DE2700009B2 - Verfahren zur Aufkonzentrierung von verdünnter Phosphorsäure - Google Patents

Verfahren zur Aufkonzentrierung von verdünnter Phosphorsäure

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufkonzentrierung von verdünnter Phosphorsäure, wobei die verdünnte Phosphorsäure durch indirekten Wärmeaustausch auf eine unterhalb ihrer Siedetemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, die aufgeheizte Phos-
1» phorsäure versprüht und in direkten Kontakt mit heißen Gasen gebracht, Wasserdampf und Fluorverbindungen mit dem Abgas abgeführt, und die Fluorverbindungen aus dem Abgas entfernt werden.
Beim Aufschluß von Rohphosphaten mit Schwefel-
r> säure fällt in vielen Fällen eine verdünnte Phosphorsäure von etwa 26 bis 32% P2O5 an, die für den Einsatz bei der Düngemittelherstellung auf über etwa 45% P2O5 aufkonzentrierl werden muß. Diese Aufkonzentrierung erfolgt durch Verdampfung von Wasser im direkten Kontakt mit heißen Gasen oder durch indirekte Wärmezufuhr unter Vakuum, wobei eine Kristallisation vorgesehen werden kann (A. V. Slack: »Phosphoric Acid«, Baud II, 1968, Marcel Dekker, Inc., New York, Seiten 581-634; DE-AS 12 28 234; US-PS 26 11681; DE-AS 12 21 202).
Bei der Aufkonzentrierung durch indirekte Wärmezufuhr unter Vakuum ist zur Erzeugung des Vakuums eine aufwendige Apparatur erforderlich, es besteht die Gefahr des Siedeverzugs, da im Siedebereich gefahren werden muß, und es ist der Einsatz von Primärenergie oder Dampf erforderlich. Bei der Aufkonzentrierl ing durch direkten Kontakt mit heißen Gasen wird bei den bekannten Verfahren zur Erzeugung der heißen Gase Primärenergie oder Dampf benötigt, wodurch beträchtliehe Kosten entstehen. Auch die indirekte Aufheizung der Säure vor dem Kontakt mit den heißen Gasen erfolgt zum Teil mittels Dampf. Bei der Verwendung von Tauchbrennern wird außerdem eine beträchtliche Menge von nur schwer abscheidbaren Säurenebeln
bo erzeugt und mit den Abgasen abgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von Primärenergie oder Dampf bei der Aufkonzentrierung im direkten Kontakt mit heißen Gasen zu vermeiden, dabei den apparativen Aufwand
b5 und die Betriebskosten möglichst gering zu halten, und den Gehalt an Säurenebeln im Abgas ebenfalls gering zu halten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß
dadurch, daß die verdünnte Phosphorsäure durch indirekten Wärmeaustausch mittels aus dem Absorptionssystem einer Schwefelsäurekontaktanlage abzuführender Wärme aufgeheizt, die aufgeheizte Phosphorsäure in zwei hintereinanderliegenden Aüflconzentrierstufen in zwei Säurekreisläufen versprüht und mit einem aufgeheizten Gasgemisch aus dem Endgas der Schwefelsäurekontaktanlage und zugemischter Luft in direkten Kontakt gebracht wird, die Aufheizung des Gasgemisches durch indirekten Wärmeaustausch mittels überschüssiger Gaswärme der aus der ersten Kontaktstufe der Schwefelsäurekontaktanlage austretenden teilweise zu SO3 umgesetzten Gase vor ihrem Eintritt in das heiß betriebene Zwischenabsorptionssystem erfolgt, das aufgeheizte Gasgemisch nacheinander durch die erste und zweite Aufkonzentrierstufe geleitet, und aus dem Abgas in einer mehrstufigen Fluorwäsche die Fluorverbindungen durch Absorption entfernt werden.
