專利名稱:用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種制取黃磷或磷酸的窯爐,特別是一種立式隔焰窯爐。
背景技術(shù):
磷酸制取工藝發(fā)展至今,其主要工藝有兩種(l)濕法用硫酸分解中高品 位磷礦石制取磷酸,該方法需要大量優(yōu)質(zhì)磷礦石和硫酸,同時產(chǎn)生大量磷石膏廢 渣,生產(chǎn)的磷酸雜質(zhì)含量高,凈化工藝復(fù)雜,成本高;(2)熱法用電爐法生產(chǎn) 單質(zhì)黃磷,然后在燃燒塔內(nèi)燃燒吸收制取磷酸,該方法需要大量電能和中高品位 磷礦塊礦,環(huán)境污染嚴(yán)重,這也幾乎是目前全世界生產(chǎn)黃磷的唯一方法。還有一 種是窯法磷酸,其原理與熱法磷酸相似,但將磷單質(zhì)的還原與氧化過程置于一個 設(shè)備中,這樣磷單質(zhì)與副產(chǎn)的一氧化碳燃燒釋放的熱量可以用來提供磷單質(zhì)還原 所需的熱量,大大節(jié)省能耗,且可利用PA^1(M的中低品位磷礦石,然而此工 藝還未能十分成功應(yīng)用在規(guī)?;I(yè)生產(chǎn)中。
窯法磷酸從提出理論以來,主要集中于兩條研究路線,首先是回轉(zhuǎn)窯法磷酸, 后來提出隧道窯法磷酸,主要是以磷還原與氧化過程所在的主反應(yīng)器的不同來區(qū) 分的。(1)回轉(zhuǎn)窯是一種重載、大扭矩、多支點、筒狀中空窯爐運行系統(tǒng);球 狀物料在窯內(nèi)隨著窯體的旋轉(zhuǎn)而運動,磷的還原在還原區(qū)進(jìn)行,磷的氧化在氧化 區(qū)進(jìn)行,還原區(qū)和氧化區(qū)都在窯體內(nèi);燃料在窯內(nèi)燃燒直接供熱;(2)隧道窯 一般是一條長的直線型隧道,其兩側(cè)及頂部有固定的墻壁及拱頂,底部鋪設(shè)的軌 道上運行著窯車,燃燒設(shè)備設(shè)在隧道窯的中部兩側(cè);采用隔煙或明焰燒稱,物料 放在窯車上,經(jīng)過預(yù)熱帶、高溫帶和冷卻帶。
回轉(zhuǎn)窯由于窯體在不斷旋轉(zhuǎn)運動,溫度難以做到精細(xì)控制,窯體容易結(jié)圈; 而且球料在運動過程中不斷碰撞、摩擦,造成球料破碎比例較大,從而產(chǎn)生大量 粉塵,影響制酸質(zhì)量;含五氧化二磷窯氣出氣溫度高,腐蝕性大,設(shè)備難以承受; 采用復(fù)合球料等化學(xué)保護(hù)方法保護(hù)劑占去部分球料體積,而且增加加工成本。
隧道窯由于是靜止設(shè)備,物料在窯車上水平運動,基本不會產(chǎn)生粉塵。然而 隧道窯存在的問題是球料無論是化學(xué)還是物理保護(hù)的成本都很高昂,工業(yè)化難度 大;氣密性差,漏風(fēng)難以避免,窯內(nèi)氣相控制難度很大;窯車窯具重量大,帶熱 多,熱量利用率低,造成隧道窯熱效率較低等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供投資低、能耗小的一種利用磷礦直接制取黃磷或磷 酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的 一種用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化 立式隔煙窯爐,包括窯體,窯體安裝在支撐基礎(chǔ)上,窯體上部的設(shè)有進(jìn)料斗,下 部設(shè)有冷卻料斗和卸料裝置,保護(hù)氣體充入口伸入到窯體中,窯體內(nèi)設(shè)有物料通 道、燃磷通道和燃料通道,各通道間用耐火導(dǎo)熱材料隔開;物料通道的上部都有 磷氣排出口,并與磷氣輸送通道相連通,磷氣輸送通道與燃磷通道下部磷氣入口 相通,助燃風(fēng)通道通過助燃風(fēng)入口與燃磷通道連通;燃料通道上部設(shè)煙氣排出口 , 燃磷通道上部設(shè)有磷燃燒窯氣排出口。物料通道、燃磷通道和燃料通道為一個或 多個。磷氣輸送通道設(shè)置在窯體的內(nèi)部或外部。
