CN105236369B - h型五氧化二磷连续化生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种h型五氧化二磷连续化生产系统，包括燃烧塔，带有进气口、出气口和第一出料口的冷析装置，五氧化二磷储料罐和带进气装置、尾气出口和第二出料口的尾气处理装置，所述燃烧塔的燃烧气体出口与冷析装置的进气口相连，冷析装置的出料口与五氧化二磷储料罐相连，冷析装置的出气口与尾气处理装置的进气装置相连，所述燃烧塔上设有多层喷射口。通过设置在燃烧塔的多层压缩空气喷射口和不同喷射量的干燥压缩空气来控制五氧化二磷晶型，同时能够回收黄磷燃烧的反应热及五氧化二磷冷析放热。在黄磷燃烧技术、五氧化二磷晶型控制方法、热能回收技术、尾气冷却方式技术方面有较强的创新，符合高效、节能、环保、清洁的生产工艺要求。
Description
技术背景
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种h型五氧化二磷连续化生产系统。
背景技术
黄磷在空气（氧气）中燃烧生成五氧化二磷，化学式P2O5，式量141.94，分子式也可写作P4O10，白色晶体粉末。五氧化二磷的真实结构为十氧化四磷（P4O10），其具体的分子结构为：在磷分子的每一个磷键上插入一个氧原子，剩余四个氧原子分别通过配位键与四个磷原子相连（由磷原子提供一对电子形成的配位键）。五氧化二磷有多种晶型，常压下五氧化二磷的晶型结构有3种：h型、o型、o′(T)型，分别属于六方形、斜方形和四方形。不同晶型的五氧化二磷的稳定性不同，五氧化二磷在一定条件下会产生晶型的转变，将h-P2O5在密闭容器中于400℃下加热2h可以转变为o-P2O5，而o′-P2O5在密闭容器中于450℃下加热24h后制得的。同样o-P2O5在一定条件下也可以转变为h-P2O5。五氧化二磷稳定性顺序为h-P2O5＞o-P2O5＞o′-P2O5。五氧化二磷是重要的化工原料，也是很好脱水剂，是生产磷酸、多聚磷酸、聚磷酸盐、磷酸三乙酯等精细磷化工产品等的重要原料。
五氧化二磷一般以黄磷为原料直接生产，目前国内五氧化二磷的生产主要采用间歇法生产，单套装置生产能力为0.2-0.5吨/天，年生产能力为100-300吨/年。国外五氧化二磷生产一般采用连续法生产，单套装置生产能力一般在3000-10000吨/年。国内近年也开发了连续性五氧化二磷生产工艺：采用黄磷氧化生产的方法，黄磷在干燥的空气中充分燃烧，得到含五氧化二磷的高温混合气体，高温混合气体在塔体内冷却得到固体五氧化二磷粉末产品，热量与外部间接换热排出。目前的生产方法对于黄磷的燃烧均采用空气一次性补入的生产方法，对于五氧化二磷的晶型无法控制，其生产的成品五氧化二磷是晶型不确定的，有h型、o型、o′(T)型中的几种，且比例也不能确定，这种晶型不确定或混合晶型的五氧化二磷产品给后续精细磷酸盐加工过程中的工艺控制带来了困难，影响后续产品的生产和品质。五氧化二磷产品品质和晶型控制是其生产控制的关键技术，受工艺技术、装备水平等条件的限制，国内外在五氧化二磷的生产技术上不断在进行创新和试验，以提高五氧化二磷产品的品质和晶型控制水平。不同晶型的五氧化二磷性质不同，用途也不同，对下游产品的生产稳定性影响较大，在三种不同晶型的五氧化二磷中，h型五氧化二磷的活性最高，分散性和流动性好，制备APP时用这种晶型为原料效果最好。
对以五氧化二磷为原料生产精细磷化工产品的下游生产商来说，采购稳定晶型的五氧化二磷产品是企业发展的根本，而高品质的五氧化二磷产品主要还依靠进口，国内外目前尚没有可控晶型的五氧化二磷工业化连续生产技术，稳定晶型的五氧化二磷生产技术是行业内需亟待解决的技术难题。
由于五氧化二磷为极易潮解的白色粉末，目前的生产方法常存在五氧化二磷粉末吸潮结晶、结块、结团堵塞等情况，这时只有停车进行清理疏通，更易导致潮湿空气的进入而影响系统的干燥性，影响生产的连续化和产品质量，且生产过程中黄磷燃烧的反应热及五氧化二磷冷析放热直接排入空气中，造成了热能的大量损失和浪费。
