磷酸二氫鉀生產裝置氯化銨結晶體系穩定運行優化技術

周秀梅，孫貴興

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南開遠661600）

云南云天化紅磷化工有限公司3萬t/a磷酸二氫鉀生產裝置系采用有機溶劑萃取法生產磷酸二氫鉀。有機溶劑萃取法生產磷酸二氫鉀，是根據有機溶劑（M）對不同化合物具有不同溶解度的特性，選擇性地使用有機溶劑進行萃取分離，來制取磷酸二氫鉀。其是在合適的有機溶劑存在下，采用氯化鉀和磷酸反應，生成的鹽酸被萃取劑萃取到有機溶劑中，磷酸二氫鉀溶液與M·HCl經過分相分離從水相中結晶出來，經過洗滌、干燥得到磷酸二氫鉀產品，母液循環使用；M·HCl由反萃劑（S）從有機相中反萃出來，萃取劑循環使用，S·HCl被加工成氯化銨產品［1］。

在磷酸二氫鉀生產過程中，萃取劑會包裹、夾帶一定量磷酸二氫鉀漿液（含有不溶于水的固體物質）進入反萃工序，致使反萃得到的氯化銨液中夾帶少量的水不溶物進入氯化銨濃縮及結晶工序。隨著氯化銨體系開車時間的延長，體系內水不溶物不斷累積，達到一定程度后導致結晶系統料液黏稠、密度上升，制約了氯化銨結晶顆粒的生成。最終生成的氯化銨結晶顆粒細小，在離心機分離時，小的結晶顆粒易堵塞氯化銨離心機濾網，導致氯化銨不能正常取出，影響了氯化銨濃縮結晶體系的運行。

從裝置的運行情況來看，氯化銨結晶系統每運行10 d左右，就得停車對氯化銨結晶系統內的母液進行油水分離、升溫溶解、過濾處理，每次處理時間需要4～6 d，致使裝置開車率低，成為磷酸二氫鉀裝置長周期穩定運行的制約因素。

1 優化改造方案

為改善氯化銨的結晶粒度、延長氯化銨結晶體系的運行周期，從氯化銨原液品質、油水分離、氯化銨結晶器濾網、氯化銨結晶器管道等方面進行了優化改造。

1）氯化銨原液品質優化。氯化銨原液中水不溶物不斷累積是制約氯化銨結晶體系長周期穩定運行的關鍵所在。為延長氯化銨結晶體系的運行周期，改善氯化銨原液品質、降低氯化銨原液的水不溶物含量成為首要任務。改進措施是，在氯化銨原液進入氯化銨濃縮系統之前增加一臺XMY50/800-UB型過濾面積為50 m2板框壓濾機，即在氯化銨原液槽至氯化銨貯槽的管道中接一支管進入新增板框壓濾機，濾液進入氯化銨污水儲槽，氯化銨清液用泵打至氯化銨貯槽；濾餅卸至地面，經人工拉至渣場。氯化銨原液品質優化工藝流程圖見圖1。該方法實施后，氯化銨板框壓濾機每天至少卸料3～5次，每次卸料量為2～3 t，氯化銨原液中固相質量分數由3%～5%降低至1%左右，提升了氯化銨原液品質。

圖1 氯化銨原液品質優化工藝流程圖

2）氯化銨液油水分離設施優化及改造。在磷酸二氫鉀生產過程中，由于反萃分相槽分相效果不理想，氯化銨液攜帶少量萃取劑進入氯化銨濃縮及結晶工序，隨著裝置運行時間的延長，氯化銨結晶器內萃取劑越積越多，致使結晶器表面漂浮一層油狀萃取劑，最終隨著母液進入離心機，導致離心機濾網堵塞，離心、分離難度增加。改進措施是，利用裝置原有的二級洗水槽作為氯化銨原液的油水分離槽，在分離槽上部安裝高位溢流管。定期控制油水分離槽處于高液位，從而使分離后的萃取劑從高位溢流管溢流至萃取劑回收槽。油水分離后的氯化銨液一部分進入氯化銨濃縮體系，另一部分返回反萃工序作為反萃液。該方法實施后，氯化銨原液中的萃取劑攜帶量（質量分數）由2%～3%降低至1%以內，一定程度上減少了氯化銨原液中萃取劑的攜帶，降低了萃取劑的消耗。相應減少了進入氯化銨濃縮、結晶工序的萃取劑攜帶量，改善了氯化銨的結晶環境。

