一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法及设备技术

一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法及设备。将配置好的球料从上部加入立式密闭隔烟窑炉，在窑炉下部不断排料过程中球料依靠自身重力向下运动，并逐渐升温，发生反应生成磷蒸气与一氧化碳。磷蒸气与一氧化碳直接抽出冷却得到黄磷；将其送回至磷燃烧通道氧化成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷的窑气用循环酸喷淋吸收即可得到高浓度磷酸。本发明专利技术物料外表面不需要加包裹剂，简化了工艺，降低了成本，去除了包裹剂所占球料的质量，使单位质量球料的产磷率更高；隔烟燃烧加热区分开了立式密闭隔烟窑炉内的还原气氛与氧化气氛，解决了混合球料在升温的过程中碳质被提前氧化的问题，减少了复合球团中碳质还原剂的用量，提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法；本专利技术还涉 及用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸过程中所使用的立式密闭隔烟窑炉。
技术介绍
磷酸制取工艺发展至今，其主要工艺有两种(1)湿法用硫酸分解中高 品位磷矿石制取磷酸，该方法需要大量优质磷矿石和硫酸，同时产生大量磷石膏 废渣难以利用，湿法磷酸杂质含量高，净化工艺复杂，成本高，而且目前国内硫 磺价格持续居于高位，导致湿法磷酸成本也大幅上涨；(2)热法用电炉法还原 磷矿石以生产单质黄磷，然后在燃烧塔内燃烧吸收制取磷酸，该方法需要大量电能(生产每吨黄磷耗电15000—16000 kwh)和中高品位磷矿块矿，且环境污染 严重，这也几乎是目前全世界生产黄磷的唯一方法，但许多发达国家限制使用热 法生产黄磷。窑法磷酸是区别于湿法和热法的第三种方法，其反应原理与热法磷酸相似， 但混合料进行固相反应，且将磷单质的还原与氧化过程置于一个设备中，这样磷 单质与副产的一氧化碳燃烧释放的热量可以用来提供磷单质还原所需的热量，大 大节省能耗，同时可利用&05>10%的中低品位磷矿石，大大拓宽了磷矿是直接 利用的品位范围。然而此工艺还未能十分成功应用在规模化工业生产中。窑法磷酸的思路于20世纪30年代就已被提出，美国的西方石油公司曾投 入大量的精力进行研究，但由于工程化难度太大而最终放弃。窑法磷酸长时间以来有两条研究路线 一是回转窑法磷酸，二是隧道窑法 磷酸，主要是以磷还原与氧化过程所在的主反应器的不同来区分的。(l)回转窑是一种重载、大扭矩、多支点、筒状中空窑炉运行系统；球状物料在窑内随着窑体的旋转而运动，磷的还原在还原区进行，磷的氧化在氧化区进行，还原区和氧化区都在窑体内；燃料在窑内燃烧直接供热；(2)隧道窑 一般是一条长的直线 型隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车，燃 烧设备设在隧道窑的中部两侧；采用隔烟或明焰烧成，物料放在窑车上，经过预 热带、高温带和冷却带。回转窑的主要困难是窑头结圈，出气温度过高，粉尘大以及化学保护代价 大；隧道窑的主要难题是坯体保护材料的耐温防腐要求高、隧道窑热效率较低等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够克服回转窑和隧道窑的缺陷，能够较好地实 现窑法磷酸工业化生产的用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法；本专利技术的 另一个目的是提供生产过程中所使用的立式密闭隔烟窑炉。本专利技术的目的是这样实现的 一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方 法，将磷矿石、碳质还原剂与其他配料制成球形物料；球形物料从立式密闭隔烟 窑炉上部加入，依靠重力向下运行，反应在固相状态下进行，在立式密闭隔烟窑 炉内物料被加热还原成磷蒸气，将磷蒸气冷却得到黄磷或将磷蒸气引入立式密闭 隔烟窑炉内的磷燃烧通道，被充入的空气氧化成为五氧化二磷，然后水合吸收制 成磷酸；反应后的固体物料残渣经过换热冷却后从窑炉下部卸出。物料在固相条件下完成磷的还原反应，物料的熔融部分为物料总量的0-30%。选用的磷矿中P205》6%，碳质还原剂为焦碳、煤或煤矸石，磷矿石与碳质还原剂按照有效成分摩尔比为P205: C=l: 5-10。其他配料为硅石或石灰或石灰石，球形物料中钙硅摩尔比为Ca: Si<0.4 或>3. 5。在制备成球形物料过程中粘接剂，粘接剂为水和磷酸配制成的浓度为10_ 30%稀磷酸，粘接剂的加入量为制成球形物料中所用干基物料重量的0. 