本實用新型所提供的用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐,可 以靈活地選擇生產(chǎn)黃磷或是磷酸。它可以作為制取黃磷的主反應(yīng)器,只需將產(chǎn)生 的磷氣直接從磷氣排出口排出冷卻即可得到黃磷,它吸取了高爐和電爐的優(yōu)點, 采取隔煙方式使用一次能源燃料燃燒加熱,不需要利用電能加熱,降低了能源成 本,同時也保證了黃磷的質(zhì)量;生產(chǎn)磷酸時,將磷氣多做一次燃燒循環(huán),引入燃 磷通道燃燒成五氧化二磷,且燃燒釋放的熱量又能補充給物料還原反應(yīng),能耗低, 生產(chǎn)成本低,磷酸質(zhì)量好。相比于回轉(zhuǎn)窯和隧道窯,使用立式隔焰窯爐不僅可以 避免粉塵、腐蝕性大、需要額外保護(hù)、窯具帶熱多等問題,還能有效降低窯氣處 理氣量,減少水合系統(tǒng)設(shè)備投資與運行電耗,并且能夠使用其它燃料,從而降低 能源費用。
圖1是本實用新型生產(chǎn)磷酸的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的A—A側(cè)視圖。 圖3是圖1的B — B側(cè)視圖。 圖4是圖1是C一C側(cè)視圖。
具體實施方式
本實用新型的采用以下結(jié)構(gòu)-
包括窯體l,窯體1安裝在支撐基礎(chǔ)17上,窯體上部的設(shè)有進(jìn)料斗2,下部 設(shè)有冷卻料斗7和卸料裝置8,保護(hù)氣體充入口 9伸入到窯體1中,窯體1內(nèi)設(shè) 有物料通道3、燃磷通道4和燃料通道5,各通道間用耐火導(dǎo)熱材料隔開;物料 通道3的上部都有磷氣排出口 12,并與磷氣輸送通道6相連通,磷氣輸送通道6 與燃磷通道4下部磷氣入口 13相通,助燃風(fēng)通道14通過助燃風(fēng)入口 15與燃磷 通道4連通;燃料通道5上部設(shè)煙氣排出口 10,燃磷通道4上部設(shè)有磷燃燒窯 氣排出口 11。物料通道3、燃磷通道4和燃料通道5為一個或多個。磷氣輸送通道6設(shè)置在窯體1的內(nèi)部或外部。
本實用新型為中高溫立式窯,窯內(nèi)物料通道3可選擇圓形或方形,圓形通道 直徑在0100—400mm,方形通道長邊長度為600 — 3000mm,短邊長度200-500ram, 高為3 — 30m,可設(shè)任意個數(shù)通道;燃燒通道長寬不等,以產(chǎn)量而定,窯總高為 15—50m(包括上部料斗)。燃料通道5和燃磷通道4均勻分布在物料通道3周圍, 以均勻平穩(wěn)地供熱為目的。物料通道3其物料燒成溫度在1100—155(TC,燃磷 通道4的溫度為1200—160(TC,燒成周期為2—6小時。各通道間的傳熱耐火材 料選剛玉質(zhì)或碳化硅質(zhì)耐火材料。
本實用新型的各組成部分?jǐn)⑹鋈缦?br>
1、 窯體從內(nèi)至外依次采用重質(zhì)耐火材料、輕質(zhì)保溫材料、保溫棉或澆注 料,保證良好的保溫效果,節(jié)約能源;
2、 料斗用以承放生球料的料斗,球料在料斗中自然堆積到一定的高度,
一般為800—2000mm的料柱以保證窯內(nèi)的密封性;
3、 物料通道球料在窯內(nèi)升溫、反應(yīng)的通道;物料從該通道內(nèi)從上部加入,
依靠重力從下部卸出。在該通道內(nèi)完成升溫和還原反應(yīng)。
4、 燃磷通道產(chǎn)生的磷蒸汽氣回到燃磷通道進(jìn)行氧化燃燒,釋放大量的熱 以供應(yīng)還原反應(yīng)需熱;
5、 燃料通道額外補充的燃料在此通道內(nèi)燃燒;
6、 磷氣輸送通道物料通道產(chǎn)生的磷氣收集匯合到此通道,連通磷氣排出 口與磷氣入口;
7、 冷卻料斗反應(yīng)完全的球料在此料斗內(nèi)與氮氣換熱,進(jìn)行冷卻;
