CN219279814U

CN219279814U - 一种煤磷一体化系统

Info

Publication number: CN219279814U
Application number: CN202320378357.8U
Authority: CN
Inventors: 刘庆; 吴文军; 张云峰; 张香全
Original assignee: Shanghai Yuanhan Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Yuanhan Energy Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-03
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2033-03-03

Abstract

本实用新型公开了一种煤磷一体化系统，包括氧气制取装置、合成气制取装置、合成气余热回收装置、合成气除尘装置、合成气洗涤装置、合成气净化装置和磷酸制取装置。本实用新型根据流化床气化炉气化反应中所具备的持续高温及还原气氛条件，将煤制合成气过程中具有的高温、还原气氛与磷矿石需要高温热解、还原气氛进行有机结合，大大降低了两个工序(煤制合成气、磷酸生产)单独生产换热过程中的热量损失，同时减少项目的建设投资，具有绿色、环保、节能的重大意义。

Description

一种煤磷一体化系统

技术领域

本实用新型涉及磷酸生产技术领域，具体涉及一种煤磷一体化系统。

背景技术

目前国内外磷酸的生产工艺主要有热法和湿法两种：

热法磷酸生产工艺是以电热法生产的黄磷为原料，经过燃烧水合制成含量85wt％的磷酸，该工艺特点是产品质量好，但能耗高、成本高，属于高能耗技术，通常吨黄磷电耗为13000～15000kwh，用电量巨大。虽然该工艺生产的磷酸质量好，用于高端产品领域，但由于产品售价高，市场竞争能力越来越弱，因此我国的热法磷酸市场需求在很大程度上依靠进口。

湿法磷酸生产工艺是以磷矿石为原料，经过无机酸(主要是硫酸或盐酸)分解，制得粗磷酸，再经过净化除杂，浓缩成工业级磷酸。该技术具有工艺简单、能耗低、生产能力大、污染小等优点，但我国磷矿资源绝大部分是高杂质含量的中、低品味磷矿，给湿法磷酸的净化带来较大的困难，因此在我国湿法磷酸的生产主要集中在化学肥料等低端产品领域。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种煤磷一体化系统，以煤制合成气联产磷酸，来解决现有技术的不足。

本实用新型采用以下技术方案：

一种煤磷一体化系统，包括氧气制取装置、合成气制取装置、合成气余热回收装置、合成气除尘装置、合成气洗涤装置、合成气净化装置和磷酸制取装置；

氧气制取装置，用于制取氧气；

合成气制取装置，为流化床气化炉，用于以块煤/焦炭为原料，以氧气、蒸汽为气化剂，发生气化反应生成粗合成气，同时用于磷矿石中的磷酸盐、磷化物与块煤/焦炭中的炭发生还原反应生成单质磷；

合成气余热回收装置，用于将含有单质磷的粗合成气余热回收，并副产蒸汽；

合成气除尘装置，用于将余热回收后的含有单质磷的粗合成气除尘；

合成气洗涤装置，用于将除尘后的含有单质磷的粗合成气中的单质磷洗涤下来；

合成气净化装置，用于将洗涤后的粗合成气净化，脱除硫化氢和二氧化碳，或者脱除硫化氢；

磷酸制取装置，用于以单质磷和氧气为原料，生产磷酸产品；

氧气制取装置的氧气出口分别和合成气制取装置、磷酸制取装置连接，块煤/焦炭供应装置、磷矿石供应装置分别和合成气制取装置连接，合成气制取装置的气化炉煤渣与磷矿石渣出口通过温度回收装置和气化炉煤渣与磷矿石渣存储装置连接，合成气制取装置的合成气出口和合成气余热回收装置连接，合成气余热回收装置的蒸汽出口分别和合成气制取装置、其它蒸汽利用装置连接，合成气余热回收装置的合成气出口和合成气除尘装置连接，合成气除尘装置的合成气出口和合成气洗涤装置连接，合成气洗涤装置的富磷水出口和磷酸制取装置连接，磷酸制取装置的磷酸出口和磷酸产品存储装置连接，合成气洗涤装置的合成气出口和合成气净化装置连接，合成气净化装置的合成气出口和合成气产品利用装置连接。

