃，反应时间为1.5h，制备得到无定型磷酸铁浆料。

S2.转移无定型磷酸铁浆料，进行一次洗涤，洗涤至5000μS/cm，获得固含量为60％(质量)的无定型磷酸铁浆料滤饼500kg，转移至均质分散釜中，然后加入1900kg纯水，以2000rpm分散30min，再转移至氨化釜，加入质量分数15％的氨水调节浆料中游离氨的质量分数为0.36％，并通入氨气，氨气氛围中氨气的体积分数为30％，保持相对压力在500Pa升温至95℃进行深度氨化4h，制得碱式磷酸铁铵浆料。

S3.碱式磷酸铁铵经过二次洗涤，洗涤至洗液电导率300μS/cm，在干燥制得碱式磷酸铁铵粉末，然后再将碱式磷酸铁铵粉末送辊道窑550℃进行脱水10h，脱水后制得无水磷酸铁。

脱水产生的尾气，通过本实用新型提供的生产装置中的尾气回用系统处理并实现氨氮资源的利用。

试验例1制得的无水磷酸铁的形貌如图3所示，制备的无水磷酸铁二次颗粒密实度高，形貌规则，粒度级配合理，大小颗粒进行填充有利于其振实密度提升，所以使用本发明制备无水磷酸铁再制备的磷酸铁锂能有效的提升磷酸铁锂的压实密度。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无水磷酸铁的生产装置，其特征在于，包括碱式磷酸铁铵反应系统、脱水系统和尾气回用系统；

所述尾气回用系统包括：

进气风机(1)，所述进气风机(1)的进气口与脱水系统的出气口连通；

换热器(2)，所述换热器(2)包括能够进行热交换的第一通道和第二通道，所述第一通道的进气口与进气风机(1)的出气口连通；

第一水吸收塔(3)，所述第一水吸收塔(3)的进气口与第一通道的出气口连通；

第二水吸收塔(4)，所述第二水吸收塔(4)的进气口与第一水吸收塔(3)的出气口连通；所述第二水吸收塔(4)设有换热出水口(41)和换热进水口(42)，所述换热出水口(41)与第二通道的进水口连通，所述换热进水口(42)与第二通道的出水口连通；

磷酸吸收塔(5)，所述磷酸吸收塔(5)的进气口与所述第二水吸收塔(4)的出气口连通；

排气风机(6)，所述排气风机(6)的进气口与所述磷酸吸收塔(5)的出气口连通，所述排气风机(6)的出气口与尾气排放塔(7)的进气口连通；

所述第一水吸收塔(3)、第二水吸收塔(4)和磷酸吸收塔(5)均设有进液口(31)和出液口(32)，所述出液口(32)设有除磁器(33)。

2.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述第一水吸收塔(3)、第二水吸收塔(4)和磷酸吸收塔(5)均设有水箱(34)、填料层(35)和喷淋装置(36)，尾气进入所述第一水吸收塔(3)、第二水吸收塔(4)或磷酸吸收塔(5)后先进入水箱(34)再透过填料层(35)后排出；所述喷淋装置(36)的出水口位于所述填料层(35)的上方，所述喷淋装置(36)的进水口与水箱(34)连通。

3.根据权利要求2所述的生产装置，其特征在于，所述喷淋装置(36)包括喷淋循环泵(361)和喷淋头(362)，所述喷淋循环泵(361)的进液口与填料层(35)下方的水箱(34)连通，所述喷淋循环泵(361)的出液口与喷淋头(362)连通，所述喷淋头(362)位于填料层(35)上方。

4.根据权利要求1～3任一项所述的生产装置，其特征在于，所述第一水吸收塔(3)和磷酸吸收塔(5)均设有液位计(37)、pH计(38)；所述第二水吸收塔(4)设有液位计(37)、氨水浓度计(44)。

5.根据权利要求4所述的生产装置，其特征在于，所述尾气排放塔(7)的出气口设有氨气浓度计(71)和气体流量计(72)。

6.根据权利要求4所述的生产装置，其特征在于，所述尾气回用系统还包括换热循环泵(43)，所述换热循环泵(43)的进水口与第二水吸收塔(4)的换热出水口(41)连通，所述换热循环泵(43)的出水口与第二通道的进水口连通。

7.根据权利要求6所述的生产装置，其特征在于，所述尾气回用系统还包括控制装置；

所述第一水吸收塔(3)、第二水吸收塔(4)和磷酸吸收塔(5)的进气口、进液口和出液口均设有电磁阀(39)；

所述液位计(37)、pH计(38)、氨水浓度计(44)、气体流量计(72)和氨气浓度计(71)分别为在线液位计、在线pH计、在线氨水浓度计、在线气体流量计和在线氨气浓度计；

所述控制装置与电磁阀(39)、液位计(37)、pH计(38)、氨水浓度计(44)、气体流量计(72)和氨气浓度计(71)电连接。

8.根据权利要求7所述的生产装置，其特征在于，所述控制装置还与进气风机(1)、排气风机(6)、喷淋循环泵(361)和换热循环泵(43)电连接。

9.根据权利要求7所述的生产装置，其特征在于，所述控制装置为DCS控制系统。

10.根据权利要求7所述的生产装置，其特征在于，所述电磁阀(39)为气动电磁阀。

Images