[发明专利]一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法；本发明还涉 及用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸过程中所使用的立式密闭隔烟窑炉。

背景技术

磷酸制取工艺发展至今，其主要工艺有两种：(1)湿法：用硫酸分解中高 品位磷矿石制取磷酸，该方法需要大量优质磷矿石和硫酸，同时产生大量磷石膏 废渣难以利用，湿法磷酸杂质含量高，净化工艺复杂，成本高，而且目前国内硫 磺价格持续居于高位，导致湿法磷酸成本也大幅上涨；(2)热法：用电炉法还原 磷矿石以生产单质黄磷，然后在燃烧塔内燃烧吸收制取磷酸，该方法需要大量电 能(生产每吨黄磷耗电15000—16000kwh)和中高品位磷矿块矿，且环境污染 严重，这也几乎是目前全世界生产黄磷的唯一方法，但许多发达国家限制使用热 法生产黄磷。

窑法磷酸是区别于湿法和热法的第三种方法，其反应原理与热法磷酸相似， 但混合料进行固相反应，且将磷单质的还原与氧化过程置于一个设备中，这样磷 单质与副产的一氧化碳燃烧释放的热量可以用来提供磷单质还原所需的热量，大 大节省能耗，同时可利用P₂O₅≥10％的中低品位磷矿石，大大拓宽了磷矿是直接 利用的品位范围。然而此工艺还未能十分成功应用在规模化工业生产中。

窑法磷酸的思路于20世纪30年代就已被提出，美国的西方石油公司曾投 入大量的精力进行研究，但由于工程化难度太大而最终放弃。

窑法磷酸长时间以来有两条研究路线：一是回转窑法磷酸，二是隧道窑法 磷酸，主要是以磷还原与氧化过程所在的主反应器的不同来区分的。(1)回转窑： 是一种重载、大扭矩、多支点、筒状中空窑炉运行系统；球状物料在窑内随着窑 体的旋转而运动，磷的还原在还原区进行，磷的氧化在氧化区进行，还原区和氧 化区都在窑体内；燃料在窑内燃烧直接供热；(2)隧道窑：一般是一条长的直线 型隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车，燃 烧设备设在隧道窑的中部两侧；采用隔烟或明焰烧成，物料放在窑车上，经过预 热带、高温带和冷却带。

回转窑的主要困难是窑头结圈，出气温度过高，粉尘大以及化学保护代价 大；隧道窑的主要难题是坯体保护材料的耐温防腐要求高、隧道窑热效率较低等。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服回转窑和隧道窑的缺陷，能够较好地实 现窑法磷酸工业化生产的用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方法；本发明的 另一个目的是提供生产过程中所使用的立式密闭隔烟窑炉。

本发明的目的是这样实现的：一种用立式密闭隔烟窑炉生产黄磷或磷酸的方 法，将磷矿石、碳质还原剂与其他配料制成球形物料；球形物料从立式密闭隔烟 窑炉上部加入，依靠重力向下运行，反应在固相状态下进行，在立式密闭隔烟窑 炉内物料被加热还原成磷蒸气，将磷蒸气冷却得到黄磷或将磷蒸气引入立式密闭 隔烟窑炉内的磷燃烧通道，被充入的空气氧化成为五氧化二磷，然后水合吸收制 成磷酸；反应后的固体物料残渣经过换热冷却后从窑炉下部卸出。

物料在固相条件下完成磷的还原反应，物料的熔融部分为物料总量的 0-30％。

选用的磷矿中P₂O₅≥6％，碳质还原剂为焦碳、煤或煤矸石，磷矿石与碳质还 原剂按照有效成分摩尔比为：P₂O₅：C＝1：5-10。

其他配料为硅石或石灰或石灰石，球形物料中钙硅摩尔比为Ca：Si<0.4 或>3.5。

在制备成球形物料过程中粘接剂，粘接剂为水和磷酸配制成的浓度为10— 30％稀磷酸，粘接剂的加入量为制成球形物料中所用干基物料重量的0.1—3％。

一种立式密闭隔烟窑炉，包括窑体，窑体安装在支撑上，窑体上部设有料斗， 下部设有冷却料斗，用于补充燃料的烧嘴伸入到窑体内，立式密闭隔烟窑炉窑体 在制黄磷时炉内分为物料通道和燃料通道两类通道；制磷酸时炉内分为物料通 道、燃料通道和磷燃烧通道三类通道；各种通道间用传热耐火材料密闭隔开。

在制备磷酸时所用立式密闭隔烟窑炉是由单个窑炉组成或多个窑炉构成的 窑炉群，立式密闭隔烟窑炉群以多个相互联系的立式密闭隔烟窑炉为基础组成， 各个立式密闭隔烟窑炉之间通过用于传质传热的通道连接。

通道一端与上一窑炉的物料通道的排气口连接，另一端与下一窑炉的燃料通 道进口连接。