Die Aufheizung des Gasgemisches durc'i indirekten Wärmeaustausch mit der überr-Aüssigen Gaswärme der aus der ersten Kontaktstufe austretenden, teilweise zu SO3 umgesetzten Gase erfolgt in der Weise, daß entweder das Endgas aufgeheizt und vor dem Eintritt in den Aufkonzentrierer mit Luft vermischt wird, oder daß die Luft entsprechend aufgeheizt und dann mit dem Endgas vermischt wird. Die Aufheizung des Gasgemisches erfolgt zweckmäßigerweise in der zweiten Wärmeaustauschstufe der SOß-haltigen Gase, in Strömungsrichtung der SOj-haltigen Gase gesehen. Die Zwischenabsorption der Schwefelsäurekontaktanlage wird im Gleichstrom zwischen Gasphase und Schwefelsäure so betrieben, daß die Gasaustrittstemperatur der S02-haltigen Gase etwa der Temperatur der ablaufenden Schwefelsäure entspricht und die Ablauftemperatur der Schwefelsäure mindestens 95°C beträgt. Die Bezeichnung der ersten und zweiten Aufkonzersiricrstufe erfolgt immer in Richtung der Strömung der heißen Gase. Die Aufkonzentrierung erfolgt im allgemeinen auf 45-60% P2O5.
Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß die verdünnte Phosphorsäure zuerst unter Einspeisung der frischen verdünnten Phosphorsäure in der zweiten Aufkonzentrierstufe im Kreislauf geführt wird, der Säurekreislauf mittels der aus dem Schwefelsäurekreislauf des Zwischenabsorptionssystems der Schwefelsäurekontaktanlage abzuführenden Wärme aufgeheizt, in die zweite Aufkonzentrierstufe im Gegenstrom zu dem aufwärtsströmenden Gasgemisch versprüht, aus dem Sumpf zum Teil in den Sumpf der ersten Aufkonzentrierstufe und zum anderen Teil in den Kreislauf der zweiten Aufkonzentrierstufe geleitet, der Säurekreislauf aus dem Sumpf der ersten Aufkonzentrierstufe mittels der aus dem Schwefelsäurekreislauf des Endabrorbersystems abzuführenden Wärme aufgeheizt, in die erste Aufkonzentrierstufe im Gleichstrom zu den abwärtsströmenden Gasen versprüht, und aus dem Säurekreislauf der ersten Aufkonzentrierstufe aufkonzentrierte Phosphorsäure entnommen wird. Dadurch wird eine günstige Übertragung und Einbringung der für die 1 Aufkonzentrierung notwendigen Wärme erzielt und Ansatzbildungen im Aufkonzentrierer vermieden, da in die erste Aufkonzentrierstufe Wärme mit höherem Temperaturniveau über die Gasphase und in die zweite Stufe nur Wärme mit relativ niedrigem Temperaturniveau über die aufgeheizte Säure eingebracht wird. Grundsätzlich ist jedoch eine Vertauschung der Aufheizung der Kreisläufe der Phosphorsäureaufkonzentrieranlage im Zwischenabsorbyr- und Endabsorbersystem möglich.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Aufkonzentrierung in der ersten Aufkonzentrierstu- --> fe in einem senkrechten Venturi erfolgt Dadurch wird in einer kleinen Einheit ein günstiger und schneller Wärme- und Stoffaustausch durch innige Vermischung von Gas- und Flüssigphase erzielt Da sämtliche Wände ständig mit Säure bespült werden, werden Ansätze der beim Aufkonzentrieren der Säure sich ausscheidenden Feststoffe vermieden, da diese in Suspension verbleiben. Außerdem ist der Druckverlust im Gas gering.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Aufheizung des Säurekreislaufes der ersten Aufkon-
r> zentrierstufe durch abzuführende Wärme aus dem Schwefelsäurekreislauf eines heiß betriebenen Endabsorbersystems erfolgt Der Endabsorber der Schwefelsäurekontaktanlage wird zumindest in einer ersten Absorptionsstufe im Gleichstrom zwischen derGaspha-
(i se und der Schwefelsäure betrieben. Die zweite Stufe kann im Gegenstrom mit ungekühlter Schwefelsäure betrieben werden, so daß die Austrittstemperatur des Endgases der Ablauftemperatur der Schwefelsäure entspricht, die mindestens 95°C beträgt. Durch diese r> Ausgestaltung wird die aus den beiden Absorptionssystemen der Schwefelsäurekontaktanlage mit den Gasen ausgetragene Wärmemenge erhöht und die aus den Schwefelsäurekreisläufen abzuführende Wärmemenge entsprechend vermindert. Dadurch kann die Fläche der
in Wärmeaustauscher für die Kühlung der Schwefelsäure reduziert werden, während die überschüssige Wärme der Absorptionssysteme der Konlaktanlage in günstiger Weise für die Aufkonzentricrung der Phosphorsäure nutzbar gemacht wird.
