Linge de Production d'Acide Par vois thermique (30,000-100,000 t/an)
Système complet de production d'acide phosphorique pour la fabrication d'acide phosphorique de qualité alimentaire
L'acide phosphorique par voie thermique est produit selon un procédé en deux étapes utilisant un four électrique. La roche phosphatée est d'abord réduite dans un four électrique pour produire du phosphore élémentaire (phosphore blanc). Après dépoussiérage et refroidissement, la vapeur de phosphore est condensée en phosphore liquide. Le phosphore liquide est ensuite brûlé, hydraté et débarrassé de ses brouillards acides (démistage) pour produire l'acide phosphorique.
- Procédé au phosphore blanc
- Procédé de refroidissement à l'acide
- Procédé de refroidissement à l'eau
La roche phosphatée, la silice et le coke sont concassés, séchés et tamisés, puis dosés et introduits dans un four électrique à phosphore hermétique. Le carbone servant d'agent réducteur, le four est chauffé électriquement à environ 1500 °C, produisant un gaz de four riche en phosphore. Après dépoussiérage et refroidissement, le phosphore élémentaire est condensé en phosphore blanc liquide.
- Capacité type : 2x10 000 t/an, 2x12 500 t/an, 2x15 000 t/an
- Qualité du produit : Conforme à la norme GB/T 7816-2018 relative au phosphore blanc industriel
- Phosphorite (P₂O₅=30%) : 8,48 t
- Silice (SiO₂=95%) : 3,73 t
- Coke (FC≥80%) : 1,59 t
- Électrode de graphite (Ø700) : 0,023 t
- Consommation électrique : 13 000-15 000 kWh
- Eau douce : 5 t
- Consommation énergétique globale : 2 280 kgce/t
Four électrique de fusion, comprenant : corps du four, système d'alimentation de la charge, électrodes de graphite, thermocouples, système de sortie du gaz de four
- Adapté aux phosphorites à teneur moyenne et faible.
- Application d'une technologie brevetée de bouletage et de frittage des fines de minerai.
- Utilisation des boues et résidus d'acide phosphorique par voie humide mélangés à la roche phosphatée ; les boulettes produites par granulation en poudre ou par compactage répondent aux exigences d'alimentation du four électrique
- (taille des boulettes : 20-50 mm ; résistance à la compression ≥170 N ; taux de réduction du phosphore ≥95 % ; coût de traitement d'environ 80 CNY/t ; consommation énergétique réduite d'environ 0,2 tce par tonne de phosphore blanc)
- Électrodes autocuites brevetées remplaçant les électrodes de graphite, améliorant significativement la stabilité du four, réduisant l'intensité d'exploitation et abaissant la consommation électrique d'environ 2 000 kWh par tonne de phosphore blanc
- Technologie avancée de distillation du phosphore permettant de récupérer le phosphore blanc à partir des boues phosphorées, ainsi que l'acidulation des boues phosphorées pour produire l'acide phosphorique et des engrais phosphatés
- Application de la technologie de four triphasé à six électrodes
- Augmentation de la section conductrice des électrodes, réduction de la densité de courant, diminution de la consommation d'électrodes et réduction de la consommation électrique du four
- Système de contrôle automatique des électrodes intégrant un contrôle électrohydraulique et des modules de logique floue, permettant un équilibrage automatique du levage des électrodes
- Procédé amélioré de refroidissement des scories: remplacement de la trempe à l'eau par une trempe à l'air, valorisation de la chaleur des scories pour le séchage des matières premières et la distillation des boues phosphorées, éliminant le séchage des scories humides et la production d'eaux usées
-
Valorisation intégrale des scories phosphorées, comprenant:
- Matière première pour le ciment, les matériaux cimentaires, les charges plastiques, les granulats céramiques, les briques non cuites et le béton
- Production d'engrais actif à base de silicate de calcium
- Fabrication de fibres isolantes réfractaires inorganiques
-
Valorisation intégrale du ferrophosphore, comprenant:
- Préparation de matériaux pour électrodes
- Production de phosphate disodique, de phosphate trisodique et d'autres produits phosphatés
- Production de poudre de ferrophosphore à l'échelle nanométrique pour matériaux anticorrosion avancés
Le procédé thermique se décline en deux filières principales:
- Procédé combustion-hydratation en une étape (refroidissement acide)
- Procédé combustion-hydratation en deux étapes (refroidissement eau)
- Capacité de l'usine : 30 000 à 100 000 t/an
- Qualité du produit:
Conforme à la norme GB 1886.15-2015, Sécurité alimentaire nationale, additif alimentaire : Acide phosphorique
Conforme à la norme GB/T 28602-2012, Spécification technique pour la production d'acide phosphorique thermique
Le phosphore blanc est fondu dans un réservoir de fusion puis introduit sous forme liquide par une buse dans la tour de combustion-hydratation. De l'air comprimé assure l'atomisation du phosphore pour une combustion oxydante complète.
