CS253711B2

CS253711B2 - Device for preparing phosphorous pentoxide

Info

Publication number: CS253711B2
Application number: CS843100A
Authority: CS
Inventors: Bernard Kuxdorf; Peter Luhr; Hugo Werner; Ursus Thuemmler; Friedrich-Wilhelm Dorn
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1983-04-29
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1987-12-17
Also published as: JPS59207817A; EP0126926B1; ZA843136B; DE3460542D1; MX161909A; PH19492A; ATE21681T1; ES530821A0; PL247445A1; AU2747284A; HUT34138A; HU196574B; AU558764B2; ES8500186A1; US4525329A; DD218880A5; BR8401993A; DE3315630A1; IN160411B; CS310084A2

Description

Vynález se týká zařízení к výrobě oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu s vysušeným vzduchem za využití reakčního tepla к získávání energie.

Z evropské patentové přihlášky 0 046 865 je již znám způsob výroby oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu pomocí vzduchu za využití reakčního tepla к získání energie, který spočívá v tom, že se spalování fosforu provádí pomocí vysušeného vzduchu s obsahem vody 5 až 0,01 g/in vzduchu ve spalovací komoře, jejíž kovové stěny jsou vytvořeny jako chladicí systém obsahující duté prostory, přičemž tímto chladicím systémem cirkuluje kapalina, popřípadě směs kapaliny a páry, která je vhodná jako teplonosné médium pro reakční teplo, které se tepelnou výměnou zahřívá na teplotu 150 °C až 500 °C při tlacích 0,1 až 15 MPa, přičemž se pára vznikající v chladicím systému z chladicího systému kontinuálně odvádí a nahrazuje se ekvivalentním množstvím čerstvé kapaliny, a horké páry oxidu fosforečného odcházející ze spalovací komory se kondenzují a zpracovávají se na následné produkty.

Cirkulující kapalinou je výhodně voda. Stěny, popřípadě chladicí systém spalovací komory sestávají výhodně z nerezavějící oceli. Výhodně pak stěny spalovací komory, popřípadě chladicí systém sestávají z kovové trubkové stěny s přímo svařenými trubkami, z trubkové stěny s podélnými žebry nebo z membránové trubkové stěny. Jednotlivé trubky mohou být uspořádány vertikálně nebo horizontálně. Páry oxidu fosforečného opouštějí spalovací komoru o teplotě 300 až 1 000 °C a mohou se dále zpracovávat na fosforečnou kyselinu.

Dále je z evropské patentové přihlášky 0 037 735 znám způsob znovu získávání tepla při spalování elementárního fosforu v přítomnosti vody, jakož i výroba fosforečné kyseliny. Při tomto způsobu prochází proud produktu obsahující oxid fosforečný kolem kovového chladicího hadu, kterým protéká kapalina sloužící jako přenašeč tepla a udržující povrch chladicího hadu na teplotě 100 až 900 °C.

Pokud se při postupu podle evropské patentové přihlášky 0 046 865 používá spalovací vzduch ve vysušeném stavu, může být zařízení konstruováno z obvyklé oceli, protože potom se korose nevyskytuje, přesto však je výhodné použití zušlechtěných ocelí, aby při poklesu teplot pod 80 °C bylo možno použít také vlhkého vzduchu, což má význam především při uvádění zařízení do provozu (vyhřívání) nebo při odstavení zařízení a nebo při možném vniknutí vody v důsledku prasknutí vodovodního potrubí.

Popsané postupy sice v principu fungují, avšak jejich přenesení do technického a velkoprovozního měřítka sebou nese značné potíže. Tak se ukázalo, že například při poklesu teploty po minimální teplotu plynného produktu obsahujícího oxid fosforečný 358 °C dochází na chladící stěně к vytváření pevné vrstvy, která značně brání dalšímu přenosu tepla. Tento povlak se zvláště tvoří v ohybech a mrtvých rozích a čas od času se odlupuje ve formě úlomků, které pak na takovém místě vedou к nestejnoměrnému tepelnému zatížení a tím к vysokým vnitřním tepelným napětím v jednotlivých stěnách trubek, což má opět za následek změnu struktury a konečně vede tento jev ke vzniku trhlin.

Oddělené úlomky vedou na druhé straně v místech kam dopadnou к dalšímu bránění přestupu tepla. Konečně se může průchodný průřez zúžit tak značně, Že ve spalovací komoře vznikne nepřípustný přetlak, což vyžaduje okamžité přerušení provozu a pečlivé vyčištění spalovací komory.

