CN111363591A - 一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置和方法 - Google Patents

一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置，其特征在于，包括磨粉制球单元、空分单元、磷煤气化还原单元、分离净化单元；所述磨粉制球单元：用于将部分原料磨成粉状并制备磷球球团；所述空分单元：用于分离空气成分，制备氧气；所述磷煤气化还原单元：实现装置内各物料的气化还原反应，得到含磷炉气；所述分离净化单元：用于分离净化所述含磷炉气，得到黄磷和干净的合成气；所述磨粉制球单元将得到的所述磷球球团供给到所述磷煤气化还原单元，所述空分单元将气体物料供给到所述磷煤气化还原单元，所述磷煤气化还原单元内反应后产生的所述含磷炉气进入到所述分离净化单元，得到合成气和黄磷。本发明是一种高效、先进的联产黄磷和合成气的技术。

Description

一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装 置和方法
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置和方法。
背景技术
黄磷是重要的基本化工原料之一，它是生产热法磷酸及磷化物重要的母体原料，更是制备精细磷酸盐和精细有机磷化工的重要原料。目前可以进行工业化黄磷生产的只要两种方法：高炉法制磷和电炉法制磷。
高炉法制磷的工艺过程是以块状磷矿为原料，硅石为助熔剂，焦炭、无烟煤作为还原剂和燃料，按一定比例及顺序加入高炉。在炉内借助于热空气将焦炭燃烧提供热量，同时剩余的焦炭在高温条件下和熔融的磷矿发生化学还原反应，炉气从高炉顶部逸出，经除尘设备和冷凝精制装置获得磷产品。
高炉法制磷，有两个问题没有解决：其一，还原率低。国外上世纪30年代进行的中试装置，虽然资料上显示其渣中残磷最低可以达到1.5％(P2O5含量)，对应磷的还原率90％以上，但国内试验装置，实际达到的还原率最高为73.9％。其二，经济性差。国外上世纪高炉法制磷技术之所以能够发展，主要原因是当时电力资源比较紧张，电价相对较高，而焦炭价格相对比较便宜。随着发电行业的发展，电力供应充沛、电价降低，高炉法与电炉法相比，已经没有成本优势，高炉法也就逐渐失去了市场。电炉法生产黄磷是将磷矿石、硅石和焦炭的混合炉料加入电炉内，通入电能转换成热能将其熔融产生化学还原反应，使其中的磷升华出来，含磷炉气经冷凝洗涤、精制分离得到成品磷。但电炉法能耗高，污染重，无法实现长周期连续生产，并且要求磷矿石品位高。目前的黄磷生产技术已无法满足当前低碳环保的新要求。
CN107739025A公开了一种磷煤化工联产的设备和方法，该种设备利用煤气化反应产生的高温粗合成气作为黄磷生产的热源，不但解决了煤气化反应产生的粗合成气高温段热量无法利用的问题，而且可为黄磷生产提供热量，能量利用率高，同时将黄磷生产的反应产物CO与粗合成气一同作为合成氨的原料使用，提高液氨产品的产量，生产过程高效节能环保。磷煤化工联产的设备包括：原料储运单元、磨粉单元、制球烘干单元、还原反应单元、炉渣冷却单元、分离洗涤单元、空分单元、气化单元、变换单元、净化单元、合成单元。该工艺路线得到简化、各单元技术成熟，节能环保、应用风险小，为磷、煤化工多领域互补提供了有益的技术选择。然而，该技术中气化反应单元和还原反应单元是分别设置，占用厂区空间大、设备的加工、保养和维护成本较高，联产的产品为黄磷和液氨。
因此，开发一种热效率高、工艺优化、成本更低、节能环保的用于气化无烟煤同时还原磷矿石生成黄磷和合成气的装置和方法具有重要意义。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明提供一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置及合成方法。
