CN201678452U - 热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，包括在燃磷炉炉膛内设置的反应管，所述反应管在燃磷炉内膛呈迂回状分布，反应管的进液口和出液口伸出燃磷炉壳体。本实用新型消除了磷酸盐尤其是六偏磷酸钠和磷酸二氢钾各产品生产过程中对天然气、煤炭、重油等不可再生资源的使用和浪费，解决了设备腐蚀的问题，将大型及复杂设备简化为管道反应器，大幅度地降低了装置建设成本和生产运行成本，且无大量二氧化碳气体排出，可最大限度的利用黄磷燃烧所产生的高额热能。

Description

热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器

技术领域

本实用新型涉及一种利用热法磷酸装置余热生产磷酸盐的装置，尤其涉及一种热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，主要用于生产六偏磷酸钠和磷酸二氢钾。

背景技术

现有技术中，热法磷酸生产过程中，磷燃烧产生大量热量，现有生产工艺是将这些热量以大量循环冷却水或循环酸带走，以避免生产介质对设备内壁的高温腐蚀，循环冷却水和循环酸带走热量又不能再次利用，能量被白白浪费。目前，个别生产厂家采用清华大学和云南化工研究院专利技术，利用特种燃磷设备，吸收燃磷热量产生饱和蒸汽进行热量回收，具有一定经济效益。但该技术所用特种燃磷设备材料及制作成本较高，不适合在大范围特别是磷化工中小企业推广，对于自身蒸汽用量不大且无法外销蒸汽的企业来讲，更无推广价值，且该特种燃磷设备相当于一台高压锅炉，安全隐患较大，安检费用较高。

目前，六偏磷酸钠生产所用热源几乎所有企业均使用天然气或黄磷电炉产生的尾气(主要成分为一氧化碳)，每生产一吨六偏磷酸钠约需天然气350立方或约需黄磷尾气1100立方，二者燃烧后均产生和排放大量二氧化碳。其中，用天然气作热源每产一吨六偏磷酸钠产品约排放二氧化碳350立方，用黄磷尾气作热源每产一吨六偏磷酸钠产品约排放二氧化碳1100立方，而二氧化碳属于温室气体，为气候变暖罪魁祸首。因此，传统六偏磷酸钠生产工艺根本不能适应环境保护和低碳经济的要求。

直接利用磷酸和氯化钾进行复分解生产磷酸二氢钾是大多数企业追逐的能显著降低生产成本的一种生产方法。目前，部分企业或科研院所采用两种方法研制和生产：一种为使用萃取剂化合或吸附氯化钾中的氯离子，使钾离子与磷酸二氢根离子形成磷酸二氢钾，尔后用氨(以铵根离子形态)或碱解吸氯离子。该方法反应条件温和，不失为一种较好的生产方法。但生产过程中有萃取剂的损失，而萃取剂即便是少量带入产品，亦相当于产品中带入了新的杂质，不利于产品质量的提高。且该方法使用设备极多，投资成本较高，只能适合大企业投资建设(目前尚未见工业化生产报道)；另一种磷酸二氢钾生产方法为用略过量的磷酸和氯化钾反应，高温加热，热源为天然气、煤炭(间壁加热产生热风)、电或重油等，副产品为盐酸。该方法无论是料液循环加热式或是烧结式生产，均需消耗大量热能，既不能将成本降至最低，亦可能排放一定温室气体。同时，反应设备腐蚀严重，检修成本极高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有磷酸盐尤其是六偏磷酸钠和磷酸二氢钾生产存在的上述问题，提供一种热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，本实用新型消除了磷酸盐各产品生产过程中对天然气、煤炭、重油等不可再生资源的使用和浪费，解决了设备腐蚀的问题，将大型及复杂设备简化为管道反应器，大幅度地降低了装置建设成本和生产运行成本，且无大量二氧化碳气体排出，可最大限度的利用黄磷燃烧所产生的高额热能。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，其特征在于：包括在燃磷炉炉膛内设置的反应管，所述反应管在燃磷炉内膛呈迂回状分布，反应管的进液口和出液口伸出燃磷炉壳体。