8、 排料裝置冷卻后的球料,溫度在100—20(TC之間,在排料裝置的控制 下以一定的速度排出;
9、 保護(hù)氣體充入口冷惰性保護(hù)氣體通過這里充入到冷卻料斗中;
10、 煙氣排出口燃料燃燒后的煙氣,溫度約30(TC,從煙氣排出口排出, 用以烘干成型球料;
11、 窯氣排出口 200—800。C的窯氣從此口排出,經(jīng)換熱后進(jìn)入吸收塔;
12、 磷氣排出口物料通道產(chǎn)生的磷氣從磷氣排出口進(jìn)入到磷氣輸送通道;
13、 磷氣入口磷氣輸送通道的磷氣從此口進(jìn)入燃磷通道;
14、 助燃風(fēng)通道磷氣燃燒需要的助燃風(fēng)從此通道進(jìn)入;
15、 助燃風(fēng)入口磷氣燃燒需要的助燃風(fēng)從此入口進(jìn)入燃磷通道;
16、 燃料燒嘴燃料從此燒嘴噴入燃料通道;
17、 基座起到支撐整個窯體的作用。 裝置運行說明先將立式隔焰窯爐下部的卸料裝置8關(guān)閉,將窯爐內(nèi)物料通道3全部用廢渣
料填滿,形成充實的料柱。然后窯爐進(jìn)行升溫,達(dá)到要求的溫度后,將制好經(jīng)烘
干后水分含量不超過2%的03O-5Omm的球料輸送至窯體頂部料斗,球料經(jīng)重力與 窯下部排料的作用而緩慢下落,進(jìn)入物料通道3,在通道內(nèi)升至反應(yīng)溫度1200 一135(TC,球料開始反應(yīng),產(chǎn)生磷蒸氣和一氧化碳,球料在緩慢向下運動中逐漸 完成反應(yīng)后,進(jìn)入立式窯爐下部的冷卻料斗7,球料在這里與從冷卻料斗7中 下部充入的冷氮氣充分換熱,逐漸冷卻,最后從控制球料排出速度的卸料裝置8 排出。
從冷卻料斗7充入的氮氣保護(hù)氣(隔絕氧氣作用)向上運動,進(jìn)入反應(yīng)段后 與生成的磷蒸氣和一氧化碳混合并形成磷氣混合氣體一起向上運動,對通道內(nèi)的 物料進(jìn)行預(yù)熱,約200—50(TC的各個物料通道內(nèi)的磷氣從物料通道3上部磷氣 排出口 12匯集到磷氣輸送通道6,回到燃磷通道4底部的磷氣入口 13進(jìn)入燃磷 通道4,通過補入定量的助燃空氣使磷氣中的磷蒸氣與一氧化碳在燃磷通道4內(nèi) 充分氧化成含五氧化二磷與二氧化碳的窯氣,燃燒釋放的熱量通過燃磷通道4與 物料通道3間的剛玉質(zhì)傳熱耐火材料傳遞給物料通道3內(nèi)的球料,以補充還原反 應(yīng)所需的熱量,額外補充的燃料在燃料通道5內(nèi)燃燒,燃燒通道5內(nèi)氣體做折線 運動,以增長換熱時間,提高熱量利用,此通道內(nèi)溫度控制在1350—160(TC, 防止過熱。30(TC左右的煙氣從燃料通道上部單獨抽出,用以烘干成型球料,200 一800'C的高溫窯氣從燃磷的燃燒通道上部抽出匯總后經(jīng)換熱器換熱降溫至300 一40(TC,然后進(jìn)入水合塔并用循環(huán)酸噴淋吸收得到磷酸。
用PLC編程,在燃料通道5、燃磷通道4內(nèi)壁設(shè)置多點連續(xù)測溫和控制,氣
體在線測定與控制手段來綜合測定各點的溫度與氣氛。
例1:
一條1000噸/年黃磷(3000噸85%磷酸/年)的立式隔焰窯中試生產(chǎn)線。立 式隔焰窯總長4. 5m,寬3. 9m,高20. Om;物料通道長1. 4m,寬0. 35m,高4. 9m; 燃磷通道與物料燃燒通道長1.4m,寬0.24m,高4.9m,各通道之間的傳熱耐火 材料厚80mm,材質(zhì)為剛玉磚;共設(shè)3個物料通道,2個燃磷通道,2個燃料通道。 升溫前先將卸料裝置關(guān)閉,用廢渣將窯爐內(nèi)冷卻料斗和物料通道充滿,然后點火 升溫,能源使用煤粉,待達(dá)到要求的溫度后,將制好經(jīng)烘干后水分含量不超過 2%的035皿的球料輸送至窯體頂部料斗,通過自然重力作用進(jìn)入物料通道,升 溫至反應(yīng)溫度,產(chǎn)生磷蒸氣和一氧化碳。球料反應(yīng)完全后從物料通道進(jìn)入冷卻料 斗,與從冷卻料斗下部充入的98%氮氣進(jìn)行換熱,然后從卸料裝置排出。氮氣與球料換熱并逆流至高溫反應(yīng)帶保護(hù)生成的磷和C0,再逆流向上加熱冷球料,約 于30(TC時從物料通道上部磷氣排出口排出(磷氣輸送通道被封閉),水噴淋冷卻 后即得到黃磷。將天然氣與富氧助燃?xì)?氧含量28%)和收集到的CO混合氣通入 燃料通道,燃燒尾氣在窯內(nèi)折流換熱后排出用作料球烘干。