发明内容
为了解决现有五氧化二磷生产过程中晶型难控制、品质低及热能浪费的问题，本发明提供了一种h型五氧化二磷连续化生产系统，通过设置在燃烧塔的多层压缩空气喷射口和不同喷射量的干燥压缩空气来控制五氧化二磷晶型，同时能够回收黄磷燃烧的反应热及五氧化二磷冷析放热。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
h型五氧化二磷连续化生产系统，
包括燃烧塔、冷析装置、五氧化二磷储料罐和尾气处理装置；
所述燃烧塔包括具有腔体的第一膜式换热壁以及设置在第一膜式换热壁上下端面的环形上集箱和第一下集箱，所述第一膜式换热壁由多根第一上升管与连于各管之间的换热翅片构成，所述上集箱上端设有上封头，第一下集箱下端设有下封头，所述上封头的顶部设有燃烧气体出口，上封头上方设有第一汽包，所述第一汽包上设有第一补水口和第一蒸汽出口，所述第一膜式换热壁外侧设有至少两根第一下降管和至少两根蒸汽导管，所述第一上升管的上下端分别与上集箱、第一下集箱相连，所述蒸汽导管的上下端分别与第一汽包和上集箱相连，所述第一下降管的上下端分别与第一汽包和第一下集箱相连；
所述冷析装置设有进气口、出气口和第一出料口；
所述尾气处理装置设有进气装置、尾气出口和第二出料口；
所述燃烧塔的燃烧气体出口与冷析装置的进气口相连，冷析装置的第一出料口与五氧化二磷储料罐相连，冷析装置的出气口与尾气处理装置的进气装置相连，所述燃烧塔的上封头设有若干个用于喷射干燥压缩空气的上层喷射口，侧部设有若干个用于喷射干燥压缩空气的中层喷射口，下部设有若干个同时喷射黄磷和干燥压缩空气的下层喷射口。
将不同喷射量的压缩空气通过多层喷射口喷入燃烧塔，黄磷在60-75℃下加热熔融后，经下层喷射口进入燃烧塔中自燃，所述下层喷射口喷入空气量是黄磷燃烧理论所需空气量的0.5-0.9倍，中层喷射口喷入空气量是黄磷燃烧理论所需空气量的0.5-0.8倍，上层喷射口喷入空气量是黄磷燃烧理论所需空气量的0.3-0.5倍，所述压缩空气的露点为-80℃至-63℃，压力为0.24-0.60MPa。黄磷燃烧生产h型五氧化二磷，同时放出大量的反应热，h型五氧化二磷的晶型控制是通过设置在燃烧塔的多层压缩空气喷射口和不同喷射量的干燥压缩空气来实现的，解决了传统五氧化二磷生产工艺黄磷燃烧与空气的混合不充分，燃烧温度梯度大，五氧化二磷晶型难以控制的问题。
作为优选，所述下层喷射口为1或2个，所述中层喷射口和上层喷射口均为2-6个。
作为优选，所述冷析装置还包括具有腔体的第二膜式换热壁、位于第二膜式换热壁下部第二下集箱，所述第二膜式换热壁由多根第二上升管与连于各管之间的换热翅片构成，所述第二下集箱下部固定设有锥形收集室，所述锥形收集室下部设有螺旋出料器，所述第二膜式换热壁上部设有第二汽包，所述第二汽包上设有第二蒸汽出口和第二补水口，所述第二膜式换热壁两侧设有至少两根第二下降管，所述第二下降管的上下端分别与第二汽包和第二下集箱相连，所述第二上升管上下端分别与第二汽包和第二下集箱相连。
更优选，所述第二膜式换热壁腔体内设有1-500根热管，所述热管上端与第二汽包底部固定连接，且延伸至第二汽包内部，下端悬吊于第二膜式换热壁的腔体内。内置热管提高了单位体积内换热效率，大幅度地降低了设备体积和材料用量，降低了制造成本，提高了生产的连续性和安全性。
带热管和膜式换热壁的冷析装置是一个密闭的组合体，能收集并输送五氧化二磷产品，同时回收因气体冷却所产生的60-90%热量，产生0.01-6.3MPa蒸汽，所述蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽。
更优选，所述第二下集箱呈环形或U形。
更优选，所述第二汽包位于第二膜式换热壁内部部分、第二膜式换热壁、热管、进气口、出气口、锥形收集室、螺旋出料器和第一出料口的材质均为奥氏体不锈钢。与工艺气体或五氧化二磷接触的部件材质为奥氏体不锈钢，是为了防止对设备产生腐蚀。