本发明所述的一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置，包括磨粉制球单元、空分单元、磷煤气化还原单元、分离净化单元；
所述磨粉制球单元：用于将部分原料磨成粉状并制备磷球球团；
所述空分单元：用于分离空气成分，制备氧气；
所述磷煤气化还原单元：实现所述磷煤气化还原单元内各物料的气化还原反应，得到含磷炉气；
所述分离净化单元：用于分离净化所述含磷炉气，得到黄磷和干净的合成气；
所述磨粉制球单元将得到的所述磷球球团供给到所述磷煤气化还原单元，所述空分单元将气体物料供给到所述磷煤气化还原单元，所述磷煤气化还原单元内反应后产生的所述含磷炉气进入到所述分离净化单元，得到合成气和黄磷。
进一步地，所述磷煤气化还原单元包括加压锁斗单元、出渣单元、进气口、出气口、反应单元，所述加压锁斗单元位于所述反应单元的上部，用于对给料的原料煤和/焦炭、所述磷球球团提供加压环境；所述进气口位于所述反应单元的侧下方，用于为所述反应单元提供反应所需的气体物料；所述出气口位于所述反应单元的侧上方，用于导出所述含磷炉气；所述出渣单元位于所述反应单元的正下方，用于出料反应过程中产生的渣料。
进一步地，所述加压锁斗单元为密封罐体，罐体的下部延伸出连通管与所述反应单元连接，并且所述连通管上设置有阀门。
进一步地，所述反应单元中设置有至少一层煤料层和至少一层磷料层，所述煤料层和所述磷料层以间隔铺设的方式布置，所述煤料层包括原料煤和/或焦炭，所述磷料层包括磷球球团，其中，所述煤料层和所述磷料层的料层高度设置要极其巧妙，料层高度过低，会导致反应不充分、造成原料的浪费和产物收率低的缺陷，料层高度过高，会使反应过程中物料的混合不够充分、所述反应单元内物料的流动性和接触效率不足，仍然不能保证最好的反应状态，造成成本和能源的极大浪费。因此，根据下方煤料层发生气化反应产生的高温热量等于上方磷料层发生还原反应的需求热量，通过热量平衡计算出磷球球团以及原料煤和/或焦炭的质量，再根据磷球球团以及原料煤和/或焦炭的堆积密度计算出物料体积，进而得到合适的料层高度比，所述磷料层和所述煤料层的合适料层高度比应设置如下：
Figure BDA0002464801930000031
Figure BDA0002464801930000032
其中：H1——每小时消耗的磷料层高度，单位为m；
H2——每小时消耗的煤料层高度，单位为m；
Q——生产单位质量产品黄磷需要的热量，单位为J/kg；
q——单位质量的原料煤和/或焦炭与氧气反应放出的热量，单位为J/kg；
M——产品黄磷的质量，单位为kg；
a——原料煤和/或焦炭中的碳含量，％；
b——原料煤和/或焦炭中碳的转化率，％；
ρ——原料煤和/或焦炭的堆积密度，单位为kg/m3；
d——反应单元的直径，单位为m。
进一步地，所述分离净化单元，包括旋风分离系统、多级炉气洗涤系统和炉气净化系统，含磷炉气通过旋风分离系统除尘后，再通过所述多级炉气洗涤系统回收黄磷，然后，再通过所述炉气净化系统对剩余的含少量黄磷的所述含磷炉气进行净化，净化后的合成气作为生产氨、甲醇或乙二醇的原料。
其中，当含磷炉气中的粉尘一部分是原料中夹带的粉尘、另一部分是原料中挥发分遇高温挥发逸出和化学反应生成的挥发性化合物时，所述旋风分离系统包括旋风分离器、箱式除尘器或静电除尘器等；优选地，采用旋风分离系统进行除尘，即去除粒径大于10微米的固体颗粒，从而减少多级炉气洗涤系统的负荷。
