关于磷酸一铵和磷酸二铵项目的工程分析和清洁生产

3工程分析3.1技改项目主要原辅材料及能源3.1.1硫酸生产主要原材料24万t/a硫磺制酸所需主要原材料消耗及来源见表3.1-1。表3.1-1硫磺制酸主要原材料一览表单耗年用量序号名称及规格单位数量单位数量来源1硫磺（含S99.5%）t/t酸0.323万t7.74进口2催化剂（S101、S107型）kg/t酸0.057t13.543进口3轻柴油（热值41860kJ/kg）kg/t酸0.189t44.906省内（开车时用）4电kwh/t酸34.13万度811自建变电所5脱盐水m3/t1.34万m322.166低压蒸汽t/t0.1万t2.4为了取得好的生产技术经济指标和优质产品，固体硫磺符合国家标准GB2449-1992一级品指标，其质量指标见表3.1-2。表3.1-2硫磺质量指标（以干基计）名称S灰分酸度（以H2SO4计）铁砷有机物水成分（%）99.50.040.0050.0030.0010.050.103.1.2磷酸生产主要原材料9万t/a磷酸生产所需主要原材料消耗及来源见表3.1-3。表3.1-3磷酸生产主要原材料一览表单耗年用量序号名称及规格单位数量单位数量来源1磷矿（P2O531%，水份5%）t/t磷酸3.663万t32.97外购2硫酸（98%H2SO4）t/t磷酸2.648万t23.832自产3工艺水m3/t磷酸6.76万m360.84本厂4电kwh/t酸34.13万度811自建变电所5中压蒸汽（0.6MPa）t/t磷酸0.18万t1.62自产6低压蒸汽（0.2MPa）t/t磷酸2.10万t18.9自产原料磷矿石的组成见表3.1-4。表3.1-4磷矿石的组成名称P2O5CaOFe2O3Al2O3MgOFSiO2矿石粒度含量（%）3144~451.51.50.53.01530mm3.1.3磷酸一铵生产主要原材料6万t/a磷酸一铵生产所需主要原材料消耗及来源见表3.1-5。表3.1-5磷酸一铵生产主要原材料一览表单耗年用量序号名称及规格单位数量单位数量来源1磷酸（P2O548%计）t/t磷铵0.51万t3.06自产2液氨（99.6%NH3）t/t磷铵0.127万t0.7623工艺水m3/t磷铵0.1万m36本厂4电kwh/t磷铵17.2万度103.2自建变电所5蒸汽t/t磷铵0.15万t0.9自产3.1.4磷酸二铵生产主要原材料12万t/a磷酸二铵生产所需的主要原材料消耗及来源见表3.1-6。表3.1-6磷酸二铵生产主要原材料一览表单耗年用量序号名称及规格单位数量单位数量来源1浓磷酸（P2O548%计）t/t磷二铵0.495万t5.94自产2液氨（99.6%NH3）t/t磷二铵0.225万t2.7外购3工艺水m3/t磷二铵1.0万m312本厂4电kwh/t磷二铵40万度480自建变电所5蒸汽t/t磷二铵0.15万t1.8自产6硫酸（98%H2SO4）t/t磷二铵0.014万t0.168自产7燃料煤t/t磷二铵0.024万t0.288外购3.2技改项目产品规格本次技改项目主产品有磷酸一铵（简称MAP）、磷酸二铵（简称DAP），副产品有蒸汽、磷石膏，中间产品有硫酸、磷酸。各产品规模及规格情况见表3.2-1。表3.2-1技改项目产品规模及规格一览表装置名称产品名称产量（万t/a）性质规格硫酸24中间产品H2SO4：98%灰份≤0.03%铁（以Fe计）≤0.01%砷（以As计）≤0.005%透明度≥50mmm色度≤20ml硫酸装置过热蒸汽36t/h副产品P=3.8MPat=450℃浓缩磷酸9中间产品P2O5≥48%F≤1.0%SS≤10%磷酸装置磷石膏61.41副产品湿基成分CaSO4.2H2O：62.94%SiO2：7.52%Ca3(PO4)2：0.82%CaF2：1.65%H3PO4(以P2O5计)：1.50%H2SiF6：0.25%H2O：25%Fe2O3：0.15%Al2O3：0.17%磷酸一铵装置磷酸一铵6主产品总氮含量（以N计）≥8.5%有效P2O5≥49%水溶≥42%H2O≤2.0%外观为粉粒状磷酸二铵装置磷酸二铵12主产品总氮含量（以N计）≥18%有效P2O5≥46%粒度（1~4mm）≥90%H2O≤1.5%3.3技改项目装置能力平衡本次技改项目的产品分别有主产品、副产品、中间产品。