[发明专利]一种制备热法磷酸并回收热能的方法及其装置

说明书

本发明公开一种制备热法磷酸并回收热能的方法及其装置，该方法用微吸收器对水化反应的反应热进行吸热，通过微吸收器后反应热被气液混合物带进分离罐，先通过尾气热量回收设备和浓磷酸冷却器分别吸收气相和液相的热量，再将气相和液相的热量进行中和，最后以饱和软水形式输送至黄磷锅炉的蒸发装置进行蒸汽，实现磷酸制备的同时能回收热能；所述的氧化剂中氧气的质量是所用黄磷质量的1.2‑2.6倍，所述的水化剂为水或不同Psubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;质量分数的溶液，水化剂中水的质量是黄磷质量的0.29‑6倍，所用制备饱和软水的水质量为黄磷质量的1‑20倍，本发明能提高黄磷的燃烧热、五氧化二磷的反应热的回收率，有利于节省能源，有效减少成产成本。

技术领域

本发明涉及一种制备热法磷酸并回收热能的方法及其装置，属于磷酸制备和低位热能的回收利用技术领域。

背景技术

磷酸是一种重要的化工中间品，是合成大多数磷酸盐和部分磷酸酯等含磷化合物的常用原料，被广泛应用于食品、医药、电子、石油、冶金、化工等行业。依据生产工艺，磷酸的来源有湿法磷酸和热法磷酸。湿法磷酸是利用强酸——通常是硫酸，亦有硝酸、盐酸、氟硅酸与磷矿发生复分解反应获得含杂质较多的粗磷酸，一般用于肥料。该磷酸经净化后，可获得食品级的磷酸；热法磷酸是在高温下利用碳还原磷矿获得黄磷，然后燃烧黄磷得五氧化二磷，再与水反应所得到的。热法磷酸杂质少，在湿法磷酸净化技术推广前，几乎是精细磷酸盐产品的唯一原料。从工艺流程来看，与热法磷酸相比，湿法磷酸的工艺流程长且复杂，单元操作和配套设施多。但在经济上，湿法磷酸较热法磷酸有明显优势，热法磷酸成本高的一个重要原因是生产能耗大。传统的热法磷酸生产工艺十分粗放。黄磷燃烧和水化的反应热被低温循环水直接移走，变成低位废热，难以利用，近年来，为了降低热法磷酸的成本，黄磷制磷酸释放热量的回收逐渐备受关注，也仅进行了不少的相关研究和实践，例如：

发明专利CN1355133A黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统提出了一种类似锅炉的燃烧热能回收装置和一个热法磷酸生产系统。该专利的重点在于介绍燃烧热能回收装置的装置，对于离开装置后的高温尾气的热能回收工艺的考虑未能完全跳出传统水化塔的模式。由于气、液两相物理性质和流量的迥异，故以水化塔带夹套的方式同时与气、液两相换热的热效率十分受限。另，权利要求中未明确水化塔中吸收剂的种类，仅在实施例中提到直接用水，且未提及尾气处理。

发明专利CN201531862U黄磷燃烧热能回收装置提出了一种更为保险的黄磷燃烧热能回收装置，其利用某种气体做中间换热介质，可有效避免因锅炉换热排管破裂导致五氧化二磷与软水反应生成磷酸而腐蚀设备，该专利未提及水化热的回收和热量集成。

发明专利CN105731405A一种具有低位热能回收的热法磷酸生产装置提出了一种可以回收部分水化热能的装置，所得蒸汽压最高0.8MPa，未提尾气热量回收和热量集成。

发明专利CN102910602A双区型高效回收黄磷燃烧热能的装置提出了是一种类似燃磷锅炉的热能回收装置，未考虑装置高温尾气热能和水化反应热的回收。

发明专利CN102556990A导热油吸收黄磷燃烧热能的装置提出了一种通过导热油做换热，再释放热量的装置，该发明需用到导热油做中间换热介质，且未提到装置高温尾气热能和水化反应热的回收。

目前，相关专利、文献的报道大多集中于黄磷燃烧热能回收的工艺和装备，而鲜有注意到水化热能和最终尾气带热的回收，也没有提及以黄磷为原料制备到不同浓度的磷酸或聚磷酸的全过程系统热量集成，故能量回收率不高。

其中，水化热的利用在传统热法酸工艺中十分困难。传统热法酸工艺为避免设备腐蚀，采用大量的冷循环酸做吸收剂在喷淋塔中吸收五氧化二磷，以控制物料温度不超过80℃。80℃的热量是难以利用的。因此，必须提高吸收过程中物料的温度，进而需要选择更昂贵的设备材料；对于大设备而言，材质升级意味着设备投资的加大，这会削弱热量回收带来的效益。为此，需要尽量减小设备体积。