进一步地，所述旋风分离系统的主要设备是旋风分离器，主要结构包括旋风室和收灰室，其中所述旋风室包括：壳体、气体进口、气体出口、粉尘出口和松动风进口。旋风室内设有多个旋分子，每个旋分子与气体进口连通，含磷炉气经由气体进口进入到旋风室的各个旋分子内，在旋分子内部下行并发生旋流，使气体和固体发生分离，除尘后的含磷炉气从位于旋分子上部的气体出口排出，粉尘从位于旋分子下部的粉尘出口排出，由松动风进口导入松动风是为了防止粉尘在粉尘出口处堵塞，通入一股小流量的惰性气体起到松动作用，保证粉尘顺利通过粉尘出口排出。
进一步地，所述多级炉气洗涤系统的主要作用是回收黄磷，将上述经过旋风分离系统除尘后得到的含磷炉气通入多级炉气洗涤系统中回收黄磷，其中在多级炉气洗涤系统中设置喷淋水与含磷炉气以对流方式进行热交换，从而使黄磷蒸汽冷凝成液态黄磷并随喷淋水一起进入收磷装置中。
进一步地，所述装置还包括公用工程单元，为整个装置提供水、电、汽等物料供给，所述供水包括生产用水、生活用水和消防用水，其中，生产用水为整个装置提供冷却水；所述供气包括对整个装置提供反应所需的气体物料，所述供电包括为所述磨粉制球单元提供动力电源和为整个装置提供照明环境。
本发明还提供一种利用前述装置实施地、利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的方法，其中，所述反应单元中设置有至少一层煤料层和至少一层磷料层，所述煤料层和所述磷料层以间隔铺设的方式布置，包括如下步骤：
S1：将磷矿石、无烟煤和硅石分别由磨粉制球单元破碎、磨粉并磷矿石：无烟煤：硅石的质量比为(30-80)：(10-30)：(10-20)混合制成磷球球团，再将制得的所述磷球球团以及原料煤和/或焦炭分别通过所述加压锁斗单元投料进所述反应单元中，其中，所述煤料层包括所述原料煤和/或焦炭，所述磷料层包括所述磷球球团；
S2：将水蒸气和经所述空分单元处理后的高纯氧气，分别通过所述磷煤气化还原单元位于所述反应单元下部的进气口通入所述反应单元，位于所述反应单元下部的所述煤料层在所述反应单元的底部与氧气接触、燃烧产生高温炉气向上流动；
S3：随着炉气向上流动，带动所述反应单元内部整体的热量流动和循环，同时促进所述反应单元中的物料充分混合、接触，所述反应单元内的压力为1-10MPa、温度为1200-1600℃，所述磷球球团中的成分发生化学反应生成单质磷，所述反应单元内在反应过程中产生的所述含磷炉气从所述出气口排出，进入所述分离净化单元；；
S4：在所述分离净化单元中，所述含磷炉气经过分离、回收、净化，得到黄磷和干净的合成气。
进进一步地，S1中，所述磷球球团制备过程包括：将磷矿石、无烟煤和硅石磨成60～100目的细粉，按照磷矿：无烟煤：硅石＝13：4：3的重量比混合均匀，加入耐火水泥、腐殖酸钠、佩利多、水玻璃、膨润土中的任意一种或多种粘结剂压成10～30mm粒径的球团，经干燥后制成抗压强度1800N/个的磷球球团。
进一步地，S1中，向所述反应单元给料之前，先关闭所述加压锁斗单元和所述反应单元之间的阀门，升高所述加压料斗内部的压力至与所述反应单元内部的压力完全相同，再打开阀门，向所述反应单元给料。
进一步地，S2和S3中，所述反应单元中的化学反应式如下：
(1)煤气化反应：
C+O2＝CO2
2C+O2＝2CO
C+CO2＝2CO
C+H2O＝H2+CO
C+2H2O＝2H2+CO2
CO+H2O＝H2+CO2
其中，产生的高温炉气的温度为1400～1600℃；
(2)磷球球团的还原反应：在1152-1177℃的温度区间开始发生反应，当温度达到1227℃左右时，反应几乎进行完全，反应式为：
Ca3(PO4)2+5C+3SiO2＝3CaSiO2+5CO+P2
在温度达到1352℃以上时，反应式为：
Ca3(PO4)2+5C＝3CaO+5CO+P2
所述还原反应能够自发进行，反应平衡方向趋向于生成P2的方向，使得本发明的产品黄磷收率(95％以上)远高于现有的黄磷生产技术(不超过90％)。
