磷酸二氢钾生产装置氯化铵结晶体系稳定运行优化技术

2019-12-12周秀梅孙贵兴

无机盐工业 2019年12期

周秀梅，孙贵兴

（云南云天化红磷化工有限公司，云南开远661600）

云南云天化红磷化工有限公司3万t/a磷酸二氢钾生产装置系采用有机溶剂萃取法生产磷酸二氢钾。有机溶剂萃取法生产磷酸二氢钾，是根据有机溶剂（M）对不同化合物具有不同溶解度的特性，选择性地使用有机溶剂进行萃取分离，来制取磷酸二氢钾。其是在合适的有机溶剂存在下，采用氯化钾和磷酸反应，生成的盐酸被萃取剂萃取到有机溶剂中，磷酸二氢钾溶液与M·HCl经过分相分离从水相中结晶出来，经过洗涤、干燥得到磷酸二氢钾产品，母液循环使用；M·HCl由反萃剂（S）从有机相中反萃出来，萃取剂循环使用，S·HCl被加工成氯化铵产品［1］。

在磷酸二氢钾生产过程中，萃取剂会包裹、夹带一定量磷酸二氢钾浆液（含有不溶于水的固体物质）进入反萃工序，致使反萃得到的氯化铵液中夹带少量的水不溶物进入氯化铵浓缩及结晶工序。随着氯化铵体系开车时间的延长，体系内水不溶物不断累积，达到一定程度后导致结晶系统料液黏稠、密度上升，制约了氯化铵结晶颗粒的生成。最终生成的氯化铵结晶颗粒细小，在离心机分离时，小的结晶颗粒易堵塞氯化铵离心机滤网，导致氯化铵不能正常取出，影响了氯化铵浓缩结晶体系的运行。

从装置的运行情况来看，氯化铵结晶系统每运行10 d左右，就得停车对氯化铵结晶系统内的母液进行油水分离、升温溶解、过滤处理，每次处理时间需要4～6 d，致使装置开车率低，成为磷酸二氢钾装置长周期稳定运行的制约因素。

1 优化改造方案

为改善氯化铵的结晶粒度、延长氯化铵结晶体系的运行周期，从氯化铵原液品质、油水分离、氯化铵结晶器滤网、氯化铵结晶器管道等方面进行了优化改造。

1）氯化铵原液品质优化。氯化铵原液中水不溶物不断累积是制约氯化铵结晶体系长周期稳定运行的关键所在。为延长氯化铵结晶体系的运行周期，改善氯化铵原液品质、降低氯化铵原液的水不溶物含量成为首要任务。改进措施是，在氯化铵原液进入氯化铵浓缩系统之前增加一台XMY50/800-UB型过滤面积为50 m2板框压滤机，即在氯化铵原液槽至氯化铵贮槽的管道中接一支管进入新增板框压滤机，滤液进入氯化铵污水储槽，氯化铵清液用泵打至氯化铵贮槽；滤饼卸至地面，经人工拉至渣场。氯化铵原液品质优化工艺流程图见图1。该方法实施后，氯化铵板框压滤机每天至少卸料3～5次，每次卸料量为2～3 t，氯化铵原液中固相质量分数由3%～5%降低至1%左右，提升了氯化铵原液品质。

图1 氯化铵原液品质优化工艺流程图

2）氯化铵液油水分离设施优化及改造。在磷酸二氢钾生产过程中，由于反萃分相槽分相效果不理想，氯化铵液携带少量萃取剂进入氯化铵浓缩及结晶工序，随着装置运行时间的延长，氯化铵结晶器内萃取剂越积越多，致使结晶器表面漂浮一层油状萃取剂，最终随着母液进入离心机，导致离心机滤网堵塞，离心、分离难度增加。改进措施是，利用装置原有的二级洗水槽作为氯化铵原液的油水分离槽，在分离槽上部安装高位溢流管。定期控制油水分离槽处于高液位，从而使分离后的萃取剂从高位溢流管溢流至萃取剂回收槽。油水分离后的氯化铵液一部分进入氯化铵浓缩体系，另一部分返回反萃工序作为反萃液。该方法实施后，氯化铵原液中的萃取剂携带量（质量分数）由2%～3%降低至1%以内，一定程度上减少了氯化铵原液中萃取剂的携带，降低了萃取剂的消耗。相应减少了进入氯化铵浓缩、结晶工序的萃取剂携带量，改善了氯化铵的结晶环境。