3）氯化銨離心機濾網規格以及濾網與推料面間隙的調整。氯化銨結晶系統配套的離心機為活塞式連續推料離心機，經過不斷地調試和摸索，尋找出濾網的規格與氯化銨顆粒粒度不匹配、濾網與推料面的間隙過大是離心機運行過程中頻繁出稀料的重要原因。氯化銨離心機濾網孔徑原設計為0.12 mm，因氯化銨結晶顆粒細小，易堵塞濾網，濾液不能及時流出，致使氯化銨頻繁出稀料。改進措施是，將離心機濾網的孔徑由0.12 mm更換為0.18mm。氯化銨離心機推料面與轉鼓的間隙經測量為0.6 mm。改進措施是，將推料面與轉鼓的間隙控制在0.2～0.3 mm，最大不能超過0.4 mm。

4）氯化銨結晶器高位溢流管的優化。氯化銨結晶器高位溢流管原設計為DN150鋼襯PO管（聚烯烴管），管道布置無坡度，整條管道上有多個彎頭，溢流不暢，經常堵塞。而且管道架空于橋架上空，清理難度大，安全風險高。在此情況下氯化銨結晶器內的物料不能正常溢流至母液槽，結晶器表層附積了細小的粉未，導致結晶器表面液體黏稠，漂浮的細晶得不到長大，液下泵將表面的料液吸入至外置循環冷卻器中。外置循環冷卻器在降溫過程中，氯化銨晶體長大，在列管內結晶，將換熱器列管堵塞，影響換熱效率。為此對氯化銨結晶器高位溢流管進行了改造，采用DN250的PP（聚丙烯）管代替原有的鋼襯PO管，管道上方開了清理孔，方便清理管道。而且整條管道均有5%的坡度，取消了原有的彎頭。該方法實施后，沒有出現過堵塞情況。

5）氯化銨母液細晶消除優化。因氯化銨漂浮的結晶顆粒細小，從離心機穿濾的細晶和結晶器頂部溢流產生的細晶不斷地在結晶器內體系打轉，在結晶器內不易沉降，結晶器處于一種全混流狀態，在結晶冷卻循環泵作用下，細晶易在換熱器內部結晶，堵塞列管。為解決此問題，將細小粉末晶體通過泵返回濃縮系統，重新加熱，將細晶高溫溶解，形成過飽和液，重新進入結晶器結晶。為消除過多細晶，將母液槽返回的氯化銨母液由返回氯化銨貯槽直接改為進入氯化銨濃縮一效換熱器，減少了氯化銨細晶在原液槽的沉積。

6）氯化銨回流管優化改造。氯化銨結晶器采用傳統的OSLO結晶器，生產過程中結晶器晶床分布情況及結晶器成長區的晶體成長情況不得而知，給生產操作帶來極大困難。若取晶量過大，結晶器成長區晶體固含量低，不利于結晶過飽和度的消除，且晶體不易長大。若取晶量過少，結晶器內固含量過高，補充進入結晶器的母液自發成核幾率增大，容易產生細晶。改進措施是，在氯化銨結晶器出料管上搭接一根DN50不銹鋼回流管，在生產過程中取樣觀察氯化銨結晶器出料固含量情況來判斷結晶器取料的多少，為氯化銨結晶器的穩定運行提供了保障。

7）冷卻結晶工藝指標摸索及優化。氯化銨結晶器采用傳統的OSLO結晶器，外置循環冷卻器操作控制極為重要，結晶器在運行期間母液均為運行溫度下的飽和溶液。在生產過程調試階段，氯化銨外置循環冷卻器多次出現冷卻器列管堵塞情況。經過不斷摸索和驗證，認為母液溫度與冷卻水溫度梯度過大是導致氯化銨母液在列管換熱器中結晶堵塞換熱器列管的重要原因，結晶母液與冷卻水溫差應控制為2～6℃。由于溫度控制合理，換熱器列管堵塞幾率大大降低。

對氯化銨結晶體系進行改進以后，促使體系得以穩定運行，提高了裝置的運轉率，改造后裝置的月開車率由40%～50%上升至75%以上。

2 結束語

對磷酸二氫鉀生產裝置的氯化銨結晶系統進行了以下改進：

1）對氯化銨原液增加了過濾設施，氯化銨原液中水不溶物質量分數從3%～5%降低至1%以內，很大程度上改善了氯化銨原液的品質，為氯化銨結晶運行提供了良好的操作條件。

2）對活塞式連續推料離心機濾網的規格以及濾網與推料面的間隙進行了調整，保證了氯化銨的正常取料。

3）對氯化銨高位溢流管和回流管進行了優化改造，為結晶器的穩定運行提供了保障。通過對氯化銨結晶體系進行優化改進，裝置的月開車率由40%～50%上升至75%以上。