Раздел 6. Производство хлорида фосфора (III)

Раздел 6. Производство хлорида фосфора (III)

6.1 Общая информация

Хлорид фосфора (III) (фосфор треххлористый, фосфора хлорид, фосфора (III) хлорид, фосфора трихлорид, химическая формула ) производится в виде бесцветной прозрачной жидкости, дымящей во влажном воздухе. Согласно [14], продукт должен иметь следующие показатели (см. таблицу 6.1).

Таблица 6.1 - Технические характеристики треххлористого фосфора [14]

Наименование показателя	Марка А	Марка Б
Массовая доля треххлористого фосфора, %, не менее	98	96
Массовая доля пятивалентного фосфора, %, не более	0,4	0,8

Треххлористый фосфор применяют для производства фосфорной кислоты, органических фосфитов, хлорокиси фосфора, пятихлористого фосфора.

Треххлористый фосфор получают хлорированием желтого фосфора.

6.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве треххлористого фосфора

Промышленный способ получения треххлористого фосфора - взаимодействие хлора с желтым фосфором в растворе треххлористого фосфора.

Процесс идет с высокой скоростью и большим выделением тепла, при температуре 76°C - 86°C по следующей реакции:

При наличии в хлоре кислорода происходит частичное окисление треххлористого фосфора с образованием хлорокиси фосфора:

Основные стадии процесса:

- прием, хранение и выдача желтого фосфора;

- хлорирование желтого фосфора;

- перегонка треххлористого фосфора и разложение кубового остатка.

6.2.1 Прием, хранение и выдача желтого фосфора

Желтый фосфор поступает в железнодорожной цистерне, снабженной рубашкой. Фосфор находится в цистернах под слоем воды. Перед началом приема фосфора в приемные емкости его разогревают подачей пара в рубашку железнодорожной цистерны и подачей острого пара вовнутрь цистерны.

Жидкий желтый фосфор из цистерны с помощью азота передавливается в приемные емкости с рубашками змеевикового типа.

Желтый фосфор в емкостях хранится в расплавленном состоянии под слоем воды.

По мере необходимости расплавленный фосфор из емкостей азотом передавливается в приемники фосфора, откуда периодически передавливается азотом в растворитель.

Абгазы из железнодорожной цистерны, приемных емкостей, промежуточных емкостей, емкости надфосфорной воды, приемников направляются в санитарную колонну с насадкой из колец Рашига (50х50), орошаемую водой.

Кислые стоки, содержащие фосфорную кислоту, из санитарной колонны выбрасываются в приямок сточных вод, а затем в минеральную канализацию.

6.2.2 Хлорирование желтого фосфора

Фосфор из приемника поступает в растворитель, где происходит его растворение в треххлористом фосфоре.

Из растворителя раствор фосфора в треххлористом фосфоре непрерывно подается в хлоратор. Избыток реакционной массы из хлоратора по линии перетока возвращается в растворитель.

Хлор из хлорного буфера поступает в хлоратор.

Хлорирование фосфора происходит при давлении не более 0,03 МПа и температуре 76°C - 86°C, которые регулируют подачей оборотной воды в рубашку хлоратора и рубашку растворителя и расходом хлора на хлорирование.

Образующийся в хлораторе треххлористый фосфор испаряется за счет тепла реакции и в виде паров поступает в дистилляционную колонну с насадкой из колец Рашига (50х50). Часть паров треххлористого фосфора, поднимаясь по колонне, конденсируется и стекает обратно в хлоратор, смывая механически унесенный фосфор.

Несконденсировавшиеся пары треххлористого фосфора поступают в кожухотрубный дефлегматор оросительного типа, охлаждаемый оборотной водой. Конденсат поступает из дефлегматора в фазоразделитель. Часть жидкого треххлористого фосфора идет на орошение колонны, а другая отводится в промежуточный сборник готового продукта.

