CN103723695B - 一种选择性生产五氧化二磷的工艺及其设备 - Google Patents

Abstract

一种选择性生产五氧化二磷的工艺，以黄磷为基础原料，硫酸为干燥剂，在燃磷炉内燃烧制得五氧化二磷，黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气经冷却系统冷却后通入多级沉降系统，经多级沉降系统进一步冷却后送入集料仓制得五氧化二磷粉末，尾气经净化后排放；或黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气经冷却系统冷却后，依次通入聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收，分别得到聚磷酸及磷酸，其尾气经泡沫吸收塔、氨吸收塔、纤维除沫器吸收后排放。该设备能够合理的优化生产设备的结构，生产的五氧化二磷纯度达到99.5%以上，可大型生产。

Description

一种选择性生产五氧化二磷的工艺及其设备

技术领域

本发明涉及一种五氧化二磷独立生产系统，具体为一种选择性五氧化二磷生产工艺及生产设备，属于化工生产领域。

背景技术

每燃烧1kg磷可以释放出2.55*104KJ的能量，国内五氧化二磷生产传统工艺为使用碳素钢为材料、建立多个巨大的冷却塔，将固态黄磷使用蒸汽加热后缓慢流入塔内与鼓风机吹入的干燥空气反应燃烧，产生五氧化二磷烟气，再依靠巨大的冷却塔进行冷却降温，产生五氧化二磷产品，此工艺简单，投资较小，但产能低，日产量不超过三吨，图1为五氧化二磷原有工艺流程。工人劳动强度大，传统装置中不但没能对这部分能量进行有效的利用，无法将生产过程中产生的热量进行回收，反而要配备庞大的自然冷却设备对高温设备进行冷却，造成巨大的能源浪费和对环境的热污染，既浪费了能源又污染了环境，同时生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选择性生产五氧化二磷的新工艺，采用冷却塔强制冷却生产五氧化二磷产品，产生的热量可副产蒸汽，沉降后的烟气进入聚磷酸、磷酸的生产和吸收系统，实现了达标排放，既节约了能源又提高了生产效率。

具体为：以黄磷为基础原料，硫酸为干燥剂，将黄磷在燃磷炉内燃烧制得的五氧化二磷烟气经水冷壁强制冷却至360℃以下，压力为1kpa以下，经冷却后的五氧化二磷烟气至少经10级沉降，使五氧化二磷烟气温度进一步降低至300℃以下，压力进一步降低至0.8kpa以下，经冷却、沉降后收集到的五氧化二磷送入五氧化二磷集料仓制得纯度高于99.5%的五氧化二磷粉末，尾气经净化后排放；或黄磷燃磷后的五氧化二磷烟气依次经聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收后，分别得到聚磷酸及磷酸，其尾气经氨吸收塔、纤维除沫器吸收后达标排放；

所述的黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气通入冷却系统的过程中，所述的黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气通入聚磷酸吸收塔的过程关闭；黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气通入聚磷酸吸收塔的过程打开，黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气通入冷却系统的过程关闭。

本发明的另一目的在于提供一种选择性生产五氧化二磷的工艺设备，该设备缩短了主烟气管道长度、减少了原设备中不必要的U型弯、增加相应的冷却沉降及输送设备。

具体为：燃磷炉经阀门控制的烟气管道与冷却塔连接，冷却塔后设置多级沉降仓，多级沉降仓经吸收塔经集料仓与尾气排放通道连接；燃磷炉经阀门控制的烟气管道依次与聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔连接，磷酸吸收塔经氨吸收塔、纤维除沫器与尾气排放通道连接。

所述的燃磷炉至聚磷酸吸收塔的烟气管道长度为28~35m，所述的冷却塔侧壁设置循环水通道。

所述的多级沉降仓为至少10个沉降仓串联而成，进一步所述的多级沉降仓为10个沉降仓串联而成，其中前5个沉降仓与后5个沉降仓上下设置，其落差为6~8米。

所述的沉降仓包括筒体及锥斗，筒体内部设置有矩形挡板，矩形挡板宽度与筒体直径等长，矩形挡板长度为筒体长度的95-98%，筒体顶部设置有顶盖，顶盖上设置有顶盖加强部件；所述的锥斗下设置有短接锥口，短接锥口外设置有法兰。

所述的筒体外侧自顶部2/3处设置有与矩形挡板对称的弧形内凹结构，所述的弧形内凹结构的内凹深度为筒体直径的5~8%，所述的弧形内凹结构的长度为筒体长度的40~56%。

