JP2021519254A - リンを含む残留溶液を再利用する方法及びこの方法のための装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、望ましくない揮発性材料を含む残留溶液に含まれるリン酸を精製するための方法及び装置に関する。残留溶液は、濃縮リン酸の溶液と混合され、望ましくない揮発性材料から精製されたリン酸の燃焼溶液P3を形成するために、燃焼室の火炎に噴霧される。燃焼室から生じる燃焼ガスは、P2O5の温度と濃度を高め、これにより濃縮リン酸の溶液を形成するために、ガス−酸接触器で供給溶液と接触させられる。この溶液の一部は、流量Qpで燃焼室に送られる。溶液の残りは、流量Q2でガス/酸接触器に再導入されるために、再生ループに運ばれる。流量の比、Qp/(Qp+Q2)は、所定の値に制御される。【選択図】図2
Description
本発明は、例えば、工業又は農工業プロセスから誘導され、オルトリン酸及び/又はポリリン酸などの種の形態のリンを含む残留リン酸溶液を精製するためのプロセス及び装置、並びにまた、その後の使用が困難になるか、又は更には不可能になる望ましくない揮発性材料に関する。本発明のプロセスは、特に効率的であり、望ましくない揮発性材料の残留リン酸溶液を精製することを可能にし、適切な場合、精製されたリン酸又はポリリン酸溶液の生成に必要なエネルギー消費を制限すると同時に、高濃度でリン酸溶液を生成することを可能にする。本発明は、プロセスによって生成される燃焼ガスが大気中に放出される前に、これらの燃焼ガスのより良い管理を可能にする。
多くの工業プロセス又は農工業プロセスは、リンを含む残留水溶液を生成する。これらの溶液は、これらの同じ産業で前処理を行わないと使用できないため、「残留」と呼ばれる。これらの溶液のリンは、これらの溶液のP2O5含有量により、オルトリン酸又はポリリン酸などの種の形態で存在する場合がある。フッ素、硫黄、炭素等などの溶解した望ましくない揮発性材料がこれらの溶液に存在するため、これらの残留溶液は、一般的に、精製されたリン酸又はポリリン酸(=PPA)の溶液などの付加価値の高い材料の製造プロセスで、或いはリン酸塩の製造で再利用することができない。この理由のため、これらの揮発性材料を、以下では「望ましくない揮発性材料」と呼ぶ。現在、これらの高い可能性のある(high−potential)残留溶液は、非常に価値が低く、汚染力の高い単純な廃棄物として扱われている。
ポリリン酸(=PPA)は、特にリン酸から生成されることができる粘性液体である。PPAの一般式は、HO[P(OH)(O)O]]nHであり、n>1である。n=2の場合、PPAは、一般的にピロリン酸として知られており、n=3の場合、トリポリリン酸として知られている。n>3の場合、nの値に関係なく、これは単にポリリン酸として知られている。PPAは、式(1)に従って、オルトリン酸、H3PO4の脱水と重縮合によって生成されることができる。こうしてポリリン酸水溶液が得られ、この場合、分子種の分布は、とりわけ、重縮合温度、Tpcに依存する。
ポリリン酸は、通常、直鎖の形態である。しかしながら、メタリン酸などの環状形態又は分岐形態も存在し得る。図1に例示されているように、重縮合温度は、液体状態で平衡状態にあるP2O5単位としての当量のリン酸の濃度を決定し(図1(a))、後者の酸は、分子種の分布(即ち、異なる値nの様々な形におけるリン酸の分布)を決定する(図1(c))。従って、P2O5単位の当量濃度が約61%未満のリン酸水溶液は、ほぼ独占的にH3PO4分子から構成される。P2O5単位の当量濃度が増加する場合、これは、溶液がより多くの重合した分子を含むことを示し、nの値は、図1(c)に示されるようにP2O5当量の濃度と共に増加する。
