CN109775677A - 一种利用反射炉与立窑相结合生产磷酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，包括以下步骤：对反射炉进行预热，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热；将原料磷矿石、硅石和焦炭按比例混合，送入立窑，原料在立窑内得到预热；预热后的原料进入反射炉进一步升温，在反射炉内，发生还原、氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；将得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得磷酸，并回收处理好尾气。本发明首次利用立窑与反射炉相结合制备磷酸，生产效率比常规窑法磷酸提高10％以上，时间减少20％以上，磷收率提高3％以上。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸生产技术领域，具体涉及一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法。
背景技术
磷酸是制取各种工业和农业用磷制品的基础原料，是国民经济的重要物资之一。
工业化生产磷酸主要方法有湿法磷酸、热法磷酸、窑法磷酸。这些方法均存在一定的弊端。湿法磷酸的生产需高品位的磷矿及硫酸，生产过程产生大量的磷石膏，治理使用困难，成本高，得到的产品杂质含量大。热法磷酸存在电能消耗大，排出的气体中含有大量的氟化物，造成空气污染，大量的一氧化碳气体燃烧排空，造成资源、热能的浪费，在燃烧含磷炉气时，生成的气体体积较大，燃烧及冷凝气体以及捕集气体中的酸雾，均需要容积很大的设备。
窑法磷酸同样存在缺陷。1、回转窑：这是一种重载、大扭矩、多支点、筒状中空窑炉运行系统，球状物料在窑内随着窑体的旋转而运动；磷的还原在还原区进行，磷的氧化在氧化区进行，还原区和氧化区都在窑体内，燃料在窑内燃烧直接供热。该技术有很多不足之处：氧化区与还原区的分隔很困难，物料中的还原炭容易被氧化而出现早燃现象，因此炭用量大，同时影响磷的还原；此外回转窑窑内结圈现象严重，影响窑的正常运转而难以实现工业化生产。2、隧道窑：这是一条长的直线型隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车，燃烧设备设在隧道窑的中部两侧；采用隔烟或明焰烧成物料放在窑车上，经过预热带、高温带和冷却带。该技术虽然解决了物料在窑内的翻滚破碎和结圈等问题，但还存在氧化区和还原区有效隔离的问题，同时也存在设备体积庞大、机械化程度低，生产过程复杂、还原反应时间长、还原率低、难实现大型工业化生产的问题。3、锟道窑：这是隧道窑技术的的一种改进，相对于隧道窑虽然磷矿反应时间缩短，自动化程度提高，但仍然存在体积庞大，成产过程复杂的问题。4、环底窑：环底窑结构复杂，操作繁琐，高温下容易发生堵赛现象。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法。本发明的磷酸制备方法，操作简单，耗时少，成本低，效率高，生产效率比常规窑法磷酸提高10％以上，时间减少20％以上，磷收率提高3％以上，具有很好的经济效益，适合推广应用。
本发明通过以下技术方案实现：
一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，包括以下步骤：
(1)反射炉、立窑预热：对反射炉进行预热，保持反射炉内的温度为1000～1500℃，利用引风机，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热至400～900℃；
(2)原料预热：将原料磷矿石、硅石和焦炭按比例混合，从立窑的上部入口送入立窑，原料在立窑内与从反射炉上升的热气体相遇，得到预热；
(3)原料还原、氧化反应：预热后的原料从立窑底部进入反射炉进一步升温，在反射炉的高温下，原料处于熔融状态并进行还原反应；还原反应产生的磷单质气体与一氧化碳气体上升至反射炉的上部气体空间，与反射炉上部通入的干燥空气发生氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；
(4)磷酸制备：将步骤(3)得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得磷酸，并回收处理好尾气。