所述的弧形内凹结构底端与筒体外壁形成弧形凸起。

五氧化二磷为白色无定形粉末或六方晶体，在高温下易附着于仓壁及管道之上，形成坚硬的非晶体。且粉状情况下极易吸湿，因此生产过程中需要与外界环境进行隔绝。

针对其附壁我们通过冷却塔将燃磷炉产生的物料迅速降低至合理的温度范围区间内，减少附壁量，使其凝结成粉状，提高产量。针对其在结构死角附壁现象，对设备内部及连接管道进行优化设计，在减少沉积的过程中，能及时利用重力掉落于仓底，保证产品生产的工艺条件。同时更短的五氧化二磷烟气管道，设计预留的一米落差，可以使五氧化二磷烟气能够及时进入聚磷酸吸收塔，降低产品沉积于管道，可以使清理管道内部沉积物料时，更加方便，降低清理人员的劳动强度。

针对其极易吸湿，在制造生产设备的过程中，采用焊接的密封形式，对于无法使用焊接的结构，采取经过优化的连接形式，确保了其能够严格密封，隔绝与外界环境的接触。

考虑到管道在高温情况下发生热胀冷缩效益，经过计算可伸长0.15米，管道两边将受到3.5~4.2*10⁴KN的力，设计温度补偿系统，消耗材料14.7平方的不锈钢板，造价低廉，完全满足了管道膨胀补偿参数。

   本发明的优点在于：

(1)每产生一吨五氧化二磷需要消耗0.45吨黄磷，经改造后投入使用可以使黄磷转化为五氧化二磷的百分比从20.7%提高至40.5 %，使磷酸生产量从62.7吨/日减少到46.8吨/日。日减少磷酸产量16吨，间接的减少生产磷酸耗电3168千瓦时/日，减少水消耗64立方米/日。

(2)现阶段黄磷市场价为17000元/吨，硫酸450元/吨。每生产一吨五氧化二磷需要消耗黄磷0.45吨、硫酸0.5吨、折旧维修费用40元，合计生产成本7915元/吨，五氧化二磷市场价9200元/吨，理想状态下，每生产一吨五氧化二磷可产生1285元/吨的利润。

(3)每生产一吨磷酸需要消耗黄磷0.282吨、耗水4m³、耗电198千瓦时，合计生产成本4913元/吨，五氧化二磷市场价4950元/吨，理想状态下，每生产一吨磷酸可产生43元/吨的利润。

(4)整体投入资金140.18万元，按照五氧化二磷日产量增加10吨预计，年连续运行200天，可增加收入257万元，而磷酸则因为产量的减少降低13.76万元的收入，合计为257万元，即新增效益257万元/年，投入产出比为183%，经改造后，在0.5m³/h的投磷量下，每日消耗黄磷22.2吨，日产量从10吨增加到20吨。因此，此改造非常值得进行，且能够合理的优化我公司的产品结构，为公司后续发展打下坚实的基础。

附图说明

图1为原有五氧化二磷生产工艺设备，其中1-1燃磷炉，2-1冷凝塔，3-1烟气管道；4-1集料仓，5-1包装料斗。该设备烟气管道长达106m，五氧化二磷在高温下易附着于仓壁及管道之上，形成坚硬的非晶体，极易损坏设备，且沉积的五氧化二磷在烟气管道内易引起爆炸。

图2为新型五氧化二磷生产工艺设备，其中1.燃磷炉，2.冷凝器。3.缓冲罐，4.多级沉降塔，5.集料仓，6.包装料斗，7.聚磷酸吸收塔，8.磷酸吸收塔，9.氨吸收塔，10.纤维除沫器。该设备缩短烟气管道长度至28-35m，减少了五氧化二磷的沉积，减少了对设备的损坏，同时增加了产量及纯度，采用该设备制得的五氧化二磷纯度达99.5%以上。

图3为沉降仓结构立体图，11.筒体，12.锥斗，13.矩形挡板，14.顶盖，15.加强部件，16.短接锥口，17.法兰，18.弧形内凹结构，19.弧形凸起。该沉降仓增加了五氧化二磷烟气的循环流动，增加了五氧化二磷烟气沉降、冷凝的过程，更有利于五氧化二磷烟气进一步冷却下来并最大化地、顺利地通入集料仓。

图4为沉降仓结构主视图，11.筒体，12.锥斗，13.矩形挡板，14.顶盖，15.加强部件，16.短接锥口，17.法兰，18.弧形内凹结构，19.弧形凸起。

图5为沉降仓结构左视图，18.弧形内凹结构，19.弧形凸起。

具体实施方式

实施例1

将10吨(24小时投磷量)的黄磷投入燃磷炉1内燃烧制得五氧化二磷烟气，以硫酸为干燥剂，打开阀门，将五氧化二磷烟气经烟气管道送入冷却塔2，经冷却塔2内水冷壁强制冷却至360℃以下，压力为1kpa，经冷却后的五氧化二磷烟气经缓冲罐3后送入10级沉降仓4沉降，使五氧化二磷烟气温度降低至360℃以下，压力为1kpa，经冷却沉降后的五氧化二磷送入五氧化二磷料仓5吸收制得23.7吨纯度高于99.5%的五氧化二磷，尾气经净化后经尾气排放通道7-1排放排放。

