專利名稱：黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及磷酸鹽生產工藝技術領域，具體地說涉及黃磷一步法生產磷酸 鹽的工藝及裝置技術領域。
背景技術：
磷酸及磷酸鹽是國民經濟中化學工業的重要組成部份，目前磷酸鹽是通過 磷酸堿化而制得。而磷酸的生產工藝可分為濕法磷酸和熱法磷酸兩大類。由于 濕法磷酸雜質多，凈化處理難度大，因此國內仍主要以熱法磷酸為基礎生產磷 酸鹽。以熱法磷酸為基礎生產磷酸鹽的工藝流程包括黃磷燃燒制取五氧化二 磷，五氧化二磷水化吸收為高濃度磷酸，磷酸與堿中和成磷酸鹽三個步驟。其 中黃磷燃燒生成五氧化二磷的過程中會產生大量的熱能，為了防止高溫的磷蒸 氣及其聚合物對燃燒塔、換熱器等生產設備的腐蝕與破壞，工藝中通常都使用 大量的稀磷酸或冷卻水來降低燃燒塔和換熱器壁面的溫度，這部分由水和磷酸 帶出的低品位的熱能難于進一步利用。并且整個工藝流程由于存在生成磷酸的 中間步驟，造成了原料黃磷和設備的浪費；同時生產磷酸的過程中有酸霧排出， 對環境造成了極大的污染。目前關于黃磷燃燒生成五氧化二磷所產生的熱能回收與利用的技術，已有 文獻報道，如中國專利CN1131171C公開了一種黃磷燃燒熱能回收與利用裝置 及其熱法磷酸生產系統，該裝置可回收一部分黃磷燃燒所產生的熱能。由于該 專利的余熱回收裝置設置在燃燒塔內，占據了一定的燃燒空間，不僅使得設備 相對龐大，增加了設備投資，而且限制了余熱的回收效率，使得余熱的回收率 最多達60%。而對于在工業上用黃磷制備磷酸鹽的工藝流程，目前仍是廣泛采 用熱法磷酸的方法，尚未有黃磷燃燒生成五氧化二磷后直接與堿反應生成磷酸 鹽的文獻報道。發明內容本發明的目的是克服現有技術中存在的上述問題，提供一種能高效回收黃 磷燃燒熱能，省卻了磷酸生產的中間過程，利用黃磷燃燒產生五氧化二磷氣體 后直接與堿反應生產磷酸鹽的工藝。本發明的另一目的是提供一種實現該工藝 的裝置。為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案將固體黃磷在55-90°C 下熔化為液態；將液態黃磷在1000-1600°C下燃燒，生成P20s氣體；將生成的 P20s氣體，通過與水進行熱交換，在生成可回收蒸汽的同時，將該氣體降溫至 200-450°C;將經過熱交換的P205氣體，在50-98°C溫度條件下與堿溶液混合 進行反應，同時調節反應液的PH值，得到反應后的中和液；將得到的中和液 進行干燥，即得到磷酸鹽產品。具體的工藝流程為將固體黃磷加入熔磷槽l，使其在55 90。C的條件下 熔化為液態；在噴磷槍2中壓縮空氣的作用下，液態黃磷經噴磷槍2自動噴入 焚磷爐3中燃燒，同時釋放大量的熱能，生成溫度為1000 1600'CP2O5氣體； 該氣體經管道4導入余熱鍋爐5，經氣體分布器13進入管排6，與管排6周圍 的冷卻水進行熱交換，即高溫氣體走管程，水走殼程，水帶走高溫氣體的熱能， 轉變為0.4 0.8MPa的蒸汽，所述蒸汽經管道7輸送給熔磷槽1使用，或經管 道8輸送給外用生產生活所需；經熱交換后的P20s氣體溫度降至200 450°C， 經管道9進入吸收塔10，與吸收塔10內的堿溶液在50 98X:的條件下混合反 應，調節反應液的PH值，將得到的中和液進行干燥后得到所需磷酸鹽。所述黃磷在熔磷槽1中液化后經噴磷槍2噴入焚磷爐3中霧燃燒生成P205 氣體為前段工藝流程，P205氣體經導管4導入余熱鍋爐5與管排6周圍的冷卻 水進行熱交換為中段工藝流程，經熱交換后的P205氣體經管道9進入吸收塔 10與堿溶液反應生成磷酸鹽為后段工藝流程。所述堿溶液為30 42%的NaOH或KOH溶液。所述PH值調節為4. 0 4. 5，得到的中和液，經結晶干燥即得磷酸二氫鹽; 所述PH值調節為8.8 9.2，得到的中和液，經結晶干燥即得磷酸氫二鹽；所 述PH值調節為11.5 12.5，得到的中和液，經結晶干燥即得堿式磷酸鹽。所述P205氣體與堿溶液反應后，得到的中和液加壓噴入聚合爐或焦化爐， 經加熱，使料液迅速干燥脫水可得聚磷酸鹽或焦磷酸鹽。本發明的黃磷一步法生產磷酸鹽的裝置包括設置在前段工藝流程的依序 連接的熔磷槽l、噴磷槍2、焚磷爐3，設置在后段工藝流程的吸收塔10，還