作为本发明的进一步说明，步骤(1)所述反射炉内的温度为1100～1400℃，立窑的温度为500～700℃。
作为本发明的进一步说明，，所述反射炉预热的方法为：燃烧液化气体或油对反射炉进行预热。
作为本发明的进一步说明，所述反射炉预热的方法还可以为：在反射炉中加入黄磷并使其燃烧对反射炉进行预热。
作为本发明的进一步说明，所述原料的质量比为磷矿石：硅石：焦炭＝1：0.15～0.6：0.5～1.9。
作为本发明的进一步说明，，所述原料的质量比为磷矿石：硅石：焦炭＝1：0.3～0.5：1.0～1.5。
本发明生产磷酸的方法，其原理及反应式为：
Ca3(PO4)2+5C+3SiO2→P2↑+5CO↑+3CaSiO3
2CaF2+3SO2→2CaSO3+SiF4↑
P2+5/2O2→P2O5
5CO+5/2O2→5CO2
P2O5+3H2O→2H3PO4。
本发明还提供一种利用反射炉与立窑相结合生产磷酸的装置，包括反射炉、立窑、吸收塔、循环泵、循环槽、文氏除雾器、旋风除雾器、引风机；所述立窑下部的出口与反射炉的入口连接；所述立窑顶部的窑气出口通过管道与吸收塔连接；所述吸收塔的顶部气体出口通过管道与文氏除雾器的顶部气体入口连接；所述文氏除雾器的气体出口通过管道与旋风除雾器的气体入口连接；所述旋风除雾器的气体出口通过管道与引风机的气体入口连接；所述引风机的气体出口连接尾气处理系统；所述吸收塔的液体出口、文氏除雾器的液体出口、旋风除雾器的液体出口通过管道分别与循环槽连接；所述循环槽通过管道与循环泵连接；所述循环泵通过管道一端与吸收塔顶部的喷嘴连接，另一端与文氏除雾器的顶部连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明首次利用立窑与反射炉相结合制备磷酸，反射炉内的上升的高温气体能够加热原料，使原料得到预热，当原料进入反射炉后，原料能快速达到反应温度，减少了反应时间，提高了反应效率。本发明充分利用窑气所携带的热量，减少的热能的损失，降低了生产成本。
2、常规的窑法磷酸需要对原料进行预处理，如粉碎、造球、包裹、干燥预热，消耗时间长，成本高。由于本发明的原料在立窑中得到预热，温度较高，所以将磷矿、硅石、焦炭直接加入立窑中，不进行预处理，也能快速的进行反应，大大减少了预处理需要的时间和成本。
3、本发明不需要对矿石进行富集，中低品位的磷矿石均能进行反应，增加了矿石的利用率，生产中产生的炉渣少，不用硫酸，解决了湿法磷酸的生产需高品位的磷矿及硫酸、产生大量难治理的磷石膏问题。
4、磷酸制备过程中，先进行吸热反应，再进行放热反应，常规的方法很难将放热反应释放的热量进行回收再利用。本发明的吸热和放热反应均在反射炉内进行，所以只需要在反应前对反射炉进行预热，在反应开始后，反射炉能够利用反应产生的热量保持反应的长期进行，中途不需要在进行热量的提供，既充分利用了反应产生的热量，又减少了外界能源的消耗，大大降低了生产成本。
5、本发明的装置结构简单，经济实用，热能利用率高。
6、本发明的磷酸制备方法，操作简单，耗时少，成本低，效率高，生产效率比常规窑法磷酸提高10％以上，时间减少20％以上，磷收率提高3％以上，具有很好的经济效益，适合推广应用。
附图说明
图1：本发明的流程图；
图2：本发明的装置结构示意图；
其中：1-反射炉；2-立窑；3-吸收塔；31-喷嘴；4-循环泵；5-循环槽；6-文氏除雾器；7-旋风除雾器；8-引风机。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。
本发明采用的设备包括反射炉1、立窑2、吸收塔3、循环泵4、循环槽5、文氏除雾器6、旋风除雾器7、引风机8；所述立窑2下部的出口与反射炉1的入口连接；所述立窑2顶部的窑气出口通过管道与吸收塔3连接；所述吸收塔3的顶部气体出口通过管道与文氏除雾器6的顶部气体入口连接；所述文氏除雾器6的气体出口通过管道与旋风除雾器7的气体入口连接；所述旋风除雾器7的气体出口通过管道与引风机8的气体入口连接；所述引风机8的气体出口连接尾气处理系统；所述吸收塔3的液体出口、文氏除雾器6的液体出口、旋风除雾器7的液体出口通过管道分别与循环槽5连接；所述循环槽5通过管道与循环泵4连接；所述循环泵4通过管道一端与吸收塔3顶部的喷嘴31连接，另一端与文氏除雾器6的顶部连接。本发明的实施例采用该设备进行生产。