リン酸からポリリン酸への溶液の脱水及び重縮合には、熱エネルギーの入力を必要とする水分子の蒸発が必要である。欧州特許第2411325B1号明細書は、ポリリン酸を製造するための特定のいくつかの既知のプロセスを総括しており、優れたエネルギー効率の恩恵と環境への影響の大幅な制限を可能にする総括されたプロセスに関連する新規の湿潤経路プロセスを記載している。前述の特許は、ポリリン酸を製造するための非常に過酷な操作条件に耐え、メンテナンス費用を制限し、装置の耐久性を確立し、最終的に製造プロセス中に汚染することなく高品質のポリリン酸の製造を保証することを可能にする装置を記載している。
付加価値の高い材料、例えば、精製されたリン酸又はポリリン酸を、価値の低い残留溶液から製造することは有利であろう。しかしながら、欧州特許第2411325B1号明細書に記載されているような精製されたリン酸又はPPAを製造するプロセスでのこのような残留溶液の使用は、このような溶液中の望ましくない揮発性化合物の存在のために不可能である。
特開2000−178014号公報は、リン分子を含む回収溶液が900〜1000℃の温度で焼却される、回収溶液からリン酸を回収するプロセスを記載している。リン分子を含む燃焼ガスは、冷却器で冷却され、リン分子は、リン酸の形態で回収される。
本発明は、一般的に工業プロセスから誘導され、現在まで廃棄物として単に処理されてきたリンを含む残留溶液から精製されたリン酸又はPPAを製造するための、特開2000−178014号公報に記載されているプロセスよりも効率的なプロセスを提案している。本発明及びその利点は、以下のセクションでより詳細に説明される。
本発明は、添付の独立請求項で説明される。好ましい変形形態は、従属請求項で定義されている。特に、本発明は、以下の工程:
(a)水性であり、好ましくは、0〜54%当量のP2O5単位の質量濃度、xp0のオルトリン酸などの種の形態のリン分子を含む供給溶液P0の供給流F0をガス−酸接触器に導入する工程と、
(b)ガス−酸接触器に、再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2を導入する工程と、
(c)ガス−酸接触器に燃焼ガスG1を導入する工程と、
(d)供給流F0及び再循環流F2と燃焼ガスG1とを接触させて、ガス−酸接触器で、一方で、
・P2O5含有量がxp0よりも大きい(xp1>xp0)、質量濃度、xp1を含む濃縮リン酸溶液P1を形成し、他方で、
・接触した燃焼ガスG3を形成する工程と、
(e)接触した燃焼ガスG3を濃縮リン酸溶液P1から分離し、次いで、
・接触した燃焼ガスG3をガス−酸接触器から排出し、
・濃縮リン酸溶液P1をガス−酸接触器(1)から除去する工程と、
(f)前述の濃縮リン酸溶液P1から、一方で、
・再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2を形成して、工程(b)で定義されるようにガス−酸接触器に導入し、他方で、
・濃縮リン酸溶液P1の噴霧流Fpを形成して、燃焼室に導入する工程と、
(g)燃焼室の上部で燃焼している火炎を通して、質量濃度、xpmのリンと、望ましくない揮発性材料とを含む混合溶液Pmの混合流Fmを噴霧する工程であって、混合流は、一方で、
・濃縮リン酸溶液P1、任意で、他方で、
・少なくとも1%のP2O5の質量濃度、xprを含む残留水溶液Prの残留流Frによって形成され、
・水を蒸発させ、こうして混合溶液Pmを濃縮し、
・任意で酸化し、いずれの場合も望ましくない揮発性不純物を蒸発させ、
・燃焼ガスG1を形成し、
− 混合溶液Pmの濃度よりも高いP2O5の質量濃度、xp3、及び
− 混合溶液Pmの濃度よりも低い揮発性不純物の含有量
を有する燃焼溶液P3を形成する工程と、
(h)燃焼溶液P3を燃焼ガスG1から分離し、
・燃焼溶液P3を回収し、
・工程(c)で定義されるように燃焼ガスG1をガス−酸接触器(1)に移送する工程と、
を含む、リン分子と、望ましくない揮発性材料とを含む残留水溶液を精製するためのプロセスに関する。
(a)水性であり、好ましくは、0〜54%当量のP2O5単位の質量濃度、xp0のオルトリン酸などの種の形態のリン分子を含む供給溶液P0の供給流F0をガス−酸接触器に導入する工程と、
(b)ガス−酸接触器に、再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2を導入する工程と、