Provedení zařízení s pravoúhlým průtokovým průřezem má tu nevýhodu, že se v rozích tvoří silný povlak, který se od určité tloušťky nepravidelně odlupuje a tato skutečnost vede ke shora popsaným jevům.

Při použití ušlechtilé oceli pro stavbu spalovací komory se ovšem v důsledku menší tepelné vodivosti tohoto materiálu ve srovnání s ocelí dosahuje nepřípustného vnitřního tepelného pnutí již při mnohem menším tepelném namáhání.

Nyní se s překvapením ukázalo, že k uvedeným obtížím nedochází, jestliže se spalovací komora vytvoří ve formě válcového tělesa a jestliže je v kruhové desce vytvážející dno axiálně syrnetticky umístěn jeden až deset hořáků. Teplota na povrchu každé jednotlivé chladicí trubky stěny by měla vždy být nad teplotou sublimace oxidu fosforečného 385 °C nebo jen nepatrně nižší pod touto teplotou. V tomto případe zústávvjí plochy přtnáZšjící teplo prosty povlaku nebo jsou povlečeny jen nepatrnou, rov^noe^:rnou vrstvou. Tímto způsobem se dosahuje velmi výhodných vysokých plošných zatížení vyhříváiící plochy. Tím, že povlak není pří^men, popřípadě tím, že tento povlak je jen nepatrný a především rovnoměrný, je možno dosáhnout toho, že vznikáiící tepelné pnutá je také rovnoměrně rozděleno na celý objem spalovací komo;/. Kruhové uspořádání chladicích trubek ve formě stěny umetňujt kromě toho, že spalovací kom^ora může pracovat při podtlaku nebo při vyšších tlacích.

Předmětem vynálezu je zařízení k výrobě oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu s vysušeným vzduchem za vyuužtí ^akčního tepla k získávání energie, sestávvaící ze spalovací kom^ojy, jejíž obložení je vytvořeno ve formě dutých prostorů tvořících chladicí systém, z přívodů pro kapalný fosfor a vzduch, vývodu pro oxid fosforečný na horním konci spalovací komm^, z přívodů a vývodů chladicího médda, napojených na uzavřenou smyčku pro re^C.rkůlj^JL chladicího medda, jakož i z odlučovače páry zařazeného do uvedené smyčky a eajícíht přívod pro čerstvou chladicí kapaainu a vývod pro získanou páru, které spočívá v tom, že spalovací komorou je válcová nádoba s poměrem výšky ku průměru 2,5:1 až 5:1, v jejíž kruhové desce vytvářeěící dno je axiálně symetticky uspořádáno 1 až 10 hořáků.

PPi výhodném provedení zařízení podle vynálezu je v desce vytvááeeící dno ve středu umístěn jeden hořák.

₽Pi dalším výhodném provedení spalovací komory podle vynálezu je v desce vytvááeeicí dno na alespoň jednom soustředném kruhu ekvidistantně uspořádáno 2 až 10 hořáků.

DdIší výhodné provedení zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že obložení spalovací kom^iry vytvááeeicí chladicí systém sestává z trubkové stěny tvořené paralelně k sobě navařenými t^l^tlt^kaí., z trubkové stěny s podélnými žebry nebo z trubkové mernmbánové stěny.

Výhodně je obložení spalovací komory upraveno svisle.

PPi dalším výhodném provedení je každý hořák opatřen tryskou pro přívod jedné složky, kterou se do spalovací komory přivádí kapalný fosfor nebo v dalším výhodném případě je každý hořák opatřen tryskou pro přívod dvou složek, kterou se do spalovací komory přivádí kapalný fosfor a vysušený vzduch.

Při provozu zařízeni podle vynálezu je výhodně, jestlžže

a) v desce vytvááeeící dno je cennricky uspořádán jeden hořák;

b) v desce vytvááeeící dno je tkvidistaitiιě uspořádáno 2 až 10 hořáků na soustředných kruzích;

c) vzduch se používá ve sttchiteetrCcéée nadbytku 1 až 40 %;

d) spalování se provádí při tlacích 0,08 až 1 MPa;

e) hořák nebo hořáky jsou vybaveny vždy jednou jednotkovou tryskou, kterou vstupuje do spalovací komory tekutý fosfor pod taakem 0,5 až 5 MPa;

f) hořák nebo hořáky jsou vybaveny vždy jednou dvoulátkovou tryskou pro kapalný fosfor a rozprašovací vzduch, přiteei rozprašovací vzduch vstupuje do-spalovací komory pod taakem 0,2 až 0,6 MPa;

g) spaaovací.komora pracuje při zatížení výhřevné plochy 50 až 150 KW/m ;

h) spaiovací komora pracuje při zatížení výhřevného objemu 300 až 600 KW^m ;

i) v chladícím systému cirkuluje kapaaina, popřípadě směs páry a kappainy, která je vhodná jako teplonosné médium k odvádění reakčního tepla, za zahřívání na 100 až ⁶⁰⁰ °^C a při tlacíců od ^0,1 do 30 MPa^;

j) kapa 1 lnou, kti-xí je vhodná jako teplonosné médium a pro výrobu páry, je voda s obsahem kyslíku 0,01 až 0,1 mg/Utr a s obsahem chloridů 0,01 až 0,5 mg/litr.