作为优选，所述尾气处理装置的进气装置包括尾气进气管和设置在尾气进气管侧部的压缩空气喷射口。采用逆向喷射干燥压缩空气冷却尾气，能增大尾气中五氧化二磷的颗粒直径，提高其沉降速度，最大程度的回收尾气中五氧化二磷颗粒，减少了环境污染和产品损失。
作为优选，所述尾气处理装置的材质为奥氏体不锈钢。
作为优选，所述储料罐的材质为奥氏体不锈钢。
本发明的有益效果为：
1、解决了传统五氧化二磷生产工艺黄磷燃烧与空气的混合不充分，燃烧温度梯度大，五氧化二磷晶型难以控制的问题，通过燃烧塔上设置的多层压缩空气喷射口和不同喷射量的干燥压缩空气，有效地控制了五氧化二磷的晶型结构，保证了稳定生产h型五氧化二磷晶型的形成环境，所得h型五氧化二磷产品流动性和分散性好，反应活性高。
2、采用具有热管和膜式换热壁的冷析装置冷却五氧化二磷混合气体，冷却效率高、系统密封性好、防潮性强、安全性高，同时能将60-90%冷析放热回收，符合高效、节能、环保、清洁的生产工艺要求。
3、采用逆向喷射干燥压缩空气冷却尾气，能增大尾气中五氧化二磷的颗粒直径，提高其沉降速度，最大程度的回收尾气中五氧化二磷颗粒，减少了环境污染和产品损失。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为冷析装置的左视图。
图中，1、燃烧塔，2、冷析装置，3、五氧化二磷出料管，4、尾气处理装置，11、下层喷射口，12、中层喷射口，13、上层喷射口，21、第二汽包，22、进气口，23、热管，24、第二下降管，25、第二下集箱，26、锥形收集室，27、第二膜式换热壁，28、出气口，29、螺旋出料器，210、第一出料口，211、第二补水口，212、第二蒸汽出口， 41、尾气进气管，42、压缩空气喷射口，43、尾气出口，44、第二出料口。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1
一种h型五氧化二磷连续化生产设备，包括燃烧塔1、冷析装置2、五氧化二磷储料罐3和尾气处理装置4；
所述燃烧塔1包括具有腔体的第一膜式换热壁以及设置在第一膜式换热壁上下端面的环形上集箱和第一下集箱，所述第一膜式换热壁由多根第一上升管与连于各管之间的换热翅片构成，所述上集箱上端设有上封头，第一下集箱下端设有下封头，所述上封头的顶部设有燃烧气体出口，上封头上方设有第一汽包，所述第一汽包上设有第一补水口和第一蒸汽出口，所述第一膜式换热壁外侧设有至少两根第一下降管和至少两根蒸汽导管，所述第一上升管的上下端分别与上集箱、第一下集箱相连，所述蒸汽导管的上下端分别与第一汽包和上集箱相连，所述第一下降管的上下端分别与第一汽包和第一下集箱相连，所述上封头设有若干个用于喷射干燥压缩空气的上层喷射口13，侧部设有若干个用于喷射干燥压缩空气的中层喷射口12，下部设有若干个同时喷射黄磷和干燥压缩空气的下层喷射口11；
所述冷析装置2包括进气口22、出气口28、第一出料口210、具有腔体的第二膜式换热壁27以及位于第二膜式换热壁27下部第二下集箱25，所述第二膜式换热壁27由多根第二上升管与连于各管之间的换热翅片构成，所述第二下集箱25下部固定设有锥形收集室26，所述锥形收集室26下部设有螺旋出料器29，所述第二膜式换热壁27上部设有第二汽包21，所述第二汽包21上设有第二蒸汽出口212和第二补水口211，所述第二膜式换热壁27两侧设有至少两根第二下降管24，所述第二下降管24的上下端分别与第二汽包21和第二下集箱25相连，所述第二上升管上下端分别与第二汽包21和第二下集箱25相连，所述第二膜式换热壁27腔体内设有1-500根热管23，所述热管23上端与第二汽包21底部固定连接，且延伸至第二汽包21内部，下端悬吊于第二膜式换热壁27的腔体内；
所述尾气处理装置4设有进气装置、尾气出口43和第二出料口44；
所述燃烧塔1的燃烧气体出口与冷析装置2的进气口22相连，冷析装置2的第一出料口210与五氧化二磷储料罐3相连，冷析装置2的出气口28与尾气处理装置4的进气装置相连，