进一步地，合成气余热回收装置为两级废锅，分别为高压废锅和低压废锅，用于将含有单质磷的粗合成气余热回收，高压废锅副产过热蒸汽产品，低压废锅副产饱和蒸汽产品；合成气余热回收装置的过热蒸汽出口分别和合成气制取装置、其它过热蒸汽利用装置连接，合成气余热回收装置的饱和蒸汽出口和饱和蒸汽利用装置连接。

进一步地，合成气除尘装置为旋风除尘器。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型煤磷一体化系统充分利用流化床气化炉内气化反应产生的高温、还原气氛，热解磷矿石，磷矿石中的磷酸盐、磷化物与块煤/焦炭中的炭发生还原反应生成单质磷，单质磷以气态形式存在于粗合成气中，和粗合成气一起从流化床气化炉送出，经过余热回收、除尘、洗涤后，单质磷被洗涤下来送磷酸制取装置加工成磷酸产品(85wt％)，洗涤后的合成气净化后送下游用户。本实用新型根据流化床气化炉气化反应中所具备的持续高温及还原气氛条件，将煤制合成气过程中具有的高温、还原气氛与磷矿石需要高温热解、还原气氛进行有机结合，大大降低了两个工序(煤制合成气、磷酸生产)单独生产换热过程中的热量损失，同时减少项目的建设投资，具有绿色、环保、节能的重大意义。

2、因化工、新能源、电子等行业对合成气需要量巨大，本实用新型通过煤制合成气联产磷酸，在生产化工、新能源、电子等行业所需求的合成气的同时，生产出磷酸，在一个系统中生产两个产品，并减少两个工序(煤制合成气、磷酸生产)换热过程中的热量损失，降低生产能耗，降低投资，煤磷一体化的协同效应显著。

3、热法磷酸工艺生产的磷酸产品质量好，但能耗高、成本高；湿法磷酸工艺能耗低、生产能力大、污染小，但难以生产高端产品。本实用新型采用块煤/焦炭中的炭做还原剂，利用流化床气化炉气化反应的高温、还原气氛条件，还原磷矿石中的磷酸盐及磷化物，属于热法工艺，可生产出高品质磷酸，实现了热法磷酸工艺低成本制取磷酸的目的。

4、煤炭(块煤/焦炭)灰分中通常含有30～50wt％的二氧化硅，可为热法磷酸工艺提供二氧化硅反应原料(参与磷矿还原反应)和助熔剂(助磷矿石渣熔化)，本实用新型不需要另外购买硅石作为二氧化硅反应原料和助熔剂，节省费用。

5、本实用新型可使用中、低品位的磷矿石(一般按P₂O₅的含量来划分，大于30wt％的称为高品位，20wt％～30wt％的称为中品位，低于20wt％的称为低品位)，适合国内大部分磷矿石制取磷酸，适用范围广。

6、粒状气化炉煤渣与磷矿石渣可作为水泥熟料、建材原料，直接使用，本实用新型无废固产生。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本实用新型，但并不用来限定本实用新型的实施范围。

本实用新型涉及的反应机理：

(1)块煤/焦炭气化反应：

2C+O₂→2CO

C+H₂O→CO+H₂

C+CO₂→2CO

(2)磷酸制取工艺反应：

磷矿石的还原反应

4Ca₅F(PO₄)₃+21SiO₂+30C→3P₄+30CO+SiF₄+20CaSiO₃

单质磷生产磷酸的反应

P₄+5O₂→2P₂O₅

P₂O₅+3H₂O(热)＝2H₃PO₄

一种煤磷一体化系统，如图1所示，包括氧气制取装置1、合成气制取装置2、合成气余热回收装置3、合成气除尘装置4、合成气洗涤装置5、合成气净化装置6和磷酸制取装置7。