所述反应管从进液口到出液口高度逐渐降低。

所述反应管上连通有放空管，放空管的出口向上伸出燃磷炉壳体。

所述反应管在燃磷炉内膛迂回呈多个“S”状。

所述反应管为碳化硅陶瓷管，或者采用性能与碳化硅陶瓷管接近的如氧化锆陶瓷管、石英玻璃管、高硼硅玻璃管等。

采用本实用新型的优点在于：

一、本实用新型包括在卧式燃磷炉炉膛设置的反应管，反应管在燃磷炉内膛呈迂回状分布，反应管的进液口和出液口伸出燃磷炉壳体，消除了磷酸盐各产品生产过程中对天然气、煤炭、重油等不可再生资源的使用和浪费，解决了设备腐蚀的问题，将大型及复杂设备简化为管道反应器，大幅度地降低了装置建设成本和生产运行成本，可最大限度的利用黄磷燃烧所产生的高额热能。

二、本实用新型中，反应管从进液口到出液口高度逐渐降低，使单管及相邻两管之间有一定斜度，便于料液流动。

三、本实用新型中，反应管上连通有放空管，放空管的出口向上伸出燃磷炉壳体，便于将反应管内的水蒸气或盐酸汽体排出，水蒸气或盐酸汽体排出简单方便，易于操作，有利于提高产量和保证产品质量。

四、本实用新型中，反应管在燃磷炉内膛迂回呈多个“S”状，保证了液体在反应管内的反应时间和温度，提高了产量和保证了产品质量。

五、本实用新型中，反应管为碳化硅陶瓷管或者性能与碳化硅陶瓷管接近的如氧化锆陶瓷管、石英玻璃管、高硼硅玻璃管等，具有高强度、耐高温、高硬度、高耐磨、耐腐蚀、抗氧化、耐急冷急热、抗热震性好、导热好和热效率高等特点，解决了氯化钠法复分解生产六偏磷酸钠和高温复分解法生产磷酸二氢钾设备及设备腐蚀的问题。

六、在黄磷燃烧时，因助燃空气含有少量水份原因，在生成五氧化二磷的同时，亦有少量偏磷酸蒸气生成，烟气温度在1000℃左右，腐蚀性较强，使用其它常用金属和非金属材质均不能达到理想效果，腐蚀较快，造成磷酸产品被污染。而采用本实用新型中的反应管，耐温高达1380℃，因其耐高温、耐腐蚀、抗氧化的特点，既保证了管式反应设备要求，又确保了磷酸产品的质量

七、本实用新型将大型及复杂设备简化为管道反应器，大幅度地降低了氯化钠法复分解生产六偏磷酸钠和高温复分解法生产磷酸二氢钾的装置建设成本；即便是针对纯碱中和法生产六偏磷酸钠，亦可节约聚合炉制作浇筑及材料成本(占总投入的2/3左右)。

八、采用本实用新型后，磷酸生产可节约大量冷却水。

九、采用本实用新型生产磷酸及磷酸盐，无大量二氧化碳气体排出，属于环保及低碳经济型，符合国家产业政策及可持续发展战略。

十、采用本实用新型生产磷酸盐，与当前普遍使用的生产工艺相比，因其不使用天然气、煤炭、重油等燃料，同时可替代纯碱、烧碱、钾碱等传统中和法所需原料，而使用廉价的氯化钾、氯化钠作原料复分解生产六偏磷酸钠和磷酸二氢钾，各产品生产成本大幅度降低，经济效益巨大。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图

图2为图1的B-B剖面结构示意图

图中标记为：1、燃磷炉，2、反应管，3、进液口，4、出液口，5、放空管。

具体实施方式

一种热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，包括在卧式安装的燃磷炉1内膛设置的反应管2，反应管2在燃磷炉1炉膛内呈迂回状分布，反应管2的进液口3和出液口4伸出燃磷炉1壳体。另外进出料口截面远小于反应管2横截面积。