包括有設置在位于焚磷爐3與吸收塔10之間、其兩端通過管道4和管道9分 別與焚磷爐3的P20s氣體出口和吸收塔10的入口相連接的執行中段工藝流程 的余熱鍋爐5。所述余熱鍋爐5的腔體中，設置排列固定有與水進行熱交換的 管排6,該管排6的兩端分別與氣體分配器13配合組成一體，而管排6兩端的 氣體分配器13和余熱鍋爐5的內壁單獨構成了分別與管道4、 9連通的P205 氣體聚集輸送室ll、 12。所述的焚磷爐3具有鋼外殼和耐火磚內襯；所述管道4為不銹鋼管，具有 耐火磚內襯；所述管道9為不銹鋼管；所述管排6為內表面具有等離子體涂層 的鋼管。與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明黃磷燃燒所生成的高溫五 氧化二磷氣體與余熱鍋爐中的管排進行熱交換，鍋爐中的水帶走熱能，轉變成 高壓蒸汽，通過蒸汽輸送管道輸送給熔磷槽與外用生活、生產所需，每燃燒一 頓黃磷能生產壓力為0. 4 0. 8MPa的水蒸汽6. 5 7. 0噸，熱能回收與利用效 率達到90%，充分利用了黃磷燃燒的化學熱能，消除和減少了黃磷燃燒過程中 對環境的熱污染；同時省掉了燃煤鍋爐，節約了能源；本發明將磷酸鹽生產的 三大步驟縮短為兩步，即將水合、中和兩步改為堿吸收一步完成，省去了磷酸 生產的中間過程，減少了生產設備及輔助生產設施，節省了原料及設備投資， 并且避免了酸霧的排出，減輕了對環境的污染。
圖l為本發明工藝流程圖。圖2為本發明裝置結構示意圖。圖3為圖2中的A-A向剖面圖。l-熔磷槽，2-噴磷槍，3-焚磷爐，4-連接焚磷爐與余熱鍋爐的管道，5-余熱鍋爐，6-管排，7、 8蒸汽輸送管道，9-連接余熱鍋爐與吸收塔的管道，10-吸收塔，11、 12-P205氣體聚集輸送室，13-氣體分配器。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。 實施例l如圖2所示，本發明的黃磷一步法生產磷酸鹽的裝置包括設置在前段工藝流程的依序連接的熔磷槽l、噴磷槍2、焚磷爐3，設置在后段工藝流程的吸收 塔10，還包括有設置在位于焚磷爐3與吸收塔10之間、其兩端通過管道4和 管道9分別與焚磷爐3的P205氣體出口和吸收塔10的入口相連接的執行中段 工藝流程的余熱鍋爐5。所述余熱鍋爐5的腔體中，設置排列固定有與水進行 熱交換的管排6，該管排6的兩端分別與氣體分配器13配合組成一體，而管排 6兩端的氣體分配器13和余熱鍋爐5的內壁單獨構成了分別與管道4、 9連通 的PA氣體聚集輸送室ll、 12。焚磷爐3具有鋼外殼和耐火磚內襯；管道4為 不銹鋼管，具有耐火磚內襯；管道9為不銹鋼管；管排6為內表面具有等離子 體涂層的鋼管。 實施例2將固體黃磷加入熔磷槽l，使其在55 9(TC的條件下熔化為液態；在噴磷 槍2中壓縮空氣的作用下，液態黃磷經噴磷槍2自動噴入焚磷爐3中燃燒，同 時釋放大量的熱能，生成溫度為1000 1600'CP2O5氣體；該氣體經管道4導 入余熱鍋爐5，經氣體分布器13進入管排6，與管排6周圍的冷卻水進行熱交 換，即高溫氣體走管程，水走殼程，水帶走高溫氣體的熱能，轉變為0.4 0.8MPa 的蒸汽，所述蒸汽經管道7輸送給熔磷槽1使用，或經管道8輸送給外用生產 生活所需；經熱交換后的P2O5氣體溫度降至200 45(TC，經管道9進入吸收 塔10，與吸收塔10內的30% 42%氫氧化鈉堿溶液反應，調節反應液的PH值 為4 4.5,在50 98。