[发明专利]五氧化二磷的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及在逆流式回转窑中进行生产五氧化二磷的方法。

背景技术

一种已知用于生产五氧化二磷(P₂O₅，通常以二聚体P₄O₁₀形式存在于气相中)的 方法包含在回转窑的床中处理含有磷矿石、二氧化硅和焦炭的原料团块，从而以化学方 式还原磷矿石且产生气态磷金属(P₄)和一氧化碳(CO)废气通到窑炉干舷中，这些废 气在窑炉干舷中遇空气燃烧(氧化)，从而提供工艺用热。此法可称为窑法磷酸(KPA) 工艺。氧化的磷金属是一种可使用磷酸(H₃PO₄)溶液和水从窑炉废气中洗刷出来以产 生合适的磷酸产物的磷氧化物(通常是P₄O₁₀)。

KPA工艺化学类似于另一种称为熔炉制酸工艺的磷酸制造工艺。在熔炉工艺中，原 料经加热且部分熔化。在一个称为电炉的容器中发生吸热还原反应，此容器中通过在床 中使用电阻加热来供热。在冷水喷淋下从熔炉废气中回收磷金属，其呈液态磷金属形式， 可输送到另一个称为燃烧器的容器中，在燃烧器中遇空气燃烧时会产生大量热量。所得 磷氧化物被吸收到水中，形成高纯度浓磷酸。

在熔炉工艺中，电炉不使用由发生在燃烧器中的磷金属燃烧所产生的热量。电炉也 不使用由一氧化碳燃烧所产生的热量。虽然上世纪广泛用于生产磷酸，但是电力成本相 比于硫酸成本，会导致大部分熔炉制酸厂关闭，从而支持另一种称为硫酸工艺的磷酸制 造工艺。

如果燃烧来自熔炉工艺还原反应的废气所产生的热量可用来提供还原过程所需的 热量，从而代替电加热，那么可实现节约。熔炉工艺碳还原剂转变成二氧化碳可产生充 足热量，如果有效加以利用，那么可代替熔炉工艺中通过电力添加的全部热量。多年来， 对这种可能性的幻想刺激着许多研究人员研发可实现热集成的概念。以下参考文献描述 各种尝试：莱弗莫尔(Levermore)(美国专利第2,075,212号)、拉帕(Lapple)(美国专 利第3,235,330号和第3,241,917号)、萨尔玛(Saeman)(美国专利第3,558,114号)、梅 根(Megy)(美国专利第4,351,809号和第4,351,813号)、哈德(Hard)(美国专利第 4,389,384号)和帕克(Park)(美国专利第4,420,466号)。所有所述工艺都使用具有还 原床和氧化干舷的回转窑，且全体都在KPA工艺领域内。

虽然在莱弗莫尔专利中提出的窑炉概念内的窑炉通过合理概念方式解决了热集成 的问题，但是其并不可行，因为无法获得构造内部窑炉的材料。莱弗莫尔工艺在位于外 部窑炉内的内部窑炉中加热含有磷矿石、二氧化硅和含碳物质的成团固体且进行吸热还 原反应。来自内部窑炉中的还原反应的P₄和CO废气会穿过内部窑炉外壁与外部窑炉内 壁之间，使空气进入，氧化P₄和CO，从而产生足以满足内部窑炉需求的热量。然后， 热量通过内部窑炉的外壁。

拉帕和梅根专利认识到独立的氧化干舷和还原床可在没有分离壁的情况下维持在 窑炉中，但是由于磷酸盐还原反应期间的熔化问题而失败。拉帕和梅根说明馈入窑炉的 馈料中钙与二氧化硅的摩尔比大于1.0。

帕克专利描述一种需要二氧化硅比廉价获得的矿石的二氧化硅少的矿石和极热窑 炉操作的工艺，到目前为止尚未有足够吸引力促进商业化。

萨尔玛专利中的工艺包含在含于窑炉外壳内的熔化浆料中进行回转窑还原反应，通 过在窑壁内部上冷冻一层固体来保护窑炉外壳。已放弃此工艺。