云天化磷酸装置操作手册Word文件下载.docx

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5.1原料贮存工序

5.2反应和尾气洗涤工序

5.3过滤工序

5.4浓缩和氟回收工序

5.5酸贮存和澄清工序

第6章初始开车

6.1原料贮存工序

6.2反应和尾气洗涤工序

6.3过滤工序

6.4浓缩和氟回收工序

6.5酸贮存和澄清工序

第7章正常开车

7.1原料贮存工序

7.2反应和尾气洗涤工序

7.3过滤工序

7.4浓缩和氟回收工序

7.5酸贮存和澄清工序

第8章正常停车

8.1原料贮存工序

8.2反应和尾气洗涤工序

8.3过滤工序

8.4浓缩和氟回收工序

8.5酸贮存和澄清工序

第9章紧急停车

9.1稀磷酸生产系统

9.2浓磷酸生产系统

9.3酸贮存系统

第10章常见操作问题及处理

第11章日常维护和清洗

（1）磷酸装置生产能力（以100％P2O5计）

日生产能力400t

日操作小时24h

年操作小时7200h

（1）浓硫酸贮存能力两台φ25000×

11000贮槽

（2）氟硅酸贮存能力（位于氟硅酸钠装置）两台φ7500×

7000贮槽

（3）稀磷酸贮存能力一台φ18200×

12000陈化槽

一台φ18200×

12000澄清槽

（4）浓磷酸贮存能力一台φ13000×

9000陈化槽

一台φ13000×

9000澄清槽

一台φ12000×

9500渣酸槽

1.3产品及中间产品规格

1.3.1浓磷酸

P2O5≥50%

固体≤2%（常温）

1.3.2氟硅酸

H2SiF6≥18%wt

P2O5≤200ppm（在22%H2SiF6中）

1.4原料规格

1.4.1磷矿

矿源云南海口矿

成分典型范围（％wt,干基）P2O528.5

R2O3≤3.5

SiO215-17

MgO≤1.2

H2O≤10

粒度

-30mm100％

1.4.2硫酸

浓度93％H2SO4（冬季）

98％H2SO4（夏季）

温度常温

压力0.25MPa（表）

1.5化学品规格

1.5.1絮凝剂

形态液体

规格工业用高分子絮凝剂

包装方式桶装

1.6公用工程规格

1.6.1工艺水

温度常温

压力0.4MPa（表）（在界区交接点）

1.6.2饮用水

水质中国《生活饮用水卫生标准GB5749-85》

1.6.3冷却水

（1）冷却水供水

温度26℃（正常）30℃（最大）

压力0.5MPa（表）（在界区交接点）

水质最大颗粒尺寸10mm

（2）冷却水回水

压力重力自流

1.6.5供电

电压10kV±

7%

频率50Hz±

1%

供电回路双回路

1.6.6低压蒸汽

温度饱和温度

1.6.7中压蒸汽

压力1.0MPa（表）（在界区交接点）

1.6.7蒸汽冷凝液

温度129-131℃

1.7三废排放标准及噪声标准

合同装置的“三废”排放限值应符合国家和青海省及西宁市最新规定和要求。

1.8厂址

合同装置位于中国青海省西宁市。

1.9地质条件

地震烈度：

7度

海拔高度：

2600m（平均值）

1.10气象条件

年平均大气压73.77kPa

年平均大气温度3.1℃

年平均相对湿度61%

2.1概述

磷酸装置设计能力为日产400吨P2O5的50％P2O5磷酸，每日副产93.6吨含H2SiF618％的氟硅酸。

磷酸采用二水法工艺生产。

氟硅酸则采用传统工艺洗涤磷酸蒸发时逸出的氟来生产。

该装置可在50％的生产能力下操作。

装置的设计使氟逸出最小，有气相氟逸出的设备均引入尾气洗涤器洗涤，然后经烟囱排空，控制排氟量在7mgF/Nm3以下。

磷酸装置日产2140.8吨干磷石膏，所有这些磷石膏全部再浆后送往磷石膏堆场。

