CS274406B2

CS274406B2 - Method of phosphorous penta-oxide production

Info

Publication number: CS274406B2
Application number: CS346184A
Authority: CS
Inventors: Bernhard Ing Kuxdorf; Peter Ing Luhr; Ursus Dr Thummler; Hugo Ing Werner; Walter Ing Klemm
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1983-05-13
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1991-04-11
Also published as: ES8504076A1; DD219169A5; PH20982A; CA1245422A; EP0128326A1; JPS59213608A; AU2796284A; AU561506B2; PL247641A1; ATE35968T1; HU203851B; DE3472941D1; BR8402249A; MY100899A; ES531646A0; MX162353A; IN160622B; DE3317497A1; AR241774A1; EP0128326B1

Description

(57) Řešení se týká způsobu výroby oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu s vysušeným vzduchem, přičemž se vodní pára vznikající v chladícím systému kontinuálně odvádí, přičemž podstata navrženého řešení spočívá v tom, že se odváděná vodní pára nechá procházet horní oblastí spalovací komory nebo oblastí odvádění plynného produktu obsahujícího oxid fosforečný, tam se při konstantním tlaku zahřívá na teploty 400 až 600 °C a teprve potom se přivádí k využití jako přehřátá vodní pára.

(11)
(13)	B2
(51)	Int. Cl. ⁵ C 01 B 25/12

CS 274 406 B2

Vynález se týká způsobu výroby oxidu fosforečného a popřípadě kyseliny fosforečné za využití reakčního tepla.

Z evropské přihlášky vynálezu č, 0 046 865 A2 je již znám způsob výroby oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu pomocí vzduchu za využití reakčního tepla k získání energie, který spočívá v tom, že se spalování fosforu provádí pomocí

O vysušeného vzduchu s obsahem vody 5 až 0,01 g/nr vzduchu ve spalovací komoře, jejíž kovové stěny jsou tvořeny chladicím systémem obsahujícím dutiny, přičemž v chladicím systému cirkuluje kapalina popřípadě směs kapaliny a páry, která je vhodná jako teplonosné médium pro reakční teplo, za zahřívání na teploty vyšší než 150 °C až do 500 °C při tlacích 0,1 až 15 MPa, přičemž se pára vznikající v chladicím systému kontinuálně odvádí z chladicího systému a nahrazuje se ekvivalentním množstvím čerstvé kapaliny, a horké páry exidu 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 opouštění spalovací komoru o teplotě 300 až 1000 °C a mohou se dále zpracovávat na kyselinu fosforečnou.

Dále je z evropské přihlášky vynálezu č. 0 037 735 A1 znám způsob opětovného získávání tepla při spalování elementárního fosforu v přítomnosti vody jakož i výroba ultrafosforečné kyseliny. Přitom prochází proud produktu obsahující oxid fosforečný kolem kovového chladicího hadu, kterým protéká kapalina sloužící jako teplonosné médium a udržující povrch chladicího hadu na teplotě 100 °C až 900 °C.

JP-OS 54-84890 (přihláška č. 77/153343) popisuje zařízení se spalovací pecí, ve které se spaluje kapalný fosfor se suchým vzduchem za vzniku oxidu fosforečného a přitom vznikají teploty až 2000 °C. Stěna pece je obklopena chladicím systémem z trubek, čímž se reakční produkt chladí na teploty 800 až 1000 °C. Na obr.

je znázorněno, že stěnou pece proudí chladící prostředek v okruhu (11, 10, 9,

8, 9, 15, 12), přičemž do tohoto okruhu je zařazen odlučovač páry. Další paralelně zařazený chladicí okruh (11, 10, 9, 17, 9, 15, 12) ochlazuje navíc horní, zúženou oblast spalovací pece.

