[發明專利]一種基于多級流化床的磷酸生產裝置及生產方法

有效

• 申請號: 201810560981.3
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108408705B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王鐵峰;王濤;劉昉;劉鴻生;王金福;盧成章;陳文俊;李聯
• 申請（專利權）人: 雷波明信實業發展有限公司;清華大學
• 主分類號: C01B25/20
• 分類號: C01B25/20;C01B25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于多級流化床的磷酸生產裝置，磷酸生產裝置包括至少一個與以特定的壓力范圍和溫度范圍輸出流化氣的燃燒室連接的流化床、至少一個旋風分離器和/或至少一個換熱器，至少一個第一燃燒室將第一流化氣輸入第一流化床，第一流化床的第一氣體管道的一端與第二流化床和對應的第二燃燒室之間的第二管道連接，第二流化床的排氣口設置有串聯連接的至少一個第一換熱器、至少一個第一旋風分離器和至少一個氧化水合發生器，經由第一換熱器降溫至特定溫度且由第一旋風分離器將第二氣固混合物料氣固分離的第一氣體物料在氧化水合發生器內氧化水合為磷酸。本發明使氣態黃磷無需經冷卻提純步驟即可進入氧化工段，縮短工藝流程。

技術領域

本發明屬于化工設備及制備方法技術領域，尤其涉及一種基于多級流化床的磷酸生產裝置及生產方法。

背景技術

磷酸是一種常見的產品，其廣泛應用于制藥、食品、肥料等工業，用于生產防銹劑、食品添加劑、牙科和矯形外科、EDIC腐蝕劑、電解質、助焊劑、分散劑、工業腐蝕劑、肥料和家居清潔產品等。

磷酸的生產是以磷礦石為原料，其主要生產方法可分為熱法和濕法兩類。熱法磷酸是將磷礦石在高溫下還原為黃磷，黃磷經提純、燃燒、水合等工藝過程，得到磷酸產品。濕法磷酸是指用硫酸、硝酸或鹽酸分解磷礦石制得磷酸的傳統方法。

熱法磷酸工藝是以磷礦石為原料，以焦丁(主要成分為碳單質)為還原劑，硅石(主要成分為SiO₂)為助劑，在高溫下將磷礦石中的P₂O₅還原得到黃磷，黃磷經提純、燃燒、水合等工藝過程，得到磷酸產品。整個工藝可分為磷礦石還原和氧化水合兩個階段。前一階段為高溫、吸熱，后一階段為高溫、放熱，所以能量的回收和利用是該工藝是核心。

熱法磷酸可進一步分為電爐法和窯法兩種制備方法。

電爐法是現有最主要的熱法磷酸生產工藝。其方法為：將磷礦石、焦丁、硅石等原料按一定比例混合后，投入到電爐中，經1400℃以上的高溫還原，得到黃磷蒸氣，黃磷經提純、燃燒、水合等工藝過程后，得到磷酸產品。

該工藝技術路線成熟，但能耗巨大。典型的電爐法磷酸工藝能耗可達1789.2kg標準煤/t磷酸。其能耗的主要來源為：1)還原所用熱量為電能，電能屬高品味能量，用于加熱過程，能耗大、成本高；2)還原溫度高達1400℃以上；3)固體原料還原后溫度在1400℃以上，但因熔融結塊，其熱量無法有效回收利用，造成極大浪費；4)制得的黃磷蒸氣需冷卻提純后才可進入下一工段，既增長了工藝流程，也造成能量的損失。

窯法磷酸與電爐法磷酸生產的基本原理完全相同。即磷礦在高溫下用碳將磷還原成氣態元素磷逸出，然后被氧化成P₂O₅，再經水吸收成磷酸。窯法磷酸的特點就是把反應氧化和還原反應都置于同一個設備(例如回轉窯、隧道窯等)內同時完成，以充分利用氧化反應產生的熱量，因而降低了生產能耗。典型的窯法工藝能耗為1593.5kg標準煤/t磷酸。

該工藝雖然在一定程度上降低能耗，但也存在明顯缺點：1)由于將還原工段和氧化工段耦合，導致工藝設備復雜，設備費用高；2)反應后的原料為高溫殘球或殘磚狀，不利于能量回收，能量利用率低。

發明內容