專利名稱：從濕法磷酸蒸發(fā)器排出蒸汽中回收氟化合物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及洗滌方法和設備，更具體而言，涉及用洗滌液洗滌從蒸汽中去除和回收氣態(tài)化合物，本發(fā)明的具體應用包括回收“濕法”磷酸濃縮過程產生的氣態(tài)氟化合物。
背景技術：
“濕法”生產磷酸包括用無機酸，例如硫酸酸浸磷酸鹽礦石。在這種方法中磷酸鹽礦石予先與稀磷酸混合生成漿液，漿液再送入反應器與硫酸接觸，從反應器漿液中分別回收含25-33％P2O5的磷酸和硫酸鈣沉淀。通常磷酸濃縮到大約54％P2O5，但常常希望濃縮到大于或小于54％。酸可在單級蒸發(fā)中濃縮，但出于節(jié)省熱能和設備的原因通常采用2級或多級蒸發(fā)。
幾乎所有的磷酸鹽礦石都含有氟化合物，在酸浸過程以及在稀磷酸濃縮過程中，部分氟主要以氟化硅(SiF4)和氟化氫(HF)的形式與水蒸汽一道揮發(fā)。這些氟化合物需要于以去除和回收。
其后，磷酸濃縮過程中產生的蒸汽用選定的洗滌液洗滌回收氟化合物，在洗滌階段SiF4和HF在洗滌液中反應生成化學計量的氟硅酸(H2SiF6)。下文中氟硅酸有時稱為“FSA”。一般說來，洗滌液中每個摩爾SiF4生成化學計量氟硅酸(H2SiF6)需要放出2摩爾HF。但是，在磷酸的多級蒸發(fā)中，其中酸在第1級中濃縮到P2O5含量約低于50％，第1級中每2摩爾HF往往能放出多于1摩爾的SiF4，化學計量過量的SiF4在下一洗滌器中水解并引起二氧化硅的沉淀，反應被認為按下式進行但是，在第2級蒸發(fā)時，對應每個摩爾SiF4放出多于2摩爾的HF，結果未遇到二氧化硅的沉淀。
1966.9.20發(fā)布的屬W.R.Parish的美國專利NO.3,273713“從磷酸中去除氟化合物”描述了從磷酸中去除氟化合物的多級方法，該方法可避免在回收氟化合物的過程中產生二氧化硅沉淀。更準確而言，該專利公開了一種從磷酸溶液中去除氟化合物的方法，該方法用含有溶解的氟化氫的洗滌液洗滌從酸濃縮蒸發(fā)器流出的含氟蒸汽，該改進方法的特征在于，磷酸利用2個真空蒸發(fā)器進行2級濃縮，從每個濃縮級回收的蒸汽在分開的洗滌級中與洗滌液接觸。利用洗滌液，即氟化氫水溶液或氟化氫和其它氟化合物，例如SiF4的水溶液作洗滌液，回收的氟化合物產品為氟硅酸。
美國專利NO.3,273,713描述和提出權利要求的發(fā)明是基于將富集HF的第2級洗滌液送入第1級洗滌液(富集SiF4的)的概念，從而使過量的SiF4不產生二氧化硅沉淀。由于第2級的洗滌液較少富集硅，所以將第2級洗液引入第1級可能防止硅在第1級產生沉淀。因此，將第2級產品混入第1級產品，可在兩級皆得到無沉淀的純凈產品。其中二氧化硅被氟化氫加溶的反應如下
當富集HF的洗滌液從第2級返回第1級洗滌液(含過量的SiF4)時，氟化氫與SiF4根據(jù)下式反應生成氟硅酸
美國專利NO.3,273,713還建議，外部來源的氟化氫水溶液可就地或與第2級洗滌液一道添加到第1級洗滌液中。美國專利NO.3,273,713發(fā)明之要點在于，氟化氫無論是外加的或是從第2級洗滌液來的，它必須加到用于第一級的洗滌液中，以防止二氧化硅沉淀。
美國專利NO.3,273,713所公開的系統(tǒng)的缺點在于，為有效地洗脫氟化合物需要求一些較大和較貴的洗滌塔。此外，這類洗滌塔要求在噴淋室上安裝除霧器填料，以去除夾帶顆粒，而除霧器的存在則要求降低通過洗滌器的蒸汽流速，后者反過來限止了系統(tǒng)的處理能力。
本發(fā)明之目標和概述本發(fā)明的第一個基本目標在于提供一種改進的洗滌設備，該設備用于各種要求用合適的洗滌液洗滌蒸汽流出物的處理系統(tǒng)，以便吸收那些可溶于洗滌液的揮發(fā)化合物。
本發(fā)明的第二個基本目標在于提供一種改進的從磷酸溶液中去除氟化合物的方法和系統(tǒng)。
另一個目標在于提供一種改進的設備，以洗滌從真空蒸發(fā)器回收的蒸汽。
本發(fā)明再一個目標在于提供一種改進的處理稀磷酸的方法和設備，以便去除夾帶物質和生產較高濃度的磷酸。
本發(fā)明更具體的目標在于提供一種用于洗滌來自磷酸蒸發(fā)器的蒸汽流出物的設備。
本發(fā)明的另一具體目標在于提供一種濃縮“濕法”稀磷酸的改進方法，該方法包括的步驟有稀酸在真空蒸發(fā)器中進行真空濃縮，產生含有揮發(fā)氟化合物的第一蒸汽流和由較濃酸組成的第二液體流；然后在新型的高速設備中用選定的洗滌液洗滌蒸汽流，使氟化合物得到有效去除。