6.2.3 Перегонка треххлористого фосфора и разложение кубового остатка

Перегонка треххлористого фосфора производится в перегонном кубе, представляющем собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическими днищем и сферической крышкой. Пары треххлористого фосфора из перегонного куба поступают в дистилляционную колонну с насадкой из колец Рашига (50х50), где часть их конденсируется и стекает обратно в перегонный куб.

Очищенные от примесей пары с температурой 76°C - 86°C конденсируются и охлаждаются в кожухотрубном дефлегматоре, орошаемом оборотной водой.

Сконденсировавшийся треххлористый фосфор из холодильника-конденсатора через фазоразделитель возвращается в растворитель или направляется в емкость готового продукта.

Конец отгонки треххлористого фосфора определяется по падению температуры паровой фазы. Затем остатки треххлористого фосфора разлагаются горячей водой, подаваемой вовнутрь аппарата по сифону и зачищают оборудование.

Отходы зачистки оборудования при производстве фосфорной кислоты и прочих фосфорных неорганических соединений выгружаются из аппарата на поддон, загружаются в бочки и вывозятся на полигон захоронения промышленных отходов.

Осадок, содержащий желтый фосфор, из реакторов хлорирования накапливается в емкостях хранения желтого фосфора в количестве не более 1 загрузки, затем возвращается в хлораторы на дохлорирование. После срабатывания желтого фосфора мехпримеси со стадии дохлорирования выгружаются и обрабатываются известняком. Отходы синтеза треххлористого фосфора, обработанные известняком, направляются на полигон захоронения промышленных отходов.

Абгазы после холодильника через фазоразделитель отводятся в нижнюю часть графитовых колонн с насадкой из фторопластовых колец (50х50), орошаемых оборотной водой. Сюда же поступают абгазы при разложении остатков треххлористого фосфора из перегонного куба.

Сточные воды из санитарных колонн сбрасываются в минеральную канализацию.

Технологическая схема производства приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Принципиальная схема получения треххлористого фосфора

Описание технологического процесса приведено в таблице 6.2, перечень основного оборудования - в таблице 6.3.

Таблица 6.2 - Описание технологического процесса производства треххлористого фосфора

Входной поток	Подпроцесс	Выходной поток	Основное технологическое оборудование
Фосфор Азот	Прием, хранение и выдача желтого фосфора	Фосфор Абгазы	Емкости
Хлор	Прием хлора в хлорный буфер	Хлор	Хлорный буфер
Фосфор Хлор Вода	Растворение фосфора	Раствор фосфора в треххлористом фосфоре	Растворитель
Раствор фосфора в треххлористом фосфоре	Хлорирование фосфора	Треххлористый фосфор Кубовый остаток Нерастворенный остаток с примесями желтого фосфора	Хлоратор
Нерастворенный осадок с примесями желтого фосфора	Дохлорирование желтого фосфора	Мехпримеси	Хлоратор
Кубовый остаток Вода	Перегонка и разложение кубового остатка	Треххлористый фосфор Абгазы Отходы зачистки оборудования Сточные воды	Перегонный куб, дистилляционная колонна, холодильник-конденсатор, фазоразделитель
Треххлористый фосфор	Конденсация треххлористого фосфора	Треххлористый фосфор на хранение Абгазы	Дистилляционная колонна, фазоразделитель
Треххлористый фосфор со стадии конденсации Треххлористый фосфор со стадии перегонки	Хранение треххлористого фосфора	Треххлористый фосфор потребителю Абгазы	Емкости
Абгазы Вода	Очистка абгазов	Сточные воды	Санитарные колонны
Раствор едкого натра Азот Хлор	Нейтрализация хлора с хлорного буфера и коммуникаций	Отработанный раствор щелочи	-
Известняк	Возврат осадка содержащего желтый фосфор в производство до полного срабатывания желтого фосфора. После повторной выгрузки обрабатывается известняком	Отходы синтеза треххлористого фосфора, обработанные известняком	-