磷酸装置通过设在磷酸过滤厂房控制室的一套DCS进行操作控制。

2.2工艺流程说明

磷酸装置工艺流程说明分下列几个工序：

（1）磷酸装置

①原料贮存及反应工序

②过滤工序

③浓缩和氟回收工序

④尾气洗涤工序

⑤酸贮存和澄清工序

原料贮存及反应工序

参见PFD07088-04000-CP15-01

自浓密工序配制好的含固65％的磷矿浆通过管线送至矿浆缓冲槽（V46016）,磷矿浆经计量后经矿浆缓冲槽泵（P46015）送至反应槽（V42101）。

一部分外购的93～98％H2SO4硫酸通过槽车自流卸入硫酸缓冲槽（V46017）,通过硫酸缓冲槽泵（P46014A/B）送入硫酸贮槽（V46009A/B），另一部分硫酸通过管线送至硫酸贮槽（V46009A/B）,为安全起见，两台贮槽置于一个封闭的围堰内。

原料硫酸自硫酸贮槽（V46009A/B）经硫酸贮槽泵（P46012A/B）通过管线送至反应槽（V42101）混合三通（X42101A/B）及清洗液槽（V46006）中。

反应和闪蒸冷却系统

硫酸和磷矿浆在本工序反应生成磷酸和二水硫酸钙CaSO4.2H2O（石膏），化学反应式为：

Ca5F（PO4）3+5H2SO4+10H2O=5CaSO4.2H2O+3H3PO4+HF

自矿浆缓冲槽（V46016）来的磷矿浆由矿浆缓冲槽泵（P46015）送到反应槽第一室，在进入反应槽前磷矿浆经流量计和密度计计量，以维持磷矿浆加料量的恒定。

98％wt硫酸由硫酸贮槽泵（P46012A/B）送入反应槽（V42101）第二室、第三室和消化槽第一室。

硫酸与磷矿浆按一定比例设定流量，硫酸经计量后在混合三通（X42101A/B）中与来自过滤工序的返酸进行预混合后加入反应槽第二室和第三室，以防止反应料浆局部硫酸浓度过高，引起大量晶核生成和结晶脱水。

返回酸的流量和浓度取决于反应槽中固体含量和液相P2O5浓度。

工艺应控制返回酸量以调节反应槽（V42101）料浆含固量为～33％和液相P2O5浓度为24.5%。

反应槽（V42101）由相同的四室组成，每个室内均带有两层桨叶搅拌器。

反应槽第四室的反应料浆部分溢流到带搅拌器的消化槽（V42102），该槽由两个完全相同的方形槽串联构成，以延长停留时间，使反应料浆消化。

消化的反应料浆从消化槽第二室经过滤机给料泵（P42103）送往过滤机（F43101）。

硫酸可通过硫酸加料管加入消化槽第一室，以便根据磷矿反应特性对反应槽和消化槽的硫酸根浓度进行独立控制。

由于硫酸稀释和反应产生的热量使反应料浆温度升高，为了维持适当的反应温度，以保证得到二水物硫酸钙结晶，反应料浆必须进行冷却，采用闪蒸冷却方法来移走这些热量。

二水物工艺反应料浆的冷却是在低位闪冷器（D42101）中完成的。

反应料浆由位于反应槽第四室的低位闪冷循环泵（P42101）进行循环，冷却料浆从低位闪冷器（D42101）籍重力返回到反应槽第一室。

反应料浆的冷却在低位闪冷器（D42101）中进行，通过低位闪冷器（D42101）的反应料浆量为8000m3/h，冷却温差为2℃，低的冷却温差可以减少晶核生成和结垢。

从低位闪冷器中排出的汽体，首先在预冷凝器（E42101）中用来自预洗涤器密封槽（V42105）中的洗涤水冷凝部分蒸汽，并使洗涤水加热，作为过滤机滤饼洗水。

然后汽体进入预洗涤器（E42103），用来自循环水系统的部分循环冷却水进一步冷凝，冷却水自流进预洗涤器密封槽（V42105），出预洗涤器（E42103）的汽体进冷凝器（E42102），用大量循环冷却水进一步冷凝，冷却水回至循环水系统。

出冷凝器（E42102）的气体，经冷凝器除雾器（S42101）进行分离，不凝气体由低位闪冷真空泵（P42102）抽出，使真空冷却系统维持在负压下操作，真空度由自动调节系统控制，真空泵抽出气体经真空泵排气分离器（S42102）分离液体后排入大气。

