濕法磷酸裝置尾氣洗滌系統(tǒng)技改總結(jié)

謝祖義，李 進(jìn)

(湖北省黃麥嶺磷化工有限責(zé)任公司 湖北大悟 432818)

湖北省黃麥嶺磷化工有限責(zé)任公司濕法磷酸裝置采用二水法生產(chǎn)工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為93 kt/a(以P2O5計(jì)),于1996年6月建成投產(chǎn)。2004年4月，濕法磷酸裝置完成擴(kuò)能技改，裝置生產(chǎn)能力達(dá)到160 kt/a。該濕法磷酸裝置利用黃麥嶺礦山低品位錳質(zhì)磷灰?guī)r(含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0%～12.5%、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%～4.5%、MnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%～5.0%)經(jīng)正浮選工藝生產(chǎn)出高品位磷精礦(含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)33.0%～34.0%、氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.8%～3.0%)作為原料生產(chǎn)磷酸，磷酸反應(yīng)尾氣原采用池水或工藝水噴淋洗滌，洗滌液作為石膏沖排水，經(jīng)洗滌后的含氟尾氣由尾氣風(fēng)機(jī)抽至煙囪排放。隨著國(guó)家環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，排放尾氣中的H2F含量經(jīng)常超標(biāo)，影響周邊環(huán)境，故投資建設(shè)了氟硅酸回收裝置并對(duì)磷酸尾氣洗滌裝置進(jìn)行了升級(jí)改造，既解決尾氣治理的環(huán)保問(wèn)題，又實(shí)現(xiàn)氟資源的綜合利用。

1 改造前磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)工藝流程

如圖1所示，來(lái)自反應(yīng)槽、過(guò)濾機(jī)進(jìn)料處的含氟尾氣經(jīng)收集風(fēng)管進(jìn)入臥式錯(cuò)流洗滌器洗滌，洗滌液通過(guò)地槽泵送至石膏再漿槽，再由石膏泵送至磷石膏渣場(chǎng)。

2 磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)存在的問(wèn)題

(1) 尾氣洗滌器頻繁堵塞

磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)選用的臥式錯(cuò)流洗滌器包括洗滌段和除霧段，洗滌段設(shè)置3組進(jìn)口聚丙烯填料。在洗滌過(guò)程中，池水與氣相中的四氟化硅反應(yīng)生成的二氧化硅極易堵塞風(fēng)管和洗滌器內(nèi)的填料，一旦出現(xiàn)堵塞將導(dǎo)致反應(yīng)槽呈正壓，含氟氣體覆蓋整個(gè)生產(chǎn)廠房，存在安全和環(huán)保事故隱患，此時(shí)系統(tǒng)必須停車清理。

圖1 改造前濕法磷酸裝置尾氣洗滌系統(tǒng)工藝流程

(2) 磷酸尾氣風(fēng)機(jī)振動(dòng)大

臥式錯(cuò)流洗滌器氣體進(jìn)出口設(shè)計(jì)壓差為3.5 kPa,以維持反應(yīng)槽微負(fù)壓操作。由于臥式錯(cuò)流洗滌器堵塞頻繁，清理工作量大，嚴(yán)重影響磷酸裝置的正常運(yùn)行。為了減少系統(tǒng)停車次數(shù)以提高開車率，從臥式錯(cuò)流洗滌器中抽出部分填料以減小壓力降，但造成大量洗滌液被尾氣夾帶而由風(fēng)機(jī)抽走，同時(shí)造成風(fēng)機(jī)葉輪被硅膠黏結(jié)而導(dǎo)致葉輪失衡、腐蝕，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)劇烈振動(dòng)。

(3) 冬季回水泵結(jié)垢嚴(yán)重，池水量不足

由于反應(yīng)和過(guò)濾系統(tǒng)的氟不能實(shí)現(xiàn)回收，大部分氟進(jìn)入池水系統(tǒng)，經(jīng)反復(fù)循環(huán)富集，池水含氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.80%，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值(0.03%)。這部分氟與溶解在池水中的鈉離子、鉀離子形成白色致密的鈉鉀鹽并堵塞回水泵泵殼和葉輪流道，導(dǎo)致回水流量由額定的250 m3/h降至150 m3/h，不能滿足稀酸生產(chǎn)要求，每周需拆泵清理1次。

3 磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)改造措施

3.1 改造原則及總體思路

充分利用現(xiàn)有設(shè)備，以尾氣量45 000 m3/h(標(biāo)態(tài))為基準(zhǔn)，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)空間布局，對(duì)磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)進(jìn)行改造，即增加1臺(tái)Φ2 000 mm×13 000 mm旋風(fēng)洗滌塔及配套的循環(huán)泵和噴頭，將一級(jí)洗滌改造為兩級(jí)洗滌，吸收的氟硅酸用于生產(chǎn)氟硅酸鈉。

3.2 改造后磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)工藝流程

如圖2所示，來(lái)自反應(yīng)槽、過(guò)濾機(jī)進(jìn)料處的含氟尾氣首先切向進(jìn)入旋風(fēng)洗滌塔與洗滌液逆流接觸，約70%的氟被洗滌吸收后的尾氣然后進(jìn)入臥式錯(cuò)流洗滌器，經(jīng)工藝水二次洗滌后由風(fēng)機(jī)抽至煙囪排入大氣；當(dāng)臥式錯(cuò)流洗滌器的洗滌液相對(duì)密度達(dá)到1.04(含氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約4.5%)時(shí)打開臥式錯(cuò)流洗滌器循環(huán)泵出口排放閥，將洗滌液送至旋風(fēng)洗滌塔下部循環(huán)槽；當(dāng)旋風(fēng)洗滌塔循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液相對(duì)密度達(dá)到1.08(含氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)10.0%～12.0%)時(shí)打開旋風(fēng)洗滌塔循環(huán)泵B出口排放閥，將回收的氟硅酸送至澄清槽A，經(jīng)離心分離硅膠后的氟硅酸依次進(jìn)入收集槽、澄清槽B后用于生產(chǎn)氟硅酸鈉。