i"> Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Endgas des Endabsorbersystems der Schwefelsäurekcpitukiariiagc rnitlcls überschüssiger Gaswärmc der aus der ersten Kontaktstufe der Schwefelsäurekontaktanlage austretenden Gase in einer gasseitig gesehen
(i zweiten Wärmeaustauschstufe erfolgt und die Luft dem aufgeheizten Endgas zugemischt wird. Dadurch wird eine Unterschreitung des Taupunktes der SOj-haltigen Gase in dem Wärmeaustauscher an den Austauschflächen vermieden.
π Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß bei der Verarbeitung von kalt anfallenden Gasen mit einem hohen SO2-Gehalt in der Schwefelsäurekontaktanlage ein Teil des Gasgemisches in dem Endwärmeaustauscher nach der letzten Kontakthorde aufgeheizt
<> wird. Diese Ausgestaltung hat vor allem dann Vorteile, wenn in der Schwefelsäurekontaktanlage SO2-ha!tige Gase aus metallurgischen Anlagen mit einem SO2-Gehalt von mehr als 8,5% verarbeitet werden und überschussige Wärme für autotherinen Betrieb der
r) Kontaktanlage vorhanden ist. Der Endwärmeaustauscher wird vorzugsweise zweistufig ausgebildet, wobei die heißgasseitig erste Stufe zur Vorwärmung von Gasen für die Kontaktanlage und die zweite Stufe zur Aufheizung des Gasgemisches verwendet wird. Dabei
) kann entweder die Luft oder das Endgas aufgeheizt werden.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die heißen Gase mit einer Temperatur von 70-250°C, vorzugsweise 80-220°C, in die erste Aufkonzentrier-
r> stufe geleitet werden. Dadurch wird eine gute Wärmezufuhr in die erste Stufe erzielt, ohne daß Anbackungen auftreten.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß
die heißen Gase mit einer Temperatur von 100 —2800C, vorzugsweise 120-250°C, in die erste Aufkonzcntriersiufe geleitet werden. Dadurch wird bei der Verarbeitung von hochprozentigen SOrhalligen Gasen in der Kontaktanlage eine sehr gute Wärmezufuhr in die erste -, Stufe erzielt, ohne daß Anbackungen auftreten.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besieht darin, daß die Phosphorsäure mit einer Temperatur von 60—1000C, vorzugsweise 75-900C, in die erste Auf konzentrierstufe versprüht wird. Dadurch wird ι ο zusätzlich Wärme in die erste Stufe durch Wärme in der Säure mit relativ niedrigem Temperaturniveau eingebracht und gleichzeitig eine gute Verdampfung von Wasser in der ersten Stufe erzielt, ohne daß die Gefahr von Ansatzbildung auftritt. r>
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Absorption der Fluorbestandteile in einer Absorptionseinheit mit zwei hintereinandergeschalteten Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe der Absorptionseinheit Kieselfluorwasserstoffsäure im Gleichstrom mit den ;o Gasen in einen senkrechten Venturiabsorber eingedüst und in der zweiten Stufe Kieselfluorwasserstoffsäure im Gegenstrom zu den Gasen in einen Leerturm eingedüst wird, und die Innenwände der Absorptionseinheit von der eingedüsten Kieselfluorwasserstoffsäure weitge- 2"> hend beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung der Innenwände mit Kieselfluorwasserstoffsäure wird dadurch erreicht, daß die Eindüsung der Kieselfluorwasserstoffsäure mit Turbulenz erfolgt. Dadurch werden Ansätze von ausgeschiedenem S1O2, das bei der jn Hydrolyse von S1F4 entsteht, an den Wänden vermieden. Außerdem wird eine gute Absorption durch Erzielung einer optimalen Phasengrenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit erreicht.