C的條件下，加入沉淀劑脫砷和脫除重金屬，再通過沉 淀過濾、結晶干燥得成品磷酸二氫鈉。每燃燒一頓黃磷能生產壓力為0.4 0.8MPa的水蒸汽6.5 7.0噸，得到成 品磷酸二氫鈉3. 561噸，產品轉化率為92%。實施例3經換熱后溫度為200 450'C的P205氣體通過管道9進入吸收塔10,在溫 度為50 98。C的條件下與30 42%的氫氧化鉀堿溶液反應，調節ra值為8. 8 9.2，加入沉淀劑脫砷和脫除重金屬，再通過沉淀過濾、結晶干燥得成品磷酸 氫二鉀。每燃燒一頓黃磷能生產壓力為0.4 0.8MPa的水蒸汽6.5 7.0噸，得 到成品磷酸氫二鉀5. 052噸，產品轉化率為90%。實施例4經換熱后溫度為200 450。C的P20s氣體通過管道9進入吸收塔10，在溫
度為50 98°C的條件下與30 42%的氫氧化鈉堿溶液反應，調節PH值為11. 5 12.5，加入沉淀劑脫砷和脫除重金屬，再通過沉淀過濾、結晶干燥得成品磷酸 三鈉。每燃燒一頓黃磷能生產壓力為0.4 0.8MPa的水蒸汽6.5 7.0噸，得到 成品磷酸三鈉4. 790噸，產品轉化率為90%。 實施例5生產三聚磷酸鈉由熔磷槽1將黃磷加溫至60 8(TC融熔，液化后的黃磷通過液磷泵抽入 噴磷槍2進入焚磷爐3;液態單質磷在焚磷爐3中與風機送來的空氣充分氧化 燃燒成溫度為1100 130(TC的P205氣體；該高溫氣體經管道4送入余熱鍋爐 5，與余熱鍋爐5進行火管式熱交換，P2O5氣體的溫度降至280 45(TC，同時 產生0. 8MPa的蒸汽7噸/小時；溫度為280 450。C的？205氣體通過管道9進 入吸收塔10，與濃度為30 42%的NaOH溶液接觸，充分反應吸收，加入助劑 硝酸銨，調節ph值為11.5 12.5， K值(鈉/磷比值)為3.0±0.1 0.2，將得 到的中和液用高壓泵打入聚合爐中經噴嘴霧化并被噴出的均勻火焰加熱，使料 液迅速干燥，在加熱到450-500。C后，脫水聚合成三聚磷酸鈉，經冷卻、粉碎、 篩分即為成品。該工藝每噸三聚磷酸鈉消耗黃磷0. 256噸，比老工藝節約13公斤，3萬 噸/年三聚磷酸鈉裝置， 一年可節約黃磷390噸，可外供蒸汽5.0萬噸。
權利要求
1、一種用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝，有以下步驟(1)將固體黃磷在55-90℃下熔化為液態；(2)將液態黃磷在1000-1600℃下燃燒，生成P2O5氣體；(3)將生成的P2O5氣體，通過與水進行熱交換，在生成可回收蒸汽的同時，將該氣體降溫至200-450℃；(4)將經過熱交換的P2O5氣體，在50-98℃溫度條件下與堿溶液混合進行反應，同時調節反應液的PH值，得到反應后的中和液；(5)將得到的中和液進行干燥，即得到磷酸鹽產品。
2、 根據權利要求1所述的用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝，其特征在于在 P205氣體與堿溶液混合的過程中，需要調節反應液的PH值，當將PH值調節 至U 4.0-4.5時，將得到的中和液經過結晶干燥，得到磷酸二氫鹽產品；當PH值 調節到8.8-9.2時，將得到的中和液經過結晶干燥后得到磷酸一氫鹽產品；當 PH值調節到11.5-12.5時，將得到的中和液經過結晶干燥后得到堿式磷酸鹽產口叩o
