湿法磷酸生产装置磷石膏干排改湿排技术改造

何建龙

云南云天化股份红磷化工有限公司    661699

摘 要：云天化集团责任有限公司（以下简称云天化集团）是国内最早的化肥企业之一，于1977年建成投产，是云南省政府授权经营的国有独资有限责任公司。集团目前主要涉及的产业有磷化工、磷矿采选、盐与盐化工、玻璃纤维材料、有机化工、有机化肥等，其中磷相关产业是集团支柱产业，在集团的整体发展规划中起着重要的作用。磷酸是集团在进行生产时最基础的产品，但值得注意的是，进行磷酸的生产在当前的技术状况下存在着许多难以解决的问题，其中最显著的问题就是磷石膏的问题。磷酸不是自然酸，必须通过磷矿石来进行制备，其在生产与生活中又是一种难以被替代的原材料或产品，这就导致通过磷矿石来制备磷酸是在当下主流的大规模工业生产选择。磷矿石是含磷的混合物，其制备磷酸时一定会产生工业废料，其中占主要部分的就是磷石膏。本次技术改造通过改进湿法磷酸生产时磷石膏的排放方式，完成产线的升级。

关键词：磷酸；磷石膏；输送装置；技术改造

引言

磷酸是生活中十分常见的一种无机弱酸，在医药、食品、化工方面作为基础的原材料十分重要，目前工业及生活中所用的磷酸绝大部分都来自于化工厂的统一制备。在磷酸的制造过程中，湿法工艺是主流的制作手段，除在化学试验室在进行实验时可能使用别的方法来进行原理的演示或者工艺改进试验，其它状况下的磷酸生产都在使用湿法工艺进行生产。湿法工艺中有一个难以克服的弊端，那就是产生磷石膏废料及其它的附属废料，磷石膏一般作为工业危害型垃圾进行统一存放，其在磷酸制备工程中必然需要随时进行排出，一般磷石膏的排出方式根据其表现状态分为干排和湿排两种。磷石膏现在已经成为了相关生产企业最难以处理的问题，早期的磷酸生产为了节约空间将磷石膏进行干化后排出，使得后期利用难度加大，对生产环境造成了大量的污染。无论是国家政策的要求还是企业的社会责任感都在要求必须要对磷石膏排放工艺进行改进。

一．磷酸生产装置现状

云天化集团的早期磷酸生产装置主要为二水磷酸装置，在进行生产期间主要采用的磷石膏排放方式是干排。在干排的工艺中，初次排出的废水中包含硫酸的酸浆（非纯净物）以及大量的渣坝回水，进行多次的冲洗过滤工艺后，将其制备成干料，通过废料传送带进行排出。湿法磷酸中所产生的最终废料主要为二水石膏，这种材料本身含有大量杂质，在二次利用中难度极大，大部分的企业将其进行直接丢弃。在政策的管控及历史遗留大量的磷石膏废料厂影响下，目前磷酸制备企业要进行二水磷石膏排放时可利用的空间越来越小，急需通过改进方法来节约其存放空间或减小其利用难度。

二．干排改湿排技术改造方向

二水磷石膏作为工业废弃物对任何磷酸生产企业来讲都是必须要解决的问题，本次进行二水磷石膏排出工艺改造有以下五大方向。

2.1节约磷石膏存放空间

磷石膏在排出后需要专门的废料场来进行存放，企业申请磷石膏废料场基本难以通过，只能利用历史上已经申请的废料场，而废料场能够利用的空间越来越小，在工艺本身能取得原理性的突破之前，技术改造必须首先考虑磷石膏存放空间的问题，一个方向是减少排出，另一个方向是加强利用。

2.2改善工作环境

当前技术选型为干法排出，干法排出由于其工艺流程，工作车间内酸雾较多，且容易在传送管周围形成酸积液，这对于整个工作环境的破坏是很严重的。设备运行在这样的环境下损耗更快，且对操作工人的健康也有巨大的不利影响，进行干排改湿排，重点解决的就是工作环境的问题。

2.3降低工人的工作强度

二水磷石膏干法排出的设备涉及的工艺比较简单，但其一般为了尽量减少损耗进行多次的提取操作，这就使得工艺的周期变得更长，其设计的产线也更长，在此工艺下工人的工作强度比较大，工人需多次倒班。干排改湿排的过程中，也应当将降低工人工作强度作为改进的重要方向。

2.4降低安全隐患

干法排出磷石膏时，由于其整体产线长，容易对设备形成腐蚀，降低设备的可靠程度，也给工人的安全操作带来极大的威胁，湿法排出磷石膏避免了冗余工序耗时，废料滞留时间更少，能够有效降低安全隐患。

