Установка для удаления сульфатов и твердых взвесей из фосфорной кислоты

Изобретение относится к аппаратурному оформлению производства экстракционных фосфорных кислот (ЭФК), используемых для получения кормовых, технических, пищевых, реактивных фосфатов из любых видов фосфатного сырья. Сущность изобретения заключается в установке, которая включает многосекционный реактор для обессульфачивания с мешалками в каждой секции, снабженный линией подачи исходной кислоты и системой подачи кальцийсодержащего реагента, состоящей из последовательно соединенных бункера, дозатора и смесителя, обеспечивающего питание реактора суспензией кальцийсодержащего реагента. Все реагенты подаются в первую секцию реактора. Последняя секция снабжена погружным насосом для откачки реакционной суспензии, соединенным кислотными коммуникациями с двумя тонкослойными отстойниками, работающими параллельно. Отстойники снабжены флокуляторами, пакетом пластин и мешалками и имеют коммуникации для подвода обессульфаченной суспензии, раствора флокулянта и промывной воды, а также вывода осветленной обессульфаченной ЭФК, сгущенной пульпы и промывных вод в сборники, снабженные насосами. Подача реагентов в установку и вывод продукционной и шламовой кислоты осуществляется непрерывно. Наличие функциональных связей, объединяющих аппараты стадии осаждения сульфатов и разделения фаз в единую технологическую установку, позволяет обеспечить непрерывность ее работы, увеличить степень обессульфачивания и удельную производительность по осветлению и улучшить условия эксплуатации. 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к аппаратурному оформлению производства экстракционных фосфорных кислот, используемых для получения кормовых, технических, пищевых, реактивных фосфатов из любых видов фосфатного сырья.

Использование экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), получаемой сернокислотным разложением природного фосфатного сырья для получения указанных целевых продуктов, в которых регламентируется содержание сульфатов, связано с удалением из ЭФК свободной серной кислоты путем осаждения ее в твердую фазу реагентами, содержащими щелочные или щелочноземельные элементы (Са²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Na⁺, K⁺, NН4⁺). Необходимость получения продуктов заданного качества с высоким выходом и интенсивной технологией связано с удалением получаемых при обессульфачивании твердых взвесей путем осветления обессульфаченной ЭФК при разделении фаз и созданием аппаратурно-технологической установки, объединяющей указанные стадии.

Уровень техники

Анализ современного состояния процессов обессульфачивания ЭФК показывает, что удаление SO₄ ^2- осуществляется в основном с помощью реагентов - осадителей на базе щелочных или щелочно-земельных элементов (в подавляющем большинстве соединениями кальция), переходящих в твердую фазу в виде сульфатов (чаще CaSO₄). Необходимость разделения фаз делает процесс обессульфачивания двухстадийным, состоящим из стадий осаждения и осветления, неразрывно связанных друг с другом и протекающих при одинаковой температуре.

Известны способы удаления сульфатов из ЭФК, в которых представлены параметры для осуществления этого процесса, различные реагенты, используемые при этом, а также соотношения компонентов реакции обессульфачивания или осветления (А.с. СССР №1263619, опубл. 15.10.86, Бюл. №38; А.с. СССР №1467034, опубл. 23.03.89, Бюл. №11; Патент РФ №2131842, опубл. 20.06.99, Бюл. №17; Патент РФ №2170700, 2001; Патент РФ №2194667, опубл. 20.12.2002)

Однако в этих способах отсутствуют данные по аппаратурному оформлению и работе конкретных промышленных аппаратов, влияющих на степень превращения в процессах удаления сульфатов и твердых взвесей и обеспечивающих соответствующую удельную производительность. Исходя из этого процесс не может считаться непрерывным, так как время для осуществления различных стадий не одинаково.

В известном способе, взятом за прототип, стадия обессульфачивания состоит из оборудования для обработки суспензии фосфорной кислоты фосфатным сырьем (два реактора и две ступени подачи сырья) и фильтра. (SU 1000394, С01В 25/225, 28.02.1983). Такая установка довольно сложна в эксплуатации в виду многостадийности процесса обессульфачивания и применения фильтра, требующего частых остановок для промывки полотен. Кроме того, по данной схеме не обеспечивается полнота обессульфачивания фосфорной кислоты с 2-3% SO₄ ^2- до 0,6-0,9% в конечной кислоте, что не достаточно для использования ее в производстве фосфатных солей.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение - объединение отдельных стадий удаления сульфатов и твердых взвесей из ЭФК в единую аппаратурно-технологическую установку и обеспечение непрерывности ее работы, увеличение степени обессульфачивания и удельной производительности по осветленной обессульфаченной кислоте и улучшение условий эксплуатации.