氧气制取装置1，用于制取氧气，采用深冷法或变压吸附法制取，制取的氧气纯度大于90v％。

合成气制取装置2，为流化床气化炉，用于以块煤/焦炭为原料，以氧气、蒸汽为气化剂，发生气化反应生成粗合成气，同时用于磷矿石中的磷酸盐、磷化物与块煤/焦炭中的炭发生还原反应生成单质磷。

合成气余热回收装置3，为两级废锅，分别为高压废锅和低压废锅，用于将含有单质磷的粗合成气余热回收，高压废锅副产过热蒸汽产品，低压废锅副产饱和蒸汽产品。

合成气除尘装置4，为旋风除尘器，用于将余热回收后的含有单质磷的粗合成气除尘。

合成气洗涤装置5，用于将除尘后的含有单质磷的粗合成气中的单质磷洗涤下来。

合成气净化装置6，用于将洗涤后的粗合成气净化，脱除硫化氢和二氧化碳，或者脱除硫化氢。

磷酸制取装置7，用于以单质磷和氧气为原料，生产磷酸产品。

氧气制取装置1的氧气出口分别和合成气制取装置2、磷酸制取装置7连接，块煤/焦炭供应装置、磷矿石供应装置分别和合成气制取装置2连接，合成气制取装置3的气化炉煤渣与磷矿石渣出口通过温度回收装置和气化炉煤渣与磷矿石渣存储装置连接，合成气制取装置2的合成气出口和合成气余热回收装置3连接，合成气余热回收装置3的过热蒸汽出口分别和合成气制取装置2、其它过热蒸汽利用装置连接，合成气余热回收装置3的饱和蒸汽出口和饱和蒸汽利用装置连接，合成气余热回收装置3的合成气出口和合成气除尘装置4连接，合成气除尘装置4的合成气出口和合成气洗涤装置5连接，合成气洗涤装置5的富磷水出口和磷酸制取装置7连接，磷酸制取装置7的磷酸出口和磷酸产品存储装置连接，合成气洗涤装置5的合成气出口和合成气净化装置6连接，合成气净化装置6的合成气出口和合成气产品利用装置连接。

所述系统进行煤磷一体化工艺，包括如下步骤：

1)将块煤/焦炭供应装置的块煤/焦炭(流化床气化炉对块煤/焦炭的粒径要求是小于10mm，通常块煤/焦炭的粒径在0.2～6mm较为合适)、磷矿石供应装置的磷矿石(按P₂O₅计，磷矿石是含量为15wt％～30wt％品味的磷矿石，磷矿石粒径小于10mm，在0.2～6mm较为合适)、氧气制取装置1制取的部分氧气、合成气余热回收装置3副产的部分过热蒸汽送入合成气制取装置2，合成气制取装置2中磷矿石加入质量为块煤/焦炭质量的20～30％，在合成气制取装置2中以块煤/焦炭为原料，以氧气、蒸汽为气化剂，发生气化反应生成粗合成气，粗合成气以氢气和一氧化碳为主，粗合成气典型气体成分(按干基，体积百分比)为氢气32～42％、一氧化碳26～38％、二氧化碳13～22％、甲烷3～5％、氮气2～5％左右，压力为0.4～3.0MPa，同时在气化反应的高温(可达1300℃左右)、还原气氛(炭、氢气、一氧化碳)条件下，磷矿石发生热解，其中的磷酸盐、磷化物与块煤/焦炭中的炭发生还原反应生成单质磷(磷矿还原反应中二氧化硅大多由块煤/焦炭灰分(块煤/焦炭灰分中通常含有30～50wt％的二氧化硅)提供，磷矿石中也有部分二氧化硅；块煤/焦炭灰分中二氧化硅同时也起到助熔剂(助磷矿石渣熔化)作用)，在气化反应的高温及还原气氛条件下，单质磷以气态形式存在于粗合成气中，和粗合成气一起送出合成气制取装置2；在高温气化反应、磷矿还原反应的同时，气化炉煤渣与磷矿石渣熔融成液态，在合成气制取装置2即流化床气化炉的流化态床层中不断团聚，粒度逐步变大，在重力作用下，逐步向流化床气化炉底部集聚，后通过流化床气化炉排渣锁斗排出流化床气化炉外，通过回收温度后，呈粒状气化炉煤渣与磷矿石渣，粒状气化炉煤渣与磷矿石渣作为水泥熟料或建材原料(如砖块原料)；

