книги из ГПНТБ / Розенберг Е.Х. Горючие, тепловые отходы и энерготехнологическое комбинирование в фосфорной промышленности

дом и углекислым газо.м — продуктом сгорания окиси, угле­ рода в погруженном факеле, покидает окислительную зону реактора с температурой .несколько выше температуры рас­ плава (1600—1650°С).

1 епла от сжигания топливоокислительной смеси в погру­ женном факеле и от окисления фосфора до фосфорного ангид­ рида в пенном слое вполне хватает на проведение эндотер­ мической реакции восстановления фосфора и восполнение теп­ ловых потерь через гарнисоажные стенки реактора.

Теплообмен между верхними и нижними слоями расплава протекает благодаря интенсивному перемешиванию расплава от барботажного воздействия факела, погруженного в верх­ ние слои расплава. Смесь окиси углерода, углекислого газа и фосфорного ангидрида после реактора охлаждается до тем­ пературы 400—450°С в теплообменнике специальной конструк­

всборники. Туманоіобразіная фосфорная кислота улавливается

вэлектрофильтрах. Смесь окиси углерода и углекислого газа компрессором сжимается до необходимого давления и по­ дается в аппарат разделения газа, после которых углекислый газ направляется на переработку или выбрасывается в атмо­ сферу, а окись углерода возвращается для сжигания в окис­ лительной зоне реакторе.

Тепло уходящих газов из плавильного устройства исполь­ зуется для подогрева шихты в шахтной или вращающейся печи. После чего газы направляются в отделение улавливания фтора, а затем выбрасываются в атмосферу.

К рассматриваемому методу в полной мере относятся все преимущества, отмеченные при описании метода получения термической фосфорной кислоты из гранулированной моно­ шихты в шахтной печи.

Краме того, энерготехнолотмчеокий агрегат конвертерного типа позволяет значительно интенсифицировать процесс, а применение в качестве окислителя в плавильной и реакцион­ ной зоне кислорода сократит расход топлива на приготовление расплава и уменьшит капиталовложения в улавливание фос­ форной кислоты и1 фтор'а.

Ниже в таблицах 12 и 13 приведены расходные коэффи­ циенты и технико-экономические показатели энерготехнологического метода получения термической фосфорной кислоты в аппаратах конвертерного типа.

84

Т а б л и ц а ' 12

Расходные коэффициенты на 1 т Р20 5 энерготехнологнческого процесса получения термической фосфорной кислоты в аппаратах конвертерного типа

85

4. Энерготехнологический метод получения поли­

фосфорной кислоты из желтого фосфора с выработ­ кой пара

Пр.п существующей тех-нолоши получения термической фос­ форной кислоты (циркуляционный метод) увеличение концент­ рации конечного продукта связано с большими трудностями. Обычная товарная кислота имеет концентрацию 55% по Р2О5. Для повышения концентрации эта кислота подвергается до­ полнительной обработке — упариванию. Более высокая кон­ центрация кислоты может быть достигнута при производстве фосфорной кислоты по теплообменной схеме. Но при этом, нз-за низкого коэффициента полезного действия парогенера­ тора, не представляется возможным полная утилизация тепла сгорания фосфора. Полная утилизация тепла сгорания фос­ фора достигается при энерготехнологическом способе полу­ чения фосфорной кислоты с выработкой пара. Весь процесс по этой схеме идет в одном аппарате. Организация процесса позволяет утилизировать не только тепло сгорания фосфора, но и тепло гидратации фосфорного ангидрида водой (тепло гидратации до Н3 РО4 составляет 750 ккал в пересчете на кило­ грамм фосфора).

ЭнерготехнолоГнческая схема получения термической фос­ форной кислоты позволяет, наряду с использованием выделя­ емого в процессе тепла, получать кислоту любой заданной концентрации, которая ограничивается величиной 106% по НзРСБ только из-за трудностей транспортировки кислоты бо­ лее высокой концентрации, при нормальной температуре уже не являющейся жидким продуктом. Кроме того в энерготехнологпческом агрегате представляется возможность замены воз­ духа идущего на окисление фосфора кислородом. Это позво­ лит работать практически без уноса пыли кислоты, что в свою очередь позволит отказаться от оснащения установки специ­ альными электрофильтрами для его улавливания.

На рис. 27 показан энерготехнологический агрегат для про­ изводства іполифосфорной кислоты.

Фосфор под давлением по обогреваемому трубопроводу подается через специальные форсунки в циклонную топку, где испаряется и сгорает в токе подогретого технического кисло­ рода. Циклон представляет собой охлаждаемую трубную по­ верхность, являющуюся кипящим экономайзером котла.