本發(fā)明再一個具體目標在于提供一種從磷酸濃縮器流出的蒸汽中去除氟化合物的改進方法和設備，該改進方法和設備之特征為將洗滌液噴淋入濃縮器的蒸汽排出導管中。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，這些和另外一些目標是通過下列步驟達到的(1)使從磷酸濃縮級排出的蒸汽流與噴淋入磷酸濃縮器蒸汽排出導管中的洗滌液進行接觸；和(2)使排出蒸汽流/噴淋洗滌液的混合物通入旋流式夾帶物分離器，其中洗滌液和冷凝的氟化合物與未凝結的蒸汽進行分離，未凝結的蒸汽通入氣壓冷凝器實現(xiàn)補充冷凝分離。所有殘余的未凝結氣體或蒸汽從冷凝器流出，以排放或進一步處理。在下面一種被稱為“單級FSA回收”的優(yōu)選實施方案中，蒸發(fā)器的蒸汽排出管與夾帶物分離器聯(lián)接，洗滌液通過將液體經一噴淋頭噴淋入蒸汽排出導管而與蒸發(fā)器排出蒸汽流相接觸。在下面第二個被稱為“雙級FSA回收”的優(yōu)選實施方案中，夾帶物分離器被洗滌器/夾帶物分離容器的組合所代替，而且第二排噴淋頭用于將補充洗滌液引入蒸汽進口管之上的洗滌器/夾帶物分離器中。雖然本發(fā)明的敘述和說明只涉及單級的酸濃縮處理系統(tǒng)，但應理解，本發(fā)明亦可應用于多級的酸濃縮處理系統(tǒng)，即采用兩個或更多個真空蒸發(fā)器的系統(tǒng)。
其余特點和優(yōu)點將通過附圖及以下的詳細敘述明顯地展現(xiàn)或反映出來。
附1表示實施本發(fā)明的磷酸濃縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單一蒸發(fā)器級及與之配套的單級FSA回收系統(tǒng)；圖2表示實施本發(fā)明的磷酸濃縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單一蒸發(fā)器級及與之配套的雙級FSA回收系統(tǒng)；圖3表示實施本發(fā)明的磷酸濃縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個蒸發(fā)器級，每級各配套有單級FSA回收系統(tǒng)；圖4表示本發(fā)明之一種優(yōu)選實施方案，該方案包括兩個蒸發(fā)器級，每級各配套有雙級FSA回收系統(tǒng)；以及圖5表示以前用于回收揮發(fā)性氟化合物的普通型洗滌器如何適用于本發(fā)明。
這些圖未標注尺寸，其目的僅在于說明本發(fā)明之一般特性。因此，如不加特殊說明，圖中所示的相對尺寸和比例在任何情況下不能構成本發(fā)明的定式和限制。在某些圖中，相似的部件標以相似的數(shù)字，例如，部件68和68A-D在結構上或功能上是相似的。在一些圖(例如

圖1和2)中，一些導管，例如42和60用雙線繪制，說明它們具有相當大的內徑，而在另一些圖(例如圖3和4)，同樣的部件都用單線表示。
優(yōu)選實施方案的描述參看圖1，所示系統(tǒng)包括真空蒸發(fā)單元1，該單元可采用各種形式的蒸發(fā)器，但優(yōu)選包括公開于1983.3.1屬Donaldl M.Windham的名稱為“蒸發(fā)器的旋流式夾帶物分離器”的美國專利NO.4,375,386中所公開的蒸發(fā)器。該專利的技術眾所周知，引此作為參考。
關于圖1，更具體的是，所示蒸發(fā)單元包括頂端封閉的蒸發(fā)器2，而在其底端則有一出口管與下降段導管或管6相連。后者經泵8和回流管10與料液導管12相連，該管與容器2的進口相接。新鮮稀酸進料管14與料液導管12相接。容器2具有位于進口管12上面和下面的兩個側出口，與之相接的分別為連接管線18和20。與管線18相接的側出口擬用作溢流出口，其位置在蒸發(fā)器予期的沸騰液位24之上，而與管線20相接的第二個出口則位于液位24之下。雖然未示出，但顯然容器2設置有加熱裝置，優(yōu)選此裝置與回流管10組合在一起，使容器中液體保持在沸騰溫度。同樣很顯然，容器是在真空下操作，這將下面作進一步描述。
側出口管線18和20與酸產品管26相接，后者在(1)蒸發(fā)器為單級或最后一級蒸發(fā)器的情況下通向磷酸產品貯缶(未示出)；或在(2)蒸發(fā)器系統(tǒng)具有一個以上的蒸發(fā)器，容器2又不是最后一級的情況下通入下一蒸發(fā)器級。管線26與兩側出口管線18和20的相連的高度決定容器2中的液位24。管線26上可裝置泵(未示出)以便于將濃酸液體產品送去貯存或送入另一蒸發(fā)級。
位于液位24上部的空間32起閃蒸室的作用。從閃蒸室流出的蒸汽離開容器，然后進行氟化合物回收處理。在普通蒸發(fā)器中，蒸汽從閃蒸室經蒸發(fā)容器上端的出口流出。雖然可用普通蒸發(fā)器實現(xiàn)本發(fā)明，但優(yōu)先選用裝有夾帶物分離器的蒸發(fā)單元，使夾帶液體從流出蒸汽(可含有水蒸汽和氟化合物)中分離，從而減少由系統(tǒng)回收的濃磷酸的雜質。分離器4位于空間32的上端。已知的各種類型的夾帶物分離器可與容器2聯(lián)用，但優(yōu)選地使用美國專利NO.4,375,386之旋流式夾帶物分離器。由于夾帶物分離器已眾所周知，并由于蒸發(fā)單元的形式對本發(fā)明又非關鍵，所以附圖中未對夾帶物分離器4和蒸發(fā)容器的具體結構細節(jié)進行描述。但是，為保證本發(fā)明所公開的技術的完整性及對其正確理解，本發(fā)明特將Windham的美國專利NO.4,375,386中有關夾帶物分離器的技術引此為參考。
盡管如此，為保證對夾帶物分離器4的充分理解，圖1表示出夾帶物分離器，該分離器包括沿容器軸線安裝的垂直管段34，管34的底端經肘形彎管段36和水平管段38與蒸汽排出導管42相接。管段34，36和38組成夾帶物分離器的一部分、并分別相當于美國專利NO.4,375,386圖中所示的部件21，23和22。位于容器2中的垂直管段34的頂端是開口的，并作為排出管42的蒸汽吸入口。夾帶物分離器還包括圖中用44表示的螺旋板，后者相當于美國專利NO.4,375,386中所示的螺旋板26。螺旋板44圍繞垂直管段34并固定在這管段和容器壁上。