(c)ガス−酸接触器に燃焼ガスG1を導入する工程と、
(d)供給流F0及び再循環流F2と燃焼ガスG1とを接触させて、ガス−酸接触器で、一方で、
・P2O5含有量がxp0よりも大きい(xp1>xp0)、質量濃度、xp1を含む濃縮リン酸溶液P1を形成し、他方で、
・接触した燃焼ガスG3を形成する工程と、
(e)接触した燃焼ガスG3を濃縮リン酸溶液P1から分離し、次いで、
・接触した燃焼ガスG3をガス−酸接触器から排出し、
・濃縮リン酸溶液P1をガス−酸接触器(1)から除去する工程と、
(f)前述の濃縮リン酸溶液P1から、一方で、
・再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2を形成して、工程(b)で定義されるようにガス−酸接触器に導入し、他方で、
・濃縮リン酸溶液P1の噴霧流Fpを形成して、燃焼室に導入する工程と、
(g)燃焼室の上部で燃焼している火炎を通して、質量濃度、xpmのリンと、望ましくない揮発性材料とを含む混合溶液Pmの混合流Fmを噴霧する工程であって、混合流は、一方で、
・濃縮リン酸溶液P1、任意で、他方で、
・少なくとも1%のP2O5の質量濃度、xprを含む残留水溶液Prの残留流Frによって形成され、
・水を蒸発させ、こうして混合溶液Pmを濃縮し、
・任意で酸化し、いずれの場合も望ましくない揮発性不純物を蒸発させ、
・燃焼ガスG1を形成し、
− 混合溶液Pmの濃度よりも高いP2O5の質量濃度、xp3、及び
− 混合溶液Pmの濃度よりも低い揮発性不純物の含有量
を有する燃焼溶液P3を形成する工程と、
(h)燃焼溶液P3を燃焼ガスG1から分離し、
・燃焼溶液P3を回収し、
・工程(c)で定義されるように燃焼ガスG1をガス−酸接触器(1)に移送する工程と、
を含む、リン分子と、望ましくない揮発性材料とを含む残留水溶液を精製するためのプロセスに関する。
供給溶液F0は、0.1%〜50%、好ましくは1%〜35%、好ましくは5%〜20%のP2O5の濃度xp0を含み得る。特定の場合ではまた、供給溶液は、望ましくない揮発性材料を含み得るが、これは、以下に説明するように、特に望ましくない揮発性材料を含む残留溶液Prが燃焼室に加えられる場合、必須ではない。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される接触器内の供給溶液F0の流量Q0は、好ましくは100〜3000kg/(h MW)、好ましくは500〜2500kg/(h MW)である。
濃縮リン酸溶液P1は、再循環した濃縮リン酸溶液P2と同一であり、好ましくは1%以上、好ましくは60%未満、より好ましくは5%〜50%、優先的には10%〜40%のP2O5であるリンの濃度xp1を含む。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される接触器の外側の溶液P1の総流量Q1=(Qp+O2)は、好ましくは600〜123000kg/(h MW)、好ましくは1000〜50000kg/(h MW)である。噴霧流Fpの質量流量Qpと総質量流量(Qp+Q2)との間の比Qp/(Qp+Q2)は、好ましくは50%未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2.5%未満であり、比Qp/(Qp+Q2)は、0.1%超、好ましくは0.5%超である。
残留溶液Prは、2%以上、好ましくは少なくとも5%、より好ましくは少なくとも10%、好ましくは少なくとも20%のP2O5のリン濃度xprを含み得る。残留溶液Prは、溶液の総重量に対して、少なくとも5ppm、好ましくは少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppm、好ましくは少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%、より好ましくは少なくとも25重量%の望ましくない揮発性材料の濃度xpvを含む。