1—3%。一种立式密闭隔烟窑炉，包括窑体，窑体安装在支撑上，窑体上部设有料斗， 下部设有冷却料斗，用于补充燃料的烧嘴伸入到窑体内，立式密闭隔烟窑炉窑体 在制黄磷时炉内分为物料通道和燃料通道两类通道；制磷酸时炉内分为物料通 道、燃料通道和磷燃烧通道三类通道；各种通道间用传热耐火材料密闭隔开。在制备磷酸时所用立式密闭隔烟窑炉是由单个窑炉组成或多个窑炉构成的 窑炉群，立式密闭隔烟窑炉群以多个相互联系的立式密闭隔烟窑炉为基础组成， 各个立式密闭隔烟窑炉之间通过用于传质传热的通道连接。通道一端与上一窑炉的物料通道的排气口连接，另一端与下一窑炉的燃料通 道进口连接。本专利技术所提供的用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法，混合料从立 式密闭隔烟窑炉顶部或上部加入，物料依靠重力向下运行，在固相状态下发生反 应，反应后的固体物料残渣经过换热冷却后从窑炉底部或下部卸出。这种方法是 除隧道窑法磷酸和回转窑法磷酸外的第三条可行路线，并可以灵活地对生产黄磷 或是磷酸进行调整。生产磷酸时磷单质与一氧化碳燃烧产生的热量通过隔墙传导 给物料通道中的球料，以供应还原反应所需热能，从而实现了窑法磷酸的核心思 想，大量节省了能源消耗。本专利技术和隧道窑法磷酸与回转窑法磷酸的对比1、 外表面不需要加包裹剂，简化了工艺，降低了成本，且完全去除了包裹 剂所占球料的质量，使单位质量球料的产磷率更高。2、 隔烟燃烧加热有效区分开了立式密闭隔烟窑炉内的还原气氛与氧化气 氛，根本解决了混合球料在升温的过程中碳质被提前氧化的问题，减少了复合球 团中碳质还原剂的用量；物料发生还原反应产生磷单质时，磷不会马上氧化，而 是在磷燃烧通道内燃烧氧化，从而解决了磷在料球表面氧化反吸的问题。磷的燃 烧在可控有序状态下进行。3、 大量减少了球料间的摩擦，极大地减少了粉尘的产生，从而提高磷酸质4、 相比于隧道窑不需要窑车，从而大大减少了窑具带出热耗，降低了能耗； 相比于回转窑，除了单位质量产磷率更高外，减少了回转窑旋转的能耗。5、 立式密闭隔烟窑炉上部和下部的料斗与冷却料斗内数米高的球料料柱能 有效地保证立式密闭隔烟窑炉内的密封，防止外部气体进入窑炉内，从而真正保 证还原气氛，并减少吸收窑气处理量。6、 燃料燃烧产生的尾气不含磷、氟等毒性和腐蚀性较强的气体，易于热量回收综合利用，而且窑气由于没有尾气的加入，气量减少，降低了水合系统的处 理量，节省了投资和生产电能消耗。7、磷酸质量不受燃料种类影响，使窑法磷酸不再局限于天然气，还可以使 用一般的煤粉，从而再次降低能源费用，从而大大降低生产成本。本专利技术在制备磷酸时还可采用立式密闭隔烟窑炉群的方式进行。立式密闭隔 烟窑炉群以多个相互联系的立式密闭隔烟窑炉为基础组成，采用炉群的生产方式 拓展了单个立式密闭隔烟窑炉生产磷酸的思想，将单个窑炉使用磷蒸气与一氧化碳自供部分热量的思路拓宽到由多个立式密闭隔烟窑炉组成的窑炉群，在窑炉之 间完成通过传质(磷蒸气与一氧化碳)达到传热的目的的过程，简化了窑炉结构， 方便了控制，提高了安全性，同时便于更加充分地利用磷蒸气与一氧化碳燃烧的 热量，提高了热量的综合利用水平。使磷的还原和氧化在受控状态下有序进行。 附图说明图1是本专利技术制黄磷的流程方框示意图。图2是本专利技术制磷酸的流程方框示意图。图3是本专利技术生产黄磷时的窑炉结构示意图。图4是本专利技术生产磷酸时的窑炉结构示意图。图5是本专利技术以炉群方式生产磷酸时炉群连接示意图。具体实施例方式本专利技术的立式密闭隔烟窑炉结构如下包括窑体1，窑体1安装在支撑2上，窑体1上部设有料斗3，下部设有冷却料斗6，用于补充燃料的烧嘴7伸入到窑 体1内立式密闭隔烟窑炉窑体1在制黄磷时炉内分为物料通道4和燃料通道5 两类通道；制磷酸时炉内分为物料通道4、燃料通道5和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法，其特征在于：将磷矿石、碳质还原剂与其他配料制成球形物料；球形物料从立式密闭隔烟窑炉上部加入，依靠重力向下运行，反应在固相状态下进行，在立式密闭隔烟窑炉内物料被加热还原成磷蒸气，将磷蒸气冷却得到黄磷或将磷蒸气引入立式密闭隔烟窑炉内的磷燃烧通道，被充入的空气氧化成为五氧化二磷，然后水合吸收制成磷酸；反应后的固体物料残渣经过换热冷却后从窑炉下部卸出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张定斌，汤才洲，曾富强，
申请(专利权)人：湖北三新磷酸有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]