分離器有較大的蒸汽入口，后者是在螺旋板下緣和直接位于其上面的并與下緣隔開的螺旋板部分之間所組成的開孔，再加上一較大的蒸汽出口，后者是在螺旋板上緣和直接位于其下面的并與上緣隔開的螺旋板部分之間所組成的開孔。
如斷面圖所示，螺旋板可徑向地與容器2和管段34的軸向呈直角延伸，但優(yōu)選是在徑向相對于管段34的軸向呈傾斜，以使重力引起液體在螺旋板上不但能沿螺旋板向下移動到分離器的較大蒸汽入口，而且能徑向離開管段移動到容器壁的內表面。
螺旋板44包括螺旋槽(未示出)，它(a)位于螺旋板外緣靠近容器2壁的內表面，及(b)相當于美國專利NO.4,375,386中敘述的槽28。槽的底端與側口46交匯，后者與外排液管48相接，而該排液管相當于美國專利NO.4,375,386中所示的排液管34。排液管48與下降段導管6相接，使收集在夾帶物分離器槽中的液體能在低于液位24的地點返回容器。夾帶物分離器結構的進一步細節(jié)可見美國專利NO.4,375,386。
如上所述，新鮮的稀磷酸(典型的約含26-32％P2O5)經酸進料管14打入容器2，同時循環(huán)磷酸液經泵8和返回管10打入進口導管12。
出口導管42與FSA回收塔的進口或者與根據(jù)本發(fā)明提供的容器50的進口相連。夾帶物分離器52安裝在容器46內部，以分離經導管42進入的蒸汽中所夾帶的液體。各種夾帶物分離器皆可應用，但優(yōu)選的是旋流式夾帶物分離器，類似于美國專利NO.4,375,386中所公開的那種分離器。因此，分離器52包括沿容器50軸向安裝的垂直管段54，肘形彎管段56和水平管段58，這些管段相當美國專利NO.4,375,386的21，23和22等部件。垂直管段54的上端是開口的，并作為蒸汽吸入口。水平管段58位于導管42的高度之上，其外端與蒸汽排出導管60相聯(lián)，而后者又與氣壓冷凝器70的蒸汽入口相聯(lián)。該冷凝器可采用本領域技術人員所知的各種形式。
分離器52亦包括螺旋板62，后者在結構和功能方面都相當于美國專利NO.4,375,386中所示的螺旋板26。螺旋板62圍繞管段54并固定在該管段和容器50的周壁上。分離器擁有較大的蒸汽入口，后者是在其螺旋板下緣和直接位于其上面的并與該下緣隔開的螺旋板部分之間所組成的開孔，再加上較大的蒸汽出口，后者是在螺旋板上緣和直接位于其下面的并與上緣隔開的螺旋板部分之間所組成的開孔。
如斷面圖所示，螺旋板62可徑向地與容器50和管段54的軸向呈直角延伸。但優(yōu)選是螺旋板62在徑向與管段54呈傾斜，以使重力引起液體在螺旋板上不但能沿螺旋板向下移動到分離器的較大蒸汽入口，而且能徑向離開管段54移動到容器50周壁的內表面。螺旋板62亦有螺旋槽(未示出)，該槽位于其外緣靠近容器50壁的內表面的地方，并相當于美國專利NO.4,375,386中所描述的槽28。槽的底端與側排放口64交匯，后者與排液管66相聯(lián)，該排液管相當于上述美國專利所示的排液管34，并擬經該管將冷凝液排入FSA再循環(huán)缶68。分離器52的結構細節(jié)可見美國專利NO.4,375,386。
由排出導管42引出之蒸汽在容器50中得到快速膨脹，這種快速膨脹的發(fā)生是因為容器50提供了較大的膨脹空間，亦因為容器50與氣壓冷凝器70相通而在減壓下運行。作為這種膨脹的結果，蒸汽受到絕熱冷卻，從而使水蒸汽氟硅酸及其它氟化合物冷凝。部分冷凝液收集在容器50之底端，并經容器的底部出口及排液管線80按選定的流量排入再循環(huán)缶68。另外，在旋流式分離器52的螺旋板槽中回收的冷凝液經排液管66排入缶68。
按照本發(fā)明，多個噴淋頭72安裝在排出導管42內。由此很顯然，在典型的商業(yè)規(guī)模的酸濃縮工廠中，每一蒸發(fā)器的蒸汽排出導管的尺寸會相當大，典型的內徑在3-6英尺。每一個噴淋頭72由一個或多個噴嘴組成(未示出)，其定位要使噴淋流逆向對準從蒸發(fā)單元排出的蒸汽。在不偏離本發(fā)明的原則的情況下，噴淋頭的數(shù)目，每個噴淋頭的噴嘴數(shù)目和排列可以變化。噴淋頭通過供料管線74與泵76相連，而后者又與FSA循環(huán)缶68的出口連接、泵76按選定流量運行，將液體從缶68打入噴淋頭72，從而使液體噴淋入導管42，并完成蒸汽洗滌功能。該系統(tǒng)還包括輸送管82向貯缶68添加補給水，以及與管線74相連的管84從系統(tǒng)引出FSA產品。
氣壓冷凝器70為普通設計，并包括從頂端引入冷卻水的液體入口86、蒸汽入口87和蒸汽出口88，后者位于蒸汽入口和液體入口之間，排液口90位于其低端，并連到到管線94通往合適的排放裝置。出口88經管92與真空泵(未示出)相聯(lián)。優(yōu)選以蒸汽噴射型真空泵形成真空。管92亦用作從冷凝器排出未凝結蒸汽并將其輸送到合適的排放裝置的作用。
