[实用新型]同时生产黄磷和磷酸的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种同时生产黄磷和磷酸的装置。

背景技术

目前工业化的黄磷生产技术只有电炉法一种方法，其将块状的磷矿石、硅石和焦炭按一定比例送入电炉中，通入直流电，利用石墨电极端部的电弧热和混合物料的电阻热，将物料加热、熔化，发生还原反应，生成黄磷蒸汽，进而得到黄磷产品。这种方法要消耗大量的电能，平均每吨黄磷产品需要消耗电能13800-15000度。

磷酸的生产方法分为热法和湿法两种，热法是将黄磷与氧气燃烧，得到五氧化二磷气体，再用稀磷酸吸收，从而得到高品质的磷酸产品；湿法是用硫酸与磷矿石发生还原反应，得到磷酸产品，同时，副产大量磷石膏。热法磷酸虽然品质高，但由于是用黄磷为原料，成本高，而且黄磷燃烧产生的大量热能不能得到充分利用，能耗高。湿法磷酸的缺点是磷酸品质低，难以生产高品质磷酸产品，同时，生产过程中副产的大量磷石膏无法利用，只能堆积存放，占用大量土地的同时，对周围环境造成污染，已经是一个世界性的难题。

上述的黄磷和磷酸生产方法，需要使用高品质磷矿为原料，P₂O₅含量要大于25％，造成大量中低品位磷矿资源得不到很好利用。

为了解决中低品位磷矿资源的利用问题，降低能耗，国外从上世纪30年代，国内从上世纪80年代开始，相继开展了窑法磷酸技术的研究工作。所谓窑法磷酸技术就是针对上述问题开展的研究，主要是利用还原反应生成的黄磷和一氧化碳与氧气燃烧产生的热量来满足还原反应所需要的热能，这样，在得到P₂O₅气体进而得到磷酸的同时，节省了热法磷酸生产中需要的大量电能，同时，没有磷石膏产生，避免了湿法磷酸副产磷石膏的问题。窑法磷酸可以利用低品位磷矿石，解决了中低品位磷矿资源的利用问题。

窑法磷酸技术研究至今，主要有回转窑法、隧道窑法和高炉法三种，均建有小试、中试装置，没有工业化。几种方法均只能生产磷酸，不能生产黄磷产品。

回转窑法是将料球包裹并置于回转窑中，料球区域为还原区域，接受氧化区域传递的热量，发生还原反应，生成P₂和CO气体，供氧化区域使用；料球的上部空间为氧化区，从回转窑外部加入氧气，与还原区生成的P₂和CO发生氧化反应，产生大量的热量，供还原区域使用。这样，在一个窑体内，即发生了氧化反应，又发生了还原反应，反应一旦启动，即可以自己维持反应平衡，生成的产物为P₂O₅气体，吸收后即可得到磷酸。回转窑法的问题是窑内物料在随着窑体旋转过程中容易结圈，导致反应过程无法进行。

隧道窑法将物料预先制成一定结构型式的砖坯，类似于陶瓷烧结一样，将砖坯码放于窑车上。载有料砖的窑车进入隧道窑，依次经过预热段、高温段、冷却段，出窑的料砖已经反应完全，可以作为建材利用。与回转窑法类似，隧道窑法在高温段通入氧气和部分燃料，充分利用反应产物P₂和CO的氧化热，维持料砖处于高温状态并发生还原反应。隧道窑法的问题是在整个反应过程中，料砖很难维持固有形态；对料砖的预热、加热很难做到均匀一致；窑体与窑车之间的密封很难解决，各个区域很难隔离，影响热效率。

高炉法参照高炉做法，将磷矿石块、硅石块和焦炭或原煤颗粒按类似于冶炼铁矿石工艺一样，连续加入高炉，在高炉炉缸部分的风口通入氧气，与焦炭或原煤、P₂、CO燃烧，发出热量供还原反应需要，氧化反应产生的高温气体经过料层，对料层进行预热后，从高炉上部排出。高炉法的问题是焦炭或原煤的消耗量大，经济性不理想；由于 CO与氧气的燃烧不容易组织，炉内容易发生爆燃。

上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本实用新型技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的一方面涉及一种同时生产黄磷和磷酸的装置，其特征在于，所述装置包括窑体基础、窑体、窑车、轨道、加热段燃烧室、烧嘴、排气口和加料设备，其中窑体安装在窑体基础上，窑车通过轨道穿过窑体往复运动，加料设备设置在窑体外的两侧并且与窑体分离，窑车在第一工作位置和第二工作位置之间移动，窑车的长度大于窑体的长度从而从窑体的任一侧突出，以便通过任一侧的加料设备对窑车加料。

在一个优选实施方案中，烧嘴设置在加热段燃烧室的顶部，烧嘴的端部设置有水冷设备，并且烧嘴包括启动烧嘴、P₂烧嘴和CO烧嘴。