Способ переработки фосфата кальция в фосфорную кислоту и известь или цемент

 

Изобретение относится к промышленности минеральных удобрений и строительных материалов и позволяет упростить процесс, снизить энерго- и трудозатраты и выбросы в атмосферу. Способ включает смешение фосфорнокислой фосфатной суспензии с серной кислотой при продувке суспензии сбросным топочным газом, последующее отстаивание, фильтрование или центрифугирование сгущенной фосфорнокислой сульфатной суспензии, нагрев топочным газом, смешение сульфата кальция с метаном в молярном соотношении метан: сульфат не более 1:4 с получением извести и концентрированного сернистого газа и переработку сернистого газа в серную кислоту, возвращаемую в процесс. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к промышленности минеральных удобрений и строительных материалов и может быть использовано для получения экстракционной фосфорной кислоты и сульфата кальция серной кислоты и извести или цемента.

Известны способы сернокислотного разложения фосфата с получением фосфорной кислоты в гидратном, полугидратном и ангидритном режимах, в которых экстрагирование фосфорной кислоты осуществляют в кинетическом режиме при интенсивном перемешивании суспензии вращающимися мешалками в течение около 8 [1] а обесфторивание и концентрирование фосфорной кислоты осуществляют в несколько стадий с абсорбцией фторсодержащих газов и получением кремнефтористоводородной кислоты [2] последующим осветлением (отстаиванием) упаренной фосфокислоты. После длительного перемешивания (экстрагирования) от фосфорной кислоты отделяют фильтрацией или центрифугированием сульфата кальция (фосфогипс).

Известны способы переработки фосфогипса в серную кислоту и известь термохимической обработкой его топочным газом при неполном сжигании топлива (кокса, мазута, природного газа) с получением разбавленного сернистого газа (8-12 мас. SO₂), содержащего каталитические яды (СО, Н₂S, НF и др.), что усложняет или делает невозможной его переработку в серную кислоту, или обработкой метаном с получением сульфида кальция и элементной серы [3] что также усложняет и удорожает его переработку в серную кислоту. Обработку сульфата кальция метаном осуществляют в шахтной печи после предварительного его нагрева в горизонтальном подогревателе.

К недостаткам известных способов переработки фосфата кальция в фосфорную кислоту, а фосфогипса в серную кислоту и известь или цемент относятся их сложность, большая энерго- и трудоемкость и неэффективность переработки фосфогипса в связи с этим в серную кислоту и известь или цемент. Энергозатраты на 1 т моногидрата серной кислоты и 0,6 т извести составляют по природному газу 357 нм³ и электроэнергии 100 кВт ˙ч.

Целью изобретения является упрощение и повышение эффективности комплексной переработки фосфата кальция в фосфорную кислоту и известь, снижение энерго- и трудозатрат и уменьшение выбросов в атмосферу.

Цель достигается тем, что сульфат кальция (фосфогипс), предпочтительно ангидрит, при обжиге топочным газом смешивают с метаном до мольного соотношения метан сульфат не более 1:4, т.е. в окислительной среде, в межтрубном пространстве струйнотеплообменной печи. Причем потери и недостаток теплоты на термическую диссоциацию сульфата компенсируют сжиганием природного газа и удалением обоженного окисла кальция через трубное пространство печи. При этом получают сернистый газ, не содержащий каталитических ядов, с концентрацией SO₂ около 55 об. а О₂ около 1 об. А фосфорнокислую фосфатную суспензию транспортируют струйным устройством и при смешении с серной кислотой продувают обеспыленным сбросным топочным газом, предпочтительно в присутствии кизельгура, после этого в течение 5-8 ч отстаивают в чашевом экстракторе с гребками. При этом фосфорнокислую фосфатную суспензию одновременно подогревают до 120-140^оС, разлагают, обезвоживают, обесфторивают и обескремнивают. В результате этого отделенную от фосфогипса отстаиванием и фильтрацией фосфорную кислоту получают с содержанием Р₂О₅ около 52 мас. а фтора менее 0,1 мас. фосфогипс в виде ангидрита, а известь с содержанием активной части не менее 80 мас. причем при минимальных энерго- и трудозатратах.

На фиг. 1 изображена принципиальная технологическая схема переработки фосфата кальция в фосфорную кислоту и известь; на фиг.2 струйное устройство для разложения и транспортирования фосфата; на фиг.3 струйная теплообменная печь для термохимического разложения сульфата.

Технологическая схема переработки фосфата кальция в фосфорную кислоту и известь включает прирельсовый бункер 1 или силос с питателем 2 фосфата, под ним струйное устройство 3 для разложения и транспортирования фосфата, соединенный циркуляционным трубопроводом со струйным устройством чашевый экстрактор 4 с гребками, снабженный смесителем 5 и насосами 6 и 7, узел 8 абсорбции фторсодержащих газов, узел 9 фильтрации или центрифугирования сгущенной сульфатной суспензии и соединенную с ним струйнотеплообменную печь 10, соединенную с узлами 11 и 12 соответственно пылеулавливания (отделения) извести и переработки сернистого газа в серную кислоту, а также сборник 13 с насосом 14 продукционной фосфорной кислоты. Струйное устройство 3 для разложения и транспортирования фосфата включает цилиндроконическую камеру 15 смешения, струйный насос 16 и соединенный с ними и с циркуляционным трубопроводом регулятор 17 расхода суспензии, а струйнотеплообменная печь 10 включает корпус с теплообменником 18, встроенный в теплообменник аэратор 19, присоединенный к аэратору диффузор 20, с зазором расположенное под диффузором сопло 21 и каналы 22, соединяющие зазор с межтрубным пространством теплообменника 18.