下面將敘述上述系統(tǒng)的操作。冷凝器70，從而蒸發(fā)器單元以及夾帶物分離器皆是在減壓下，即小于大氣壓下操作。蒸發(fā)器單元的減壓可通過水和氟在蒸發(fā)器容器中的閃蒸以使稀酸得到濃縮。蒸汽含有磷酸微滴和水蒸汽。蒸汽進入分離器4的較大蒸汽入口，很快地在螺旋板44的上表面圍繞中心管段34移動，按螺旋路徑到分離器的較大蒸汽出口。蒸汽帶著夾帶液滴在旋流作用的高速下通過分離器，對夾帶液滴產生的離心力使其徑向投射到容器壁的內表面和上述外緣槽中，從而使其與旋流移動的蒸汽分離，該蒸汽反向到達分離器的頂部并進入中心管段36。蒸汽從蒸發(fā)器容器經導管42在塔容器50和冷凝器70中由蒸汽噴射型真空泵(未示出)造成的真空的抽吸作用下排出。被旋流作用分離的部分液滴收集在螺旋板的表面上，并可沿著螺旋板向下移動到夾帶物分離器入口，從那里能反回入蒸汽室32。
當蒸汽流沿導管42移動時，由泵76打入的洗滌液以噴淋頭72對準噴淋。洗滌液包括主要含有氟硅酸的水溶液，并還含有磷酸和其它被洗脫的含氟化合物。所得到的蒸汽/洗滌液混合物經過FSA回收塔50，混合物在此被旋風作用分離，主要包含洗滌液和溶解的含氟化合物的液體部分被回收并經管66和80輸送到循環(huán)缶80，而回收的蒸汽部分則經排出導管60輸送到冷凝器70。在冷凝器70中，經液流入口86打入的冷卻水冷凝所有剩余的水蒸汽及其它未冷凝氟化合物的蒸汽。冷凝物經排液口90和導管94輸送到排放裝置。任何仍未冷凝之蒸汽或氣體經蒸汽排出口88排出系統(tǒng)之外。
在FSA回收容器50中，從蒸發(fā)器單元出來的蒸汽進入夾帶物分離器的較大的入口(即在螺旋板62下緣和緊靠這下緣上部的螺旋板部分之間所形成的開孔)，并沿著螺旋路徑快速在螺旋板上表面圍繞中心管段54移動。蒸汽以高速在旋流作用下經分離器52移動，對夾帶液滴產生離心力，使其很快地徑向投射到容器50的內表面和其上面的螺旋緣槽中(見上述)，從而將這些液滴從旋流移動的蒸汽中分離出來，蒸汽則反向到達分離器的頂端并向下流入中心管段54。取決于蒸汽的速度，部分液滴亦可能在重力的影響下沉積在螺旋板的上表面。這些沉積的液滴以及任何收集在容器內表面的液滴在重力的作用下會落入緣槽中或者返回位于分離器下面的蒸汽室，而不是移動到中心管段54進口端的高度，其結果由于旋流作用分離出的夾帶物在蒸汽到達中心管段54的上進口端時，不能與蒸汽重新組合在一起。
上面操作的結果，排出導管42中的蒸汽流中絕大部分氟化合物(基本上為FSA)作為冷凝液經夾帶物分離器50從蒸汽流中分離，而未凝結的氟化合物則經管92從系統(tǒng)排出。
圖2表明可如何將本發(fā)明修變以便提供多級洗滌。圖2所示的系統(tǒng)與圖1所示的相同，但下列措施除外(1)回收從排出導管42來的第1級FSA液體產品，并將此產品再循環(huán)用作洗滌此排出導管中的另外的新蒸汽，和(2)從FSA塔容器50回收另外的(第2級)FSA產品，并用此FSA產品作此容器中的洗滌液、有時部分第2級FSA產品(即從FSA塔容器50中回收的FSA產品流)返到第一級FSA循環(huán)缶與用于洗滌排出導管42的蒸汽的第1級FSA產品混合。
更具體而言，在噴淋頭72和FSA塔50的蒸汽入口之間的一個點上，導管100將排出蒸汽導管42與FSA循環(huán)缶68A(對于圖2的實施方案之目的，缶68A在下面稱為“第1級再循環(huán)缶”)聯(lián)結。管100從排出導管42排出液流并將其輸送到缶68A，該液流包括被吸收的氟硅酸和其它氟化合物的蒸汽加上經管線74送來的回收洗滌液(“第1級FSA產品”)。缶68A與泵76A相連，該泵的作用是從缶68A排出液體，并將其經管線74送入噴淋頭72作洗滌液。用泵76A經管線84從缶68A排出的部分液體作為最終FSA產品。
在圖2的實施方案中，一個或更多的噴淋102加到FSA容器50中。每個噴淋頭可能包括一個或更多的噴嘴。如果每個噴淋頭所包括一個以上的噴嘴，則優(yōu)選將噴嘴排列成環(huán)形，以保證在容器整個截面上液/蒸汽完全接觸。如果采用一個以上的噴淋頭，則數(shù)個噴淋頭安置在容器50的不同高度上。在不偏離本發(fā)明的原則下，噴淋頭的數(shù)目以及每個噴淋頭的噴嘴數(shù)目皆可在不偏離本發(fā)明的原則下變化。噴淋頭定位在分離器52和與導管42連接的進口高度之間的空間內。噴淋頭102供給的液體與經導管42向上流動的蒸汽呈逆流引入容器50。
在容器50底部出口回收的液體部分經管線80送入第2再循環(huán)缶68B(“第2級循環(huán)缶”)。該液體部分包含經噴淋頭102送入的洗滌液和在容器50中形成的冷凝液。分離器50緣槽中收集的冷凝液亦經管線66送入缶68B。補給水亦可經管線82進入供料缶68B。第2缶68B通過第2泵76B和管線104聯(lián)結到第2級噴淋頭102，籍此，積累在缶68B中的液體再循環(huán)到噴淋頭102，用于洗滌容器50中的蒸汽。作為一種選擇，可將部分液體用泵78B經管線108返回第一級再循環(huán)缶68A。磷酸產品和FSA產品分別經管線26和84回收。
圖3和4說明如何將本發(fā)明應用于利用二個蒸發(fā)器級的磷酸濃縮系統(tǒng)。在這些圖中未將安裝在蒸發(fā)器蒸汽出口導管中的噴淋頭畫在42A和42B之中，但顯然該噴淋頭象噴淋頭72那樣安裝在那些導管中。同樣，某些其它部件，例如泵8被略去，只是為了簡化圖。但是，顯然圖3和4所示的設備包括基本的操作部件，例如泵8或經管線6和10再循環(huán)的酸液的加熱裝置以及類似于冷凝器70的若干冷凝器和類似于與冷凝器連接的真空泵的真空裝置。