3、 根據權利要求1所述的用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝，其特征在于(1) 將固體黃磷加入熔磷槽(1)，使其在55-90。C下熔化為液態黃磷；(2) 將55-90°C的液態黃磷，通過噴磷槍(2)自動噴入焚磷爐(3)內， 在1000-1600°C下燃燒，生成P20s氣體，并釋放大量的熱能；(3) 將生成的1000-1600。CP2O5氣體，通過管道(4)送入余熱鍋爐(5)， 經過該鍋爐內的氣體分配器(13)輸入管排(6)內與周圍冷卻水進行熱交換 后，P2Os氣體被降溫至200-450。C，同時生成0.4-0.8MPa的可回收蒸汽；(4) 將200-450。C的P2O5氣體，通過管道(9)輸入吸收塔(10)內，在 50-98°C的溫度條件下與堿溶液混合進行反應，同時調節反應液的PH值；(5) 當調節得到的PH值為4.0-4.5時，將中和液干燥后即得磷酸二氫鹽; 當PH值為8.8-9.2時，將中和液干燥后即得磷酸一氫鹽；當PH值為11.5-12.5 時，將中和液干燥后即得堿式磷酸鹽。
4、 根據權利要求3所述的用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝，其特征在于溫 度為200-450。C的P2O5氣體進入吸收塔(10)內，在50-98°C的溫度條件下， 與30-42%的NaOH或KOH溶液混合進行反應，調節反應液的PH值，將中和 液干燥后即得所需磷酸鹽。
5、 一種用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝所使用的裝置，包括有設置在前段工藝流程的依序連接的熔磷槽(1)、噴磷槍(2)、焚磷爐(3)，設置在后段工藝流程的吸收塔(10)，其特征在于還包括有設置在位于焚磷爐(3)與吸收塔(10)之間、其兩端通過管道(4， 9)分別與焚磷爐(3)的P20s氣體出口和 吸收塔(10)的入口相連接的執行中段工藝流程的余熱鍋爐(5)。
6、 根據權利要求5所述的用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝所使用的裝置，其 特征在于在所述余熱鍋爐(5)的腔體中，設置排列固定有與水進行熱交換 的管排(6)，該管排(6)的兩端分別與氣體分配器(13)配合組成一體，而 管排(6)兩端的氣體分配器(13)和余熱鍋爐(5)的內壁單獨構成了分別與 管道(4， 9)連通的P205氣體聚集輸送室(11， 12)。
7、 根據權利要求5或6所述的用黃磷生產磷酸鹽的一步法工藝所使用的裝置，其特征在于所述的焚磷爐(3)具有鋼外殼和耐火磚內襯；所述管道(4)為不銹鋼管，具有耐火磚內襯；所述管道(9)為不銹鋼管；所述管排(6)為內 表面具有等離子體涂層的鋼管。
全文摘要
本發明公開了一種黃磷一步法生產磷酸鹽的方法及裝置。本發明的技術方案為固體黃磷在熔磷槽中熔化為液態的單質磷后泵入焚磷爐中氧化燃燒，生成高溫的五氧化二磷氣體；該高溫氣體與余熱鍋爐進行熱交換后溫度降低，同時生成高壓水蒸汽；低溫氣體進入堿吸收塔，與堿溶液反應得到磷酸鹽。本發明能充分回收黃磷燃燒的化學熱能，同時將磷酸鹽生產的三大步驟縮短為兩步，省去了磷酸生產的中間過程，節省了原料及設備投資，并且避免了酸霧的排出，減輕了對環境的污染。
文檔編號C01B25/20GK101117215SQ200710049440
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月3日 優先權日2007年7月3日
發明者王志維, 羅宗恬 申請人:成都市峨眉化工工程設計研究所