[發明專利]一種流化床法磷酸生產工藝及系統

有效

• 申請號: 201810561415.4
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108715441B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 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;C01B25/027
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一種流化床法磷酸生產工藝，包括第一級轉化處理、第二級轉化處理和第三級轉化處理，第一級轉化處理基于第一流化氣的帶動發生還原反應得到第一氣固混合物料和第一固體物料；第二級轉化處理中第一氣固混合物料和第二流化氣混合后形成第三流化氣，第一固體物料基于第三流化氣的帶動發生還原反應得到第二氣固混合物料；分離第二氣固混合物料得到第一氣體物料和第二固體物料。一種流化床法磷酸生產系統，磷酸生產系統基于三個流化床分別完成第一級轉化處理、第二級轉化處理和第三級轉化處理。本發明的磷酸生產工藝黃磷無需冷卻提純即可進入氧化工段，縮短了工藝流程。本發明的磷酸生產系統通過流化床降低了還原反應的溫度，大大降低磷酸生產能耗。

技術領域

本發明屬于化工設備及制備方法技術領域，尤其涉及一種流化床法磷酸生產工藝及系統。

背景技術

熱法磷酸工藝是以磷礦石為原料，以焦丁為還原劑，硅石為助劑，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例如是回轉窯或隧道窯的設備內同時完成，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/噸磷酸。

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

針對現有技術之不足，本發明提供一種流化床法磷酸生產工藝，所述磷酸生產工藝是將造粒后的磷礦石原料經過第一級轉化處理后再依次進行第二級轉化處理和第三級轉化處理得到磷單質。所述第一級轉化處理、所述第二級轉化處理和所述第三級轉化處理均是基于流化床的流化氣的帶動而進行的磷礦石原料的熱碳還原反應。其中，第一級轉化處理中，基于第一流化氣的帶動發生所述熱碳還原反應得到第一氣固混合物料和第一固體物料。第二級轉化處理中，第一氣固混合物料和第二流化氣混合后形成第三流化氣。所述第一固體物料基于第三流化氣的帶動發生所述熱碳還原反應得到第二氣固混合物料。基于所述第二氣固混合物料的分離得到第一氣體物料和第二固體物料。

根據一種優選的實施方式，基于第一氣體物料的氧化水合處理得到所述磷酸，第三級轉化處理中，所述第二固體物料在第四流化氣的帶動下發生所述熱碳還原反應得到第三氣固混合物料和第三固體物料，其中，基于所述第三氣固混合物料的分離得到第二氣體物料和第四固體物料。基于第二氣體物料的氧化水合處理得到所述磷酸。

根據一種優選的實施方式，所述第三固體物料和所述第四固體物料經熱交換處理降溫至200℃～250℃后得到廢渣。