湿法磷酸装置尾气洗涤系统技改总结

谢祖义，李 进

(湖北省黄麦岭磷化工有限责任公司 湖北大悟 432818)

湖北省黄麦岭磷化工有限责任公司湿法磷酸装置采用二水法生产工艺技术，设计生产能力为93 kt/a(以P2O5计),于1996年6月建成投产。2004年4月，湿法磷酸装置完成扩能技改，装置生产能力达到160 kt/a。该湿法磷酸装置利用黄麦岭矿山低品位锰质磷灰岩(含P2O5质量分数5.0%～12.5%、MgO质量分数1.0%～4.5%、MnO质量分数1.0%～5.0%)经正浮选工艺生产出高品位磷精矿(含P2O5质量分数33.0%～34.0%、氟质量分数2.8%～3.0%)作为原料生产磷酸，磷酸反应尾气原采用池水或工艺水喷淋洗涤，洗涤液作为石膏冲排水，经洗涤后的含氟尾气由尾气风机抽至烟囱排放。随着国家环保要求越来越严，排放尾气中的H2F含量经常超标，影响周边环境，故投资建设了氟硅酸回收装置并对磷酸尾气洗涤装置进行了升级改造，既解决尾气治理的环保问题，又实现氟资源的综合利用。

1 改造前磷酸尾气洗涤系统工艺流程

如图1所示，来自反应槽、过滤机进料处的含氟尾气经收集风管进入卧式错流洗涤器洗涤，洗涤液通过地槽泵送至石膏再浆槽，再由石膏泵送至磷石膏渣场。

2 磷酸尾气洗涤系统存在的问题

(1) 尾气洗涤器频繁堵塞

磷酸尾气洗涤系统选用的卧式错流洗涤器包括洗涤段和除雾段，洗涤段设置3组进口聚丙烯填料。在洗涤过程中，池水与气相中的四氟化硅反应生成的二氧化硅极易堵塞风管和洗涤器内的填料，一旦出现堵塞将导致反应槽呈正压，含氟气体覆盖整个生产厂房，存在安全和环保事故隐患，此时系统必须停车清理。

图1 改造前湿法磷酸装置尾气洗涤系统工艺流程

(2) 磷酸尾气风机振动大

卧式错流洗涤器气体进出口设计压差为3.5 kPa,以维持反应槽微负压操作。由于卧式错流洗涤器堵塞频繁，清理工作量大，严重影响磷酸装置的正常运行。为了减少系统停车次数以提高开车率，从卧式错流洗涤器中抽出部分填料以减小压力降，但造成大量洗涤液被尾气夹带而由风机抽走，同时造成风机叶轮被硅胶黏结而导致叶轮失衡、腐蚀，风机出现剧烈振动。

(3) 冬季回水泵结垢严重，池水量不足

由于反应和过滤系统的氟不能实现回收，大部分氟进入池水系统，经反复循环富集，池水含氟质量分数达0.80%，远超设计值(0.03%)。这部分氟与溶解在池水中的钠离子、钾离子形成白色致密的钠钾盐并堵塞回水泵泵壳和叶轮流道，导致回水流量由额定的250 m3/h降至150 m3/h，不能满足稀酸生产要求，每周需拆泵清理1次。

3 磷酸尾气洗涤系统改造措施

3.1 改造原则及总体思路

充分利用现有设备，以尾气量45 000 m3/h(标态)为基准，结合生产现场空间布局，对磷酸尾气洗涤系统进行改造，即增加1台Φ2 000 mm×13 000 mm旋风洗涤塔及配套的循环泵和喷头，将一级洗涤改造为两级洗涤，吸收的氟硅酸用于生产氟硅酸钠。

