[发明专利]利用流化床反应器制备磷酸的工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用一种利用流化床反应器制备磷酸的工艺及其装置，属于化工工艺过程及设备技术领域。

背景技术

磷酸在国民经济中占有重要地位，是生产磷肥和磷酸盐的中间原料。磷酸及其下游产品广泛应用于化工、农业、医药、食品、电子等行业。

目前，国内外磷酸工业生产方法分为热法和湿法两种工艺路线。热法磷酸是以电热法生产的黄磷为原料，经燃烧水合制取磷酸。热法磷酸纯度高，但原料黄磷电耗高，产品成本较高。湿法磷酸是无机酸（主要是硫酸、盐酸）分解磷矿制得磷酸，这种工艺要求磷矿石的品位高，质量好，但制得酸的浓度低，杂质含量较高。窑法磷酸是可直接利用中低品位磷矿制取高浓度磷酸工艺的技术，分为隧道窑法和回转窑法；具有用电少，产品质量高，可利用中低品位磷矿等优点。

自1988年以来，我国许多科研单位，对窑法磷酸新工艺进行了研究，取得了不少成果，如长沙矿冶研究院侧重于回转窑研究，开发出双层冷固复合球团工艺，申请了“异形回转窑生产磷酸的方法”、“一种直接还原磷矿石生产磷酸的方法”2项发明专利；南京化学工业公司则对隧道窑开展了研究，申请了“一种制取高浓度磷酸的方法”发明专利。但由于存在回转窑结圈赌料造成设备不能连续运转、隧道窑强度不够致使局部坍塌、氧化和还原不能有效分区等诸多问题，至今回转窑和隧道窑尚未大规模工业化。

流态化技术具有传热和传质效率高，床层温度趋于均一，能防止局部过热，操作较稳定等特点，目前已经作为一门基础技术，广泛应用于化工、冶金、能源、环保等各个领域。该技术在磷矿电热法还原制磷过程中的应用尚未见报道，本发明首次将该技术应用于磷矿还原制磷，在相同转化率下，与固定床反应器相比，反应温度大幅降低，反应时间亦大幅缩短。

现有窑法磷酸生产装置回转窑和隧道窑生产过程中存在以下问题：（1）磷矿还原反应温度较高、所需时间较长且还原率较低；（2）包裹剂昂贵且不利于传热传质且不能将氧化还原有效分区；（3）反应器内温度分布不均，致使物料易烧结导致设备不能连续运转。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种集磷矿还原、磷蒸汽氧化于一体，将反应热量耦合的流化床反应器，以用于生产磷酸，该工艺将流态化技术应用于磷矿还原反应，能大幅降低还原温度、强化传热传质、提高反应速率、缩短反应时间，使床层温度趋于均一，可以避免物料结圈堵料；导热板的使用有效地将氧化和还原分区，同时使两者的反应热得到耦合。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于生产磷酸的流化床反应器，其特征在于包括有外壳、内壳、燃烧室、旋风分离器和水化循环酸吸收装置，

外壳的内表面和内壳的外表面构成一个环形的氧化区；

内壳的内部设置有气体分布器和流化还原反应区，其中流化还原反应区顶部设置有磷矿混合粒料进料口和还原区反应气体产物出口，底部为靠近气体分布器上方的炉渣出料口；

燃烧室底部设置有流体介质气体进口、燃料及空气入口和控制阀门和燃烧器喷嘴；

旋风分离器上设置有与流化还原反应区相通的吹出物料回流口，其顶部为P₂、CO等气体出口；外壳的底部设置有P₂、CO等气体进口和富氧空气进口，顶部设置有与水化循环酸吸收装置相连的P₂O_5、CO₂等气体出口；P₂、CO等气体出口和P₂、CO等气体进口通过外部保温管路连接。

按上述方案，所述外壳与内壳的内径之比为1.5:1~3:1。

按上述方案，还包括有外部控温器，其将设置在流化还原反应区的热电偶和控制阀门自控关联，通过内置的热电偶反馈给控温器的温度来控制阀门的开启与关闭。

按上述方案，所述旋风分离器设置有一组或多组外置或内置于流化床反应器内壳。

按上述方案，所述气体分布器采用垂直多孔板式分布器或螺旋多孔板式分布器。

利用所述的流化床反应器制备磷酸的工艺，包括有以下步骤：

1）将磷矿、硅石和炭质还原剂经破碎筛分至100~300目，然后加入膨润土、再加水混匀后，干燥固结，再经二次破碎筛分至90%以上过50~300目的颗粒物料；