进一步地，所述反应单元温度主要通过调整氧气和水蒸气的比例(简称氧汽比)控制。在相同负荷的情况下，氧汽比越低，气化温度越低，渣池温度越低；氧汽比越高，气化温度越高，渣池温度越高。较高的氧汽比有利于反应单元的稳定运行，但太高时反应单元的耐火砖在氧化条件下极易烧蚀。因此，所述氧汽比控制在1.05～1.1Nm3/kg运行较为稳定。
进一步地，S4中，所述分离净化单元包括旋风分离系统、多级炉气洗涤系统和炉气净化系统，包括如下步骤：
将所述含磷炉气通过所述旋风分离系统以去除粒径大于10微米的固体颗粒；将得到的所述含磷炉气通入所述多级炉气洗涤系统中回收黄磷，其中在所述多级炉气洗涤系统中设置喷淋水与所述含磷炉气以对流方式进行热交换，从而使黄磷蒸汽冷凝成液态黄磷并随喷淋水一起进入收磷装置中；再将剩余的含少量黄磷的所述含磷炉气供给到所述炉气净化系统中进一步处理，得到净化后的合成气。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、本发明的联产黄磷和合成气的装置是将气化反应单元和还原反应单元合二为一，简化了工艺流程，提高了设备和系统的可靠性和稳定性。
2、本发明的磷煤气化还原单元实现了气化反应和还原反应同时进行，通过气化反应产生的高温炉气直接为磷球球团提供还原反应热量，减少炉气的热量损失，热量利用率更高。
3、水蒸汽作为气化反应的原料，不仅满足原料煤和/焦炭的气化反应需要，还能调节磷球球团还原反应的温度，使还原反应在最佳的温度区间1200-1400℃反应，可大大提高黄磷的收率；另一方面，本发明的气化反应中水蒸气分解率较高，炉气中水蒸汽含量很少，所以产生的废水量较少。
4、本发明的磷煤气化还原反应单元进一步减少了CO2的排放，由于气化反应生成的CO2被无烟煤中的碳还原为CO，从而使合成气中CO2体积含量降至5％以下，因此本发明的技术方案环保和绿色发展。
5、采用旋风分离系统、多级炉气洗涤系统和尾气净化系统对含磷炉气分离净化，可以得到黄磷产品和净化合成气，合成气主要成分为CO和H2，可作为化工原料生产合成氨、甲醇或乙二醇等化工产品。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种联产黄磷和合成气的装置和方法工艺流程示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种磷煤气化还原单元的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种旋风分离器的结构示意图。
图1中：1—磨粉制球单元，2—空分单元，3—磷煤气化还原单元，4—分离净化单元，31—加压锁斗单元，32—出气口，33—进气口，34—出渣单元，35—反应单元，401—旋风室，40—壳体，41—旋分子，N1—气体出口，N2—气体进口，N3—松动风进口，N4—粉尘出口。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：
图1是根据一示例性实施例示出的一种联产黄磷和合成气的装置和方法工艺流程示意图。如图1所示，该装置包括磨粉制球单元1、空分单元2、磷煤气化还原单元3、分离净化单元4；磨煤制球单元1主要用于将原料磨成粉状并制备磷球球团；空分单元2主要用于分离空气成分，制备氧气；磷煤气化还原单元3主要用于实现磷煤球团、原料煤或焦炭、氧气和水蒸气等的气化还原反应，得到含磷炉气；分离净化单元4主要用于分离净化含磷炉气，得到成品黄磷和干净的合成气。
该装置在实施联产黄磷和合成气的工艺时，将原料煤和/或焦炭以及通过磨粉制球单元1制得的磷球球团从磷煤气化还原单元3的顶部依次加入，将水蒸气以及通过空分单元2得到的高纯氧气从磷煤气化还原单元3的底部加入，在磷煤气化还原单元3中，同时发生气化反应和还原反应，气化反应产生的高温炉气直接为磷球球团提供还原反应热量，反应产生的炉渣从底部排出，而粗产物含磷炉气从顶部导出并供给到分离净化单元4中，得到黄磷和干净的合成气。
