[发明专利]无含氟尾气排放的湿法磷酸工艺与氟硅酸加工方法

摘要

一种无含氟尾气和废热排放的湿法磷酸与氟硅酸生产方法，适用于硫酸分解磷矿石制P₂O₅含量为18%~43%的湿法磷酸工艺、以及湿法磷酸蒸发浓缩制P₂O₅含量不超过54%的浓缩磷酸技术。本发明方法使湿法磷酸工艺系统与大气及水环境相隔绝，用清洁的载热工质汽化‑冷凝循环或利用热泵回收反应热和冷凝热为磷酸浓缩提供热源，用含氟蒸汽冷凝与氟硅酸浓缩相耦合的方式生产浓度大于15%的氟硅酸，从而实现封闭式湿法磷酸生产，无含氟尾气和废热排放，不需外供热源即可生产P₂O₅含量不超过54%的浓缩磷酸和浓度不低于15%的氟硅酸。

主权项

1.一种与大气及水环境相隔绝的湿法磷酸工艺系统，其特征在于用清洁载热工质汽化‑冷凝循环回收利用反应热和冷凝热、用含氟蒸汽冷凝与氟硅酸浓缩相耦合的方式生产浓度不低于15%的氟硅酸、两效蒸发浓缩生产P2O5含量不低于42%的浓缩磷酸并回收逸出的含氟气体；用清洁载热工质汽化‑冷凝循环回收利用反应热，是采用两个结构相同的直立壳管式换热器管程顶端用回弯管连接为一体、组成倒U型虹吸换热器、两底端分别穿过酸解反应器和回浆罐的密闭顶盖伸入浆料液面以下1m之内；用回浆泵把酸解浆料从酸解反应器输送到回浆罐，密闭的回浆罐与酸解反应器二者气相空间相通、前者浆料液面比后者高0.5m以内；倒U型虹吸换热器总高9m之内，运行前使浆料充满全管程，运行时由入口端所在浆料液面与出口端所在浆料液面高差推动、浆料以1.0m/s以上的管内流速从入口端向出口端连续流动、对流放热，热量通过管壁传递给管外壳程汽化的清洁载热工质、实现热量输出和浆料冷却，浆料降温3~5℃，浆料温度与载热工质汽化温度之差不大于15℃；用清洁载热工质汽化‑冷凝循环回收利用冷凝热，是采用热泵循环进行湿法磷酸两效蒸发浓缩，含P2O5 20%~28%、含F 1.5%~2.0%的稀磷酸被加热到42~50℃在二效蒸发罐内蒸发浓缩，逸出的含氟水蒸汽经二效回路含氟气体冷凝及氟硅酸蒸发浓缩、蒸汽除沫分离后在二效壳管式换热器管程冷凝放热通过管壁传递给管外壳程的清洁载热工质，使其在36℃以上汽化、经过二效载热工质热泵加压使其饱和温度提高到85℃以上，送往一效加热器的壳程冷凝放热为一效蒸发浓缩提供热源、冷凝后的载热工质通过一效工质泵实现一效供热循环；而一效蒸发罐内逸出55~65℃的含氟水蒸汽经一效回路含氟气体冷凝及氟硅酸蒸发浓缩、蒸汽除沫分离后在一效壳管式换热器管程冷凝放热使管外壳程的载热工质在50℃以上汽化、直接送往二效加热器的壳程冷凝放热为二效蒸发浓缩提供热源、冷凝后的载热工质通过二效工质泵实现二效供热循环；用含氟蒸汽冷凝与氟硅酸浓缩相耦合的方式生产浓度不低于15%的氟硅酸，是使酸解反应逸出的含氟气体氟含量折算为SiF4不超过1.0 v%，进入冷凝塔底部与从冷凝塔顶部喷入的温度低于50℃、液/气比大于0.01 m3/m3的氟硅酸水溶液逆流传热传质降入冷凝塔液封槽、温度低于55℃、H2SiF6质量含量不低于14.0 m%、通过一根伸入液封槽液面下2m以内的升液管提升到距该液面8.5m以内的高度进入闪蒸塔绝热闪蒸降温浓缩、H2SiF6质量含量提高到15.0 m%以上、温度降低到50℃以下、自动下降到闪蒸塔液封槽，用氟硅酸泵加压送往冷凝塔循环、同时作为产品输出的氟硅酸含氟总量大于酸解反应器逸出氟总量的93%；两效蒸发浓缩生产P2O5含量不低于42%的浓缩磷酸并回收逸出的含氟气体，是从二效循环泵与二效蒸发罐之间加入P2O5含量20%~28%、F含量1.5%~2.0%的稀磷酸，通过二效加热器管程、以一效壳管式换热器壳程产生的50℃以上载热工质蒸汽为热源加热到42~50℃、在二效蒸发罐内蒸发浓缩到P2O5含量31%以上送往一效蒸发罐、通过一效加热器管程以二效壳管式换热器壳程产生并经热泵加压至饱和温度85℃以上的载热工质蒸汽为热源、加热到80℃以上继续蒸发浓缩至P2O5含量不低于42%的浓缩磷酸产品；二效蒸发罐逸出的含氟水蒸汽温度40~48℃、除沫后气相氟含量不超过0.5 v%，通过二效回路的冷凝塔、冷凝塔液封槽、闪蒸塔、闪蒸塔液封槽、壳管式换热器、气液分离器、冷凝水槽和氟硅酸泵构成的含氟气体冷凝及氟硅酸蒸发浓缩操作，生产H2SiF6质量含量15.0 m%以上的氟硅酸；一效蒸发罐逸出的含氟水蒸汽温度55~65℃、除沫后气相氟含量不超过0.5 v%，通过一效回路的冷凝塔、冷凝塔液封槽、闪蒸塔、闪蒸塔液封槽、壳管式换热器、气液分离器、冷凝水槽和氟硅酸泵构成的含氟气体冷凝及氟硅酸蒸发浓缩操作，生产H2SiF6质量含量15.0 m%以上的氟硅酸。