技改项目投产后，生产装置能力平衡见图3.3-1。图3.3-1技改项目生产装置能力平衡图P2O531%，H2O5%32.97万t/a湿磨65%磷矿浆48.18万t/a二水磷酸（300t/d）P2O527%稀酸9万t/aP2O5磷酸浓缩（300t/d）10%氟硅酸（5.706万/a）磷石膏61.41万t/a去渣场硫磺7.92万t/a硫酸（720t/d）23.832万t/a液氨3.432万t/a液氨站磷酸一铵（6万t/a）3.06万t/a6万t/a肥料级MAP（主产品）磷酸二铵（12万t/a）12万t/a肥料级DAP（主产品）5.94万t/a0.168万t/a3.4技改项目生产工艺及主要设备3.4.1硫酸生产工艺及设备3.4.1.1生产工艺24万t/a硫磺制酸采用的技术方案为：液硫加压过滤、“3+1”两次转化、98%酸干燥、98%中温两次吸收，风机设在干燥塔前，废热回收产中压蒸汽等工艺。生产工序分为熔硫、焚硫、转化、干吸等过程。辅助工序有废热回收、脱盐水工序。过程有三个化学反应：QQQ+⇔++⇔++→[phone]SOHOHSO:SO1/2OSO:SOOS:吸收转化焚硫（1）熔硫固体硫磺由快速熔硫槽熔化，经粗液硫池（加助滤剂）、叶片式压滤器过滤后，得到精制硫送液硫贮槽待用。熔硫工段所有槽、器等设备内均有蒸汽加热管，用0.6MPa饱和蒸汽间接加热或保温，使硫磺保持熔融状态。（2）焚硫液硫贮槽内的液硫自流进入炉前精硫槽，由精硫泵加压后经硫磺喷枪机械雾化，喷入焚硫炉内进行焚烧，所需空气经干燥塔干燥后，由空气鼓风机加压送入焚硫炉，出焚硫炉的高温炉气含SO210.5%、SO30.3%，炉气温度1100℃左右。高温炉气经火管废热锅炉回收热量副产蒸汽，温度降至450℃后进入转化工序。（3）转化转化的目的是将SO2与空气中O2在催化剂作用下生成SO3。转化器为四段式“3+1”两次转化工艺、IIIII换热流程。转化反应为放热反应，采用中间间接换热式降温，以维持适宜的反应温度。经废热锅炉回收热量后的炉气进入转化器一段催化剂层，在转化器内发生反应使炉气温度升高至600℃左右，然后出一段转化器进入高温过热器，在此与由低温过热器来的蒸汽进行热交换，使蒸汽过热，炉气温度下降至455℃后进入第二段催化剂层，炉气继续发生反应，温度升至528℃，出二段催化剂层的炉气进入热热换热器，炉气与来自第一吸收塔并经冷热换热器预热的炉气进行换热，使出二段炉气降温至450℃后进入第三段催化剂层，反应后出三段催化剂层的炉气474℃，依次进入冷热换热器、中温省煤器降温至180℃，此时，完成第一次转化，转化率约为94.2%，然后入第一吸收塔进行吸收反应。从第一吸收塔中吸收了一次反应炉气通过塔顶的除雾器除去其中的酸雾后，依次通过冷热换热器、热热换热器，气体被加热至420℃后进入第四段催化剂层，反应后气体温度升至460℃，总转化率为99.84%。出四段的气体进入低温过热器、低温省煤器，气体降温至160℃后进入第二吸收塔，并经塔顶的除沫器除去其中的酸雾，由70m烟囱排放。（4）干燥、吸收干燥塔一个，吸收塔两个，三塔均为填料塔。干燥、吸收循环系统采用98%酸干燥，第一吸收塔与干燥塔酸共用一个卧式循环槽，第二吸收塔单独使用一个循环槽。酸冷却循环系统由三个相对独立的部分组成。①干燥干燥工序的目的是为焚硫炉提供干燥空气。干燥过程用98%硫酸作干燥剂。空气经过滤除去机械杂质后进入空气鼓风机（由蒸汽驱动），加压后入干燥塔底部，自下而上与塔上喷淋而下的98%酸在填料上充分逆流接触，空气中水分被浓硫酸吸收而干燥，使空气中水分含量0.1g/Nm3，经塔顶除沫器去除酸雾后送焚硫炉，出干燥塔酸流入第一吸收塔与干燥塔酸共用的卧式循环槽。