[发明专利]一种用立式明焰窑炉生产磷酸的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用立式明焰窑炉生产磷酸的方法。 

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另一种窑法磷酸的发展路线：一种用立式明焰窑炉生产磷酸的方法，从而克服回转窑和隧道窑部分难题，较好地实现窑法磷酸工业化的目标。 

本发明的目的是这样实现的：一种用立式明焰窑炉生产磷酸的方法，将磷矿石、碳质还原剂与其他配料制成球形物料，球形物料从立式明焰窑炉上部加入，物料依靠重力向下运行，立式明焰窑炉的燃料燃烧温度升至1250—1500℃时球形物料在固相状态下发生反应，还原生成磷蒸气与一氧化碳气体，随即在物料间隙的弱氧化气氛中氧化为五氧化二磷与二氧化碳，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底部或下部卸出。 

物料在固相条件下完成磷的还原反应，物料在高温下反应时的熔融部分为物料总量的0-30％。 

选用的磷矿石中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＝1：5-15，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。 

在混合料成球过程中加入粘接剂，粘接剂可用水、磷酸搭配而成的浓度为10％—30％的稀磷酸，粘合剂的加入量为混合料干基的0.1—3％。 

燃料为颗粒状固体碳质燃料，如煤粉、焦炭或煤矸石等。 

一种用磷矿直接制取磷酸的立式明焰窑炉，包括上部的加料料斗、下部的冷却料斗及卸料装置、空气入口、窑体安装在支撑基础上，窑炉内设有一个或多个物料通道，每个物料通道的上部都有窑气排出口。空气入口开在冷却料斗底部或侧部。 

本发明所提供的用立式明焰窑炉生产磷酸的方法，是除隧道窑法磷酸和回转窑法磷酸外的另一条可行路线。还原出来的磷单质与副产物一氧化碳被氧化燃 烧后产生的热量立即传导给物料通道中的球料，以供应还原反应所需热能，大量节省了能源消耗。 

本发明和隧道窑法磷酸与回转窑法磷酸的对比： 

1、相比于回转窑转动时球料间大量的摩擦碰撞，使用立式窑能有效减少球料间的摩擦，极大地减少了粉尘的产生，从而提高磷酸质量。 

2、相比于隧道窑不需要窑车，从而大大减少了窑具带出热耗，降低了能耗。