DE1918469C3 - Verfahren zur Herstellung von Polyphosphorsäuren durch Verbrennen von Phosphor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyphosphorsäuren durch Verbrennung von Phosphor mit überschüssiger strömender Luft zu Phosphorpentoxid und dessen Absorption aus den abgekühlten Verbrennungsgasen mittels 100 bis 170°C heißen Polyphosphorsäuren. Die hergestellten Polyphosphorsäuren finden bei der Herstellung von technischen Salzen und Düngemitteln sowie bei organischen und anorganischen Synthesen Verwendung.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäuren durch Verbrennen von Phosphor in einem Luftstrom unter Gewinnung von Gasen bekannt, welche 2,8 bis 4,8 Volumprozent (354 bis 611 g/Nm³) Phosphorsäureanhydrid enthalten, das anschließend nydratisiert wird, wonach das Endprodukt abgetrennt und gesammelt wird (Urheberschein der UdSSR Nr. 1 99 114).

Bei dem bekannten Verfahren muß mit getrockneter Luft gearbeitet we^rden, die Intensität der Verbrennung des Phosphors ist niedrig, und der anzuwendende Überschuß an Luft gegenüber der theoretisch erforderlichen Menge ist mit bis zu 140% relativ groß.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung von Polyphosphorsäuren durch Verbrennung von Phosphor in einem Luftstrom sieht eine anschließende Abkühlung des Reaktionsgases auf eine Temperatur von 370 bis 760⁰C und die Zuführung des abgekühlten Gases in eine Hydratationszone vor, in die Wasser, verdünnte Orthophosphorsäure mit einer Konzentration an P2O5 von 70% bei einer Temperatur von 66 bis 121°C und Polyphosphorsäure mit einer Konzentration an P2O5 von 72 bis 80% bei einer Temperatur von 93 bis 149°C eingespritzt werden. In der Hydratationszone tritt die Reaktion der Oxydationsprodukte des Phosphors und der Wasserdämpfe unter Bildung von Phosphorsäure ein, welche durch die vorher zugeführten zirkulierenden Säuren absorbiert werden. Die erhaltenen Ortho- und Polyphosphorsäuren werden aus dem System in Form von Fertigprodukten herausgeleitet (USA.-Patentschrift 30 15 540).

Bei diesem bekannten Verfahren ist es unmöglich, das gesamte Fertigprodukt in Form von Polyphosphorsäuren zu erhalten; außerdem ist die Grenzkonzentration dieser Säuren relativ niedrig.

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäuren höherer Konzentration durch Verbrennen von elementarem Phosphor mit Luft und/oder sauerstoffhaltigen Gasen und anschließender zweistufiger Absorption des gebildeten P2O5 in Phosphorsäuren bekannt (deutsche Auslegeschrift 11 59 403), bei dem zunächst in einer ersten Zone die Hauptmenge der bei der Verbrennungsreaktion frei werdenden Wärme unter gleichzeitiger Absorption eines Teiles des gebildeten P2O5 abgeführt wird, indem durch diese Zone durch ein geeignetes Kühlsystem gekühlte Phosphorsäure in einen Kreislauf 1 geführt wird und anschließend in einer zweiten Zone der Restteil des P2O-, unter gleichzeitiger Abführung der restlichen Reaktionswärme in einer durch die zweite Zone und durch ein geeignetes Kühlsystem in einem Kreislauf Il geführten Polyphosphorsäure, die gegenüber der im Kreislauf 1 verwendeten Säure eine höhere Konzentration an P>0₅ aufweist, absorbiert wird. Im Kreislauf I werden etwa 60% des erzeugten P2O5 absorbiert. Im Kreislauf Il weist die verwendete Phosphorsäure einen Gehalt von mehr als etwa 77,5 Gewichtsprozent an P2O5 auf. Dieser Gehalt an P2O5 kann auch etwa 84 Gewiehtsprozem betragen. Die Temperatur der Säure in den Kreislaufen I und II beträgt weniger als etwa I8O^CC und liegt bevorzugt unter etwa 140°C.

Das bekannte Verfahren sieht keine besondere Abkühlung der Verbrennungsgase auf eine bestimmte Temperatur vor. Die Verbrennung wird in einem Turm vorgenommen, in welchem bereits mit der Absorption des gebildeten gasförmigen Phosphorpentoxides begonnen wird (Kreislauf I). Wenn überhaupt ein Überschuß an Verbrennungsluft zur Abwendung gelangt, so erfolgt dies nicht in bestimmten Überschußmengen, sondern zu dem Zweck, die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase im Turm zu erhöhen mit dem Ziel, den Absorptionskoeffizienten in diesem Turm zu beeinflussen. Bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten der zuzuführenden Verbrennungsluft sind nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine höhere Intensität der Verbrennung des Phosphors bei einer niedrigeren Luftüberschußmenge herbeizuführen, das gesamte Fertigprodukt in Form von Polyphosphorsäuren zu erhalten und deren Konzentration zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Verbrennungsluft in Mengen von 101 bis 110%, bezogen auf die für die Verbrennung theoretisch erforderliche Menge, mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 120 m/Sek. in die Verbrennungskammer einführt und