圖3表明一種利用兩個蒸發(fā)器容器2A和2B和兩個單級FSA回收系統(tǒng)的酸濃縮方法，使本發(fā)明具體化。
優(yōu)選的蒸發(fā)器2A和2B在其頂端設有夾帶物分離器段，類似于圖1所示蒸發(fā)器2的具體方案。
在圖3的系統(tǒng)中，從第1蒸發(fā)器2A回收的酸液產品經管線26A送入第2蒸發(fā)器2B進一步濃縮。在第1蒸發(fā)器2A中閃蒸所產生的蒸汽經蒸汽排出導管42A送入夾帶物分離器50A。導管42A中排出的部分液體經管線100A送入再循環(huán)缶68C。來自夾帶物分離器容器50A的液體經管線66A和80A送入再循環(huán)缶68C，從該缶用泵76C回收液體，并經管線74A作為洗滌液送入噴淋頭(未示出)，它與上述噴淋頭72一樣位于導管42A中。來自分離器容器50A出來的蒸汽送入類似于冷凝器70的冷凝器(未示出)中。
在蒸發(fā)器2B中產生的濃酸經管線26B回收并送往貯缶。來自蒸發(fā)器2B的蒸汽流在導管42B中被洗滌，再進入第2夾帶物分離器容器50B。導管42B中的部分液體經管線100B排出，并送入再循環(huán)缶68D。冷凝液從分離器50B經管線66B和80B回收并送入再循環(huán)缶68D。缶68D中的液體用泵76D經管線74B送入位于導管42B中按噴淋頭72方式放置的噴淋頭(未示出)中，并在其中起洗滌液的作用。缶68D中剩余的液體經管線84B送入缶68C，使送入導管42A的洗滌液富集氟的含量。FSA產品從缶68C經管線84A回收。
圖4表示的酸濃縮方法類似于圖3，但每個雙級FSA回收系統(tǒng)配套一臺蒸發(fā)器。在這種情況下，缶68E和68G相當于圖2的缶68A，而缶68F和68H則相當于圖2的缶68B。與之類似，泵76E和76G相當于圖2的泵76A，泵76F和76H相當于圖2的泵76B。聚集在再循環(huán)缶68F中的液體用泵76F經管線104A打入夾帶物分離器50A中的一個或多個噴淋頭102A，而聚集在缶68H中的液體則用泵76H經管線104B打入夾帶物分離器50B的一個或多個噴淋頭102B。如圖3之實施方案一樣，最終FSA產品從缶68E經管線84A回收，酸產品從蒸發(fā)器2B經管線26B回收。
在圖1-4的實施方案中，含有氟化合物，主要是氟硅酸但也含有其它氟化合物，例如氟化氫的洗滌液，根據(jù)系統(tǒng)所用之真空度，會保持在大約100-150°F。在包含2個蒸發(fā)器級的系統(tǒng)中，通常第1級和第2級在不同的真空度和不同的溫度范圍內操作，因為被濃縮酸中P2O5的含量不同。在任何情況下，每級洗滌液的溫度最好與被洗滌的蒸汽的溫度基本相同。洗滌液的溫度的提高，足以使在導管42，42A和42B中所發(fā)生的水蒸汽冷凝減到最小，然而蒸汽中的氟化合物也充分被吸收。通常使用的真空大于22英寸汞。采用22-28英寸汞的真空要求的溫度約為100-150°F。
通常，將洗滌液中溶解的氟化合物的濃度保持在大約25％(以FSA計)以下是適當?shù)?，以獲得良好的洗滌效率，其條件是FSA回收系統(tǒng)只采用一個洗滌級，即圖1和3的系統(tǒng)。如果再循環(huán)洗滌液中氟化合物，例如氟硅酸或其鹽類的濃度過高，則液體中氟化合物的蒸汽壓就變成足夠大，以致在單個洗滌級中去除的氟量將減少。一般說來，要在高濃再循環(huán)液體和很稀的液體之間保持一種折中使得一方面不需處理大體積的氟化合物稀水溶液，另一方面又不使過量的氟化合物流失到冷凝液中。但是，應認識到在某些情況下，采用氟硅酸大于25％的洗滌水溶液亦可能是恰當?shù)?，即使氟的回收不那么有效。?yōu)選采用雙級FSA洗滌系統(tǒng)，如圖2和4所示，因為這種系統(tǒng)可使氟化合物的回收達90-95％的范圍。
圖5表示本發(fā)明的另一種實施方案，該方案用于類似于美國專利NO.3,273,713中所示的普通FSA回收系統(tǒng)。在這種情況下，用于分離從第1或第2級蒸發(fā)器排出的蒸汽中的FSA產品的普通的洗滌塔或容器，例如美國專利3,273,713所示的洗滌塔17A或17B，經改進將該塔與旋流式夾帶物分離器配接，后者的結構及特性類似于圖1描述的分離器。更具體地說，普通洗滌容器140(類似于美國專利NO.3,273,713所示的17A和17B)的頂部蒸汽出口與類似于圖1所示的容器50的夾帶物分離器144連接。洗滌器容器140擁有一個或多個噴淋頭146(與噴淋頭102相當)，其位置使洗滌液噴入正好位于與蒸汽導管42相連的容器蒸汽進口上面的蒸汽室中。洗滌液從容器140經管線148回收，管線148從容器的底部出口連到再循環(huán)缶68。在此缶中溶液用泵76經管線150送到噴淋頭146，F(xiàn)SA產品則經管線152回收。如果如美國專利NO.3,273,713所示，如果洗滌器是雙蒸發(fā)器系統(tǒng)第二級的一個部分，則管線152可用于從缶68E將溶液輸送到與第一級蒸發(fā)器相連的洗滌器中，如該專利所設想那樣，其目的在于減小二氧化硅沉淀的可能性。