Konečně se popisuje způsob a zařízení k výrobě oxidu fosforečného za využití reakčního tepla, přičemž spalovací komorou je válcová nádoba s délkovým poměrem výšky ku průměru 2,5 : 1 až 5 : 1 a v kruhové desce vytvářející dno je axiálně symetricky umístěno 1 až 10 hořáků. Tímto způsobem zůstávají plochy přenášející teplo bez povlaku nebo se povlékají jen nepatrnou, rovnoměrnou vrstvou. Podle uvedeného příkladu se 65 % reakčního tepla, které se uvolňuje při reakci, přenáší prostřednictvím ocelových trubkových stěn do vody, která slouží jako přenašeč tepla, a která se přitom částečně odpařuje.

Postup podle vynálezu nyní umožňuje ještě dalekosáhlejší využití reakčního tepla, zvláště tehdy, jestliže se plynný produkt obsahující oxid fosforečný bezprostředně uvádí v reakci za vzniku kyseliny fosforečné.

Předmětem vynálezu je způsob výroby oxidu fosforečného spalováním elementárního fosforu s vysušeným vzduchem ve spalovací komoře z oceli za využití řeakčního tepla k získání energie, přičemž stěna spalovací komory je vytvořena chladicím systémem obsahujícím duté prostory a v chladicím systému cirkuluje voda jako teplonosné médium k odvádění reakčního tepla popřípadě směs vody a páry za zahřívání na zvýšené teploty při výhodně zvýšeném tlaku, přičemž se

CS 274 406 B2 vodní pára vznikající v chladicím systému kontinuálně odvádí, nahrazuje se ekvivalentním množstvím demineralizované čerstvé vody a horký oxid fosforečný odcházející ze spalovací komory ve formě par se kondenzuje nebo se za přídavku vody nebo kyseliny fosforečné dále zpracovává na kyselinu fosforečnou vyšší koncentrace, který se vyznačuje tím, že odváděná vodní pára uvnitř odváděcího parního potrubí se nechá procházet horní oblastí spalovací komory nebo oblastí odvádění plynného produktu obsahujícího oxid fosforečný, tam se při konstantním tlaku zahřívá na teploty 400 až 600 °C a teprve potom se přivádí k využití jako přehřátá vodní pára.

Kromě toho může být postup podle vynálezu libovolně a výhodně vyznačen tím, že

a) plynný produkt, obsahující oxid fosforečný, opouštějící spalovací komoru o teplotě 500 až 1000 °C předehrívá ve výměníku tepla vysušený vzduch určený ke spalování fosforu na teplotu 70 až 300 °C;

b) plynný produkt, obsahující oxid fosforečný, opouštějící spalovací komoru o teplotě 500 až 1000 °C předehrívá ve výměníku tepla chladicí vodu proudící v okruhu ve stěně spalovací komory mimo tento okruh chladicí vody na teplotu 50 až 200 C;

c) horká, výše koncentrovaná fosforečná kyselina, vzniklá prudkým ochlazením plynného produktu obsahujícího oxid fosforečný kyselinou fosforečnou, předehrívá ve výměníku tepla demineralizovanou čerstvou vodu, určenou pro chladicí okruh ve stěně spalovací komory, na teplotu 40 až 80 °C;

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

e) voda, jako teplonosné médium k odvádění reakčniho tepla popřípadě směs vody a páry cirkuluje za zahřívání na teplotu 100 až 370 °C při tlacích 0,1 až 22,0 MPa;

f) kapalinou, vhodnou jako teplonosné médium a k výrobě páry, je demineralizovaná, plynů zbavená voda s obsahem kyslíku 0,01 až 0,1 mg/litr a s obsahem chloridů 0,01 až 0,5 mg/litr;

g) stěna spalovací komory vytvářející chladicí systém sestává z trubkové stěny se svislými na sebe navařenými trubkami, z trubkové stěny s podélnými žebry nebo z membránové trubkové stěny.