3.3 臥式錯(cuò)流洗滌器的防堵改造

原臥式錯(cuò)流洗滌器內(nèi)分為洗滌段和除霧段，洗滌段設(shè)置3組填料，每組填料有4只噴頭噴淋洗滌；除霧段設(shè)置1組塑料絲網(wǎng)，防止尾氣夾帶洗滌液。由于尾氣經(jīng)洗滌后生成大量的SiO2堵塞填料，大大降低了洗滌效果，而且造成系統(tǒng)阻力大、風(fēng)機(jī)能耗高。改造后拆除了全部填料，將原12只不銹鋼實(shí)心錐形洗滌噴頭全部改為四氟螺旋噴頭，不僅增大了氣液接觸面積、改善了洗滌效果，而且螺旋噴頭相對(duì)實(shí)心錐形噴頭不易堵塞、便于清理。

3.4 優(yōu)化工藝操作指標(biāo)，提高氟收率

由于氟硅酸在不同溫度和濃度條件下的氟吸收率有明顯差異，氣相中氟含量也會(huì)隨之變化，即：隨著溫度的升高，氣相中氟含量升高；隨著氟硅酸溶液濃度的升高，氣相中氟含量隨之升高[1]。為了提高氟收率、保證排放尾氣氟含量達(dá)標(biāo)，重點(diǎn)控制兩級(jí)洗滌的洗滌液濃度和溫度指標(biāo)。當(dāng)臥式錯(cuò)流洗滌器洗滌液的氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)按<4.0%控制時(shí)，旋風(fēng)洗滌塔下部循環(huán)槽液位將快速上升，氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)難以達(dá)到10.0%的要求，更為嚴(yán)重的是在旋風(fēng)洗滌塔進(jìn)氣口形成“液封”而堵塞氣體進(jìn)塔通道；當(dāng)臥式錯(cuò)流洗滌器洗滌液的氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)>5.0%時(shí)，氟收率下降，風(fēng)機(jī)出口尾氣氟含量超標(biāo)。經(jīng)分析對(duì)比，確定臥式錯(cuò)流洗滌器洗滌液溫度控制在50～55 ℃、氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在4.0%～5.0%為宜。當(dāng)洗滌液中的氟硅酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至4.0%～5.0%時(shí)，用泵送至旋風(fēng)洗滌塔循環(huán)槽繼續(xù)吸收提濃；當(dāng)?shù)夭垡何唤抵良s20%時(shí)，關(guān)閉輸出閥，然后補(bǔ)充工藝水，往復(fù)循環(huán)。

圖2 改造后磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)工藝流程

在循環(huán)洗滌過(guò)程中，每隔30 min人工監(jiān)測(cè)臥式錯(cuò)流洗滌器洗滌液和旋風(fēng)洗滌塔循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液的相對(duì)密度，當(dāng)臥式錯(cuò)流洗滌器洗滌液相對(duì)密度達(dá)到1.04時(shí)，將洗滌液送至旋風(fēng)洗滌塔循環(huán)槽，確保排放尾氣中氟含量達(dá)標(biāo)；當(dāng)旋風(fēng)洗滌塔循環(huán)槽內(nèi)循環(huán)液相對(duì)密度達(dá)到1.08時(shí)，將循環(huán)液排至澄清槽A，以提高氟吸收率。

4 改造效果

(1) 反應(yīng)槽和過(guò)濾機(jī)區(qū)域均處于微負(fù)壓狀態(tài)，消除了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)“冒氣”現(xiàn)象，生產(chǎn)環(huán)境得到根本性改觀；經(jīng)檢測(cè)，排放尾氣中含氟質(zhì)量濃度為20 mg/m3,達(dá)到了《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996)中對(duì)HF排放的要求。

(2) 尾氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)殼和葉輪結(jié)垢量極少，清理周期由每周1次延長(zhǎng)至每隔4個(gè)月1次，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，開車率大幅提高，每年減少維修費(fèi)用超過(guò)50萬(wàn)元。

(3) 取消臥式錯(cuò)流洗滌器內(nèi)的填料后，內(nèi)壁結(jié)垢現(xiàn)象不復(fù)存在，系統(tǒng)壓差在2 kPa以內(nèi)，洗滌效果改善，不僅降低了動(dòng)力消耗，而且年可減少填料費(fèi)用30萬(wàn)元。

(4) 系統(tǒng)產(chǎn)生的含氟氣體大部分得到回收利用，旋風(fēng)洗滌塔每班可排放循環(huán)液6次，日產(chǎn)氟硅酸3.9 t，年產(chǎn)氟硅酸1 345 t，可多生產(chǎn)氟硅酸鈉1 495 t。該技改投資為65萬(wàn)元，年可增加經(jīng)濟(jì)效益180萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)濕法磷酸尾氣洗滌系統(tǒng)進(jìn)行改造、規(guī)范操作指標(biāo)，使氟硅酸產(chǎn)量得到大幅提高，既改善了生產(chǎn)環(huán)境、降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。