在圖5的實施方案中，在洗滌塔140進行逆流洗滌后的剩余蒸汽進入夾帶物分離器容器144，在其中對所夾帶的液體進行旋流分離。容器144擁有螺旋板/緣槽結構154，類似于圖1所示的夾帶物容器50中的結構。夾帶物分離器容器144中圍繞螺旋板的緣槽所收集的夾帶液的冷凝液經回收并經管線156返回到缶68。分離后的蒸汽從來自夾帶物分離器容器144的分離后的蒸汽經排出導管158送入冷凝器(未示出)，它類似于美國專利NO.3,273,713所示的26A，26B。
圖5的實施方案對于將本發(fā)明應用于現(xiàn)有磷酸濃縮系統(tǒng)是有利的，該系統(tǒng)如美國專利NO.3,273,713所示采用普通洗滌器回收FSA。將現(xiàn)有的FSA回收設備的普通洗滌器用夾帶物分離器按圖5所示的方案加以改進所帶來的優(yōu)點在于，能在現(xiàn)有的洗滌器中采用高的蒸汽流速而不會影響FSA的總回收效率。
茲列舉下面幾個例子說明本發(fā)明。這些具體例子不應看作是對所附權利要求中所界定的本發(fā)明的限制。濃度以重量制表示。例1本例采用圖1所示的FSA回收系統(tǒng)。稀磷酸(約27％P2O5和2.5％氟)連續(xù)進入蒸發(fā)器2，其操作壓力約為3英寸汞柱絕對壓力，溫度約為185°F。在蒸發(fā)器中稀磷酸受到閃蒸，其結果產生兩股物流(a)從蒸發(fā)器2經排出導管42排出的蒸汽流含有高達3.5％氟化合物；和(b)經管線26從蒸發(fā)器排出的濃酸(約54％P2O5)產品流。排出導管42的直徑約為6英尺，導管中蒸汽流速在150-250英尺/秒。出口導管42中的蒸汽在該導管中用水溶液形式的洗滌液(主要含有氟硅酸和較少量其它氟化合物，例如SiF4和HF)洗滌，洗滌液經管線74和噴淋頭72送入。經管線74送入之洗滌液中氟化合物濃度約為25％(以FSA計)，送入流量約為1100加侖/分。進入夾帶物分離器容器50的洗滌過的蒸汽中的氟濃度降至0.8％。夾帶物分離器容器50的操作壓力約為2.5英寸汞柱絕對壓，高度為36英尺，內徑為16英尺。夾帶物分離器52排出的和進入氣壓冷凝器70的蒸汽流含有約0.8％氟。缶68中液體的溫度約為120°F，按要求加入補給水，使缶68中氟濃度(以FSA計)約為25％。這種25％FSA產品的一部分經管線84回收，而剩余部分則再循環(huán)到導管42中的噴淋頭72。應該指出，送入管線74和84的水溶液很少含或不含磷酸。從蒸發(fā)器經導管42流出的蒸汽的大約75％的氟含量(以FSA計)經噴淋和夾帶物分離器回收。例2本例采用示于圖2的雙FSA回收系統(tǒng)。蒸發(fā)器和夾帶物分離器的操作條件與例1相同。同樣，磷酸料液中P2O5濃度，從缶68A回收的FSA產品中氟化合物濃度，從蒸發(fā)器容器排入導管42的蒸汽中氟濃度，由導管42送入夾帶物分離器容器50的蒸汽中氟濃度皆與例1相同。但是，從夾帶物分離器送入冷凝器70的蒸汽含有約0.1％氟，管線104和108中氟濃度按FSA計約為15％，以及缶68A和68B中液體的溫度分別為120°F和110°F。進入導管42的蒸汽的氟化合物含量的95％被噴淋和夾帶物分離器回收。例3本例采用示于圖3的FSA回收系統(tǒng)。蒸發(fā)器2A和2B的尺寸相近。出口導管42A和42B的尺寸亦相近。稀磷酸(約27％P2O5和2.5％氟)連續(xù)送入蒸發(fā)器2A，其操作壓力約為6.5英寸汞柱絕對壓，溫度約為185°F。第2蒸發(fā)器2B的操作溫度與之相同，但壓力約為3.0英寸汞柱絕對壓。夾帶物蒸發(fā)器50A和50B的尺寸相近、操作壓力分別為6.0和2.5英寸汞柱絕對壓。從蒸發(fā)器2A回收的兩股出口物流為(1)含有約2.7％氟的進入導管42A的蒸汽流；和(2)從蒸發(fā)器經管線26A排出的濃縮酸產品流(40％P2O5)。排出導管42A的直徑為6英尺，其中蒸汽的流速在150-250英尺/秒。排出導管42A中的蒸汽在該管中用氟硅酸水溶液形式的洗滌液洗滌，該洗滌液經管線74A和置于該導管中的噴淋頭送入，后者類似于噴淋頭72。經管線74送入的洗滌液中的氟濃度約為25％(以FSA計)。在經管線100去除液體之后，洗滌后的蒸汽進入夾帶物容器50A，其中氟含量降至1.5％。容器50A和50B的高度皆為36英尺，內徑為16英尺。離開夾帶物分離器50A并進入氣壓冷凝器70A的蒸汽流含有大約1.5％氟。從分離器容器50A經排液管線66A和底部管線80A回收并在缶68C中貯存的冷凝液中的氟化合物濃度約為25％FSA，其溫度約為140°F。補給水按要求加入到缶68D，使送入噴淋頭74A的洗滌液中FSA的濃度和FSA產品的濃度保持在大約25％。蒸發(fā)器2A的40％酸產品在蒸發(fā)器2B中濃縮到約54％P2O5。從蒸發(fā)器容器2B經導管42B排出的蒸汽含氟約為5.0％，但與經管線74B送入導管42B中的洗滌液接觸之后，蒸汽中氟濃度降至大約0.15％。從冷凝器70B流出的蒸汽流中氟含量大約為0.15％。缶68D中回收的液體中氟含量約為15％FSA。此液體之一部分在導管42B中用作洗滌液，剩余部分用泵76D送入缶68C。