②吸收本次技改工程为两次吸收。第一次吸收：由第三段催化剂层出来的炉气由塔底进入第一吸收塔（一吸塔），与由上而下加入的98%硫酸在填料层上充分逆流接触，炉气中SO3与酸中H2O发生吸收反应，生成硫酸进入循环槽，吸收过程产生的硫酸雾在塔顶被除沫器除去后，炉气返回转化器。第二次吸收：由第四段催化剂层出来经冷却的炉气进入第二吸收塔（二吸塔），过程同一吸塔，生成的浓硫酸进入循环槽，两次吸收完成吸收过程，最终吸收率为99.84%。尾气经除沫器去除绝大部分酸雾后由70m排气筒外排。③酸槽干吸三个塔设一个循环槽，槽内设一隔墙分开干燥塔下塔酸和吸收塔下塔酸。酸的循环过程如图3.4-1所示。图3.4-1酸循环过程示意图干燥塔下塔酸入槽干燥酸侧（温度70℃），由泵抽出送至二吸塔作吸收用酸；一、二吸收塔下塔酸均送至槽吸收酸侧，温度92℃，因此，用泵从槽抽出酸需经干燥塔和一吸塔酸冷却器（用循环水间接冷却）分别冷却至65℃和70℃后，进入干燥塔和吸收塔。随着循环过程的进行，吸收酸侧酸浓度不断升高，需补充工艺水调节酸的浓度。成品酸由二吸塔循环酸泵送出至成品酸冷却器，冷却至40℃后送至成品酸贮槽。（5）余热回收系统整个生产过程发生的三个化学反应均为放热反应，本工程从节能的角度出发尽量回收热量，除在转化器进行冷热气体热交换回收热量维持反应温度外，还直接回收余热。余热回收是从焚烧炉、转化炉一段、三段、四段出口气中回收热量。回收方案：为了充分回收硫酸生产系统的高温和中温余热，按不同温度及热量采用不同的方式。本方案由废热锅炉、高温过热器、低温过热器、中温省煤器、低温省煤器等五个热量回收设施组成，余热锅炉置于焚烧炉后、高温过热器置于转化器一段出口、低温过热器和低温省煤器置于四段出口、中温省煤器则置于三段出口冷热换热器后。产出3.82MPa、450℃的中压过热蒸汽36t/h，其中16t/h用于硫酸空气鼓风机背压蒸汽透平用汽，送1500KW背压式汽轮发电机组发电后排出的0.6MPa背压蒸汽36t/h，送入工厂的低压蒸汽管网，送磷酸和磷铵系统使用。流程叙述如下：由脱盐水站来的脱盐水送吸收酸泵冷却入干燥塔泵冷却入一吸塔水一吸塔下塔酸二吸塔下塔酸干燥塔下塔酸泵入二吸塔成品酸冷却器成品酸槽干燥酸除氧器，温度升至104℃，然后由泵分为两路，一路至低温省煤器和中温省煤器加热至228℃后，入废热锅炉汽包（另一路至高温过热器喷水减温器、鼓风炉透平后减温装置，用于调节各处蒸汽的温度。），沿下降管进入锅炉本体，受热水管被加热蒸发为汽，汽水混合物沿上升管回至汽包，在汽包内水汽分离（锅炉为火管锅炉，水为自然循环）。饱和蒸汽由汽包上部引出，送低温过热器、高温过热器加热后形成过热蒸汽，从高温过热器集汽联箱引出送鼓风机透平及发电机组等蒸汽用户。（6）系统工艺流程系统工艺流程见图3.4-2。硫磺快速熔硫过滤精硫槽蒸汽冷凝水硫磺渣（XS1）焚硫过滤空气风机过热蒸汽低压蒸汽送用户干燥塔98%H2SO4循环槽余热锅炉转化器一段二段三段四段炉气高温过热器过热蒸汽送风机热热换热器冷热换热器中温省煤器一吸塔98%H2SO4循环槽低温过热器低温省煤器脱盐水脱盐水蒸汽二吸塔98%H2SO4循环槽产品硫酸冷却尾气XG1冷却水冷却回水产品硫酸图3.4-2硫酸带污染点的工艺流程图（XG—废气；XS—固体废物）3.4.1.2主要设备硫酸生产装置主要设备见表3.4-2。表3.4-2硫酸装置主要设备一览表序号设备名称规格及型号台（套）数备注1快速熔硫槽Φ4500×8300，V=53m3，加热面积F=130m2，搅拌浆电机N=11.0KW2台2粗液硫池12000×7000×1600，V=168m3，F=90m2，搅拌浆N=7.0KW1台3精硫地下槽3000×2500×1600，V=12m3，F=10m21台4液硫贮槽Φ16000×15000，V=3000m3，加热面积F=400m2，1台5精硫泵7.2m3/h，H=25.5m1台6过滤器F=50m2叶片式1台7余热回