在本实施例中，所述尾气处理装置4的进气装置包括尾气进气管41和设置在尾气进气管41侧部的压缩空气喷射口42。
在本实施例中，所述第二汽包21位于第二膜式换热壁27内部部分、第二膜式换热壁27、热管23、进气口22、出气口28、锥形收集室26、螺旋出料器29、第一出料口210、尾气处理装置和五氧化二磷储料罐3的材质均为奥氏体不锈钢。
本发明的工作原理为：
黄磷经下层喷射口11进入燃烧塔1中，不同喷射量的干燥压缩空气分别通过下层喷射口11、中层喷射口12和上层喷射口13进入燃烧塔1中，黄磷在燃烧塔1中发生自燃，生成的五氧化二磷混合气体进入冷析装置2中，五氧化二磷经冷却析出收集到五氧化二磷储料罐3中，所产生的尾气经尾气处理装置4冷却处理达标后排放，尾气冷却过程中产生的五氧化二磷颗粒经第二出料口44排出回收。
黄磷燃烧所放出的反应热通过辐射换热的形式被燃烧塔1上的第一上升管吸收，从而形成气水混合物，其密度比同一水平面第一下降管内水密度小，从而在第一上升管和第一下降管内形成压力差，使得第一下降管内水下降进入第一下集箱，第一上升管内气水混合物上升进入上集箱，并通过蒸汽导管进入第一汽包完成气液分离，所得蒸汽经第一蒸汽出口输出回收；水经第一下降管再次进入第一下集箱中，从而进行循环。所述第一补水口用于给装置补充水。
黄磷燃烧所得的450-750℃五氧化二磷混合气体经进气口22进入冷析装置2中，并在第二膜式换热壁27的作用下冷却，五氧化二磷粉末析出并沉降入锥形收集室26，经螺旋出料器29排出。冷析过程中所放出的热量，通过辐射换热及传导换热的形式被第二上升管内水吸收，从而形成气水混合物，其密度比同一水平面第二下降管24内水密度小。第二上升管与第二下降管24之间存在的密度差使得第二下降管24内水下降进入第二下集箱25，第二上升管内气水混合物上升进入第二汽包21，并在第二汽包21内完成气水分离，所得蒸汽经第二蒸汽出口212输出回收；水经第二下降管再次进入第二下集箱25中，从而进行循环。所述第二补水口211用于给装置补充水。五氧化二磷混合气体冷析后，所得150-200℃含五氧化二磷尾气经出气口28排出进入尾气处理装置4中。
黄磷燃烧放热和五氧化二磷混合气体冷析放热经回收产生0.01-6.3MPa的蒸汽，可用于黄磷熔融或其他化工生产工艺中，具有节能减排的重要意义。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.h型五氧化二磷连续化生产系统，
包括燃烧塔(1)、冷析装置(2)、五氧化二磷储料罐(3)和尾气处理装置(4)；
所述燃烧塔(1)包括具有腔体的第一膜式换热壁以及设置在第一膜式换热壁上下端面的环形上集箱和第一下集箱，所述第一膜式换热壁由多根第一上升管与连于各管之间的换热翅片构成，所述上集箱上端设有上封头，第一下集箱下端设有下封头，所述上封头的顶部设有燃烧气体出口，上封头上方设有第一汽包，所述第一汽包上设有第一补水口和第一蒸汽出口，所述第一膜式换热壁外侧设有至少两根第一下降管和至少两根蒸汽导管，所述第一上升管的上下端分别与上集箱、第一下集箱相连，所述蒸汽导管的上下端分别与第一汽包和上集箱相连，所述第一下降管的上下端分别与第一汽包和第一下集箱相连；
所述冷析装置(2)设有进气口(22)、出气口(28)和第一出料口(210)；
所述尾气处理装置(4)设有进气装置、尾气出口(43)和第二出料口(44)；
所述燃烧塔(1)的燃烧气体出口与冷析装置(2)的进气口(22)相连，冷析装置(2)的第一出料口(210)与五氧化二磷储料罐(3)相连，冷析装置(2)的出气口(28)与尾气处理装置(4)的进气装置相连，其特征在于：
所述燃烧塔(1)的上封头设有若干个用于喷射干燥压缩空气的上层喷射口(13)，侧部设有若干个用于喷射干燥压缩空气的中层喷射口(12)，下部设有若干个同时喷射黄磷和干燥压缩空气的下层喷射口(11)；所述下层喷射口喷入空气量是黄磷燃烧理论所需空气量的0.5-0.9倍，中层喷射口喷入空气量是黄磷燃烧理论所需空气量的0.5-0.8倍，上层喷射口喷入空气量是黄磷燃烧理论所需空气量的0.3-0.5倍；