b) die auf eine Temperatur von 850 bis 1000⁰C abgekühlten Verbrennungsgase mit 84 bis 89% P2O5 enthaltenden Polyphosphorsäuren behandelt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das angestrebte Ziel durch Regulierung der Zufuhrgeschwindigkeit der Luft, die zur Verbrennung des Phosphors gelangt, durch Änderung der Temperaturbedingungen bei der Abkühlung und der Konzentrationen der zirkulierenden Säuren erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt: In einer Kammer wird Phosphor in einem Strom von Luft, die mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 120 m/Sek. zugeführt wird, verbrannt. Der Luftüberschuß liegt im angegebenen Bereich von 101 bis 110% der theoretisch erforderlichen Luftmenge. Das Volumen

der Kammer ist derart gewählt, daß die spezifische Leistung 400 bis 3000 kg Phosphor je Kubikmeter und Stunde beträgt.

Die bei der Verbrennung von Phosphor entstehenden Gase werden auf eine Temperatur von 850 bis 1000⁰C abgekühlt und in einen Absorptionsturm eingeführt, der durch vorher auf eine Temperatur von 100 bis 170⁰C abgekühlte, zirkulierende Polyphosphorsäuren einer Konzentration von 84 bis 89% P2O5 berieselt wird. Die aus dem Absorptionsturm austretenden Gase werden einer Reinigung in einem Elektrofilter unterzogen. Aus dem Elektrofilter wird die Säure mit einer Konzentration von 70 bis 72% P2O5 herausgeleitet, die mit der zirkulierenden Polyphosphorsäure gemischt wird. Das Fertigprodukt mit einer Konzentration im Bereich von 84 bis 89% P2G5 wird aus dem System herausgeleitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Verbrennung von Phosphor im Strom von nichtgetrockneter Luft mit unbedeutendem Luftüberschuß und mit einer hohen spezifischen Leistung von 400 bis 3000 kg Phosphor je Kubikmeter und Stunde durchzuführen (bei dem bekannten Verfahren werden bestenfalls 340 kg Phosphor je Kubikmeter und Stunde durchgesetzt).

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es ferner, den Umfang der Apparatur zu verringern und das gesamte Fertigprodukt in Form von Polyphosphorsäuren mit hohen Konzentrationen zu erhalten.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele erläutert.

Beispiel 1

Einer Verbrennungskammer von 0,1 m^ Rauminhalt werden 100 kg/h Phosphor und 450 NmVh Luft (λ = 104%) mit einer Geschwindigkeit von 70 m/Sek. zugeführt.

Die bei der Verbrennung des Phosphors entstehenden Gase, die Phosphorsäureanhydrid enthalten, werden auf eine Temperatur von 950°C abgekühlt und in einen Turm eingeführt, der durch zirkulierende Polyphosphorsäure berieselt wird, die eine Temperatur von 140°C und eine Konzentration von 85% P2O5 aufweist.

Der Absorptionsgrad des Phosphorsäureanhydrids beträgt 87%. Dann werden die Gase einem Elektrofilter zugeführt. Die aus dem Elektrofilter ausfließende Säure mit einer Konzentration von 72% P2O5 wird mit der Polyphosphorsäure gemischt, die zur Berieselung dem Absorptionsturm zugeführt wird. Das Fertigprodukt enthält 85% P2O5.

Beispiel 2

In eine Kammer mit einem Rauminhalt von 0,05 m³ werden 150 kg/h Phosphor und 675 NmVh Luft eingeführt mit einer Luftgeschwind/gkeit von JOOm/ Sek. Unter diesen Bedingungen vollzieht sich die Verbrennung des Phosphors bei einem Luftverbrauchskoeffizienten von 1,04 (α = 104%) und einer spezifischen Leistung von 3000 kg/mVh. Die aus der Verbrennungskammer heraustretenden Gase werden bis auf Temperaturen von 890⁰C abgekühlt, wonach die genannten Gase zur Absorption in den Turm geleitet werden, der mit zirkulierender Säure berieselt wird, die 88% P2O5 enthält, und zwar bei einer Temperatur von 140⁰C, wobei die Geschwindigkeit des Gases sich auf 1,1 m/Sek. einstellt, der Zirkulationsfaktor der Säure 64 beträgt und die mittlere Absorptionsstufe im Turm bei 93% liegt. Die Restmenge des Produktes wird in einem Elektrofilter abgeschieden. Die Konzentration von Phosphorsäureanhydrid in den Abgasen liegt unter 10mgP2O5/m³.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Polyphosphorsäuren durch Verbreni.ung von Phosphor mit Oberschüssiger strömender Luft zu Phosphorpentoxid und dessen Absorption aus den abgekühlten Verbrennungsgasen mittels 100 bis 170°C heißen Polyphosphorsäuren, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) die Verbrennungsluft in Mengen von 101 bis 110%, bezogen auf die zur Verbrennung theoretisch notwendige Menge, mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 120 m/Sek. in die Verbrennungskammer einführt und

   b) die auf eine Temperatur von 850 bis 1000⁰C abgekühlten Verbrennungsgase mit 84 bis 89% P2O5 enthaltenden Polyphosphorsäuren behandelt.