（2）过滤工序

参见PFD07088-04000-CP15-02

过滤工序采用单系列操作系统。

反应料浆经过滤机给料泵（P42103）送到转台式过滤机（F43101）上进行过滤，滤饼用来自反应工序的热池水进行三段逆流洗涤，以回收滤饼中夹带的磷酸。

洗涤后的石膏滤饼排入石膏料斗（V43104），滤布用来自尾气洗涤工序的洗涤水进行冲洗，然后由过滤机真空泵（P43106）吸干。

石膏经来自石膏渣场的池水调浆后含固量达到～25％wt，由石膏料浆输送泵（P43008A/B/C/D）送至石膏渣场。

过滤酸由过滤酸泵（P43101A/B）送到酸贮存工序的稀磷酸陈化槽（V46001），多余的过滤酸与逆流洗涤得到的一洗液一起作为返酸，由返酸泵（P43102）送到反应工序的反应槽，二洗液由一洗泵（P43103）送去作为滤饼洗涤用水，三洗液由二洗泵（P43104）送去作为滤饼洗涤用水。

经滤液分离器（S43101）分离得到的气体在过滤机冷凝器（E43101）中用循环冷却水进行洗涤，并使水汽冷凝，不凝气体由过滤机真空泵（P43106）抽出，使过滤系统维持在负压下操作。

真空度由泄入空气量来控制，真空泵抽出气体经分离器分离液体后排入大气。

过滤机上装有抽风罩（X43101），以将气体引到尾气洗涤塔（T45102）。

风罩的覆盖区域包括加料过滤区和一段洗涤区，以维持良好的操作环境。

磷石膏在石膏再浆槽（V43106）中用渣场返回的池水再浆后，由石膏料浆泵（P43008A/B/C/D）送至渣场。

输浆管采用碳钢衬橡胶管道，沿地面敷设；

从渣场返回的池水管道采用相同材质，基本与输浆管线平行敷设。

由于石膏渣场与本磷酸装置地形高差大，设计中考虑采用两台泵串联操作方式，同时为了保证装置生产的稳定性和连续性，设计中考虑备用石膏料浆输送泵组，即石膏料浆输送泵组采用一开一备配置。

为了稳定生产，对每组石膏料浆输送泵中的二级泵增设液力耦合器。

为了便于清洗和增加操作灵活性，磷石膏输送管线与池水回水管线之间在适当位置设置连通管。

（4）浓缩和氟回收工序

参见PFD07088-04000-CP15-03

浓缩工序采用单系列操作系统。

磷酸浓缩采用一段强制循环真空蒸发系统生产50％P2O5浓磷酸。

蒸发系统由闪蒸室（D44101），浓缩循环泵（P44102）和酸加热器（E44101）组成。

关键设备酸加热器（E44101）换热面积为820m2。

来自稀磷澄清槽（V46002）经计量后的稀磷酸，加入浓缩强制循环真空蒸发回路，与经过加热后的大量循环酸混合并进入闪蒸室（D44101），水份在此蒸发。

浓缩后的部分浓磷酸作为成品酸由浓磷酸输送泵（P44103A/B）从循环回路送出，浓缩后的大量循环酸借助浓磷酸循环泵（P44102）送入酸加热器（E44101），用经过减温减压的0.2MPa（表）的低压饱和蒸汽加热，低压蒸汽进入酸加热器（E44101）的壳程，加热管内磷酸，管内磷酸温升不超过2.5℃，以减轻结垢，延长操作周期。

循环酸在浓缩循环回路中继续循环，蒸汽冷凝液送回锅炉给水系统，以节省脱盐水消耗。

当酸加热器（E44101）发生泄漏时，蒸汽冷凝液PH值明显降低，被污染的蒸汽冷凝液自动排入地沟。

闪蒸室（D44101）逸出的蒸汽中含有氟化物和P2O5雾沫，经旋风雾沫分离器（S44101）分离雾沫后依次进入第一氟吸收塔（T44101）、第二氟吸收塔（T44102）进行氟吸收。