磨煤制球单元1与磷煤气化还原单元3相连接，包括粉碎机、磨煤机、配料仓、制球机和烘干机。具体操作时，将磷矿石、无烟煤和硅石粉分别在粉碎机中粉碎后，分别送入磨煤机中研磨成80目的细粉，将研磨后的各粉料输送至配料仓，按照磷矿：无烟煤：硅石＝13：4：3的重量比，并加入膨润土作为粘结剂后一起混合均匀，送入制球机制作成磷球球团，最后经烘干机烘干得到合格的磷球球团，平均粒径为20mm，抗压强度为1800N/个。
空分单元2与磷煤气化还原单元3相连接，用于将空气压缩，并冷却至温度-196℃，或用膨胀方法使空气液化和分离，得到纯度达98.0％～99.9％的氧气。
分离净化单元4与磷煤气化还原单元3相连接，分离净化单元4包括旋风分离器、三级炉气洗涤系统和炉气净化系统。具体操作时，将通过磷煤气化还原单元3导出的含磷炉气通过旋风分离器除去粒径大于10微米的固体颗粒，再将得到的含磷炉气送入三级炉气洗涤系统中，其中，三级炉气洗涤系统中设置喷淋水与含磷炉气以对流方式进行热交换，使黄磷蒸汽冷凝成液态黄磷并随喷淋水一起进入收磷装置中，最后将剩余的含少量黄磷的含磷炉气供给到炉气净化系统中，采用低温甲醇洗涤或液氮洗涤工艺进行净化，得到净化后的合成气，主要成分为CO和H2，所得合成气可作为化工生产的原料进一步合成氨、甲醇或乙二醇。
图2是根据一示例性实施例示出的一种磷煤气化还原单元的结构示意图。如图2所示，该磷煤气化还原单元包括加压锁斗单元31、出气口32、进气口33、出渣单元34和反应单元35。
加压锁斗单元31为密封罐体，罐体的下部延伸出连通管与反应单元35的上部相连通，且连通管上设有阀门，该加压锁斗单元31包含半球体的上封头，圆柱体的直筒段，锥体的下锥封头，三者依次连接成一体，用于对给料的原料煤和/或焦炭、磷球球团提供加压环境；出渣单元34位于反应单元35的正下方，与反应单元35相连通，包含锥形体和管型体，二者依次连接成一体，用于出料反应过程中产生的渣料；进气口33位于反应单元35的左下方，与反应单元35相连通，用于为反应单元35提供水蒸气和高纯氧气；出气口32位于反应单元35的右上方，与反应单元35相连通，用于导出含磷炉气。
在该实施例中，在磷煤气化还原单元中设有两层煤料层和两层磷料层，煤料层和磷料层以间隔铺设的方式布置，使得煤料层在磷料层的下方，煤料层包括原料煤和/或焦炭，磷料层上包括磷球球团，其中，煤料层和磷料层的料层高度比为H1/H2＝1.4。
具体操作过程为：首先，将如图1所示方案中的磷球球团以及原料煤通过加压锁斗单元31依次送入反应单元35中。在向反应单元35给料之前，先关闭加压锁斗单元31和反应单元35之间的阀门，升高加压锁斗单元31内部的压力至4.0MPa，使得与反应单元35内部的压力完全相同，再打开阀门给料。将高纯氧气和水蒸气按照氧汽比为1.1Nm3/kg从进气口33导入。随后，在反应单元35中，原料煤与氧气和水蒸气在煤料层发生燃烧反应产生1500℃的高温炉气向上流动，随着高温炉气向上流动，带动反应单元35内部整体的热量流动和循环，同时促进物料充分混合、接触，高温炉气将相邻的上层磷球球团加热至1300℃，保持30分钟的反应时间，使磷球球团中的五氧化二磷被还原成单质磷。此时，反应单元保持压力为4.0MPa、温度为1400℃，待反应完全后，将反应生成的含磷炉气(单质磷与炉气的含量比为1:25)从出气口32导出到分离净化单元，炉渣由出渣单元34排出。