Переработку фосфата кальция в фосфорную кислоту и известь осуществляют следующим образом.

Фосфатную муку из прирельсового бункера 1 (около 33 т/ч) и рециркулирующую через регулятор 17 фосфорнокислую суспензию из экстрактора 4 (около 30 т/ч) непрерывно смешивают в камере 15 смешения и струйным насосом 16 подают в смеситель 5 (около 200 т/ч). Туда же (в смеситель 5) подают моногидрат серной кислоты (около 33 т/ч) и обеспыленный сбросной топочный газ (около 9200 м³/ч) с температурой около 400^оС. Из смесителя нагретую до 120-140^оС и обесфторенную в течение 10-15 мин жидкую фазу сливают в отстойник-экстрактор 4, а фторсодержащую газовую фазу направляют на узел 8 абсорбции для получения кремнефтористоводородной кислоты. В экстракторе 4 смесь выдерживают при температуре около 100^оС в течение 5-8 ч в диффузионном режиме, при этом осветленную фосфорную кислоту (около 30 т/ч), содержащую около 53 мас. Р₂О₅, непрерывно сливают в сборник 13, сгущенную сульфатную суспензию с Ж:Т около 1:1 (около 90 т/ч) непрерывно подают насосом 7 на узел 9 фильтрации или центрифугирования, а фосфорнокислую суспензию (около 170 т/ч) насосом 6 непрерывно подают в качестве рабочей жидкости в струйный насос 16. Отделенный и промытый горячей водой и 3%-ным горячим известковым молоком ангидрит (около 46 т/ч) непрерывно подают на разложение в струйнотеплообменную десульфуратную печь 10, а фосфорную кислоту (около 46 т/ч) и промывные воды (около 20 т/ч) в экстрактор 4, или фосфорную кислоту (около 30 т/ч) подают в сборник 13, а осветленную кислоту из отстойника-экстрактора 4 при этом не отбирают. При переработке полугидрата установку снабжают второй (дегидратной) струйнотеплообменной печью, что усложняет и удорожает переработку фосфата и сульфата кальция (не обесфторивание и упарку фосфокислоты и дегидратацию полугидрата). В десульфуратной печи ангидрит нагревают в межтрубном пространстве теплообменника 18 до температуры термической диссоциации (950-1050^оС) и смешивают с вводимым через аэратор 19 (около 1900 нм³/ч) природным газом (метаном) в мольном соотношении метан ангидрит не более 1:4, который реагирует с выделяющимся (при термической диссоциации) кислородом. При этом выделяющийся в межтрубном пространстве сернистый газ (около 21,6 т/ч) с температурой около 400^оС направляют на узел 12 переработки в серную кислоту, а известь (около 19 т/ч) по каналам 22 подают в диффузор 20 на смешение с топочным или раскаленным до 1800-2000^оС газом, подаваемым в печь через сопло 21, и через трубное пространство теплообменника под напором до 70 кПа пылегазовую смесь направляют на узел 11 пылеулавливания (отделения) 11 извести, а затем обеспыленный сбросной газ (около 9200 м³/ч) с температурой около 400^оС с узла обеспыливания, а серную кислоту с узла переработки сернистого газа (около 33 т/ч) направляют в смеситель 5 для подогрева, обесфторивания, обезвоживания и разложения фосфорнокислой фосфатной суспензии.

Технико-экономическая эффективность от использования предложенного способа переработки фосфата кальция в фосфорную кислоту и известь состоит в том, что предложенный способ переработки фосфата не имеет твердых и жидких отходов, а по энерго- и трудозатратам превосходит существующие способы получения фосфорной кислоты как в дегидратном, так и в полугидратном режимах, так как разложение фосфата осуществляют в диффузионно-кинетическом режиме, без перемешивания суспензии вращающимися мешалками, одновременно с отстаиванием суспензии. Причем предложенный способ переработки сульфата кальция (фосфогипса) в известь и серную кислоту в сравнении с известными способами получения извести из известняка или мела, а серной кислотой из серы, не требует измельчения и сепарации или плавления, очистки и сжигания исходного сырья. А энергозатраты на получение 1 т моногидрата серной кислоты и 0,6 т извести составляет по газу 82 нм³ (вместо 357 нм³), сжатому воздуху 252 нм³ и выбросам в атмосферу 280 нм³.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФАТА КАЛЬЦИЯ В ФОСФОРНУЮ КИСЛОТУ И ИЗВЕСТЬ ИЛИ ЦЕМЕНТ, включающий обработку фосфата кальция серной кислотой, а отделяемого от фосфорной кислоты сульфата кальция газообразным восстановителем, отличающийся тем, что сульфат кальция нагревают обжиговым газом и одновременно обрабатывают газообразным восстановителем в струйно-теплообменной печи с получением извести или цемента, которые отделяют от обжигового газа и концентрированного сернистого газа, который перерабатывают в серную кислоту, этой кислотой обрабатывают и одновременно продувают обеспыленным отходящим обжиговым газом циркулирующую фосфорнокислотную фосфатно-сульфатную суспензию, затем нагретую суспензию смешивают с промывными водами и отстаивают, получая осветленную, обесфторенную и концентрированную фосфорную кислоту, а выпавший в осадок сульфат кальция отделяют, промывают водой и известковым молоком и направляют на обработку восстановителем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют метан в молярном соотношении метан: сульфат не более 1 4.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку серной кислотой и продувку отходящим обжиговым газом фосфатно-сульфатной суспензии осуществляют в течение 10 15 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фосфат кальция транспортируют фосфорнокислой сульфатной суспензией, циркулирующей через отстойник и струйное устройство, размещенное под бункером фосфата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3