[发明专利]黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于黄磷生产废弃物余热回收利用领域，涉及一种黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用的系统及方法。

背景技术

我国黄磷的生产总规模、产量及出口量均居世界第一。目前的黄磷生产工艺是将磷矿、焦炭和硅石原料按比例投入电炉反应，然后对炉气进行喷淋冷却并得到粗磷，然后再将粗磷导入精制槽内进行两级精制，最终得到黄磷产品。每生产1t黄磷副产尾气2500～3000m³。黄磷尾气是一种优质的气体燃料(所含热值约为10659kJ/Nm³)，主要成分是CO，一般含量在85％～95％。其他杂质有无机硫(S、H₂S、SO₂)、有机硫(CH₄SH、COS)、SiF₄、PH₃、P₄、HF、CH₄、CO₂、O₂、N₂、氰化物和原料粉尘等，因此，黄磷尾气具有易燃、易爆和有毒的特性，所以其尾气的净化和利用，必须落实安全措施。

目前，我国的黄磷生产厂家除少数把尾气深度净化后用作高品质化工原料或燃料，部分企业将尾气用作原料烘干的初级燃料气外，大多数厂家尤其是中小规模企业都未充分利用，80％的方法是采用火炬燃烧排入大气，未经净化的黄磷尾气中含有硫、磷、氟、砷等有害气体，直排污染环境，而排空燃烧的CO生成的CO₂又导致了“温室效应”。

黄磷尾气多年来一直没有较好的得到利用的原因有两个：一是过去所用制磷电炉单台产能小，黄磷企业规模小；二是由于尾气中含有较多的杂质(硫、磷、砷，氟等)，采用深度净化技术净化成本较大且尚不成熟，导致黄磷尾气长期无法全部利用。

黄磷熔融炉渣是电炉法制备黄磷时的工业固体废物。电炉法制取黄磷，利用焦炭和硅石作为还原剂和成渣剂，使磷矿石中的钙和二氧化硅化合，形成熔融炉渣，每隔4h从电炉中下部排出。根据冷却方式的不同，黄磷炉渣分为两种，熔融炉渣经水淬冷却，称为水淬渣；经过自然冷却，称为自然冷却黄磷炉渣。黄磷是一种高能耗、高物耗产品，一般生产1t黄磷消耗原料12-14t，其中磷矿约为8.5-9.5t，每生产1t黄磷产出炉渣8-10t。

黄磷炉渣在出炉时温度高达1200～1300℃，每吨炉渣带走显热1.88×109J，相当于64.159kg标准煤，炉渣带走热量占总能耗29.37％。

根据我国黄磷的生产能力及产品量，黄磷企业实际年产出黄磷炉渣600～750万t，其中云南省年产出黄磷炉渣300～400万t。目前，黄磷炉渣的利用，先将熔融状态的磷炉渣(温度高达1350～1550℃)，用大量冷水进行水淬后用车拉走，再用于生产农用硅钙肥、水泥、混凝土、磷渣砖及瓷质砖，有效利用率约为10％。冷却吨磷炉渣需要吨水量3t/t，同时产生200Kg/t水蒸气+酸气，排入大气，在此过程中需要大量的人力来处理水萃渣，浪费较多的水资源；且产品品质较低，且用量有限。黄磷尾气由于含有P、S、As、F等有毒有害杂质，利用率不足30％，其余用火炬燃烧后排入大气。黄磷炉渣大部分以废渣堆积，既浪费资源，又污染环境，成为了黄磷行业的可持续发展的制约因素。

目前，我国在生产中应用的高炉渣处理工艺主要是水淬粒化工艺。水淬粒化工艺，就是将熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却限制其结晶，使其在热应力作用下粒化。水淬后得到沙粒状的粒化渣，绝大部分为非晶态，被运往渣场堆放或去水泥厂作为生产水泥的原料。

水淬粒化工艺普遍存在如下缺点：消耗大量水；熔渣余热没有回收；系统维护工作量大；冲渣产生的气态硫化物带来空气污染；粉磨时水渣必须烘干，仍要消耗能源。

另外也有企业直接排干渣，就是让高温的熔融炉渣直接流淌进入干渣场，待温度降低后再由工人将干渣铲起运走。此法不造成水耗，也不会造成废水的二次污染与腐蚀性蒸汽的发生，但是1300℃左右的高温熔融炉渣在生产车间流淌，其危险性非常高，而且其热辐射对生产环境也造成极大的影响，铲渣工人的烫伤事件也时有发生。因此这是一种危险性很高的生产方式，不宜推广使用，同时也不利于渣和渣热的综合利用。

巨量的磷渣的弃置堆放既污染环境成为企业的一种负担，同时也是一种资源浪费。合理解决磷渣的出路，将其资源化，变废为宝、变害为利是黄磷企业的一个亟待解决的重要问题和发展方向。

发明内容