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß r. die Absorption der Fluorbestandteile in zwei hintereinandergeschalteten Absorptionseinheiten erfolgt und in den Sänrekreislauf der zweiten Stufe der zweiten Absorptionseinheit kontinuierlich Wasser zugegeben wird, die Säure aus dem Sumpf der zweiten Stufe in den Sumpf der ersten Stufe der zweiten Absorptionseinheit überläuft, die Säure aus dem Sumpf der ersten Stufe der zweiten Absorptionseinheit in den Sumpf der zweiten Stufe der ersten Absorptionseinheit überläuft, die Säure aus dem Sumpf der zweiten Stufe in den Sumpf der 4-, ersten Stufe der ersten Absorptionseinheit überläuft und die Kieselfluorwasserstoffsäure aus dem ersten Sumpf der ersten Absorptionseinheit als Produktion abgezogen wird. Durch die Einstellung eines kontinuierlichen Fließgleichgewichtes nach dem Überlaufprinzip vi wird erreicht, daß die stationären Konzentrationen der Kieselfluorwasserstoffsäure in den einzelnen Kreisläufen der verschiedenen Absorptionsstufen ein Konzentrationsgefälle von der ersten bis zur letzten Stufe ergeben. Dadurch werden optimale und konstante Bedingungen für die Fluorabsorption gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die Einstellung eines kontinuierlichen Fließgleichgewichtes die Verweilzeit der Säure in den einzelnen Sümpfen auf einem Minimum gehalten und eine verstärkte Alterung, verbunden mit einem «) Absetzen des ausgeschiedenen S1O2, vermieden und ein weitgehender Austrag des S1O2 mit der Produktionsabgabe aus den Absorptionseinheiten erzielt.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die kontinuierliche Wasserzugabe in der zweiten Stufe b5 der zweiten Absorptionseinheit so geregelt wird, daß die Konzentration der aus der ersten Stufe der ersten Absorptionseinheit abgezogenen Produktionssäure der gewünschten Konzentration der Kieselfluorwasserstoffsäure entspricht. Dadurch ist eine einfache Einstellung der gewünschten Kieselfluorwasserstoffsäure-Konzentration der abgegebenen Produktion möglich.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß durch Ausbildung der Böden der Sümpfe mit Neigung zu den Ansaugstellen der Säurekreislaufpumpen das sich bei der Bildung von Kieselfluorwassersloffsäure gleichzeitig ausscheidende Kieselgel bzw. S1O2 in Suspension gehalten wird, mit der Säure durch alle Stufen der Absorptionseinheiten fließt und mit der als Produktion abgezogenen Kieselfluorwasserstoffsäure kontinuierlich aus dem Absorptionssystem ausgetragen wird. Dadurch wird das Absetzen von in der flüssigen Phase suspendiertem S1O2 weiter vermindert, da in den Sümpfen eine turbulente Säureströmung erzielt wird und ruhende Flüssigkeitsbereiche vermieden werden.
Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher und beispielsweise erläutert.