從蒸發(fā)器2A和2B流出蒸汽的氟含量的約70％通過噴淋和夾帶物分離器50A和50B回收，而管線84A中的產品流之FSA濃度約為25％。例4本例采用示于圖4的雙蒸發(fā)器和雙FSA回收系統(tǒng)。兩個蒸發(fā)器和兩個夾帶物分離器的操作條件與例3的相同。同樣，導管42A和42B和容器2A和2B，50A和50B的尺寸亦與例3的相同。稀磷酸(約27％P2O5和2.5％氟)連續(xù)進入蒸發(fā)器2A。從蒸發(fā)器2A經排出導管42A回收的蒸汽流含有2.7％氟，經管線26A回收的酸產品流的磷酸濃度約為40％P2O5。經管線74A送入出口導管42A中的洗滌液的氟化合物濃度約為25％FSA。經管線100去除液體之后的剩余蒸汽中的氟含量約為1.5％。離開夾帶物分離器容器50A，并進入氣壓冷凝器70A的蒸汽流約含0.55％氟。從分離器容器50A經排液管線66A和底部管線80A回收并貯存于缶68F中的冷凝液中FSA的濃度約為20％，其溫度約為140°F。缶68F中液體的一部分經管線104A再循環(huán)到分離器容器50A中的噴嘴102A，剩余部分再循環(huán)到從導管42A經管線100收集液體的缶68E中。缶68E中液體的一部分經泵76E和管線74A再循環(huán)到導管42A中之噴淋頭，以洗滌此導管內之蒸汽流，而剩余部分則經管線84A引出作為FSA產品。
約含54％P2O5的磷酸產品從蒸發(fā)器2B經管線26B回收。從蒸發(fā)器2B進入導管42B的蒸汽約含5.0％氟。在導管42B中洗滌之后進入夾帶物分離器容器50B的蒸汽的氟含量約為0.15％。從夾帶物分離器容器50B回收于缶68H中的冷凝液的FSA濃度約為1.0％，其溫度約為110°F。缶68H中液體的一部分返回到容器50B的內噴淋頭102B，而剩余部分則返回到缶68G，其中FSA濃度為約12.5％溫度維持在120°F。缶68G中液體之一部分送入導管42B中之噴淋頭，而剩余部分則經管線84B返回到缶68F。從蒸發(fā)器2A和2B流出蒸汽的約90％氟含量作為FSA產品回收。
本發(fā)明的基本優(yōu)點是利用便于回收FSA的夾帶物分離器使有可能提高蒸汽流速，從而增大FSA回收級(或多級)的蒸汽通過量。同樣，類似于美國專利NO.3,273,713所描述的那類FSA回收系統(tǒng)需要大的洗滌容器，后者昂貴而且限制蒸汽能被洗滌的流速。本發(fā)明用較小且較不昂貴的夾帶物分離器代替大洗滌器從而克服了上述限制。本發(fā)明用實例的方式表明可用高約36英尺，直徑為16英尺的夾帶物分離器容器代替典型的總高度為42英尺，直徑約為22.5英尺的FSA洗滌容器(例如Parish的美國專利NO.3,273,713中所公開之方法中采用的容器)，并能達到相當?shù)腇SA回收。更具體而言，本發(fā)明可用低的設備投資費用取得至少與Parish方法相同的FSA回收效率。優(yōu)選采用示于圖2和4的雙級FSA回收系統(tǒng)，因為它能相當大地增加回收的氟化合物量。本發(fā)明的另一優(yōu)點是它提示(圖5)，用將各個洗滌器的蒸汽出口與上述類型的夾帶物分離器相組合的方式對現(xiàn)有的含有洗滌器的FSA回收系統(tǒng)加以改造，其結果會使通過洗滌器的蒸汽流速(從而使其通過量)增加而又不使氟化合物回收的百分率下降(事實上，利用圖5所示的夾帶物分離器與普通洗滌器的組合方式可增加回收的氟化合物的總量)。
很明顯，在不偏離本發(fā)明之原理和范圍下，如上所示可對發(fā)明作很多變更和改變。例如，示于圖1的虛線100表明，在導管42和缶68之間可連續(xù)排液管線以提高洗滌液的回收。同樣，圖2，4和5所示的洗滌器/夾帶物組合設備除用于涉及磷酸或氟化合物過程外，還可用于其它不同的過程中。因此，只有那些在說明書后的權利要求中指明的限制才是強加的。
權利要求
1.一種濃縮以“濕法”生產的磷酸的方法，其中該酸經濃縮，并產生含有水蒸汽和含有主要以HF和SiF6形式存在的氟化合物的蒸汽，接著該蒸汽被回收，并使其與選定的液體相接觸以吸收該氟化合物，該方法的改進包括使蒸汽經排出導管進入旋流式夾帶物分離器；將選定的液體噴入該排出導管，以與該蒸汽相接觸；以及從該夾帶物分離器分別回收氟化合物含量已降低的蒸汽部分和富集有所吸收的氟化合物的液體部分。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述選定液體的至少一部分包括該液體部分。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中旋流式夾帶物分離器為容器的一部分，該容器還具有與該夾帶物分離器連接的蒸汽洗滌段，蒸汽經排出導管進入該蒸汽洗滌段，接著該蒸汽洗滌段中之蒸汽被噴入該蒸汽洗滌段以與該蒸汽相接觸的另一選定液體所洗滌。
4.根據(jù)權利要求1的方法，還包括部分回收液體部分的步驟。
5.根據(jù)權利要求4的方法，還包括將液體的另一部分再循環(huán)到排出導管以用作選定液體或選定液體的一部分步驟。