Spalovací komora podle vynálezu sestává výhodně z nerezaaějící occli.

Provozem spalovací komory pod tlaeem je možné zlepšit výtěžek spalování fosforu na vysoce čistý oxid fosforečný P₂°5' popřípadě P^iq a provádět postup bez přídavného dmýýhhaího zařízení pro proud produktu s obsahem oxidu fosforečného. Po opuštění spalovací komory se může proud produktu popřípadě zpracovávat o sobě známý způsobem na fosforečnou kyselinu.

V publikaci Technische Richtlinien Dampfkeessl (Deetscher Dampfkkesse-Ausschuss, Vereinigung der Technischen Úberwaahhmnsseeeine in Beeuh-Veriag) se stanovuje dodržovaná kvanta používané chladicí vody. K prodloužení životnosti zpracovávané oceU nebo zušlechtělé oedi při vysokých plošných zařízeních a při vysokých teplotách stěny má podle tohoto vynálezu navíc zvláštní význam nízký obsah -kyslíku a chloridů v chladicí vodě.

Zaaízení podle vynálezu a jeho funkční charakterstika se v následnicí čássi blíže objasňuj pomooí sctemaαiheých obrázků, které paj pouze ilustrativní charakter. _

Obr. 1 znázorňuje zařízení podle vynálezu v podélném řezu. Válcová spalovací komory 2 je obklopena obložením 2 vytvořeným z paralelně na sebe navařených vertikálních trubek, přččemž tyto ze shora i ze zdola otevřené trubky vyússuií do vrchní prstencové sběrné trubky 2 a do spodní prstencové sběrné trubky £. Spalovací komora 2 je na svém spodním konci plynotěsně uzavřena deskou tvořící dno 15 a na svém horním konci je plynotěsně uzavřena deskou tvořící víko 16.

Spplovací komora 2 obsahuje ve středu desky tvořící dno 15 hořák 2 vybavený tryskou pro přívod dvou látek, který je opatřen prvním přívodem 2 pro kapalný, ^emmeném! fosfor, a druhým přívodem T_ pro vysušený vzduch. Do spodní prstencové sběrné trubky 2 vstupuje na dvou různých místech voda z vedení 8.' protéká úseky trubek obloženi 2 do vrchní prstencové sběrné trubky 2 a сроиШ tuto trubku, částečně ve-formě páry, na dvou různých místech vedeními 2 a 12./ která ústí do odlučovače páry 21· Tlaková horká pára se vedením 12 přivádí ke svému dalšímu ponnií, zatímco voda proudí vedením 2 znovu do spodní prstencové sběrné trubky £. Vedením 22» které obsahuje napájecí čerpadlo 17, se do odlučovače páry 11 přivádí čerstvá voda v m^ošžst^í, které odpovídá mnoožsví páry odvedenému vedením 22· Trubkou 21 ofoubií plynný produkt obsa^jc! oxid fosforečný spalovací komoru 2 a odvádí se k dalšímu zpracovdán.

Obr. 2 znázorňuje válcovou spalovací komoru 2 v příčném průřezu. Na obrázku' je patrný hořák 2 lymperiíky umístěný,v desce tvořící dno 25, jakož i obložení 2 testávvlící veetikálních trubek, které jsou k sobě paralelně přivřeny.

Obr. 3 ukazuje průřez stejně jako obr. 2, avšak se čtyřmi dalšími hořáky 2> které jsou uspořádány v desce tvořící dno 15 spalovací komory 2 soustředně okolo středního hořáku a ve stejných vzdálenostech od sebe. Tím je v kruhové desce tvořící dno 15 axiálně symeericky umístěno celkem pět hořáků 2*

Příklad

Ve válcové spalovací komoře 2 ^s trubkovým obložení^p 2 ² oerezaaející oceň a s poměrem výšky ku průměru 4:1 se každou hodinu spaluje 210 kg lllpelOárníto, kapalného,.žlutého fo^oru o te^otá ⁷⁵ °C v ^ítopnnoh suchého vz^chu ^při tila^ ^0,5 MPa.