Postup podle vynálezu je v další části blíže objasněn na příkladu připojeného schématu:

Válcová spalovací komora £ s výhodným délkovým poměrem výsky ku průměru od

2,5 ·* 1 až do 5 : 1, a výhodně zhotovená z nerezavějící oceli, je ohraničena stěnou 2, kterou protéká chladicí voda, přičemž tato stěna 2 je výhodně vytvořena ze svislých k sobě navařených úseků trubek, nebo je vytvořena trubkovou stěnou s podélnými žebry nebo membránovou trubkovou stěnou. Potrubím 3 se do spalovací komory 1 pod tlakem přivádí vysušený vzduch, předehřátý na teplotu 70 až 300 °C, výhodně v nadbytku oproti stechiometrii v množství 1 až 40 %, a potrubím 4 se do spalovací komory £ pod tlakem přivádí kapalný, žlutý fosfor, v obou případech spodní kruhovou deskou, která vytváří dno a ve které je umístěn jeden hořák nebo je v ní umístěno několik axiálně symetricky uspořádaných hořáků (na obrázku nejsou zakresleny).

Tlak ve spalovací komoře £ činí 0,08 až 1,0 MPa. Hořák či hořáky jsou vybaveny bud tryskami pro přívod jedné látky, kterými vstupuje do spalovací komory kapalný fosfor o tlaku 0,5 až 5,0 MPa nebo tryskami pro přívod dvou látek, tj. jednak pro kapalný fosfor a jednak pro rozprašovaný vzduch, přičemž rozprašovaný vzduch vstupuje do spalovací komory pod tlakem 0,2 až 0,6 MPa. Spalovací komora může pracovat se zatížením výhřevné plochy 50 až 150 KW/m² a se zatížením vyhřívaného objemu 300 až 600 KW/m\

Chladicí voda se v okruhu z odlučovače páry 5 potrubím 6, stěnou 2 a odváděcím potrubím 7 znovu vrací do odlučovače páry 5, přičemž její teplota vzroste

CS 274 406 B2 na 100 až 370 °C při tlaku 0,1 až 22,0 MPa. Vodní pára (sytá pára), nově vznikající při každém průchodu, se odvádí potrubím 8, které prochází horní oblastí spalovací komory χ, a přitom se za konstantního tlaku zahřívá na teplotu 400 až 600 °C. Tato přehřátá vodní pára se může poté využít k pohonu turbin pro výrobu elektrického proudu.

V míře, v jaké se potrubím 8 odebírá přehřátá vodní pára, se pomocí čerpadla přivádí do odlučovače páry 2 potrubím 9 demineralizovaná čerstvá voda o teplotě 50 až 200 °C z cirkulační nádoby 10. Přitom proudí čerstvá voda odplyňovací nádobou 11, ve ktere dochází k odplynovam přiváděním syté páry. Čerstvá voda vstupující do odlučovače páry 5 -Ιθ tudíž také zbavena plynu.

Plynný produkt, který obsahuje oxid fosforečný, kyslík a dusík, opouští spalovací komoru χ potrubím 12 o teplotě 500 až 1000 °C a zahřívá ve výměníku tepla 13 vysušený vzduch proudící do spalovací komory potrubím χ na teplotu 70 až 300 °C. Poté odevzdává plynný produkt ve výměníku tepla 14 další teplo do zvláštního okruhu chladicí vody 15. který je spojen s cirkulační nádobou 10. Tímto způsobem se předehřívá čerstvá voda přiváděná potrubím 9 na provozní teplotu potřebnou v okruhu spalovací komory (5, 6, 2, χ).

Plynné produkty dospívají konečně o teplotě 300 až 800 °C do věže na kyselinu 16, kde se prudce ochladí kyselinou fosforečnou z potrubí 17« Zbytkové plyny, sestávající v podstatě z dusíku a kyslíku se odvádějí potrubím 18. Vzniklá, výše koncentrovaná kyselina fosforečná opouští věž na kyselinu 16 potrubím 19 a ve výměníku tepla 20 se nepřímo ochlazuje čerstvou vodou přiváděnou potrubím χ. Takto předehřátá čerstvá voda přichází do cirkulační nádoby 10, zatímco výše koncentrovaná kyselina fosforečná se popřípadě v chladiči 21 může ještě dále ochladit, dříve než se dílem potrubím 22 odebírá jako produkt, a dílem se po zředění vodou znovu vrací do okruhu potrubím 17 do horní části věže na kyselinu 16.