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される燃焼室内の残留溶液Prの流量Qrは、好ましくは非ゼロであり、好ましくは5〜1500kg/(h MW)、好ましくは400〜1000kg/(h MW)である。燃焼室内の残留溶液Prの流量Qrがゼロである場合、供給溶液P0は、溶液の総重量に対して、例えば、少なくとも5ppm、好ましくは少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppm、好ましくは少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%、より好ましくは少なくとも25重量%の望ましくない揮発性材料の非ゼロ濃度xpvを含む必要がある。
比Qr/(Qr+Q0)は、0〜99%、好ましくは5%〜90%、より好ましくは10%〜80%、又は15%〜45%であり得る。混合流Fmは、好ましくは1%P2O5(xpm>1%P2O5)を超えるリン濃度xpmを含み得、残留溶液Pr及び/又は供給溶液P0に由来する望ましくない揮発性材料を含む。本文書において、流量Q0、Qp及びQrは、それぞれ、供給P0、濃縮リン酸P1及び残留Prの溶液の質量流量である。
混合溶液Pmは、2%超、好ましくは5%超、より好ましくは20%超、より好ましくは30%超、好ましくは40%超、より好ましくは45%〜60%のP2O5の濃度xpmを含み得る。混合溶液Pmは、溶液の総重量に対して、好ましくは少なくとも5ppm、好ましくは少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppm、好ましくは少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%、より好ましくは少なくとも25重量%の望ましくない揮発性材料の濃度xpvを含み得る。燃焼室の公称出力単位[MW−1]として表される燃焼室内の混合溶液Pmの流量Qmは、好ましくは305〜3000kg/(h MW)、好ましくは200〜2000kg/(h MW)である。
燃焼溶液P3は、1%当量超、好ましくは10%当量超、好ましくは25%当量超、特に好ましくは40%当量超、又は好ましくは30%〜76%当量のP2O5単位のリン濃度xp3を含み得る。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される燃焼室の外側の燃焼溶液P3の流量Q3は、好ましくは240〜1500kg/(h MW)、好ましくは600〜3000kg/(h MW)である。
供給流F0及び再循環流F2は、これらがガス−酸接触器に導入される前に混合されて、供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成することができる、又はガス−酸接触器に別々に導入された後に接触されて、供給溶液F0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成することができる。
残留溶液Prの残留流量Qrは非ゼロであることが好ましい。次いで、残留流Frと噴霧流Fpは、混合され、燃焼室内の火炎に噴霧する前に混合流Fmを形成することができる、或いは燃焼室内に別々に噴霧され、火炎内で又は火炎に達する直前に混合流Fmを形成することができる。残留溶液Pr、及び任意で、供給溶液P0、従って噴霧溶液Ppは、望ましくない揮発性材料を含む。また、例えば、流量Qr=0の場合、噴霧溶液Ppのみが望ましくない揮発性材料を含むことが可能である。しかしながら、残留流量Qrが非ゼロであることが好ましい。
工程(d)における供給流F0及び再循環流F2と、燃焼ガスG1との間の接触は、ガス−酸接触器の上部から下部に流れることにより並流又は向流、好ましくは並流で行われ得る。接触工程(d)の間、ガス−酸接触器に導入された燃焼ガスG1の質量流量Qg1と、ガス−酸接触器に導入された接触供給流F0及び再循環供給流F2の総質量流量(Q0+Q2)との間の比(Qg1/(Q0+Q2))は、好ましくは0.1%〜50%、好ましくは0.5%〜10%、より好ましくは1%〜7%である。
