[发明专利]一种水吸收制备氟硅酸的方法和设备

说明书

本发明涉及氟与硅的化合物，具体来说，属于用水吸收四氟化硅气体的工艺方法。

众所周知，在用湿法(或称酸法)生产磷酸或磷肥的过程中，磷矿中的一部分氟通常以气态四氟化硅的形式逸出，氟的逸出率可达30％-50％、在磷肥过磷酸钙生产时，每获得1吨鲜肥、就逸出含氟达15-25g/m³的废气250-300m³。这些废气若不加以搜集、处理而散入大气，将会对生产工人和周围环境带来极大的危害。因此，把这部分四氟化硅气体吸收下来，既可保护环境，又可回收含氟产品，变害为利。湿法磷酸、磷肥生产通用的除去废气中氟的方法是用水、石灰乳、碱液等吸收剂在吸收设备中将四氟化硅气体吸收下来。最为常用的吸收剂是水，吸收四氟化硅及制得氟硅酸和硅胶，其化学反应为：

在众多传统的吸收设备中，应当说吸收率较高的是文氏管，其吸收效率可达90％-92％。但在吸收四氟化硅过程中，有大量硅胶析出，易堵塞喉管、增大系统阻力，于生产不利。故目前国外多使用大体积的喷淋塔，国内则多采用泼水轮吸收室作第一级吸收设备，泼水轮吸收室虽解决了SiO₂的堵塞问题，但其操作难于掌握，其效果又受泼水轮吃水深度、系统负压等因素影响，单台吸收效率通常只达70％-80％；泼水轮自身还存在轴长而重、挠度大，密封不易，很难长周期运行等缺点。少数厂家采用的喷射吸收塔虽然提高了吸收效率，但其阻力损失大，约为泼水轮吸收室的3-4倍，动力消耗高，设备投资也比较高，因此难于推广应用。

本发明的目的在于提供一种既具有较高吸收效率、又能克服上述各种吸收设备及流程的缺点的挤压氟吸收工艺，并提供该工艺的关键设备-挤压吸收塔。

为达此目的，发明人在长期实践中比较了各种吸收设备的优缺点，发现要提高吸收效率，必须最大可能地强制气液的接触，从而研制出一种水吸收制备氟硅酸的工艺方法，它的特征是将加压水通过挤压吸收塔的喉颈吸收四氟化硅，同时将气体中的硅胶和热量一并带出，在循环液槽中冷却并分离出硅胶后用泵加压再循环吸收。

本方法所用的氟硅酸吸收设备是由塔顶喷头、混合室、上部倒锥体、中部直径较小的喉颈、下部的长锥体及底部的气液分离室组成的。加压后的循环液由塔顶的喷头进入混合室从侧面进入的含氟废气混合，然后通过塔的喉颈进一步产生挤压，强制气液接触而吸收其中的四氟化硅。由于塔内液气比很大，故吸收液可充分带走废气带入的热量而使之冷却下来。吸收液在气液分离室与气体分离后，从塔下部出口流出，进入循环槽，进入循环槽，经冷却后到60℃以下，再被循环液泵抽出加压进行循环吸收。分出的气体则从分离室顶部出口去。这种吸收设备发明人称之为挤压吸收塔。

由于废气中不可避免地有硅胶析出，故工艺中采用了三个措施以降低硅胶量，并便于清除塔内的硅胶；一是废气进口管保温；二是吸收液进口与喷头间接软管，便于拆卸；三是塔混合室顶部的盖板用可拆卸式的活动盖板。

由于氟硅酸有腐蚀性，因此本工艺中的设备、管道应采用耐腐蚀材料制成，其中，对于湿法膦肥生主气体温度高，吸收塔应采用经防腐蚀处理的钢材制成；管道则多用聚氯乙烯塑料制成。

采用本发明工艺中的挤压吸收塔，吸收效率高于目前国内外的各种吸收设备，单台吸收率可达90％以上，二级吸收可达99％。由于设备结构简单，投资较小，与同规模的泼水轮吸收室流程相比，其投资可降低1/3。系统阻力小，电耗低，产酸浓度可达20％以上；系统密封性好，操作与维修费用低，与同规模的泼水轮吸收室相比，操作费用可降低1/2。本发明的工艺适用于各种规模的酸法磷肥生产企业或磷酸生产厂。

附图1为本发明工艺方法的流程示意图，图中1为挤压吸收塔，2为吸收液循环泵，3为循环液槽；4为旋风分离器，5为引风机，6为带除沫器的尾气烟囱。

附图2为挤压吸收塔结构示意图，1为混合室，2为喷头，3为上锥体，4为喉颈，5为下锥体，6为气液分离室。

实施例：某磷肥生产厂，采用浓酸矿浆法、皮带化成生产过磷酸钙，其废气(浓度达25g/m³)采用挤压氟吸收工艺处理。分两级吸收。废气在进入第一级吸收塔前管道作保温处理，以避免硅胶析出；气体经如流程的吸收后，吸收率达99％，气中含氟低于0.1g/m³，符合废气允许排放的国家标准。尾气经高度为10m的烟囱排放。关键设备挤压吸收塔的尺寸为：混合室X400mmXh640mm；喉颈直径为150mm，下锥体高度：1650mm，总高度2500mm。塔内控制液气比＞10L/m³，吸收液用空气自然冷却后温度＜60℃。所产氟硅酸溶液浓度达23％。采用二级吸收，第二级吸收液达到一定浓度后从循环槽向第一级串酸，第一级吸收液达到一定浓度后则可将氟硅酸液送至氟硅酸贮槽。清水由第二级循环槽加入。