Die Figuren zeigen Fließschemen für die Aufkonzentrierung von verdünnter Phosphorsäure im Verbund mit Schwefelsäurekontaktanlagen, wobei in
F i g. 1 die Schwefelsäurekontaktanlage mit SO2-haltigen Gasen aus einer Schwefelverbrennung,
F i g. 2 die Schwefelsäurekontaktanlage mit SOyhaltigen Gasen aus einer Röstanlage,
F i g. 3 die Schwefelsäurekontaktanlage mit hochprozentigen SO2-haltigen Gasen aus einer pyrometaüurgischen Anlage betrieben wird.
Über Leitung 1 wird Rohphosphat und über Leitung 2 Schwefelsäure in die Aufschlußanlage 3 geleitet. Aus der Filtration 4 wird die verdünnte Phosphorsäure über Leitung 5 in einen Rührbehälter 6 und über Leitung 7 in die aus einem Leerturm bestehende zweite Aufkonzentrierstufe 8 geleitet. Aus dem Sumpf 9 der zweiten Aufkonzentrierstufe 8 wird Phosphorsäure mittels Pumpe 10 über Leitung 11 in den Wärmeaustauscher 12 geleitet, dort aufgeheizt und über Leitung 13 in die zweite Aufkonzentrierstufe 8 versprüht. Die in den Sumpf 9 abgeschiedene Phosphorsäure fließt über Leitung 14 zum Teil in den Sumpf 15 der aus einem senkrechten Venturi bestehenden ersten Aufkonzentrierstufe 16. Über Leitung 17, Pumpe 18, Leitung 19 wird Phosphorsäure aus dem Sumpf 15 in den Wärmeaustauscher 20 geleitet, dort aufgeheizt und über Leitung 21 in die erste Aufkonzentrierstufe 16 versprüht. Die Abgabe der aufkonzentrierten Phosphorsäure erfolgt über Leitung 22 in den Rührbehälter 23.
Über Leitung 24 und 24a treten die SCVhaltigen Gase in den Kontaktkessel 25 und werden dort in bekannter Weise katalytisch umgesetzt. Nach der ersten Kontaktstufe treten die teilweise umgesetzten, SOvhaltigen Gase über Leitung 26 in die erste Wärmeaustauschstufe 27 und über Leitung 28 in die zweite Wärmeaustauschstufe 29. Über Leitung 30 werden die gekühlten SC>3-haltigen Gase in den Zwischenabsorber 31 geleitet, dort mittels Schwefelsäure weitgehend von SO3 befreit Über Leitung 32 werden die das restliche SO2 enthaltenden Gase in die erste Wärmeaustauschstufe 27 geleitet, dort auf die Arbeitstemperatur der nächsten Kontaktstufe aufgeheizt und über Leitung 33 in die zweite Kontaktstufe des Kontaktkessels 25 geleitet, wo sie in bekannter Weise fertig umgesetzt werden. Über Leitung 34 werden die umgesetzten SC>3-haltigen Gase in einen Wärmeaustauscher geleitet, dort abgekühlt, über Leitung 36 in den Endabsorber 37 geleitet und dort mittels Schwefelsäure von SO3 befreit Über Leitung 38
werden die Endgase der Kontaktanlage in die zweite Wärmeaustauschstufe 29 geleitet, dort im Wärmeaustausch mit den SCh-haltigen Gasen aufgeheizt, und über Leitung 39 dem Gebläse 40 zugeführt. Über Filter 41 und Leitung 42 wird dem Gebläse 40 Luft zugeführt.