本発明はまた、
(A)
・ある流量で濃縮リン酸溶液P1を噴霧形態で燃焼ユニットに導入するための燃焼室の噴霧注入口と、
・残留溶液Pr又は残留溶液Prと濃縮リン酸溶液P1の混合物を噴霧形態で燃焼ユニットに導入するための燃焼室の、又は噴霧注入口の上流の残留物注入口と、
・燃焼室の上部に配置され、可燃性材料の燃焼により少なくとも1500℃の温度を有する火炎を形成することができる燃焼ユニットであって、
〇 バーナーと、
〇 バーナーと、一方で、酸素源と、他方で、火炎を供給するための可燃性源との間の流体接続と
を含む燃焼ユニットと、
・液相の燃焼溶液P3を回収するための燃焼室の燃焼排出口であって、それ自体が噴霧及び残留物注入口の下流に配置されている燃焼ユニットの下流に配置されている燃焼排出口と、
・火炎から得られた燃焼ガスG1の排出口と、
を有する燃焼室と、
(B)
・接触供給流量Q0で供給溶液F0を導入するための、供給溶液F0の供給源に接続された供給注入口と、
・流量Qg1でガス−酸接触器に燃焼ガスG1を導入するための燃焼ガス注入口と、
・再循環流量Q2で再循環した濃縮リン酸溶液P2を導入するための、接触供給注入口と同一又は異なる再循環注入口と、
・一方で、
〇 供給流F0と再循環流F2の間の接触を可能にするように配置されており、供給溶液F0と再循環した濃縮リン酸溶液P2との混合物の流れを形成し、他方で、
〇 こうして形成された混合物と燃焼ガスG1との接触を可能にするように配置されている、
供給及び/又は再循環注入口並びにガス注入口と、
・1つ以上の濃縮リン酸排出口と、を有するガス−酸接触器と、
(C)燃焼室の燃焼ガス排出口に結合された端部をガス−酸接触器の燃焼ガス注入口に結合された端部に接続する燃焼ガス流体接続と、
(D)
・ガス−酸接触器の濃縮リン酸排出口に、又は
・濃縮リン酸排出口に結合された第1の流体接続を備えた分岐点に
結合された上流端部(3u)を、燃焼室の濃縮リン酸注入口に結合された下流端部に接続する第1の噴霧流体接続と、
を含む、先行する請求項のいずれか一項に記載のプロセスに従って、精製されたリン酸(P3)を製造するための装置に関し、
また、この装置は、
(E)
・ガス−酸接触器の再循環した濃縮リン酸排出口(1pd)に、又は
・第1の流体接続を備えた分岐点に
結合された上流端部を、
・ガス−酸接触器の再循環注入口に、又は
・ガス−酸接触器に供給溶液F0を供給する供給接続に
結合された下流端部に接続する再循環流体接続と、
(F)50%未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2.5%未満の値で、噴霧流体接続(3p)において流れる噴霧質量流量Qpと、噴霧質量流量Qpと再循環流体接続において流れる再循環質量流量Q2の合計として定義される総質量流量(Qp+Q2)との間の比、Qp/(Qp+Q2)を制御及び維持するための手段であって、比Qp/(Qp+Q2)は、0.1%超、好ましくは0.5%超の値を有する手段と、
を含むことを特徴とする。
(A)
・ある流量で濃縮リン酸溶液P1を噴霧形態で燃焼ユニットに導入するための燃焼室の噴霧注入口と、
・残留溶液Pr又は残留溶液Prと濃縮リン酸溶液P1の混合物を噴霧形態で燃焼ユニットに導入するための燃焼室の、又は噴霧注入口の上流の残留物注入口と、
・燃焼室の上部に配置され、可燃性材料の燃焼により少なくとも1500℃の温度を有する火炎を形成することができる燃焼ユニットであって、
〇 バーナーと、
〇 バーナーと、一方で、酸素源と、他方で、火炎を供給するための可燃性源との間の流体接続と
を含む燃焼ユニットと、
・液相の燃焼溶液P3を回収するための燃焼室の燃焼排出口であって、それ自体が噴霧及び残留物注入口の下流に配置されている燃焼ユニットの下流に配置されている燃焼排出口と、
・火炎から得られた燃焼ガスG1の排出口と、
を有する燃焼室と、
(B)
・接触供給流量Q0で供給溶液F0を導入するための、供給溶液F0の供給源に接続された供給注入口と、