V desce tvořící dno 15 spalovací komory 2 je symeltriíey umístěn jediný hořák 2· Tento hořák 5 je vybaven tryskou pro přívod dvou složek, tj. pro fosfor (první přívod 2' a pro takový vzduch (druhý přívod T) ·

Nadbytek vzduchu nad stechiometrické množství činí 20 %. Ve spalovací komoře £ panuje tlak 0,15 MPa. Reakční teplo, které te uvolňuje při spalování v množství 4 GJ/h, te z'65 % převádí stěnami trubek do kapaainy, která slouží jako teplonosoé médium, ve formě deminnraaizované a plynu zbavené vody (obsah chloridů: 0,05 mg/litr; obsah kyslíku 0,04 mg/litr).

přioom dochází k částečnému odpařování vody. Zaaížení výhřevné plochy spalovací komory

3 činí (ppi poklesu od zdola nahoru) 120 as 60 pri středním objemovém zatížení 400 KW/m .

Směs vody a páry stoupá jednooiivými trubkami obložení 2. do vrchní prstencové sběrné trubky £ a pak do odlučovače páry . 11, ve kterém dochází k oddělování páry od kappainy, Tlak páry se v odlučovači páry 11 pomocí taakového ventilu ve vedení 12 udržuje na 8,0 MPa.

Vedením 12 se odvádí vyrobená sytá pára v mnnžství 1,4 t/h. Kapalná fáze v odlučovači ^páry 11 (295 ^,OC) se přivádí ^ostíe^ictvím ve^dení £ a s^podní ^prstencov^é s^běrné tru^bk^y

4. do tu^ub^ek. obložení 2_· Tím je okruh cirkulace kappainy, ke kteréžto cirkulaci dochází v důsledku rozdílů specifických hmotni tni v cirkuaačním systému, uzavřen.

Reguaátorem hladiny, který je umístěn v odlučovači páry £1, se zajišťuje, aby v chladicím systému bylo vždy dostatečné onnžství vody, přčeemž k přivádění čerstvé vody slouží vedení 13. Hořák 5. ve spalovací komoře £ smě^ř^t^^je směrem nahoru, takže úsek spaiovací komory v blízkosti hořáku je vyhříván sálavým teplem. Plyny obssahjící oxid fosforečný opoouttjí spalovací komoru £ trubkou £4. Konverse fosforu je kvaatitativtí.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Zařízení k výrobě oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu s vysušeným vzduchem za vyuuití reakčního tepla k získávání energie, sestáwaící ze spalovací komory, jejíž obložení je vytvořeno ve formě dutých prostorů tvořících chladicí systém, z přívodů pro kapalný fosfor a vzduch, vývodu pro oxid fosforečný na horním konci spalovací komety, z přívodů a vývodů chladicího mmdda, napojených na uzavřenou smyčku pro ^cirkulaci chladicího mmáda, jakož i z odlučovače páry zařazeného do uvedené smyčky a oajíiíhž přívod pro čerstvou chladicí kapalinu a vývod pro získanou páru, vyznaačuící se tím, že spalovací komorou (1) je válcová nádoba s poměrem výtky ku průměru 2,5:1 až 5:1, v jejíž kruhové desce vytvááe^ící dno (15) je axiálně symeeticky uspořádáno 1 až 10 hořáků (5·
2. Zařízení podle bodu 1, vyznaačuící se tím, že v desce vytvá^^ící dno (15) je ve středu umístěn jeden horák (5 .
3. Zaaízení podle bodu 1, vyzi^č^ačuj^c^:! se tím, že v desce aytváVeríií dno (15) je na alespoň jednom soustředěném kruhu ekvidistantně uspořádáno 2 až 10 hořáků (5.
4. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 3, vyzi^c^ačuj^·^:! se tím, že obložení (2) spalovací komory (1) vytvááející d^].a^i.c:í systém sestává z trubkové stěny tvořené paralelně k sobě navařenými trubkami, z trubkové stěny s podélnými žebry nebo z trubkové oemmbánovd stěny.
5. Zařízení podle bodu 4, vyzunaču^í se tím, že obložení (2) spalovací komory (1) je upraveno svisle.
6. Zaaízení podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznaačuící se tím, že každý hořák (5) je opatřen tryskou pro přívod jedné složky, kterou se do spalovací komory (1) přivádí kapalný fosfor.
7. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 5, ayzntlačjící se tím, že každý hořák (5) je opatřen tryskou pro přívod dvou složek, kterou se do spalovací komory (1) přivádí kapalný fosfor a vysušený vzduch.