In Fig.3 wird die gefilterte Luft vorher in der zweiten Wärmeaustauschstufe 35a im Wärmeaustausch gegen die zur Endabsorption 37 geleiteten, SOj-haltigen Gase aufgeheizt. Über Leitung 43 wird das aufgeheizte Gasgemisch in die erste Aufkonzentrierstufe 16 geleitet. Dort wird im Gleichstrom mit der versprühten Phosphorsäure das Gasgemisch und die Phosphorsäure unter adiabatischer Wasserverdampfung abgekühlt, die dabei aufkonzentrierte Phosphorsäure weitgehend in den Sumpf 15 abgeschieden, und das mit Wasserdampf angereicherte Gas in die zweite Aufkonzentrierstufe 8 geleitet, wo es im Gegenstrom zu der versprühten Phosphorsäure aufwärts geleitet wird. Dabei findet eine weitere adiabatische Wasserverdampfung unter entsprechender Abkühlung der in den Sumpf 9 abgeschiedenen Phosphorsäure statt.
Das Wasserdampf und Fluorverbindungen enthaltende Abgas der Aufkonzentrierung wird über Leitung 44 in die erste Absorptionseinheit 45 geleitet, dort in der aus einem senkrechten Venturi bestehenden ersten Stufe 45a mit Kieselfluorwasserstoffsäure im Gleichstrom behandelt und in der zweiten Stufe 456 mit Kieselfluorwasserstoffsäure im Gegenstrom behandelt. In der zweiten Absorptionseinheit 46 erfolgt eine nochmalige entsprechende Behandlung. Das von Fluorverbindungen weitgehend befreite Gas wird über Leitung 47 in die Atmosphäre geleitet. Über Leitung 48 wird Wasser in den Kreislauf der zweiten Stufe 466 der zweiten Absorptionseinheit 46 geleitet. Über Leitung 49 wird die erzeugte Kieselfluorwasserstoffsäure aus dem Kreislauf der ersten Stufe 46a der zweiten Absorptionseinheit 46 in den Kreislauf der zweiten Stufe 456 der ersten Absorptionseinheit 45 geleitet. Die gesamte Produktion an Kieselfluorwasserstoffsäure wird aus dem Kreislauf der ersten Absorptionsstufe 45a der ersten Absorptionseinheit 45 über Leitung 50 abgeführt.
Die Aufheizung der Phosphorsäure in den Wärmeaustauschern 12 und 20 erfolgt durch die über Leitung 51 bzw. 52 in die Wärmeaustauscher 12 bzw. 20 geleitete Schwefelsäure, die dabei abgekühlt und über Leitung 53 bzw. 54 wieder in die Absorber 31 bzw. 37 geleitet wird.
Die Erzeugung der SGvhaltigen Gase erfolgt in einem Schwefelverbrennungsofen 55a, einem Wirbelschicht-Röstofen 55iund einem Flammenzyklon-Reaktor 55c. Die heißen SOvhaltigen Gase werden im Abhitzekessel 56 abgekühlt, wobei die abgeführte Wärme zur Dampferzeugung benutzt wird. In Fig. 1 werden die gekühlten SGvhaltigen Gase über Leitung 24 direkt in den Kontaktkessel 25 geleitet. In F i g. 2 und 3 erfolgt nach Kühlung zunächst eine der bekannten Gasreinigungen und Gastrocknungen, an die sich dann die Aufheizung der gereinigten SO2-haltigen Gase auf die Arbeitstemperatur der ersten Kontakthorde anschließt, wozu die bei der katalytischen Oxydation des SO2 zu SO3 im Kontaktkessel frei werdende Wärme eingesetzt wird. In Fig. 1 wird diese Wärme zur Dampferzeugung benutzt. In allen Fällen wird die für die Schwefelverbrennung und SOvOxydation benötigte Luft vorher getrocknet.
Ausführungsbeispiele
Die Schwefelsäurekontaktanlage ist in allen Fällen für eine Produktionskapazität von 1500 t H2SO4 pro Tag, r> gerechnet als 100%ige H2SO4, ausgelegt.
Die Angaben werden mit den Positionsangaben der Fig. 1 bis 3 dargestellt.