В циклоне обеспечивается хорошее перемешивание паров фосфора с оікислителем-кислородом, что позволяет снизить

86

і

Рис. 27. Энерготехнологическая схема получения фосфорной кислоты высокой концентрации:

.1 — циклонная топка; 2 — котел; 3 — кам ера гидратации; 4 — подогреватель кислорода; 5 — вентилятор; 6 — конденсатор; 7 — поддон;

Применение в качестве окислителя подогретого кислорода приводит к резкому повышению температуры в ядре горения

( I 4000°С).

Продукты сгорания, представляющие собой почти чистый фосфорный ангидрид проходят через котел и попадают в ка­ меру, где .в ангидрид подается водяной пар на реакцию обра­ зования фосфорной кислоты. При этом температура образо­ вавшихся паров фосфорной кислоты несколько увеличивается за счет выделившегося тепла гидратации фосфорного ангид­ рида. Пары кислоты охлаждаются в подогревателе кислорода и затем конденсируются в охлаждаемом воздухом конденса­ торе.

Воздух через конденсатор продувается вентилятором. Кон­ денсатор выполнен из графитовых труб, тан как горячая ( ^-200°С) фосфорная кислота является сильным корродиру­ ющим агентом по отношению к металлическим конструкцион­ ным материалам.

S7

Ввиду того, что при температуре конденсации вязкость полифосфорной кислоты незначительна, коэффициент тепло­ передачи в конденсаторе будет достаточно высоким (по рас­

чету 15—20-^ѵ—-с°С ). Кислота собирается в поддоне и

через гидрозатвор направляется в емкость-хранилище, а от­ туда подается на отправку в железнодорожные цистерны.

Небольшое количество неоконденоировавшихся газов в ви­ де избыточного кислорода и примесей отсасывается специ­ альным насосом, создающим в конденсаторе разряжение по­ рядка 50 мм вод. от.

В таблице 14 приводятся расходные коэффициенты на 1 т фосфорной кислоты по энерготехнолотической схеме.

Т а б л и ц а 14

Расходные коэффициенты на 1 г фосфорной кислоты (100% Н3РОД по энерготехнологическому методу с вы­ работкой пара

Предварительная технико-экономическая оценка энерготехнологического метода получения полифоофорной кислоты показала, что-новая технология позволяет значительно сокра­ тить затраты на оборудование, здания и сооружения.

Снижаются эксплуатационные расходы (отпадает потреб­ ность в системах охлаждения). Одновременно увеличиваются расходы на сырье (кислород). Однако, за счет тепла реакции вырабатывается дополнительно технологический пар.

Без учета экономии за счет получения товарного продукта более высокого качества (полифосфорная кислота с концен­ трацией более 100% по Н3 РО4 ), внедрение энерготехнологиче­ ской схемы снизит себестоимость фосфорной кислоты более

88

чем на 10%, а экономический эффект от внедерния примени­ тельно к Джамбулскому заводу двойного суперфосфата со­ ставит около 6 млн. руб.

Ниже в таблице 15 приведены технико-экономические по­ казатели эяерготехнологаческого процесса получения терми­ ческой фосфорной кислоты с выработкой пара.

Т а б л и ц а 15

Технико-экономические показатели энерготехнологического процесса получения термической фосфорной кислоты из желтого фосфора с выработкой пара

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективы развития в СССР производства фосфорных солей и удобрении нашли свои отражения в решениях XXIV съезда КПСС и в Государственном плане развития народного хозяйства СССР на 1971 — 1975 гг. В частности придается большое значение развитию промышленности комплексных концентрированных удобрений, производство которых у нас в стране резко увеличивается, что вызвано все возрастающей потребностью в них народного хозяйства.

Для производства концентрированных фосфорных удобре­ ний в качестве промежуточного продукта применяется фос­ форная кислота, вырабатываемая, как известно, двумя спо­ собами — экстракционным (сернокислотным) и термическим, развитие которых происходит параллельно. Возможности ис­ пользования указанных способов производства фосфорной кислоты в основном определяются характером фосфатно-сырь­ евой базы.

Фосфатные ресурсы СССР позволяют развивать производ­ ство фосфорной кислоты в масштабах, превышающих мас­ штабы ее выработки в зарубежных странах. Однако, большая часть отечественных фосфатных руд отличается сравнительно низким содержанием полезного вещества (Р2О5), сильно за­ грязнена примесями, растворимыми в серной и фосфорной кислотах и трудно . поддается обогащению.