На чертеже представлена принципиальная схема установки.

Установка включает многосекционный реактор для обессульфачивания 1 с мешалками 10 в каждой секции, снабженный линией подачи исходной кислоты и системой подачи кальцийсодержащего реагента (компонента) в первую секцию, состоящей из последовательно соединенных бункера 3, дозатора 4 и смесителя 5 для обеспечения «мокрого» питания. Все реагенты подаются в первую секцию реактора. Установка содержит дополнительно два отстойника, соединенных с реактором трубопроводами для подачи реакционной суспензии погружным насосом 11 из последней секции реактора. Тонкослойные отстойники 2 работают параллельно. Отстойники снабжены системой подачи раствора флокулянта, состоящей из бака приготовления флокулянта 6 с подогревом и трубопровода; пакетом осадительных пластин, расположенных под углом к горизонту, а также тихоходной мешалкой, заканчивающейся в нижней части граблиной, и имеют коммуникации для подвода обессульфаченной суспензии ЭФК, раствора флокулянта из бака приготовления 6, промывной воды из бака 8 и вывода обессульфаченной осветленной ЭФК в сборник 7, сгущенной пульпы ЭФК в сборник 9, промывных вод в сборник 8. Все сборники снабжены насосами 11.

Наличие функциональных связей, объединяющих аппараты стадий осаждения сульфатов и осветления при разделении фаз в единую технологическую установку, позволяет решать поставленную задачу.

Установка работает следующим образом.

Исходную ЭФК (неупаренную, упаренную или смешанную), содержащую 34-53% Р₂O₅; 1,5-2,5% SO₃; 1,0-5% твердых взвесей, подают в верхнюю часть первой секции реактора для обессульфачивания. Часть исходной кислоты отделяется от основного потока и подается в смеситель 5 для обеспечения «мокрого» питания реактора суспензией кальцийсодержащего компонента (реагента), которая также подается в первую секцию реактора. Сюда же подведены коммуникации острого пара для нагрева реакционной смеси. Смесь нагревается до 75-95°С и последовательно проходит все секции реактора, отделенные перегородками при интенсивном перемешивании. Конструкция реактора и способ подачи реагентов, а также объем реакционной зоны (время пребывания кислоты 2-3 часа, включая нагрев) позволяет достичь высокой степени удаления сульфатов. После выхода на режим реактор работает непрерывно, то есть одновременно с подачей исходных реагентов осуществляется выход реакционной суспензии из реактора на осветление. Из последней секции реактора 1 обессульфаченная суспензия (5-10% твердых) откачивается погружным насосом 11 на осветление, при этом общий поток разделяется на две равные части, каждая из которых поступает во флокуляторы отстойников 2, работающих параллельно. Во флокуляторах обессульфаченная суспензия смешивается с 0,1%-ным раствором флокулянта (как правило, полимерные акрилаты аммония), получаемого в баке приготовления 6, и происходит коагуляция и укрупнение взвешенных частиц сульфатов. В отстойниках 2 происходит разделение кислот при движении суспензии снизу вверх со скоростью 1,5-6,0 м/ч вдоль осадительных пластин, расстояние между которыми 25-60 мм, противотоком суспензии движутся укрупняемые осажденные частицы взвесей. Таким образом, в результате разделения сверху отстойника (из лотка) выводится основной продукт - осветленная обессульфаченная ЭФК (0,1-0,4% SO₄ ^2-; 0,1-0,4% твердых взвесей), а из нижней конической части - нижний продукт, сгущенная шламовая ЭФК (10-20% твердых взвесей; 0,1-0,4% SO₄ ^2- в жидкой фазе). Отстойники работают непрерывно, оба продукта выводятся одновременно. Относительный выход осветленной кислоты составляет 70-80%. Осветление осуществляется при той же температуре, что и основная реакция обессульфачивания. Осветленная обессульфаченная кислота стекает в сборник 7, откуда насосом 11 откачивается на дальнейшую переработку на ортофосфорную кислоту (ОФК) и ее соли, либо, как товарная кислота, потребителю. Сгущенная шламовая ЭФК стекает в сборник с мешалкой 9, откуда насосом 11 откачивается в производство удобрений для непосредственного получения продуктов с не лимитируемым содержанием твердых.