Pos. Rohphosphat
P2O5-Gehalt		 Einheil Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3
1 Schwefelsäure
(gerechnet als 100%)		 t/h
Gew.-%		 70,4
34		 70,4
34		 70,4
34
2 verdünnte, frische Phosphor
säure		 t/h 62,5 62,5 62,5
7 aufkonzentrierte Phosphorsäure
P2O5-G ehalt		 t/h
Gew.-%		 77,6
29		 83,3
27		 80,4
28
22 H2SiF6-Abgabe
H2SiFe-Gehalt		 t/h
Gew.-%		 41,7
54		 41,7
54		 41,7
54
50 Wasseraufgabe t/h
Gew.-%		 33,4
20		 33,4
20		 33,4
20
48 Gasmenge
SO2-Konzentration		 t/h 29 29 29
24 Gasmenge
Gastemperatur		 NmVh
VoL-%		 145484
10		 175500
8		 102000
14
38 Gastemperatur Nm3/h
C		 124375
140		 154416
140		 80453
140
39 Luftmenge
Lufttemperatur		 C 254 235 305
42 Gasmenge
Gastemperatur		 NmVh*)
C		 50866
20		 15590
20		 89548
165
43 NmVh*)
C		 170000
184		 170000
215		 170000
231
Fortsetzung
Einheit
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
g/Nm1
trocken
g/Nm' trocken NmVh
trocken
C
g/Nm1 trocken
Gew.-% P2OS C
44 Gastemperatur
Wiisserdampfgehalt
Fluorgehalt
47 Gasmenge
Gastemperatur
Wasserdampfgehalt
21 Phosphorsäure-
Konzentration
Temperatur
19 Phosphorsäu: z-
Temperatur
13 Phosphorsäure-
Konzentration
Temperatur
11 Phosphorsäure-
Temperatur
51 Schwefelsäurekonzentration
Temperatur
53 Temperatur
52 Schwefelsäurekonzentration
Temperatur
54 Temperatur
*) Trocken.
Die Vorteile der Erfindung bestehen hauptsächlich darin, daß eine Aufkonzentrierung von verdünnter Phosphorsäure ohne Verwendung von Primärenergie oder Dampf möglich ist, wobei gleichzeitig überschüssige Abwärme einer Schwefelsäurekontaktanlage mit relativ niedrigem Temperaturniveau in wirtschaftlicher Weise und geringem Aufwand genutzt werden kann. Die Betriebskosten des Verbundsystems sind niedrig, da für die Aufkonzentrierung keine Primärenergie oder teurer Dampf benötigt wird und Kosten für die Abführung von überschüssiger Wärme aus den Absorptionssystemen der Kontaktanlage eingespart werden. Gleichzeitig wird das Endgas der Kontaktanlage nochmals ohne zusätzlichen Aufwand gereinigt Die Fluorbestandteile der aufzukonzentrierenden Rohphos-75
188
5,2
170000
63
240
54
85
75
75
224
5,2
170000
63
240
75 209
5,2
170000
63 240
54
85
75
Gew.-%
P2Os
C		 41
80		 39
80		 40
80
C 71 71 71
Gew.-%
H2SO4
C		 98,5
140		 98,5
140		 98,5
140
C Ul 111 111
Gew.-%
H2SO4
C		 98,5
140		 98,5
.40		 98,5
140
C 121 121 121
phorsäure werden sehr weitgehend bei der Aufkonzentrierung ausgetrieben und in der nachgeschalteten
4r> Absorption der Fluorverbindungen in Form einer verwertbaren Kieselfluorwasserstoffsäure gewonnen. Die mit hohem Temperaturniveau anfallende Wärme bei der Herstellung der SO2-haltigen Gase und bei der katalytischen Umsetzung in der Kontaktanlage — die
•m üblicherweise über eine Dampfgewinnung zur Aufkonzentrierung der Phosphorsäureproduktion benötigt wird — steht damit zur freien Energiegewinnung zur Verfügung, soweit sie nicht im Falle von kalt anfallenden SO2 haltigen Gasen zu deren Aufheizung auf die Arbeitstemperati"r der ersten Kontakthorde benötigt wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Aufkonzentrierung von verdünnter Phosphorsäure, wobei die verdünnte Phosphorsäure durch indirekten Wärmeaustausch auf eine unterhalb ihrer Siedetemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, die aufgeheizte Phosphorsäure versprüht und in direkten Kontakt mit heißen Gasen gebracht, Wasserdampf und