6.一種濃縮以“濕法”制備的磷酸的方法中，其中該酸在真空下于濃縮器中濃縮，并產生含有水蒸汽和含有主要以HF和SiF6形式存在的氟化合物的蒸汽，接著該蒸汽用液體洗滌以吸收該氟化合物，該方法的改進包括使來自濃縮器的蒸汽經排出導管進入旋流式夾帶物分離器；將選定的液體噴入該排出導管以與該蒸汽接觸，從而使氟化合物被該液體吸收以形成富集液體；從該夾帶物分離器分別回收未被吸收的第一蒸汽物流和富集的液第二物流；以及將該富集液的一部分再用作蒸汽的洗滌液。
7.一種為洗滌蒸汽流以從該物流中去除所選定的化合物的設備，該設備包括具有上端和下端以及界定的室的容器；該容器的第一開口將含有選定化合物的蒸汽引入該室，而該選定的化合物為應通過洗滌作用被去除之化合物，該第一開口位于該容器的上端和下端之間的第一選定水平高度上；該容器的第二開口將氣體流排出該室，該第二開口位于該容器上端和該第一水平高度之間的第二選定水平高度上；該容器的第三開口將液體流排出該室，該第三開口位于該第一開口之下的第三選定水平高度上；在該容器上端和第一開口水平高度之間的室內的噴淋裝置將液體洗滌介質引入該室，其流向與經第一開口引入的蒸汽流呈逆流，以完成所選定化合物的洗滌；以及位于噴淋裝置和第二開口之間的定義為夾帶物分離器的裝置，在蒸汽上升到高于該噴淋裝置水平時以完成蒸汽中夾帶的液體洗滌介質和任何選定化合物的分離，該夾帶物分離器包括如下兩種裝置(i)與第二開口相連的蒸汽排出管線以從該分離器排出蒸汽；(ii)與第三開口相連的液體排出管線，以使夾帶于該蒸汽中的經分離器的作用被分離出的液體經第三開口從該容器排出。
8.在一種濃縮磷酸的系統(tǒng)中，其中來自濃縮酸蒸發(fā)器單元的蒸汽流出物中含有未冷凝的氟化合物，該系統(tǒng)中的一種為洗滌該流出物以從該流出物中去除所選定的化合物的設備，該設備包括具有上端和下端以及界定的室的容器；該容器的第一開口將蒸汽流引入該室，該第一開口位于該容器的上端和下端之間的第一選定水平高度上；該容器的第二開口將蒸汽流排出該室，該第二開口位于該容器上端和該第一水平高度之間的第二選定水平高度上；該容器的第三開口將液體流排出該室，該第三開口位于該第一開口之下的第三選定水平高度上；在該容器上端和第一開口水平高度之間的室內的噴淋裝置將液體洗滌介質引入該室，其流向與第一開口引入的蒸汽流呈逆流，以完成所選定化合物的洗滌；以及位于噴淋裝置和第二開口之間的定義為夾帶物分離器的裝置，在蒸汽上升到高于該噴淋裝置水平時以完成蒸汽中夾帶的液體洗滌介質和任何選定化合物的分離，該夾帶物分離器包括如下兩種裝置(i)與第二開口相連的蒸汽排出管線以從該分離器排出蒸汽；(ii)與第三開口相連的液體排出管線，以使夾帶于該蒸汽中的經分離器的作用被分離出的液體經第三開口從該容器排出。
9.在以“濕法”生產的稀磷酸的濃縮方法中，其中該稀酸在真空下于第一濃縮器中濃縮，產生第一較濃的酸液流和含有水蒸汽和含有主要以HF和SiF6形式存在的氟化合物的第一蒸汽流，接著該第一濃酸液流在真空下于第二濃縮器中濃縮，產生第二更高濃的酸液流和含有水蒸汽和氟化合物的第二蒸汽流，再接著該第一和第二蒸汽流用液體洗滌以吸收該氟化合物，該方法的改進包括使第一和第二蒸汽流經第一和第二排出導管分別進入第一和第二夾帶物分離器；將第一和第二洗滌液分別噴淋入第一和第二排出導管，使其與第一和第二蒸汽流接觸；從第一夾帶物分離器中回收未被吸收的第一蒸汽流和含有冷凝氟化合物的第一液流；從第二夾帶物分離器中回收未被吸收的第二蒸汽流和含有冷凝氟化合物的第二液流；將該第一液流的一部分再循環(huán)到第一排出導管用作第一洗滌液；以及將該第二液流的一部分再循環(huán)到第二排出導管用作第二洗滌液。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其中第二液體的一部分與第一液體混合，以形成第一洗滌液。
11.根據(jù)權利要求9的方法，其中該第一夾帶物分離器是與其相連的第一容器的一部分，該容器經第一導管從第一濃縮器接收蒸汽，其次還包括將第三洗滌液噴入該第一容器的步驟，以對來自第一濃縮器的蒸汽在其進入第一夾帶物分離器之前對其完成進一步洗滌。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中該第二夾帶物分離器是與其相連的第二容器的一部分，該容器經該容器導管從第二濃縮器接收蒸汽，其次還包括將第三洗滌液噴入該第二容器的步驟，以對來自第二濃縮器的蒸汽在其進入該第二夾帶物分離器之前對其完成進一步洗滌。
全文摘要
本文涉及從濃縮以“濕法”生產的磷酸時所生成的溶液中去除氟化合物的方法和設備,其特征在于,磷酸濃縮段(2)排出的蒸汽流與噴淋入磷酸濃縮器蒸汽排出管(42)的洗滌液接觸,從該排出管排出含冷凝的氟化合物的液體部分,剩余的排出蒸汽流/噴淋洗滌液混合物進入旋流式夾帶物分離器(4),其中夾帶的洗滌液和冷凝的氟化合物與未冷凝的蒸汽分離,而未冷凝的蒸汽進入氣壓冷凝器(70),其中通過冷凝實現(xiàn)雜質的進一步分離。在一種稱為“FSA單級回收”的實施方案中,酸濃縮器的蒸汽排出導管與夾帶物分離器連接,洗滌液經一組噴頭噴入蒸汽排出管以與蒸發(fā)器排出蒸汽流進行接觸。
文檔編號C01B25/234GK1201401SQ96198144
公開日1998年12月9日 申請日期1996年7月10日 優(yōu)先權日1996年7月10日
發(fā)明者J·L·馬蒂納茲 申請人:雷聲工程師及建造者公司