本实用新型中，反应管2从进液口3到出液口4高度逐渐降低，使单管及相邻两管之间有一定斜度，便于料液流动。在反应管2上连通有放空管5，放空管5的出口向上伸出燃磷炉1壳体。例如，可使反应管2在卧式燃磷炉1炉膛内迂回呈多个“S”状，也可根据实际情况迂回成其它形状，只要能够保证反应时间和料液流动即可。反应管2和放空管5可采用碳化硅陶瓷管，或者采用性能与碳化硅陶瓷管接近的如氧化锆陶瓷管、石英玻璃管、高硼硅玻璃管等。

本发明主要用于生产六偏磷酸钠和磷酸二氢钾，也可用于生产其它磷酸盐，适用范围较大。

以下以反应管2采用碳化硅陶瓷管为例对本实用新型作展开说明，其它材质的反应管与陶瓷管相同。

利用传统的热法磷酸两步法生产工艺即燃烧水合分开流程，在原有的燃磷炉内安装陶瓷管。磷酸正常生产时，燃磷炉内五氧化二磷烟气温度＞900℃。

在磷酸正常生产时，将生产六偏磷酸钠的原料(纯碱和磷酸)制得的中和液按一定流量持续流入陶瓷管进口管端，中和液在黄磷燃烧放热的作用下脱水、熔融、聚合，水蒸气从放空管排出，料液呈玻璃流体状从陶瓷管出口端流出，经骤冷、粉碎，即得六偏磷酸钠产品。或将磷酸与除杂后的饱和氯化钠溶液均匀混合制得的料液按一定流量持续流入陶瓷管进口管端，料液在黄磷燃烧放热的作用下脱出水和氯化氢，形成盐酸汽体从放空管被真空系统抽出冷却和循环吸收制得副产品盐酸，料液再经熔融、聚合，呈玻璃流体状从陶瓷管出口端流出，经骤冷、粉碎，即得六偏磷酸钠产品。

或者在磷酸正常生产时，将磷酸与除杂后的饱和氯化钾溶液均匀混合制得的料液按一定流量持续流入陶瓷管进口管端，料液在黄磷燃烧放热的作用下脱出水和氯化氢形成盐酸汽体从放空管被真空系统抽出冷却和循环吸收制得副产品盐酸，料液再经熔融、聚合，呈玻璃流体状的偏聚磷酸钾从陶瓷管出口端流出，经冷却在200℃以下，再经水溶、110℃温度下水解、精调PH值、冷却结晶、离心、烘干即得磷酸二氢钾产品，母液自成体系循环或进入配料工序。

上述料液的流量根据实际的产量和物料自身物理性质即流出物料温度必须大于其熔点温度来确定，具体如何确定本领域技术人员根据上述描述都能直接得出。具体的工艺参数如水解、精调PH值、冷却结晶、离心、烘干与现有技术相同。

显然，本领域的普通技术人员根据所掌握的技术知识和惯用手段，根据以上所述内容，还可以作出不脱离本实用新型基本技术方案的多种形式，这些形式上的变换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，其特征在于：包括在燃磷炉(1)炉膛内设置的反应管(2)，所述反应管(2)在燃磷炉(1)内膛呈迂回状分布，反应管(2)的进液口(3)和出液口(4)伸出燃磷炉(1)壳体。

2.根据权利要求1所述的热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，其特征在于：所述反应管(2)从进液口(3)到出液口(4)高度逐渐降低。

3.根据权利要求1或2所述的热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，其特征在于：所述反应管(2)上连通有放空管(5)，放空管(5)的出口向上伸出燃磷炉(1)壳体。

4.根据权利要求1或2所述的热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，其特征在于：所述反应管(2)在燃磷炉(1)内膛迂回呈多个“S”状。

5.根据权利要求1或2所述的热法磷酸装置余热生产磷酸盐的管式反应器，其特征在于：所述反应管(2)为碳化硅陶瓷管、氧化锆陶瓷管、石英玻璃管或高硼硅玻璃管。

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