[发明专利]一种基于多级流化床的磷酸生产装置及生产方法

说明书

一种基于多级流化床的磷酸生产装置，磷酸生产装置包括至少一个与以特定的压力范围和温度范围输出流化气的燃烧室连接的流化床、至少一个旋风分离器和/或至少一个换热器，至少一个第一燃烧室将第一流化气输入第一流化床，第一流化床的第一气体管道的一端与第二流化床和对应的第二燃烧室之间的第二管道连接，第二流化床的排气口设置有串联连接的至少一个第一换热器、至少一个第一旋风分离器和至少一个氧化水合发生器，经由第一换热器降温至特定温度且由第一旋风分离器将第二气固混合物料气固分离的第一气体物料在氧化水合发生器内氧化水合为磷酸。本发明使气态黄磷无需经冷却提纯步骤即可进入氧化工段，缩短工艺流程。

技术领域

本发明属于化工设备及制备方法技术领域，尤其涉及一种基于多级流化床的磷酸生产装置及生产方法。

背景技术

磷酸是一种常见的产品，其广泛应用于制药、食品、肥料等工业，用于生产防锈剂、食品添加剂、牙科和矫形外科、EDIC腐蚀剂、电解质、助焊剂、分散剂、工业腐蚀剂、肥料和家居清洁产品等。

磷酸的生产是以磷矿石为原料，其主要生产方法可分为热法和湿法两类。热法磷酸是将磷矿石在高温下还原为黄磷，黄磷经提纯、燃烧、水合等工艺过程，得到磷酸产品。湿法磷酸是指用硫酸、硝酸或盐酸分解磷矿石制得磷酸的传统方法。

热法磷酸工艺是以磷矿石为原料，以焦丁(主要成分为碳单质)为还原剂，硅石(主要成分为SiO₂)为助剂，在高温下将磷矿石中的P₂O₅还原得到黄磷，黄磷经提纯、燃烧、水合等工艺过程，得到磷酸产品。整个工艺可分为磷矿石还原和氧化水合两个阶段。前一阶段为高温、吸热，后一阶段为高温、放热，所以能量的回收和利用是该工艺是核心。

热法磷酸可进一步分为电炉法和窑法两种制备方法。

电炉法是现有最主要的热法磷酸生产工艺。其方法为：将磷矿石、焦丁、硅石等原料按一定比例混合后，投入到电炉中，经1400℃以上的高温还原，得到黄磷蒸气，黄磷经提纯、燃烧、水合等工艺过程后，得到磷酸产品。

该工艺技术路线成熟，但能耗巨大。典型的电炉法磷酸工艺能耗可达1789.2kg标准煤/t磷酸。其能耗的主要来源为：1)还原所用热量为电能，电能属高品味能量，用于加热过程，能耗大、成本高；2)还原温度高达1400℃以上；3)固体原料还原后温度在1400℃以上，但因熔融结块，其热量无法有效回收利用，造成极大浪费；4)制得的黄磷蒸气需冷却提纯后才可进入下一工段，既增长了工艺流程，也造成能量的损失。

窑法磷酸与电炉法磷酸生产的基本原理完全相同。即磷矿在高温下用碳将磷还原成气态元素磷逸出，然后被氧化成P₂O₅，再经水吸收成磷酸。窑法磷酸的特点就是把反应氧化和还原反应都置于同一个设备(例如回转窑、隧道窑等)内同时完成，以充分利用氧化反应产生的热量，因而降低了生产能耗。典型的窑法工艺能耗为1593.5kg标准煤/t磷酸。

该工艺虽然在一定程度上降低能耗，但也存在明显缺点：1)由于将还原工段和氧化工段耦合，导致工艺设备复杂，设备费用高；2)反应后的原料为高温残球或残砖状，不利于能量回收，能量利用率低。

发明内容