Непрерывность работы установки в целом подтверждается балансом вводимых в реактор реагентов и выводом обоих продуктов из установки в единицу времени. Удельная производительность отстойников по осветленной обессульфаченной кислоте определяется соотношением объема продукционной ЭФК и объема заполнения отстойника и составляет для заявляемой установки 0,6-1,3 м³/ч·м³. Этому, а также стабильности работы установки, способствует использование двух параллельных отстойников, работающих непрерывно. В случае остановки одного из отстойников на промывку, второй отстойник работает с удвоенной нагрузкой, что позволяет вести работу реактора и установки в целом без остановки (за исключением капитального ремонта), а также улучшить условия эксплуатации за счет повышения межпромывочного пробега до 18-20 суток.

Промывка отстойников в данной установке предусмотрена с использованием циркуляционного контура, в который входят отстойники 2, бак 8 и насос 11.

Пример

Исходную ЭФК (52,5% Р₂O₅; 2,0% SO₃ и 4,0% твердых взвесей) в количестве 38,5 т/ч (23,3 м³/ч) подают в первую секцию реактора (частично через смеситель). Сюда же через бункер, дозатор и смеситель «мокрого» питания подают 1,0 т/ч апатитового концентрата (39,6% Р₂O₅) и острый пар через паровые коммуникации для поддержания температуры ˜80°С. Получаемая реакционная суспензия в реакторе при интенсивном перемешивании последовательно движется из первой секции в последующие, при этом за счет реакции апатита с избыточной серной кислотой происходит образование и осаждение сульфата кальция. Из последней секции реактора полученную суспензию в количестве 40,4 т/ч (24,2 м³/ч; 0,33% SO₃ и 6,4% твердых взвесей) погружным насосом перекачивают на осветление и разделение в тонкослойные отстойники, предварительно разделив на два равных потока. Каждый из двух отстойников имеет объем заполнения 13 м³. Во флокуляторы отстойника одновременно подводят 36 л/ч раствора флокулянта (0,1%-ный раствор ПАА), предварительно приготовленный и подогретый в баке приготовления. При установившемся режиме из каждого отстойника непрерывно выводится 13,3 т/ч осветленной обессульфаченной кислоты (8,3 м³/ч; 52,5% Р₂O₅; 0,33% SO₃ и 0,3% твердых взвесей) в сборник продукционной кислоты, а оттуда - потребителю и по 6,9 т/ч шламовой суспензии (4 м³/ч; 52,5% Р₂O₅; 0,33% SO₃ в жидкой фазе; 18% твердых взвесей) в сборник шламовой ЭФК, а оттуда - в производство аммофоса в качестве сырья.

Установка для удаления сульфатов и твердых взвесей из фосфорной кислоты, включающая реактор для обессульфачивания, снабженный перемешивающим устройством, отличающаяся тем, что реактор снабжен коммуникациями для подачи исходной фосфорной кислоты, греющего пара, а также кальцийсодержащего реагента, и установка дополнительно содержит отстойник, соединенный с реактором трубопроводом для подачи реакционной суспензии и снабженный системой подачи раствора флокулянта, состоящей из бака приготовления флокулянта с подогревом и трубопровода, причем реактор выполнен многосекционным с перегородками и перемешивающими устройствами в каждой секции, первая из которых снабжена системой подачи кальцийсодержащего реагента, состоящей из бункера, дозатора и смесителя, обеспечивающего питание реактора суспензией кальцийсодержащего реагента, а последняя - погружным насосом, соединенным трубопроводами подачи реакционной суспензии в два параллельных тонкослойных отстойника, снабженных флокуляторами и устройствами для непрерывного вывода осветленной обессульфаченной кислоты и шламовой суспензии, состоящими из трубопроводов с регулирующей арматурой, сборников и насосов.