除沫器的作用是提高P2O5收率和保证副产品氟硅酸的质量。

第一氟吸收塔的循环氟硅酸浓度为18%，吸收所需的水份由第二氟吸收塔的循环液来补充。

工艺水加入第二氟吸收塔循环槽（D44101）。

第二氟吸收塔出来的汽体进入大气冷凝器（E44102），用循环冷却水冷却冷凝。

不凝性气体经二级蒸汽喷射泵（J44101）排入大气。

来自蒸汽喷射泵系统的中间冷凝器和大气冷凝器的循环冷却水回水返回酸性循环水系统。

（5）尾气洗涤工序

参见PFD07088-04000-CP15-04

来自反应槽、消化槽的尾气，首先进入一个高效文丘里洗涤器（T45103）。

经过洗涤除氟后再进入第一洗涤塔（T45101），在洗涤塔中被循环洗涤液进行洗涤；

由第一洗涤塔出来的气体由反应尾气风机（K45101）抽出，和来自过滤机的尾气一起送入第二洗涤塔（T45102），在第二洗涤塔内经过两级洗涤后，尾气含氟量符合环保标准，由洗涤塔顶部的排气管排入大气。

（5）酸贮存工序

参见PFD07088-04000-CP15-05

酸贮存工序包括稀磷酸、浓磷酸、浓磷酸淤酸、氟硅酸的贮存。

1）稀磷酸贮存和澄清

来自过滤工序的稀磷酸经过滤酸泵（P43101）送到酸贮存工序的稀磷酸陈化槽（V46001），再由稀磷酸陈化槽泵送至稀磷酸澄清槽（V46002）。

在贮存期间沉降下来的淤浆，由稀磷酸澄清槽转耙（A46002A）收集到澄清槽底部中心的锥型排渣口，然后通过淤酸泵（P46003）将其返回到反应工序。

澄清槽上部澄清的稀磷酸送到浓缩工序进行浓缩。

2）浓磷酸及淤渣酸贮存

来自浓缩工序的浓磷酸进入酸贮存工序的浓磷酸陈化槽（V46003），再由浓磷酸陈化槽泵（P46004）送至浓磷酸澄清槽（V46004）。

在贮存期间沉降下来的淤酸，由浓磷酸澄清槽转耙（A46004）收集到澄清槽底部中心的锥型排渣口，然后通过淤酸泵（P46006）将其送到酸贮存工序的渣酸贮槽（V46008），并通过渣酸贮槽泵（P46009）将淤渣酸送到稀磷酸澄清槽（V46002）。

澄清槽上部澄清的浓磷酸送到磷铵装置作为DAP生产原料。

3）氟硅酸贮存

来自浓缩和氟回收工序的氟硅酸，间断从氟吸收系统送至位于氟硅酸钠装置区的氟硅酸贮槽，作为生产氟硅酸钠的原料。

4）清洗液配制和贮存

浓缩和氟回收工序蒸发系统回路必须每10～15天用热的5％稀硫酸清洗8－16小时，为此设置了稀硫酸配制和贮存设备。

93～98％浓硫酸与工艺水清洗液槽（V46006）进行混合，配制的5％稀硫酸进入清洗液槽F505，然后用清洗液泵（P46010）送至浓缩回路，启动浓缩循环泵（P44102），并打开酸加热器（E44101）蒸汽进口阀门，将清洗液加热至70～80℃进行循环清洗，清洗后的洗液根据情况可以送至反应槽（V42101），如转台过滤机（F43101）系统需要稀硫酸清洗，也可送至其洗涤系统。