利用立式隔焰窯作為主反應(yīng)器進(jìn)行黃磷生產(chǎn),與電爐制黃磷相比,折算后窯 爐能耗降低了 20-25%,黃磷收率與質(zhì)量和電爐法基本持平,黃磷產(chǎn)品成本降低 了約20%。
例2:
在例l中的立式隔焰窯基礎(chǔ)上,將磷氣排出口與磷氣輸送通道連通,使磷氣 從磷氣輸送通道流向燃磷通道,同時關(guān)閉燃磷通道的燃料燒嘴,將助燃風(fēng)從助燃 風(fēng)通道鼓入,窯氣從燃磷通道上部的窯氣排出口進(jìn)入水合收酸系統(tǒng),制取磷酸。
利用立式隔焰窯作為主反應(yīng)器制磷酸,與電爐制黃磷相比,由于充分利用了
磷與一氧化碳燃燒釋放的熱量,使得窯爐能耗降低了 60%以上,磷酸質(zhì)量和電爐 法黃磷制酸基本持平,磷酸產(chǎn)品成本降低了約40%。
權(quán)利要求1、一種用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐,包括窯體(1),窯體(1)安裝在支撐基礎(chǔ)(17)上,窯體上部的設(shè)有進(jìn)料斗(2),下部設(shè)有冷卻料斗(7)和卸料裝置(8),保護(hù)氣體充入口(9)伸入到窯體(1)中,其特征在于窯體(1)內(nèi)設(shè)有物料通道(3)、燃磷通道(4)和燃料通道(5),各通道間用耐火導(dǎo)熱材料隔開;物料通道(3)的上部都有磷氣排出口(12),并與磷氣輸送通道(6)相連通,磷氣輸送通道(6)與燃磷通道(4)下部磷氣入口(13)相通,助燃風(fēng)通道(14)通過助燃風(fēng)入口(15)與燃磷通道(4)連通;燃料通道(5)上部設(shè)煙氣排出口(10),燃磷通道(4)上部設(shè)有磷燃燒窯氣排出口(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯 爐,其特征在于物料通道(3)、燃磷通道(4)和燃料通道(5)為一個或多個。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯 爐,其特征在于磷氣輸送通道(6)設(shè)置在窯體(1)的內(nèi)部或外部。
專利摘要一種用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐,涉及黃磷及磷酸制備技術(shù)領(lǐng)域。本裝置的窯體主要由物料通道、燃磷通道和燃料通道組成,通道之間用耐火導(dǎo)熱材料隔開,物料通道上部與燃磷通道下部通過磷氣輸送通道連通,助燃風(fēng)通道連入燃磷通道,燃料通道與燃磷通道上部都有排氣口。本實用新型使用立式隔焰窯作為制取黃磷的主反應(yīng)器,采取隔煙方式使用燃料燃燒加熱,節(jié)約了能源,降低了能源成本,沒有燃燒尾氣混入磷蒸氣的弊端;將磷氣通入燃磷通道燃燒并為磷還原供熱,同時將窯氣水吸收后制得磷酸,得到高質(zhì)量磷酸的同時也高效利用了燃燒釋放的熱量。這些方式在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低了能耗與能源費用,極大地降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號F27B1/00GK201306917SQ20082019062
公開日2009年9月9日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者張定斌, 曾富強(qiáng), 湯才洲 申請人:湖北三新磷酸有限公司