10吨(24小时投磷量)的黄磷投入燃磷炉1内燃烧，关闭燃磷炉至冷却塔的阀门，打开燃磷炉至聚磷酸吸收塔的阀门，将黄磷燃烧的五氧化二磷烟气依次经烟气管道3-2送入聚磷酸吸收塔7、磷酸吸收塔8吸收后分别得到37吨磷酸，其尾气经氨吸收塔9、纤维除沫器10吸收后经尾气达标排放通道排放。

所述的烟气五氧化二磷经10级沉降仓5沉降后的副产物送入聚磷酸吸收塔8吸收。

实施例2

一种新型五氧化二磷生产设备，燃磷炉1经阀门控制的烟气管道与冷却塔2连接，冷却塔2与缓冲罐3连接，缓冲罐3后设置多级沉降仓4，多级沉降仓，多级沉降仓4经集料仓5与包装料斗6连接；燃磷炉1经阀门控制的烟气管道依次与聚磷酸吸收塔7、磷酸吸收塔8连接，磷酸吸收塔8经氨吸收塔9与纤维除沫器10连接。

所述的燃磷炉1至聚磷酸吸收塔7的烟气管道长度为28~35m。所述的冷却塔2侧壁设置循环水通道，

所述的多级沉降仓4为至少10个沉降仓串联而成，所述的多级沉降仓4为10个沉降仓串联而成，其中前5个沉降仓与后4个沉降仓上下设置，其落差为6米。

所述的沉降仓包括筒体11及锥斗12，所述的筒体11内部设置有矩形挡板13，所述的矩形挡板13宽度与筒体11直径等长，矩形挡板13长度为筒体11长度的95-98%，筒体11顶部设置有顶盖14，顶盖14上设置有顶盖加强部件15；所述的锥斗12下设置有短接锥口16，短接锥口16外设置有法兰17。

所述的筒体11外侧自顶部2/3处设置有与矩形挡板13对称的弧形内凹结构18，所述的弧形内凹结构18的内凹深度为筒体11直径的5~8%，所述的弧形内凹结构18的长度为筒体11长度的40~56%。

所述的弧形内凹结构18底端与筒体11外壁形成弧形凸起19。

Claims (3)

1.一种选择性生产五氧化二磷的工艺，以黄磷为基础原料，硫酸为干燥剂，在燃磷炉内燃烧制得五氧化二磷，其特征在于，包括以下工艺步骤：黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气经冷却系统冷却后通入多级沉降系统，所述的黄磷燃烧制得的五氧化二磷烟气通入聚磷酸吸收塔的过程关闭，经多级沉降系统进一步冷却后送入集料仓制得五氧化二磷粉末，尾气经净化后排放；所述的多级沉降系统为至少10个沉降塔串联而成，所述的冷却系统为水冷壁强制冷却系统，五氧化二磷烟气经水冷壁强制冷却至360℃以下，压力为1kpa以下，所述的多级沉降系统为多个沉降塔串联而成，将五氧化二磷烟气温度降低至300℃以下，压力降低至0.8kpa以下。

2.一种选择性生产五氧化二磷的设备，其特征在于，燃磷炉（1）经烟气管道与冷却塔（2）连接，冷却塔（2）与缓冲罐（3）连接，缓冲罐（3）后设置多级沉降仓（4），多级沉降仓（4）经集料仓（5）与包装料斗（6）连接；所述的多级沉降仓（4）为至少10个沉降仓串联而成，所述的多级沉降仓（4）为10个沉降仓串联而成，其中前5个沉降仓与后5个沉降仓上下设置，其落差6~8米，所述的燃磷炉（1）至聚磷酸吸收塔（7）的烟气管道长度为28~35m，所述的冷却塔（2）侧壁设置循环水通道。

3.根据权利要求2所述的选择性生产五氧化二磷的设备，其特征在于：所述的沉降仓包括筒体（11）及锥斗（12），其特征在于，所述的筒体（11）内部设置有矩形挡板（13），所述的矩形挡板（13）宽度与筒体（11）直径等长，矩形挡板（13）长度为筒体（11）长度的95-98%，筒体（11）顶部设置有顶盖（14），顶盖（14）上设置有顶盖加强部件（15）；所述的锥斗（12）下设置有短接锥口（16），短接锥口（16）外设置有法兰（17），所述的筒体（11）外侧自顶部2/3处设置有与矩形挡板（13）对称的弧形内凹结构（18），所述的弧形内凹结构（18）的内凹深度为筒体（11）直径的5~8%，所述的弧形内凹结构（18）的长度为筒体（11）长度的40~56%，所述的弧形内凹结构（18）底端与筒体（11）外壁形成弧形凸起（19）。