3.2 改造后磷酸尾气洗涤系统工艺流程

如图2所示，来自反应槽、过滤机进料处的含氟尾气首先切向进入旋风洗涤塔与洗涤液逆流接触，约70%的氟被洗涤吸收后的尾气然后进入卧式错流洗涤器，经工艺水二次洗涤后由风机抽至烟囱排入大气；当卧式错流洗涤器的洗涤液相对密度达到1.04(含氟硅酸质量分数约4.5%)时打开卧式错流洗涤器循环泵出口排放阀，将洗涤液送至旋风洗涤塔下部循环槽；当旋风洗涤塔循环槽内循环液相对密度达到1.08(含氟硅酸质量分数10.0%～12.0%)时打开旋风洗涤塔循环泵B出口排放阀，将回收的氟硅酸送至澄清槽A，经离心分离硅胶后的氟硅酸依次进入收集槽、澄清槽B后用于生产氟硅酸钠。

3.3 卧式错流洗涤器的防堵改造

原卧式错流洗涤器内分为洗涤段和除雾段，洗涤段设置3组填料，每组填料有4只喷头喷淋洗涤；除雾段设置1组塑料丝网，防止尾气夹带洗涤液。由于尾气经洗涤后生成大量的SiO2堵塞填料，大大降低了洗涤效果，而且造成系统阻力大、风机能耗高。改造后拆除了全部填料，将原12只不锈钢实心锥形洗涤喷头全部改为四氟螺旋喷头，不仅增大了气液接触面积、改善了洗涤效果，而且螺旋喷头相对实心锥形喷头不易堵塞、便于清理。

3.4 优化工艺操作指标，提高氟收率

由于氟硅酸在不同温度和浓度条件下的氟吸收率有明显差异，气相中氟含量也会随之变化，即：随着温度的升高，气相中氟含量升高；随着氟硅酸溶液浓度的升高，气相中氟含量随之升高[1]。为了提高氟收率、保证排放尾气氟含量达标，重点控制两级洗涤的洗涤液浓度和温度指标。当卧式错流洗涤器洗涤液的氟硅酸质量分数按<4.0%控制时，旋风洗涤塔下部循环槽液位将快速上升，氟硅酸质量分数难以达到10.0%的要求，更为严重的是在旋风洗涤塔进气口形成“液封”而堵塞气体进塔通道；当卧式错流洗涤器洗涤液的氟硅酸质量分数>5.0%时，氟收率下降，风机出口尾气氟含量超标。经分析对比，确定卧式错流洗涤器洗涤液温度控制在50～55 ℃、氟硅酸质量分数控制在4.0%～5.0%为宜。当洗涤液中的氟硅酸质量分数提高至4.0%～5.0%时，用泵送至旋风洗涤塔循环槽继续吸收提浓；当地槽液位降至约20%时，关闭输出阀，然后补充工艺水，往复循环。

图2 改造后磷酸尾气洗涤系统工艺流程

在循环洗涤过程中，每隔30 min人工监测卧式错流洗涤器洗涤液和旋风洗涤塔循环槽内循环液的相对密度，当卧式错流洗涤器洗涤液相对密度达到1.04时，将洗涤液送至旋风洗涤塔循环槽，确保排放尾气中氟含量达标；当旋风洗涤塔循环槽内循环液相对密度达到1.08时，将循环液排至澄清槽A，以提高氟吸收率。

4 改造效果

(1) 反应槽和过滤机区域均处于微负压状态，消除了生产现场“冒气”现象，生产环境得到根本性改观；经检测，排放尾气中含氟质量浓度为20 mg/m3,达到了《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)中对HF排放的要求。

(2) 尾气风机运行平稳，机壳和叶轮结垢量极少，清理周期由每周1次延长至每隔4个月1次，减轻了操作人员的劳动强度，开车率大幅提高，每年减少维修费用超过50万元。

(3) 取消卧式错流洗涤器内的填料后，内壁结垢现象不复存在，系统压差在2 kPa以内，洗涤效果改善，不仅降低了动力消耗，而且年可减少填料费用30万元。

(4) 系统产生的含氟气体大部分得到回收利用，旋风洗涤塔每班可排放循环液6次，日产氟硅酸3.9 t，年产氟硅酸1 345 t，可多生产氟硅酸钠1 495 t。该技改投资为65万元，年可增加经济效益180万元。

5 结语

通过对湿法磷酸尾气洗涤系统进行改造、规范操作指标，使氟硅酸产量得到大幅提高，既改善了生产环境、降低了操作人员的劳动强度，又创造了良好的社会效益和经济效益。