图3是根据一示例性实施例示出的一种旋风分离器的结构示意图，主要结构包括旋风室401和收灰室(图中未示出)，其中旋风室401中设有壳体40、气体出口N1、气体进口N2、松动风进口N3和粉尘出口N4。旋风室401内设有多个旋分子41，每个旋分子与气体进口N1连通，含磷炉气经气体进口N2进入到旋风室401的各个旋分子41内，在旋分子41内部下行并发生旋流，使气体和固体发生分离，除尘后的含磷炉气从位于旋分子41上部的气体出口N1排出，粉尘从位于旋分子41下部的粉尘出口N4排出，由松动风进口N3导入惰性气体以保证粉尘顺利通过粉尘出口N4排出。
本发明正是基于黄磷制备的原理，结合合成气的生产过程中，原料有炭、反应过程产热的特点，将黄磷和合成气的生产进行结合，并且进一步调整磷煤气化还原单元中煤料层和磷料层的料层高度比H1/H2以及气体物料的氧汽比，将磷还原过程和煤气化过程合二为一，使得本发明技术方案获得的产品磷收率(95％以上)远高于现有的黄磷生产技术(不超过90％)。另外，本发明还能实现无烟煤气化的碳转化率大于99.8％，水蒸汽分解率大于96％，排出炉渣为无害化玻璃状态，废水量降低20％，与现有技术指标相比有了较大的提升。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的装置，其特征在于，包括磨粉制球单元、空分单元、磷煤气化还原单元、分离净化单元；
所述磨粉制球单元(1)：用于将部分原料磨成粉状并制备磷球球团；
所述空分单元(2)：用于分离空气成分，制备氧气；
所述磷煤气化还原单元(3)：实现所述磷煤气化还原单元内各物料的气化还原反应，得到含磷炉气；
所述分离净化单元(4)：用于分离净化所述含磷炉气，得到黄磷和干净的合成气；
所述磨粉制球单元(1)将得到的所述磷球球团供给到所述磷煤气化还原单元(3)，所述空分单元(2)将气体物料供给到所述磷煤气化还原单元(3)，所述磷煤气化还原单元(3)内反应后产生的所述含磷炉气进入到所述分离净化单元(4)，得到合成气和黄磷。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磷煤气化还原单元(3)包括加压锁斗单元(31)、出渣单元(34)、进气口(33)、出气口(32)、反应单元(35)，所述加压锁斗单元(31)位于所述反应单元(35)的上部，用于对给料的原料煤和/或焦炭、所述磷球球团提供加压环境；所述进气口(33)位于所述反应单元的侧下方，用于为所述反应单元(35)提供反应所需的气体物料；所述出气口(32)位于所述反应单元(35)的侧上方，用于导出所述含磷炉气；所述出渣单元(34)位于所述反应单元(35)的正下方，用于出料反应过程中产生的渣料。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加压锁斗单元(31)为密封罐体，罐体的下部延伸出连通管与所述反应单元连接，并且所述连通管上设置有阀门。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述反应单元中(35)设置有至少一层煤料层和至少一层磷料层，所述煤料层和所述磷料层以间隔铺设的方式布置，所述煤料层包括原料煤和/或焦炭，所述磷料层包括磷球球团，其中，所述磷料层和所述煤料层的料层高度比设置如下：
Figure FDA0002464801920000011
Figure FDA0002464801920000012
其中：H1——每小时消耗的磷料层高度，单位为m；
H2——每小时消耗的煤料层高度，单位为m；
Q——生产单位质量产品黄磷需要的热量，单位为J/kg；
q——单位质量的原料煤和/或焦炭与氧气反应放出的热量，单位为J/kg；
M——产品黄磷的质量，单位为kg；
a——原料煤和/或焦炭中的碳含量，％；
b——原料煤和/或焦炭中碳的转化率，％；
ρ——原料煤和/或焦炭的堆积密度，单位为kg/m3；