Je také možné cirkulační nádobu 10 ušetřit a čerstvou vodu z potrubí 9. po předehřátí ve výměníku tepla 20 přímo zavádět do výměníku tepla 14 a potom do odplyňovací nádoby 11.

Postup podle vynálezu je blíže ilustrován následujícím příkladem, který však rozsah vynálezu v žádném směru neomezuje.

Příklad

Ve válcové spalovací komoře χ z nerezavějící oceli a s délkovým poměrem výšky ku průměru 4 : 1 se každou hodinu spaluje 210 g elementárního, kapalného, žlutého fosforu (teplota 75 °C) pomocí vysušeného a předehřátého rozprašovaného vzduchu o tlaku 0,5 MPa.

V desce vytvářející dno spalovací komory χ je symetricky umístěn jediný hořák směřující směrem nahoru. Tento hořák je vytvořen jako hořák s tryskou pro přívod dvou složek, tj. fosforu a rozprašovaného vzduchu. Vysušený rozprašovaný vzduch se předehřívá ve výměníku tepla 13, který je vestavěn v potrubí 12 pro odvod plynných produktů, na teplotu 105 °C. Nadbytek vzduchu oproti steohiometrii činí 20 %. Ve spalovací komoře χ panuje tlak 0,15 MPa.

Reakční teplo, které se uvolňuje při spalování fosforu v množství 4 GJ/h se z 65 % přenáší do demineralizované a plynu zbavené chladicí vody, která cirkuluje v trubkové stěně 2 spalovací komory χ jako teplonosné médium (obsah chloridů = = 0,05 mg/litr; obsah kyslíku 0,04 mg/litr; hodnota pH = 9). Přitom doohází k částečnému odpařování vody.

CS 274 406 B2

Směs vody a páry stoupá trubkovou stěnou 2 přes sběrnou trubku a potrubí do odlučovače páry 5, ve kterém dochází k oddělování páry a kapaliny.

Vyrobená sytá pára se odebírá v množství 1,4 t/h potrubím 8 a zahřívá se horkým plynným produktem obsahujícím oxid fosforečný o teplotě 850 °C na teplotu 450 ^0|Tlak páry se udržuje na 8,0 MPa.

Kapalná fáze v odlučovači páry 5 o teplotě 295 °C se vedením 6 znovu vrací do trubkové stěny 2. Tíra je okruh oběhu vody, cirkulující v důsledku rozdílů specifických hmotností v okruhu, uzavřen.

Regulace hladiny spolu s čerpadlem instalovaným v potrubí 9 zajiěíuje aby v chladicím systému bylo vždy dostatečné množství vody. Přidávání čerstvé vody v množství odpovídajícím množství odpařené vody, tj. 1,4 t/h, se provádí z cirkulační nádoby 10.

Demineralizovaná čerstvá voda (1,4 t/h) se ve výměníku tepla 20 předehřívá na teplotu 60 °C. Oběhové čerpadlo v okruhu chladicí vody 15 zásobuje stále čertsvou vodou z cirkulační nádoby 10 druhý výměník tepla- 14 umístěný v potrubí 12 pro odvádění plynného produktu. V tomto výměníku tepla 14 se voda dále zahřívá až na teplotu 75 °C.

Okruh chladicí vody (10, 15. 14) obsahuje objem 2,5 t vody. V odplyňovací nádobě 11 dochází k odplyňování vody, které se uskutečňuje zaváděním syté páry, čímž se současně zvýší teplota chladicí vody na 102 °C při tlaku 0,101 MPa.

Plynné produkty obsahující oxid fosforečný opouštění spalovací komoru 1_ o teplotě 850 °C. V potrubí 12 pro odvádění plynných produktů se ochlazují tyto produkty po ochlazení pomocí parního potrubí 8, ve výměnících tepla 13 a 1£ před vstupem do věže na kyselinu 16 na teplotu 350 °C, čímž se ziská nazpět asi 20 % reakčniho tepla.