2.3工艺化学

2.3.1反应

（1）化学反应

磷酸装置主要的反应是按反应式

（1）所进行的反应，即磷矿中磷酸三钙与硫酸反应先生成磷酸和二水硫酸钙（石膏），该反应分两步进行，磷酸首先分解磷矿生成磷酸一钙溶液（反应式1a）；

然后磷酸一钙和硫酸反应生成磷酸和石膏（反应式1b）。

（1）Ca3（PO4）2+3H2SO4+6H2O＝3（CaSO4.2H2O）+2H3PO4

（1a）Ca3（PO4）2+4H3PO4＝3Ca（H2PO4）2

（1b）3Ca（H2PO4）2+3H2SO4+6H2O＝3（CaSO4.2H2O）+6H3PO4

磷矿所含碳酸钙与硫酸反应生成石膏和二氧化碳（反应式2）：

（2）CaCO3+H2SO4+H2O＝CaSO4.2H2O+CO2

磷矿中氟化钙与硫酸反应生成氢氟酸（反应式3）；

氢氟酸几乎立刻与矿中的二氧化硅反应生成氟硅酸（反应式4）。

（3）CaF2+H2SO4+H2O＝CaSO4.2H2O+2H2O+2HF

（4）6HF+SiO2＝H2SiF6+2H2O

磷矿中氧化物如氧化钠、氧化钾或氧化镁与氟硅酸反应生成氟硅酸盐（反应式5）。

由于温度降低钠和钾的氟硅酸盐溶解度迅速减小，这些组份易于在反应槽下游的管道和设备内产生结垢。

（5）Na2O+H2SiF6＝Na2SiF6+H2O

K2O+H2SiF6＝K2SiF6+H2O

MgO+H2SiF6＝MgSiF6+H2O

在反应槽和闪蒸冷却器内，一些氟硅酸分解为SiF4（反应式6），并在尾气洗涤器和冷凝器内与水反应再次转化为氟硅酸（反应式7）。

（6）H2SiF6+热量和酸＝SiF4+2HF

（7）SiF4+H2O＝H2SiF6+SiO2

矿中的铁铝氧化物转化为相应的磷酸盐（反应式8）。

（8）Fe2O3+2H3PO4＝2FePO4+3H2O

Al2O3+2H3PO4＝2AlPO4+3H2O

（2）磷矿分解

反应式（1a）表示磷矿的分解过程。

反应速度与温度、H＋离子浓度以及矿粒的表面积成正比。

由于表面积与粒子尺寸成反比，故矿粒尺寸减小反应速率增大。

要使石膏结晶，反应料浆必须处于石膏过饱和状态，过饱和又导致硫酸钙在矿粒表面的结晶，这种结晶随着过饱和度和硫酸浓度升高而增加。

局部包裹仅延缓磷矿分解，完全包裹则阻止酸分解矿粒，导致P2O5损失（枸不溶性P2O5损失）。

这种损失由未反应矿引起。

要减少这种损失，反应槽应以反应活性差矿模式操作。

对反应活性差的磷矿，应将硫酸定量加入反应槽的中心室，使环形室硫酸浓度降低，环形室未反应的磷矿浓度是最高的。

环形室低硫酸浓度减少了磷矿包襄因而也就减少了枸不溶性P2O5损失。

磷矿分解率对硫酸浓度非常敏感，尤其是在磷矿转化率较低时。

反应槽内如果没有大的料浆循环量，即使酸流量波动引起硫酸浓度少量增加也会明显降低磷矿分解率。

（3）石膏结晶

磷酸装置的设计，使二水物在最佳条件下结晶和过滤，控制反应温度，硫酸浓度和磷酸浓度以实现在二水物结晶区内稳定的操作。

磷酸最高浓度受两个因素限制：

（1）高于32％P2O5的酸浓度会生成小的、不规则的结晶，造成过滤困难；

（2）高酸浓度也增加了磷酸盐共晶损失。

本装置为了尽可能降低P2O5反应损失，控制反应槽液相P2O5浓度在25～26％范围。

石膏结晶有两个过程，

（1）生成新结晶体即成核；

（2）晶体长大，两者取决于石膏在反应料浆液相溶解度。

饱和曲线即通常的溶解度曲线。

过饱和曲线又分隔出过饱和区。

过饱和曲线以上成核是自发的，过饱和曲线以下自发成核不明显。

饱和曲线之下则不会发生结晶，两曲线之间基本上是晶体成长区。

过饱和曲线以上则基本上是成核区。

过饱和度不仅限制了结晶量而且对晶体尺寸、形状和厚度有极大影响，这些特性影响石膏的过滤性能，应通过控制硫酸浓度来控制过饱和度。