2)从合成气制取装置2送出的含有单质磷的粗合成气温度在950～1100℃，送入合成气余热回收装置3，经高压废锅和低压废锅冷却至340～360℃后送出，高压废锅副产2.5～4.0MPa过热蒸汽产品，部分过热蒸汽产品送入合成气制取装置2，其余过热蒸汽产品送入其它过热蒸汽利用装置，低压废锅副产0.5～1.0MPa饱和蒸汽产品，饱和蒸汽产品送入饱和蒸汽利用装置；

3)余热回收后的含有单质磷的粗合成气送入合成气除尘装置4除尘后送出；

4)除尘后的含有单质磷的粗合成气送入合成气洗涤装置5即吸收塔，从吸收塔下部进入，利用吸收塔上部喷淋的脱盐水将单质磷洗涤下来，洗涤后的富磷水从吸收塔底部送入磷酸制取装置7生产磷酸产品，洗涤后的粗合成气从吸收塔顶部送出；磷酸制取装置7采用传统的热法工艺，利用单质磷与氧气反应生产五氧化二磷，然后被稀磷酸洗涤吸收，生产出纯度为85wt％的磷酸产品；

5)洗涤后的粗合成气送入合成气净化装置6脱除硫化氢和二氧化碳(可采用低温甲醇洗法脱硫及脱碳)制得合成气产品，主要成分为氢气、一氧化碳，作为工业原料使用，如生产氢气、液氨、甲醇、乙二醇(后续生产氢气、液氨、乙二醇等产品的时候需要进一步脱除甲烷和氮气；生产甲醇时先不要脱除甲烷和氮气，在甲醇生产中作为驰放气脱除)等；或者脱除硫化氢(可采用栲胶法脱硫)制得合成气即燃料气产品，主要成分为氢气、一氧化碳、二氧化碳，可作为燃料气使用。

Claims

1.一种煤磷一体化系统，其特征在于，包括氧气制取装置、合成气制取装置、合成气余热回收装置、合成气除尘装置、合成气洗涤装置、合成气净化装置和磷酸制取装置；

氧气制取装置，用于制取氧气；

氧气制取装置的氧气出口分别和合成气制取装置、磷酸制取装置连接，块煤/焦炭供应装置、磷矿石供应装置分别和合成气制取装置连接，合成气制取装置的气化炉煤渣与磷矿石渣出口通过温度回收装置和气化炉煤渣与磷矿石渣存储装置连接，合成气制取装置的合成气出口和合成气余热回收装置连接，合成气余热回收装置的蒸汽出口分别和合成气制取装置、蒸汽利用装置连接，合成气余热回收装置的合成气出口和合成气除尘装置连接，合成气除尘装置的合成气出口和合成气洗涤装置连接，合成气洗涤装置的富磷水出口和磷酸制取装置连接，磷酸制取装置的磷酸出口和磷酸产品存储装置连接，合成气洗涤装置的合成气出口和合成气净化装置连接，合成气净化装置的合成气出口和合成气产品利用装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤磷一体化系统，其特征在于，合成气余热回收装置为两级废锅，分别为高压废锅和低压废锅，用于将含有单质磷的粗合成气余热回收，高压废锅副产过热蒸汽产品，低压废锅副产饱和蒸汽产品；合成气余热回收装置的过热蒸汽出口分别和合成气制取装置、过热蒸汽利用装置连接，合成气余热回收装置的饱和蒸汽出口和饱和蒸汽利用装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤磷一体化系统，其特征在于，合成气除尘装置为旋风除尘器。