实施例1
一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，包括以下步骤：
(1)反射炉、立窑预热：燃烧液化气体对反射炉进行预热，保持反射炉内的温度为1000℃，利用引风机，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热至400℃；
(2)原料预热：将原料中上品位磷矿石(30％)、硅石和焦炭按质量比1：0.15：0.5混合，取原料48吨，以2吨/h的进料量进料，经过输送机械，从立窑的上部入口送入立窑，原料在立窑内与从反射炉上升的热气体相遇，得到预热；
(3)原料还原、氧化反应：预热后的原料从立窑底部进入反射炉进一步升温，在反射炉的高温下，原料处于熔融状态并进行还原反应；还原反应产生的磷单质气体与一氧化碳气体上升至反射炉的上部气体空间，与反射炉上部通入的干燥空气发生氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；
(4)磷酸制备：将步骤(3)得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得85％磷酸49.27吨，并回收处理好尾气。
本实施例生产效率比常规窑法磷酸提高12％，时间减少20％，磷收率提高3％。
实施例2
一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，包括以下步骤：
(1)反射炉、立窑预热：在反射炉中加入黄磷并使其燃烧对反射炉进行预热，保持反射炉内的温度为1500℃，利用引风机，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热至700℃；
(2)原料预热：将原料中品位磷矿石(25％)、硅石和焦炭按质量比1：0.6：1.9混合，取原料48吨，以2吨/h的进料量进料，经过输送机械，从立窑的上部入口送入立窑，原料在立窑内与从反射炉上升的热气体相遇，得到预热；
(3)原料还原、氧化反应：预热后的原料从立窑底部进入反射炉进一步升温，在反射炉的高温下，原料处于熔融状态并进行还原反应；还原反应产生的磷单质气体与一氧化碳气体上升至反射炉的上部气体空间，与反射炉上部通入的干燥空气发生氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；
(4)磷酸制备：将步骤(3)得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得85％磷酸41.50吨，并回收处理好尾气。
本实施例生产效率比常规窑法磷酸提高14％，时间减少22％，磷收率提高3％。
实施例3
一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，包括以下步骤：
(1)反射炉、立窑预热：利用燃烧液化气体或油对反射炉进行预热，保持反射炉内的温度为1100℃，利用引风机，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热至500℃；
(2)原料预热：将原料低品位磷矿石(20％)、硅石和焦炭按质量比1：0.35：1.0混合，取原料48吨，以2吨/h的进料量进料，经过输送机械，从立窑的上部入口送入立窑，原料在立窑内与从反射炉上升的热气体相遇，得到预热；
(3)原料还原、氧化反应：预热后的原料从立窑底部进入反射炉进一步升温，在反射炉的高温下，原料处于熔融状态并进行还原反应；还原反应产生的磷单质气体与一氧化碳气体上升至反射炉的上部气体空间，与反射炉上部通入的干燥空气发生氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；
(4)磷酸制备：将步骤(3)得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得85％磷酸34.28吨，并回收处理好尾气。
本实施例生产效率比常规窑法磷酸提高15％，时间减少25％，磷收率提高4％。
实施例4
一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，包括以下步骤：