Konverze žlutého fosforu je kvantitativní, takže do věže na kyselinu 16 přichází 1025 m^/h plynného produktu v normálním stavu s obsahem 7,4 % objemových oxidu fosforečného. Zde se oxid fosforečný absorbuje ve vodě a v cirkulující kyselině fosforečné o koncentraci 87 % hmotnostních kyseliny fosforečné při teplotě 75 °C kvantitativně na 89 % (% hmotnostní) kyselinu fosforečnou.

Kyselina fosforečná o koncentraci 89 % hmotnostních odcházející při teplotě 85 °C z věže na kyselinu 16 odevzdává ve výměníku tepla 20 své teplo Čerstvé vodě učené pro okruh chladicí vody spalovací komory _1_, čímž se opět získá asi 8 % reakčního tepla.

Z okruhu kyseliny se odebírá 740 kg/h kyseliny fosforečné o koncentraci 89 % hmotnostních kyseliny fosforečné a o teplotě 75 °C potruhím 22 přes chladič 21 ochlazovaný chladicí vodou. Proto se musí potrubím 17 nově přivádět do okruhu 260 kg/h vody.

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims

1. Způsob výroby oxidu fosforečného a popřípadě kyseliny fosforečné spalováním elementárního fosforu s vysušeným vzduchem ve spalovací komoře z oceli za využití reakčniho tepla k získání energie, přičemž stěna spalovací komory je vytvořena chla dicím systémem obsahujícím duté prostory a v chladicím systému cirkuluje voda jako teplonosné médium k odvádění reakčniho tepla popřípadě směs vody a páry za zahřívání na zvýšené teploty při výhodně zvýšeném tlaku, přičemž se vodní pára vznikající :CS 274 406 B2 v chladicím systému kontinuálně odvádí, nahrazuje se ekvivalentním množstvím demineralizované čerstvé vody a horký oxid fosforečný odcházející ze spalovací komory ve formě par se kondenzuje nebo se za přídavku vody nebo kyseliny fosforečné dále zpracovává na kyselinu fosforečnou vyšší koncentrace, vyznačující se tím, že odváděná vodní pára uvnitř odváděcího parního potrubí se nechá procházet horní oblastí spalovací komory nebo oblastí odvádění plynného produktu obsahujícího oxid fosforečný, tam se při konstantním tlaku zahřívá na teploty 400 až 600 °C a teDrve potom se přivádí k využití jako přehřává vodní pára.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že plynný produkt, obsahující oxid fosforečný, opouštějící spalovací komoru o teplotě 500 až 1000 °C předehřívá ve výměníku tepla vysušený vzduch určený ke spalování fosforu na teplotu 70 až 300 °C.

3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plynný produkt obsahující oxid fosforečný, opouštějící spalovací komoru o teplotě 500 až 1000 °C předehřívá ve výměníku tepla chladicí vodu proudící v okruhu ve stěně spalovací komory mimo tento okruh chladicí vody na teplotu 50 až 200 °C

4. Způsob podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačující se tím, že horká, výše koncentrovaná kyselina fosforečná, vzniklá prudkým ochlazením plynného produktu obsahujícího oxid fosforečný kyselinou fosforečnou, předehřívá ve výměníku tepla demineralizovanou čerstvou vodu, určenou pro chladicí okruh ve stěně spalovací komory, na teplotu 40 až 80 °C.

5. Způsob podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačující se tím, že spalování fosforu se provádí při tlacích 0,08 až 1,0 MPa.

6. Způsob podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačující se tím, že voda, jako teplo.nosné médium k odvádění reakčního tepla popřípadě směs vody a páry cirkuluje za zahřívání na teplotu 100 až 370 °C při tlacích 0,1 až 22,0 MPa.

7. Způsob podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačující se tím, že kapalinou, vhodnou jako teplonosné médium a k výrobě páry, je demineralizovaná, plynu zbavená voda s obsahem kyslíku 0,01 až 0,1 mg/litr a s obsahem chloridů 0,01 až 0,5 mg/litr.

8. Způsob podle jednoho z předcházejících bodů, vyznačující se tím, že použije chladicí systém s trubkovou stěnou se svislými na sebe navařenými trubkami, s trubkovou stěnou, s podélnými žebry nebo s membránovou trubkovou stěnou.

1 výkres