2.5降低生产成本

在进行废料处理时，通过合理排布，湿排的最终废料浪费的空间更小，同时由于设备本身腐蚀程度变低，也节约了低值易耗品的使用频率，让固定资产的报废年限被延长。产线的系统化改进也可以减少工人的用量，减少了人力成本，整体上使得生产成本大大降低。

三．磷石膏干湿排技术改造策略

3.1改造思路

湿法磷酸生产装置磷石膏干排改湿排的改造思路整体上可以总结为“封闭生产，有机循环”的原则。在进行设备改造时，重点简化皮带类传动装置、管道运输装置，增加封闭式过滤装置、泵装置、调节池等。最终将大量的外部装置转变为封闭装置，并通过采用陶瓷及强防酸蚀涂层等提高设备的安全性与使用年限。

3.2改造内容

3.2.1拆除皮带装置，采用封闭式齿轮轴承。

3.2.2改进过滤机渣斗，大量引进陶瓷装置。

3.2.3改进运输管道。活动部分选用DN450不锈钢，固定部分在无缝钢管内壁采用阳离子氧化工艺进行防酸膜镀膜。

3.2.4减少小角度运输渠道。将运输渠道尽量改造为钝角，减少其积料与设备损耗。

3.2.5安装高压喷水管，在生产过程中及时清理渣液、渣浆。

3.2.6增加环境传感器。通过环境传感器及时感知环境变化参数，回传到生产控制中枢中。

3.2.7模块智能化控制。增加智能化的控制模块，不同的环节有专门的二级或三级控制中枢，保证在其它部分出现问题时能及时进行回馈响应，减少原材料的浪费和设备的损耗。

3.2.8电气线路改造。置换原有的电气线路，根据当前的实际情况进行电气线路的重新部署，电气线路应采取走顶的工艺，所有线路都在塑料管内，接头处采用转接铜鼻并镀锡，并用防酸蚀胶带进行包裹。

3.2.9生产流程改造。根据新的生产线情况，改进生产的制度与流程，并进行工人培训，形成一套完备的二水石膏干排产线工作流程。

3.3项目实施进度安排

湿法磷酸生产装置磷石膏干排改湿排技术改造项目实施进度安排情况如表3.1所示，以2022年3月上旬作为项目起始时间点进行规划，在进行实际利用时可根据现实情况进行调整，但周期应保持一致。

表3.1  磷石膏排放方式改造实施进度及要求

实施时间	实施工作	主办部门	备注
2022年3月	完成方案的编制、报批	生产制造中心磷酸厂
2022年4月-5月中旬	物资采购	资产处
2022年5月中旬-7月	设备拆除与改进	生产制造中心磷酸厂、技术中心	部分生产部分施工
2022年7月-9月	试运行、验收	生产制造中心磷酸厂、生产维保中心、技术中心	改进与试运行同步

3.4改造成本预算

本次进行改造的成本主要在于四个方面。其一是原始装置的拆除，施工费用预计1.5万元；其二是管道及传动设备改造，将进行企业招标，包工包料，预计费用为14.3万元（含3个月低值易耗品）；第三是进行智能化设备改造费用，最好能与第二部分是同一企业，如同一企业不能完成则继续公开招标单独完成，预计费用为17.5万元（含设备费用）；第四是测试培训费用，新的产线需要由施工单位及第三方评测单位合作进行测试，并对现有工人进行培训，预计费用为4万元（含三年内48小时快速维护）。合计预算费用为37.3万元。在招标后可与施工企业进行进一步的探讨修改。

四．干排改湿排技术改造效果

经过将湿法磷酸生产装置磷石膏干排改湿排的技术改进，产生最明显的效果是大量节省了3倍的磷石膏存放场地，在加上可以利用集团磷化肥厂逐渐消化磷石膏，废料场的使用年限将大幅度延长。同时传动装置及管道的改造延长了产线的寿命，将原本的使用维护周期拉长两年以上。通过智能化的改进，每年可以节约维护工人146人，按照每人每天劳动力薪酬200元计算，节约薪酬支出35.04万元。

五．结语

改造后，原干排法造成的各类问题得到了有效的解决，完成了既定的改造目标。不仅延长了设备的使用寿命，还节约了人力支出，并将传统工艺接入了智能化的范畴，为日后的进一步改造奠定了基础。但由于湿法磷酸工艺的固有属性，其依然需要大量产出磷石膏废料，在进行干排改湿排后，其利用难度降低。后期的方案应当从磷石膏的合理利用出发，实现绿色发展、可持续发展，为其它化工企业的设备改革提供参考样板。

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