Таблица 6.3 - Перечень основного оборудования производства треххлористого фосфора

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Емкости	Прием, хранение сырья и продуктов	-
Хлорный буфер	Прием хлора	-
Растворитель	Растворение фосфора	-
Хлоратор	Хлорирование фосфора	-
Перегонный куб	Перегонка треххлористого фосфора	Вертикальный цилиндрический аппарат со сферическими днищем и сферической крышкой
Дистилляционные колонны	-	Насадка из колец Рашига 50х50
Холодильник-конденсатор	Конденсация треххлористого фосфора	-
Санитарные колонны	Очистка абгазов	Насадка из фторопластовых колец Рашига 50х50

6.3 Нормы расхода сырья и энергоресурсов

Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов при производстве треххлористого фосфора

Наименование ресурсов	Единицы измерения	Расход на 1 т продукции
		Минимальный	Максимальный
Фосфор желтый (марка А, марка В)	кг	230	-
Хлор	кг	802	-
Известковое молоко	кг	71,94	-
Натр едкий (технический)	кг	5	-
Электроэнергия	кВт-ч	52	62
Тепловая энергия	Гкал	0,36	0,46
Оборотная вода		105	135
Техническая вода (речная)		6	7
Воздух сжатый осушенный		2,4	-

6.4 Текущие уровни эмиссии при производстве треххлористого фосфора

6.4.1 Выбросы в атмосферу при производстве треххлористого фосфора

Выбросы в атмосферу при производстве треххлористого фосфора приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Выбросы в атмосферу при производстве треххлористого фосфора

Источники выброса	Наименование	Метод очистки, повторного использования	Объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну 1 т продукции, кг/т
			Минимальное	Максимальное	Среднее
Атмосферные трубы, вентиляционная шахта, дефлекторы	Фосфорный ангидрид (дифосфорпентаоксид)	Колонна насадочная с насадкой из колец Рашига (50х50), орошается оборотной водой	0,068078	0,073518	0,070737
	Хлор		0,001345	0,001379	0,001363
	Хлористый водород		0,004621	0,005111	0,004862
	Фосфор трихлорид (фосфор треххлористый)		0,0019376	0,0022899	0,002114
	Фосфорилхлорид (фосфора хлорокись)		0,0004812	0,0005714	0,000526

6.4.2 Обращение со сточными водами

Сточные воды с санитарных колонн очистки абгазов, с промывки оборудования, со стадии перегонки и разложения треххлористого фосфора, с вакуум-насосов направляются на общезаводскую станцию усреднения и нейтрализации и далее передаются в сторонние организации для обезвреживания. Уровни сбросов приведены в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - Сбросы загрязняющих веществ при производстве треххлористого фосфора

Источники сброса	Наименование	Направление сбросов (в водный объект, в системы канализации)	Метод очистки, повторного использования	Объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну 1 т продукции, кг/т
				Минимальное	Максимальное	Среднее
Санитарные колонны очистки абгазов, промывка оборудования, стадия перегонки и разложения треххлористого фосфора, вакуум-насосов	Фосфаты (по фосфору)	На общезаводскую станцию усреднения и нейтрализации	-	10,98	12,72	11,85
	Хлорид-анион (хлориды)		-	15,00	19,18	17,09

6.4.3 Отходы производства треххлористого фосфора

Отходы зачистки оборудования при производстве фосфорной кислоты и прочих фосфорных неорганических соединений в количестве 0,09 кг/т на 1 т продукции, загружаются в бочки и вывозятся на полигон захоронения промышленных отходов.

Отходы синтеза треххлористого фосфора, обработанные известняком в количестве 3,59 кг на 1 т продукции, направляют на полигон промышленных отходов.

6.5 Перспективные направления в технологии производства треххлористого фосфора

К перспективным направлениям можно отнести газофазный синтез треххлористого фосфора при температуре около 1800°C с последующей конденсацией и перегонкой.