По изложенным причинам отечественные природные фос­ фаты в основной своей массе не могут быть непосредственно использованы для сернокислотной экстракции. Из общих за­ пасов отечественного фосфатного сырья экстракционным ме­ тодом может быть переработано всего около 30% — в основ­ ном апатиты Кольского полуострова.

Дальнейшее увеличение объема производства фосфорных удобрений, предусмотренное решениями ЦК КПСС и Совет­ ского правительства, не может базироваться только на пере­ работке апатитового концентрата, так как ресурсы апатито­ вых руд при резком повышении темпов их добычи могли бы

быть исчерпаны в течение нескольких десятилетий. Следова­

90

Электротермические процессы отличаются высокой энерго­ емкостью, поэтому первоочередной задачей дальнейшего раз­ вития производства фосфора является снижение удельных энергетических расходов на единицу конечного продукта. Од­ ним из направлении снижения энергетических расходов в про­ изводстве желтого фосфора является полезное использование горючих и тепловых отходов производства.

Рациональное использование горючих и тепловых отходов производства непосредственно влияет на условия энергоснаб­ жения и тепловой баланс фосфорного предприятия, а также оказывает определенное воздействие на модернизацию техно­ логической схемы производства и на общеэкономические его показатели.

При оценке народнохозяйственного значения использова­ ния горючих и тепловых отходов производств необходимо учи­ тывать, что экономия топлива чрезвычайно важна не только сама по себе, в силу напряженности нашего современного и перспективного топливного баланса, но и благодаря сбереже­ нию при этом огоромных затрат материальных средств и труда на добычу и транспорт топлива. По имеющимся данным капитальные затраты на добычу и транспорт 1 т условного

ного топлива путем использования горючих и тепловых, от­ ходов промышленности всего 10 — 20 руб.

Следует напомнить, что использование горючих и тепло­ вых отходов фосфорного производства приводит лишь к ча­ стичной экономии топлива. Однако, только экономией топлива нельзя сколько-нибудь существенно изменить технико-эконо­ мические показатели процесса производства желтого фосфора, поэтому не следует рассчитывать на достижение оптимальных результатов только при энергетической модернизации про­ цесса.

Для достижения оптимального технико-экономического эффекта экономию топлива следует рассматривать лишь как одну из составляющих более широкого комплекса вопросов, решаемых при коренной модернизации процесса. Требования,

которым должны удовлетворять эти новые решения, заклю­ чаются в необходимости обеспечить комплексное повышение

91

основных производственных показателей технологического процесса в сочетании с высокой энергетической эффективно­ стью. Очевидно, что такие решения принципиально отличаются от простого дополнения руднотермичеокой печи теплообмен­ ным оборудованием (преимущественно низких параметров), что даст некоторую экономию топлива, далеко не оптималь­ ную по величине и мало меняющую конечные технико-эконо­ мические показатели процесса.

Внедрение энерготехнологических процессов позволит фос­ форной промышленности, сделать заметный шаг в улучшении не только энергетической эффективности производства, но н, что наиболее важно, значительно, улучшит комплекс основных технологических показателей процесса (удельную и агрегат­ ную производительность, качество конечного продукта, дли­ тельность рабочей компании).

Следует отметить, что при энерготехінологическом комби­ нировании наряду с полным использованием фосфатного сы­ рья (мелочь класса 0—5 мм), наиболее рационально .исполь­ зуются горючие, и теплбвые отходы производства. В фосфор­ ной промышленности только при энерготехінологическом ком­ бинировании представляется возможным полная регенерация тепла горючих и тепловых отходов по замкнутой схеме внутри технологического процесса, что практически позволяет исполь­ зовать тепло непосредственно в печном агрегате. Подобное использование химического и физического тепла отходов при­ водит не только к экономии топлива в самом агрегате и по заводу в целом, но и способствует повышению технологиче­ ских показателей процесса, в частности, росту удельной про­ изводительности агрегата.

На рис. 28 показана одна из возможных схем фосфорного завода с максимальным внедрением энерготехнологии и ути­ лизации горючих и тепловых отходов производства. Конеч­ ными продуктами являются здесь фосфорная кислота и элек­ троэнергия, получаемая в паровой турбине с отборами пара для регенеративного подогрева питательной воды и для внеш­ них производственно-отопительных потребителей. Химическое тепло отходящих газов фосфорных печей используется для плавления шихты в энерготехінологическом агрегате. Физиче­ ское тепло огненно-жидкого шлака используется для высоко­ температурного нагрева дутьевого воздуха, необходимого на процесс плавления шихты, что, наряду с повышением темпе­

ратурного уровня в рабочей камере, позволит снизить удель­ ный расход природного газа.

92