反应料浆游离硫酸浓度是用于控制过滤机的过滤强度和洗涤效率的主要工艺参数，正如前面所述，过高的过饱和度也增加包裹造成的收率损失。

（4）硫酸浓度控制

控制好硫酸浓度目的是得到一种容易过滤和洗涤的石膏，并使石膏晶格内因置换而引起的收率损失和因包裹造成的收率损失最小。

在由饱和曲线和过饱和曲线之间的区域内控制相当低的过饱和度可以达到这个目的。

在这个区域内有一个最佳硫酸浓度，浓度低生成薄片状结晶，过滤缓慢。

高浓度产生长形针状结晶，过滤快但洗涤困难。

正常浓度下得到的理想晶体为厚菱形，长宽比约为3比1。

一般来说，较大的晶体过滤和洗涤也较好，由于晶体尺寸与晶体数量成反比，成核作用减少了晶体尺寸。

理所当然，在反应部分抑制自发成核是关键目的。

为此需采取下列措施：

控制硫酸浓度在过饱和曲线之下操作。

由于闪蒸冷却器料浆温差较大可能引起该曲线交叉，故设计冷却器在2℃或更低温差下操作。

剧烈搅拌，大量的料浆循环，新加矿粉与循环物流的混合以及硫酸的稀释，这些措施使反应槽环形室内因磷矿硫酸加入所引起的局部过饱和降至最小。

2.3.2氟吸收

氟磷灰石形式的磷矿与硫酸反应，一部分氟以氟硅酸形式进入过滤磷酸溶液中。

过滤酸浓缩时，氟硅酸受热分解生成四氟化硅和氟化氢（反应式9）。

（9）H2SiF6+热＝SiF4+2HF

只要浓缩时SiF4和HF按式（9）理论摩尔比逸出，则在氟洗涤器用水洗涤时，会生成纯净的氟硅酸（反应式10）：

（10）SiF4+2HF=H2SiF6

事实上只要磷矿中有足够的活性SiO2，第一级蒸发就会优先放出SiF4，然后当磷酸浓度达到约50％P2O5或更高时才放出较多的HF。

对于单级蒸发浓缩系统，SiF4和HF的逸出顺序并不重要。

但如果缺乏活性二氧化硅，由于存在游离HF，腐蚀率可能过大。

而且H2SiF4的产量也受到限制。

在某些工厂有必要添加活性二氧化硅来弥补。

另一方面缺乏氟化氢则可导致二氧化硅胶状沉积物的生成，使氟硅酸呈现乳浆状外观。

2.3.3酸贮存和澄清

过滤酸除了含有穿过滤布孔隙和裂缝而来的石膏之外，还有因酸冷却而沉淀出来的石膏，过滤酸中固体所含钙、钠和钾的氟硅酸盐的量是可观的，这就是稀磷酸贮槽底部沉积固体通常返回到反应槽的原因。

这样，液相中的磷酸得以回收，而不溶固体最终随石膏一并排放。

浓缩磷酸贮存时会因酸的冷却生成继沉淀盐。

这些继沉淀盐以淤浆的形式返回稀磷酸贮槽，部分磷酸盐可以再溶解于稀磷酸中。

3.1控制系统

磷酸装置采用一套集散型控制系统（DCS）进行操作控制。

在控制室DCS上可对整个装置进行操作控制。

电动设备的开停可在现场进行，在DCS上亦可停电动设备。

3.2工艺控制说明

3.2.1原料贮存工序

参见PID07088-04000-CP25-11/13。

（1）磷矿浆贮存

磷矿浆贮存系统包括矿浆缓冲槽（V46016）和矿浆缓冲槽泵（P46015）。

矿浆缓冲槽泵（P46015）出口管线上安置有密度计及流量计，对加入反应槽（V42101）的磷矿浆进行计量和控制，在DCS上能给出磷矿浆质量流量、累积流量。

当磷矿浆加料量偏离正常设定值时，自动调节矿浆缓冲槽泵（P46015）转速。

流量计带有高、低流量报警，提醒操作人员实际加料量与设定值有偏差，操作人员应关注操作参数并进行适当调整。

磷矿浆加料量与硫酸加入量按比值进行调节。

（2）硫酸贮存

硫酸贮存系统包括一台硫酸缓冲槽（V46017）、二台浓硫酸贮槽（V46009A/B）、二台硫酸缓冲槽泵（P46014A/B）和二台硫酸贮槽泵（P46012A/B）。

二台浓硫酸贮槽交替操作。

硫酸缓冲槽（V46017）装有液位计LISA－6111，指示缓冲槽的液位，并可给出低位和高位报警。

当槽中液位为高高液位时