(1)反射炉、立窑预热：在反射炉中加入黄磷并使其燃烧对反射炉进行预热，保持反射炉内的温度为1400℃，利用引风机，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热至700℃；
(2)原料预热：将原料低品位磷矿石(15％)、硅石和焦炭按质量比1：0.5：1.6混合，取原料48吨，以2吨/h的进料量进料，经过输送机械，从立窑的上部入口送入立窑，原料在立窑内与从反射炉上升的热气体相遇，得到预热；
(3)原料还原、氧化反应：预热后的原料从立窑底部进入反射炉进一步升温，在反射炉的高温下，原料处于熔融状态并进行还原反应；还原反应产生的磷单质气体与一氧化碳气体上升至反射炉的上部气体空间，与反射炉上部通入的干燥空气发生氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；
(4)磷酸制备：将步骤(3)得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得85％磷酸25.97吨，并回收处理好尾气。
本实施例生产效率比常规窑法磷酸提高14％，时间减少24％，磷收率提高5％。
Claims (7)
1.一种利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)反射炉、立窑预热：对反射炉进行预热，保持反射炉内的温度为1000～1500℃，利用引风机，将反射炉的热气体往立窑方向输送，并对立窑进行预热至400～900℃；
(2)原料预热：将原料磷矿石、硅石和焦炭按比例混合，从立窑的上部入口送入立窑，原料在立窑内与从反射炉上升的热气体相遇，得到预热；
(3)原料还原、氧化反应：预热后的原料从立窑底部进入反射炉进一步升温，在反射炉的高温下，原料处于熔融状态并进行还原反应；还原反应产生的磷单质气体与一氧化碳气体上升至反射炉的上部气体空间，与反射炉上部通入的干燥空气发生氧化反应，生成五氧化二磷和二氧化碳，含五氧化二磷、二氧化碳、惰性气体、其他气体的高温混合窑气从反射炉进入立窑，对进入立窑的原料预热；
(4)磷酸制备：将步骤(3)得到的混合窑气引出至吸收塔，进行常规水合吸收，制得磷酸，并回收处理好尾气。
2.根据权利要求1所述利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，其特征在于，步骤(1)所述反射炉内的温度为1100～1400℃，立窑的温度为500～700℃。
3.根据权利要求1所述利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，其特征在于，所述反射炉预热的方法为：燃烧液化气体或油对反射炉进行预热。
4.根据权利要求1所述利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，其特征在于，所述反射炉预热的方法还可以为：在反射炉中加入黄磷并使其燃烧对反射炉进行预热。
5.根据权利要求1所述利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，其特征在于，所述原料的质量比为磷矿石：硅石：焦炭＝1：0.15～0.6：0.5～1.9。
6.根据权利要求5所述利用反射炉和立窑相结合生产磷酸的方法，其特征在于，所述原料的质量比为磷矿石：硅石：焦炭＝1：0.3～0.5：1.0～1.5。
7.一种利用反射炉与立窑相结合生产磷酸的装置，其特征在于，包括反射炉(1)、立窑(2)、吸收塔(3)、循环泵(4)、循环槽(5)、文氏除雾器(6)、旋风除雾器(7)、引风机(8)；所述立窑(2)下部的出口与反射炉(1)的入口连接；所述立窑(2)顶部的窑气出口通过管道与吸收塔(3)连接；所述吸收塔(3)的顶部气体出口通过管道与文氏除雾器(6)的顶部气体入口连接；所述文氏除雾器(6)的气体出口通过管道与旋风除雾器(7)的气体入口连接；所述旋风除雾器(7)的气体出口通过管道与引风机(8)的气体入口连接；所述引风机(8)的气体出口连接尾气处理系统；所述吸收塔(3)的液体出口、文氏除雾器(6)的液体出口、旋风除雾器(7)的液体出口通过管道分别与循环槽(5)连接；所述循环槽(5)通过管道与循环泵(4)连接；所述循环泵(4)通过管道一端与吸收塔(3)顶部的喷嘴(31)连接，另一端与文氏除雾器(6)的顶部连接。
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