Pour garantir une oxydation totale, une injection d'air secondaire est effectuée en tête de tour avec un apport de 1,4 à 2,0 fois le besoin théorique en air.
La combustion du phosphore et l'hydratation du pentoxyde de phosphore s'opèrent dans le même équipement. La chaleur dégagée par la combustion est évacuée par pulvérisation d'une grande quantité d'acide phosphorique dilué pré-refroidi sur la paroi interne de la tour.
L'acide phosphorique refroidi est en grande partie recyclé vers la tour comme acide de circulation ; une fraction plus faible est soutirée comme produit fini.
Les gaz résiduaires traversent un dévésiculeur électrostatique le brouillard d'acide phosphorique est récupéré avant rejet dans l'atmosphère d'un gaz purifié.
- Combustion du phosphore et hydratation du P₂O₅ réalisées dans un seul et même équipement une intégration qui simplifie la production
- Procédé au flux court moins d'étapes, moins de points de contrôle, une efficacité accrue
- Configuration d'équipements relativement simple maintenance facilitée, investissement maîtrisé, exploitation optimisée
- Tour de combustion-hydratationfabrication obligatoire en acier inoxydable spécial, pour résister à la corrosion et aux températures élevées
- Refroidisseurs d'acide surface d'échange thermique importante requise, impactant l'encombrement et l'investissement
- Alimentation en air secondaire injection obligatoire en tête de tour, avec un apport de 1,4 à 2,0 fois le besoin théorique, pour une oxydation complète
- Phosphore blanc : 270 – 280 kg
- Eau : 100 m³
- Air : 1 850 m³
- Électricité : 160 kWh
- Vapeur : 280 kg
- Taux de récupération du phosphore : ≥ 99 %
- Réservoir de stockage du phosphore
- Pompe d'alimentation en phosphore
- Tour de combustion-hydratation
- Échangeur de chaleur
- Pompe de circulation d'acide phosphorique dilué
- Tour d'absorption
- Dévésiculeur à fibres
- Séparateur gaz-liquide
- Ventilateur de gaz résiduaires
- Filtre
- Réservoir d'acide produit
- Pompe à acide produit
Le phosphore blanc est fondu dans un réservoir de fusion puis introduit sous forme liquide par une buse dans une tour de combustion. L'air comprimé assure l'atomisation du phosphore pour une combustion oxydante complète.
Pour garantir une oxydation totale, une injection d'air secondaire est effectuée en tête de tour avec un apport de 1,4 à 2,0 fois le besoin théorique en air.
La combustion du phosphore et l'hydratation du pentoxyde de phosphore s'opèrent dans des équipements distincts : la tour de combustion et la tour d'hydratation.
La température des gaz dans la zone de combustion atteint environ 800 °C. La paroi extérieure de la chambre de combustion est refroidie par eau, maintenant une température de paroi comprise entre 80 et 125 °C.
Les gaz issus de la chambre de combustion entrent dans un refroidisseur de gaz en graphite, où de l'eau de pulvérisation est introduite en tête pour le refroidissement. Une fois les gaz refroidis à environ 180 °C, ils entrent dans la tour d'hydratation où un refroidissement à l'eau en trois étapes est appliqué et le pentoxyde de phosphore est hydraté pour former l'acide phosphorique.