d——反应单元的直径，单位为m。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离净化单元(4)，包括旋风分离系统、多级炉气洗涤系统和炉气净化系统，通过旋风分离系统除尘后，采用多级炉气洗涤系统回收黄磷，再通过炉气净化系统对剩余的含少量黄磷的所述含磷炉气进行净化，净化后的合成气作为生产氨、甲醇或乙二醇的原料。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括公用工程单元，为整个装置提供水、电、汽的物料供给，所述供水包括生产用水、生活用水和消防用水，其中生产用水为整个装置提供冷却水；所述供气包括对整个装置提供反应所需的气体物料，所述供电包括为所述磨粉制球单元提供动力电源和为整个装置提供照明环境。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述装置实施利用磷煤加压气化还原磷矿石的联产黄磷和合成气的方法，其特征在于，所述反应单元(35)中设置有至少一层煤料层和至少一层磷料层，所述煤料层和所述磷料层以间隔铺设的方式布置，包括如下步骤：
S1：将磷矿石、无烟煤和硅石分别由磨粉制球单元破碎、磨粉并按磷矿石：无烟煤：硅石的质量比为(30-80)：(10-30)：(10-20)混合制成磷球球团，再将制得的所述磷球球团以及原料煤和/或焦炭分别通过所述加压锁斗单元(31)投料进所述反应单元(35)中，其中，所述煤料层包括所述原料煤和/或焦炭，所述磷料层包括所述磷球球团；
S2：将水蒸气和经所述空分单元(2)处理后的高纯氧气，分别通过所述磷煤气化还原单元(3)位于所述反应单元(35)下部的进气口(33)通入所述反应单元(35)，位于所述反应单元(35)下部的所述煤料层在所述反应单元(35)的底部与氧气接触、燃烧产生高温炉气向上流动；
S3：随着炉气向上流动，带动所述反应单元(35)内部整体的热量流动和循环，同时促进所述反应单元(35)中的物料充分混合、接触，所述反应单元(35)内的压力为1-10MPa、温度为1200-1600℃，所述磷球球团中的成分发生化学反应生成单质磷，所述反应单元(35)内在反应过程中产生的所述含磷炉气从所述出气口(32)排出，进入所述分离净化单元(4)；；
S4：在所述分离净化单元(4)中，所述含磷炉气经过分离、回收、净化，得到黄磷和干净的合成气。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，S1中，将磷矿、无烟煤和硅石磨成60～100目的细粉，按照磷矿：无烟煤：硅石＝13：4：3的重量比混合均匀，加入耐火水泥、腐殖酸钠、佩利多、水玻璃和膨润土中的任意一种或多种粘结剂压成10～30mm粒径的球团，经干燥后制成抗压强度为1800N/个的磷球球团。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，S1中，向所述反应单元(35)给料之前，先关闭所述加压锁斗单元(31)和所述反应单元(35)之间的阀门，升高所述加压料斗单元(31)内部的压力至与所述反应单元(35)内部的压力完全相同，再打开阀门，向所述反应单元(35)给料。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，S4中，所述分离净化单元(4)包括旋风分离系统、多级炉气洗涤系统和炉气净化系统，包括如下步骤：
将所述含磷炉气通过所述旋风分离系统以去除粒径大于10微米的固体颗粒；将得到的所述含磷炉气通入所述多级炉气洗涤系统中回收黄磷，其中在所述多级炉气洗涤系统中设置喷淋水与所述含磷炉气以对流方式进行热交换，从而使黄磷蒸汽冷凝成液态黄磷并随喷淋水一起进入收磷装置中；再将剩余的含少量黄磷的所述含磷炉气供给到所述炉气净化系统中进一步处理，得到净化后的合成气。
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