3）氯化铵离心机滤网规格以及滤网与推料面间隙的调整。氯化铵结晶系统配套的离心机为活塞式连续推料离心机，经过不断地调试和摸索，寻找出滤网的规格与氯化铵颗粒粒度不匹配、滤网与推料面的间隙过大是离心机运行过程中频繁出稀料的重要原因。氯化铵离心机滤网孔径原设计为0.12 mm，因氯化铵结晶颗粒细小，易堵塞滤网，滤液不能及时流出，致使氯化铵频繁出稀料。改进措施是，将离心机滤网的孔径由0.12 mm更换为0.18mm。氯化铵离心机推料面与转鼓的间隙经测量为0.6 mm。改进措施是，将推料面与转鼓的间隙控制在0.2～0.3 mm，最大不能超过0.4 mm。

4）氯化铵结晶器高位溢流管的优化。氯化铵结晶器高位溢流管原设计为DN150钢衬PO管（聚烯烃管），管道布置无坡度，整条管道上有多个弯头，溢流不畅，经常堵塞。而且管道架空于桥架上空，清理难度大，安全风险高。在此情况下氯化铵结晶器内的物料不能正常溢流至母液槽，结晶器表层附积了细小的粉未，导致结晶器表面液体黏稠，漂浮的细晶得不到长大，液下泵将表面的料液吸入至外置循环冷却器中。外置循环冷却器在降温过程中，氯化铵晶体长大，在列管内结晶，将换热器列管堵塞，影响换热效率。为此对氯化铵结晶器高位溢流管进行了改造，采用DN250的PP（聚丙烯）管代替原有的钢衬PO管，管道上方开了清理孔，方便清理管道。而且整条管道均有5%的坡度，取消了原有的弯头。该方法实施后，没有出现过堵塞情况。

5）氯化铵母液细晶消除优化。因氯化铵漂浮的结晶颗粒细小，从离心机穿滤的细晶和结晶器顶部溢流产生的细晶不断地在结晶器内体系打转，在结晶器内不易沉降，结晶器处于一种全混流状态，在结晶冷却循环泵作用下，细晶易在换热器内部结晶，堵塞列管。为解决此问题，将细小粉末晶体通过泵返回浓缩系统，重新加热，将细晶高温溶解，形成过饱和液，重新进入结晶器结晶。为消除过多细晶，将母液槽返回的氯化铵母液由返回氯化铵贮槽直接改为进入氯化铵浓缩一效换热器，减少了氯化铵细晶在原液槽的沉积。

6）氯化铵回流管优化改造。氯化铵结晶器采用传统的OSLO结晶器，生产过程中结晶器晶床分布情况及结晶器成长区的晶体成长情况不得而知，给生产操作带来极大困难。若取晶量过大，结晶器成长区晶体固含量低，不利于结晶过饱和度的消除，且晶体不易长大。若取晶量过少，结晶器内固含量过高，补充进入结晶器的母液自发成核几率增大，容易产生细晶。改进措施是，在氯化铵结晶器出料管上搭接一根DN50不锈钢回流管，在生产过程中取样观察氯化铵结晶器出料固含量情况来判断结晶器取料的多少，为氯化铵结晶器的稳定运行提供了保障。

7）冷却结晶工艺指标摸索及优化。氯化铵结晶器采用传统的OSLO结晶器，外置循环冷却器操作控制极为重要，结晶器在运行期间母液均为运行温度下的饱和溶液。在生产过程调试阶段，氯化铵外置循环冷却器多次出现冷却器列管堵塞情况。经过不断摸索和验证，认为母液温度与冷却水温度梯度过大是导致氯化铵母液在列管换热器中结晶堵塞换热器列管的重要原因，结晶母液与冷却水温差应控制为2～6℃。由于温度控制合理，换热器列管堵塞几率大大降低。

对氯化铵结晶体系进行改进以后，促使体系得以稳定运行，提高了装置的运转率，改造后装置的月开车率由40%～50%上升至75%以上。