Fluorverbindungen mit dem Abgas abgeführt und die Fluorverbindungen aus dem Abgas entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Phosphorsäure durch indirekten Wärmeaustausch mittels aus dem Absorptionssystem einer Schwefelsäurekontaktanlage abzuführender Wärme aufgeheizt, die aufgeheizte Phosphorsäure in zwei hintereinanderliegenden Aufkonzentrierstufen in zwei Säurekreisläufen versprüht und mit einem aufgeheizten Gasgemisch aus dem Endgas der Schwefelsäurekontaktanlage und zugemischter Luft in direkten Kontakt gebracht wird, die Aufheizung des Gasgemisches durch indirekten Wärmeaustausch mittels überschüssiger Gaswärme der aus der ersten Kontaktstufe der Schwefelsäurekontaktanlage austretenden teilweise zu SO3 umgesetzten Gase vor ihrem Eintritt in das heiß betriebene Zwischenabsorptionssystem erfolgt, das aufgeheizte Gasgemisch nacheinander durch die erste und zweite Aufkonzentrierstufe geleitet, und aus dem Abgas in einer mehrstufigen Fluorwäsche die Fluorverbindungen durch Absorption entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Phosphorsäure zuerst unter Einspeisung der frischen verdünnten Phosphorsäure in der zweiten Aufkonzentrierstufe im Kreislauf geführt wird, der Säurekreislauf mittels der aus dem Schwefelsäurekreislauf des Zwischenabsorptionssystems der Schwefeisäurekontaktanlage abzuführenden Wärme aufgeheizt, in die zweite Aufkonzentrierstufe im Gegenstrom zu dem aufwärtsströmenden Gasgemisch versprüht, aus dem Sumpf zum Teil in den Sumpf der ersten Aufkonzentrierstufe und zum anderen Teil in den Kreislauf der zweiten Aufkonzentrierstufe geleitet, der Säurekreislauf aus dem Sumpf der ersten Aufkonzentrierstufe mittels der aus dem Schwefelsäurekreislauf des Endabsorbersystems abzuführenden Wärme aufgeheizt, in die erste Aufkonzentrierstufe im Gleichstrom zu den abwärtsströmenden Gasen versprüht, und aus dem Säurekreislauf der ersten Aufkonzentrierstufe aufkonzentrierte Phosphorsäure entnommen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkonzentrierung in der ersten Aufkonzentrierstufe in einem senkrechten Venturi erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Säurekreislaufes der ersten Aufkonzentrierstufe durch abzuführende Wärme aus dem Schwefelsäurekreislauf eines heiß betriebenen Endabsorbersystems erfolgt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Endgas des Endabsorbersystems der Schwefelsäurekontaktanlage mittels überschüssiger Gaswärme der aus der ersten Kontaktstufe der Schwefelsäurekontaktanlage austretenden Gase in einer gasseitig gesehen zweiten Wärmeaustauschstufe erfolgt und die Luft dem aufgeheizten Endgas zugemischt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von kalt
■; anfallenden Gasen mit einem hohen SCvGehalt in der Schwefelsäurekontaktanlage ein Teil des Gasgemisches in dem Endwärmeaustauscher nach der letzten Kontakthorde aufgeheizt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase mit einer Temperatur von 70 bis 25O0C in die erste Aufkonzentrierstufe geleitet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase mit einer Temperatur
is von 100 bis 28O0C in die erste Aufkonzentrierstufe geleitet werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeheizte Phosphorsäure mit einer Temperatur von 60 bis 100° C in die erste Aufkonzentrierstufe versprüht wird.
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