濕法磷酸裝置尾氣洗滌系統技改總結

謝祖義，李 進

(湖北省黃麥嶺磷化工有限責任公司 湖北大悟 432818)

湖北省黃麥嶺磷化工有限責任公司濕法磷酸裝置采用二水法生產工藝技術，設計生產能力為93 kt/a(以P2O5計),于1996年6月建成投產。2004年4月，濕法磷酸裝置完成擴能技改，裝置生產能力達到160 kt/a。該濕法磷酸裝置利用黃麥嶺礦山低品位錳質磷灰巖(含P2O5質量分數5.0%～12.5%、MgO質量分數1.0%～4.5%、MnO質量分數1.0%～5.0%)經正浮選工藝生產出高品位磷精礦(含P2O5質量分數33.0%～34.0%、氟質量分數2.8%～3.0%)作為原料生產磷酸，磷酸反應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，經洗滌后的含氟尾氣由尾氣風機抽至煙囪排放。隨著國家環保要求越來越嚴，排放尾氣中的H2F含量經常超標，影響周邊環境，故投資建設了氟硅酸回收裝置并對磷酸尾氣洗滌裝置進行了升級改造，既解決尾氣治理的環保問題，又實現氟資源的綜合利用。

1 改造前磷酸尾氣洗滌系統工藝流程

如圖1所示，來自反應槽、過濾機進料處的含氟尾氣經收集風管進入臥式錯流洗滌器洗滌，洗滌液通過地槽泵送至石膏再漿槽，再由石膏泵送至磷石膏渣場。

2 磷酸尾氣洗滌系統存在的問題

(1) 尾氣洗滌器頻繁堵塞

磷酸尾氣洗滌系統選用的臥式錯流洗滌器包括洗滌段和除霧段，洗滌段設置3組進口聚丙烯填料。在洗滌過程中，池水與氣相中的四氟化硅反應生成的二氧化硅極易堵塞風管和洗滌器內的填料，一旦出現堵塞將導致反應槽呈正壓，含氟氣體覆蓋整個生產廠房，存在安全和環保事故隱患，此時系統必須停車清理。

圖1 改造前濕法磷酸裝置尾氣洗滌系統工藝流程

(2) 磷酸尾氣風機振動大

臥式錯流洗滌器氣體進出口設計壓差為3.5 kPa,以維持反應槽微負壓操作。由于臥式錯流洗滌器堵塞頻繁，清理工作量大，嚴重影響磷酸裝置的正常運行。為了減少系統停車次數以提高開車率，從臥式錯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機抽走，同時造成風機葉輪被硅膠黏結而導致葉輪失衡、腐蝕，風機出現劇烈振動。

(3) 冬季回水泵結垢嚴重，池水量不足

由于反應和過濾系統的氟不能實現回收，大部分氟進入池水系統，經反復循環富集，池水含氟質量分數達0.80%，遠超設計值(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，不能滿足稀酸生產要求，每周需拆泵清理1次。

3 磷酸尾氣洗滌系統改造措施

3.1 改造原則及總體思路

充分利用現有設備，以尾氣量45 000 m3/h(標態)為基準，結合生產現場空間布局，對磷酸尾氣洗滌系統進行改造，即增加1臺Φ2 000 mm×13 000 mm旋風洗滌塔及配套的循環泵和噴頭，將一級洗滌改造為兩級洗滌，吸收的氟硅酸用于生產氟硅酸鈉。

3.2 改造后磷酸尾氣洗滌系統工藝流程

如圖2所示，來自反應槽、過濾機進料處的含氟尾氣首先切向進入旋風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入臥式錯流洗滌器，經工藝水二次洗滌后由風機抽至煙囪排入大氣；當臥式錯流洗滌器的洗滌液相對密度達到1.04(含氟硅酸質量分數約4.5%)時打開臥式錯流洗滌器循環泵出口排放閥，將洗滌液送至旋風洗滌塔下部循環槽；當旋風洗滌塔循環槽內循環液相對密度達到1.08(含氟硅酸質量分數10.0%～12.0%)時打開旋風洗滌塔循環泵B出口排放閥，將回收的氟硅酸送至澄清槽A，經離心分離硅膠后的氟硅酸依次進入收集槽、澄清槽B后用于生產氟硅酸鈉。

3.3 臥式錯流洗滌器的防堵改造

原臥式錯流洗滌器內分為洗滌段和除霧段，洗滌段設置3組填料，每組填料有4只噴頭噴淋洗滌；除霧段設置1組塑料絲網，防止尾氣夾帶洗滌液。由于尾氣經洗滌后生成大量的SiO2堵塞填料，大大降低了洗滌效果，而且造成系統阻力大、風機能耗高。改造后拆除了全部填料，將原12只不銹鋼實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，而且螺旋噴頭相對實心錐形噴頭不易堵塞、便于清理。

3.4 優化工藝操作指標，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標，重點控制兩級洗滌的洗滌液濃度和溫度指標。當臥式錯流洗滌器洗滌液的氟硅酸質量分數按<4.0%控制時，旋風洗滌塔下部循環槽液位將快速上升，氟硅酸質量分數難以達到10.0%的要求，更為嚴重的是在旋風洗滌塔進氣口形成“液封”而堵塞氣體進塔通道；當臥式錯流洗滌器洗滌液的氟硅酸質量分數>5.0%時，氟收率下降，風機出口尾氣氟含量超標。經分析對比，確定臥式錯流洗滌器洗滌液溫度控制在50～55 ℃、氟硅酸質量分數控制在4.0%～5.0%為宜。當洗滌液中的氟硅酸質量分數提高至4.0%～5.0%時，用泵送至旋風洗滌塔循環槽繼續吸收提濃；當地槽液位降至約20%時，關閉輸出閥，然后補充工藝水，往復循環。

圖2 改造后磷酸尾氣洗滌系統工藝流程

在循環洗滌過程中，每隔30 min人工監測臥式錯流洗滌器洗滌液和旋風洗滌塔循環槽內循環液的相對密度，當臥式錯流洗滌器洗滌液相對密度達到1.04時，將洗滌液送至旋風洗滌塔循環槽，確保排放尾氣中氟含量達標；當旋風洗滌塔循環槽內循環液相對密度達到1.08時，將循環液排至澄清槽A，以提高氟吸收率。

4 改造效果

(1) 反應槽和過濾機區域均處于微負壓狀態，消除了生產現場“冒氣”現象，生產環境得到根本性改觀；經檢測，排放尾氣中含氟質量濃度為20 mg/m3,達到了《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297—1996)中對HF排放的要求。

(2) 尾氣風機運行平穩，機殼和葉輪結垢量極少，清理周期由每周1次延長至每隔4個月1次，減輕了操作人員的勞動強度，開車率大幅提高，每年減少維修費用超過50萬元。

(3) 取消臥式錯流洗滌器內的填料后，內壁結垢現象不復存在，系統壓差在2 kPa以內，洗滌效果改善，不僅降低了動力消耗，而且年可減少填料費用30萬元。

(4) 系統產生的含氟氣體大部分得到回收利用，旋風洗滌塔每班可排放循環液6次，日產氟硅酸3.9 t，年產氟硅酸1 345 t，可多生產氟硅酸鈉1 495 t。該技改投資為65萬元，年可增加經濟效益180萬元。

5 結語

通過對濕法磷酸尾氣洗滌系統進行改造、規范操作指標，使氟硅酸產量得到大幅提高，既改善了生產環境、降低了操作人員的勞動強度，又創造了良好的社會效益和經濟效益。