Les gaz résiduaires traversent ensuite un dévésiculeur électrostatique le brouillard d'acide phosphorique est récupéré avant d'être évacués.
Avantages du procédé- Combustion du phosphore blanc liquide réalisée indépendamment dans la chambre de combustion la chaleur dégagée est évacuée par refroidissement à l'eau
- Hydratation séparée après refroidissement, le P₂O₅ contenu dans les gaz réagit avec l'eau pour former l'acide phosphorique
- Matériaux de construction principalement en plaques (tubes) de graphite et briques de carbone une résistance à la corrosion exceptionnelle
- Refroidisseur de gaz surface d'échange thermique relativement réduite, limitant l'encombrement
- Conception simplifiée de la tour de combustion et de la tour d'hydratation — une complexité technique maîtrisée
- Phosphore blanc : 273 kg
- Eau : 80 m³
- Air : 1 715 m³
- Électricité : 160 kWh
- Vapeur : 280 kg
- Taux de récupération du phosphore : ≥ 98 %
- Réservoir de stockage du phosphore
- Pompe d'alimentation en phosphore
- Réservoir d'eau adoucie
- Pompe à eau de circulation
- Tour de combustion
- Tour d'hydratation
- Échangeur de chaleur
- Pompe de circulation d'acide phosphorique dilué
- Tour d'absorption
- Dévésiculeur à fibres
- Séparateur gaz-liquide
- Ventilateur de gaz résiduaires
- Filtre
- Réservoir d'acide produit
- Pompe à acide produit
| Procédé | Caractéristiques | Base de calcul : production de 1 tonne d'acide phosphorique à 85 % en poidsH₃PO₄ | Taux de récupération du phosphore/% | |||
| M (Phosphore blanc) /kg |
V (Air) /m³ |
V (Eau) /m³ |
W (Électricité) /(kW·h) |
|||
| Procédé de combustion-hydratation en une étape | (1) La combustion et l'hydratation ont lieu dans le même équipement ; (2) La chaleur de combustion du phosphore est évacuée par la circulation d'acide refroidi ; (3) Une quantité relativement importante d'acier inoxydable est nécessaire pour la construction de l'équipement ; (4) Une grande surface d'échange thermique est requise pour les refroidisseurs d'acide (pour des installations de capacité équivalente, la surface d'échange thermique est 3 à 5 fois plus importante que pour le procédé de refroidissement à l'eau). |
270-280 | 1850 | 100 | 160 | ≥99 |
| Procédé de combustion-hydratation en deux étapes | (1) La combustion du phosphore blanc liquide s'effectue de manière indépendante dans la chambre de combustion ; (2) La chaleur générée lors de la combustion est évacuée par refroidissement à l'eau ; (3) Après refroidissement, le P₂O₅ contenu dans le gaz est hydraté en acide phosphorique dans la tour d'hydratation ; (4) Les matériaux de l'équipement comprennent principalement des plaques (tubes) en graphite et de l'acier au carbone ; (5) Le refroidisseur de gaz nécessite une surface d'échange thermique relativement réduite. |
273 | 1715 | 80 | 98 | |
Évacuation de la chaleur de combustion par l'acide de circulation environ 20 % de la chaleur étant emportée par les gaz résiduaires.
Pour brûler une tonne de phosphore blanc, il faut compter 400 à 500 tonnes d'acide de circulation. Une logistique acide intense, qui place la fiabilité des pompes, des échangeurs et du réseau de canalisations au cœur de la stabilité opérationnelle.
Procédé en deux étapes (refroidissement eau)
La chaleur de combustion est principalement dissipée par évaporation d'eau une partie étant également évacuée par les gaz résiduaires.
Atout majeur : pas d'installations de refroidissement d'acide à grande échelle. Contrepartie : des exigences élevées sur la structure des équipements et les matériaux.
Mais les avancées technologiques changent la donne : aciers haute performance et revêtements par pulvérisation permettent aujourd'hui de maîtriser efficacement la corrosion par la flamme phosphorée à haute température.
Autre avantage stratégique : le refroidissement des gaz chauds ouvre la voie à la récupération de chaleur fatale et à une meilleure efficacité énergétique.
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Analyse
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