所述冷析装置(2)还包括具有腔体的第二膜式换热壁(27)、位于第二膜式换热壁(27)下部第二下集箱(25)，所述第二膜式换热壁(27)由多根第二上升管与连于各管之间的换热翅片构成，所述第二下集箱(25)下部固定设有锥形收集室(26)，所述锥形收集室(26)下部设有螺旋出料器(29)，所述第二膜式换热壁(27)上部设有第二汽包(21)，所述第二汽包(21)上设有第二蒸汽出口(212)和第二补水口(211)，所述第二膜式换热壁(27)两侧设有至少两根第二下降管(24)，所述第二下降管(24)的上下端分别与第二汽包(21)和第二下集箱(25)相连，所述第二上升管上下端分别与第二汽包(21)和第二下集箱(25)相连。
2.如权利要求1所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述下层喷射口(11)为1或2个，所述中层喷射口(12)和上层喷射口(13)均为2-6个。
3.如权利要求1所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述第二膜式换热壁(27)腔体内设有1-500根热管(23)，所述热管(23)上端与第二汽包(21)底部固定连接，且延伸至第二汽包(21)内部，下端悬吊于第二膜式换热壁(27)的腔体内。
4.如权利要求1所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述第二下集箱(25)呈环形或U形。
5.如权利要求1-4任意一项所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述第二汽包(21) 位于第二膜式换热壁(27)内部部分、第二膜式换热壁(27)、热管(23)、进气口(22)、出气口(28)、锥形收集室(26)、螺旋出料器(29)和第一出料口(210)的材质均为奥氏体不锈钢。
6.如权利要求1所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述尾气处理装置(4)的进气装置包括尾气进气管(41)和设置在尾气进气管(41)侧部的压缩空气喷射口(42)。
7.如权利要求1所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述尾气处理装置(4)的材质为奥氏体不锈钢。
8.如权利要求1所述的h型五氧化二磷连续化生产系统，其特征在于：所述五氧化二磷储料罐(3)的材质为奥氏体不锈钢。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181226 Address after: 313300 Tianzihu Modern Industrial Park, Anji County, Huzhou City, Zhejiang Province (in Chengtai Chemical Machinery Co., Ltd.) Co-patentee after: Guizhou new Tianxin Chemical Co., Ltd. Patentee after: ZHEJIANG KAIMINGKE ENGINEERING DEVELOPMENT CO., LTD. Address before: 313309 Tianzihu Modern Industrial Park, Anji County, Huzhou City, Zhejiang Province Patentee before: ZHEJIANG KAIMINGKE ENGINEERING DEVELOPMENT CO., LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right |