・流量Qg1でガス−酸接触器に燃焼ガスG1を導入するための燃焼ガス注入口と、
・再循環流量Q2で再循環した濃縮リン酸溶液P2を導入するための、接触供給注入口と同一又は異なる再循環注入口と、
・一方で、
〇 供給流F0と再循環流F2の間の接触を可能にするように配置されており、供給溶液F0と再循環した濃縮リン酸溶液P2との混合物の流れを形成し、他方で、
〇 こうして形成された混合物と燃焼ガスG1との接触を可能にするように配置されている、
供給及び/又は再循環注入口並びにガス注入口と、
・1つ以上の濃縮リン酸排出口と、を有するガス−酸接触器と、
(C)燃焼室の燃焼ガス排出口に結合された端部をガス−酸接触器の燃焼ガス注入口に結合された端部に接続する燃焼ガス流体接続と、
(D)
・ガス−酸接触器の濃縮リン酸排出口に、又は
・濃縮リン酸排出口に結合された第1の流体接続を備えた分岐点に
結合された上流端部(3u)を、燃焼室の濃縮リン酸注入口に結合された下流端部に接続する第1の噴霧流体接続と、
を含む、先行する請求項のいずれか一項に記載のプロセスに従って、精製されたリン酸(P3)を製造するための装置に関し、
また、この装置は、
(E)
・ガス−酸接触器の再循環した濃縮リン酸排出口(1pd)に、又は
・第1の流体接続を備えた分岐点に
結合された上流端部を、
・ガス−酸接触器の再循環注入口に、又は
・ガス−酸接触器に供給溶液F0を供給する供給接続に
結合された下流端部に接続する再循環流体接続と、
(F)50%未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2.5%未満の値で、噴霧流体接続(3p)において流れる噴霧質量流量Qpと、噴霧質量流量Qpと再循環流体接続において流れる再循環質量流量Q2の合計として定義される総質量流量(Qp+Q2)との間の比、Qp/(Qp+Q2)を制御及び維持するための手段であって、比Qp/(Qp+Q2)は、0.1%超、好ましくは0.5%超の値を有する手段と、
を含むことを特徴とする。
水性であり、オルトリン酸及び/又はポリリン酸の形態のリン分子と、望ましくない揮発性材料とを含む残留溶液Prの供給源と、好ましくは、残留物注入口は流体連通している。
本発明の様々な態様が、以下の図に例示される。
図2から図5は、プロセス及び前述のプロセスを形成するための装置の非網羅的な変形形態を例示する。以下では、文字「F」によって表される「流れ」という用語は、単に流体の流れとして一般的に受け入れられている解釈で使用される。図3のみは、文字「F」による流れを示す。装置を例示する他の図は、図3の流れ「F」に対応する流量「Q」を示している。文字「Q」で表される「流量」という用語は、単位時間当たりの流れの質量を特徴付けており、[kg/s]又は[kg/h]で表される。「流量」という用語は、単独で使用される場合でも、質量流量を定義する。燃焼室の公称出力の関数として流量を表すために、様々な流れの質量流量は、燃焼室の公称出力[MW−1]の単位当たりの流量を表す[kg/(h MW)]の単位で以下に報告される。
本発明のプロセスの最後に得られる混合溶液Pmの燃焼に由来する燃焼溶液P3は、単独で、又はそれぞれの濃度が燃焼室の火炎に接触する混合溶液Pmの温度及びP2O5濃度によって変動する重合した分子との混合物として、精製されたリン酸を含み得るので(図1を参照)、それ自体は、とりわけ、使用される残留溶液Prの濃度に依存するが、本文書の残りの部分では、「精製されたリン酸溶液」という表現によって得られる溶液P3を参照し、また、この溶液が、重合した分子、従ってPPAを含む可能性があることは明らかであってもまた、不純物を含んでいる可能性がある。また、溶液P3の純度の度合いが、この精製された酸が意図される用途に依存するであろうこと、及び特定のイオンの存在が、特定の用途において常に逆に示される(counter−indicated)とは限らないことは明らかである。
慣例及び定義
本特許で別段の言及がない限り、「濃度」という用語は、質量濃度(重量パーセント、w/o)を表すために使用される。主な関心事であるこの場合の含有量を定義するために、リン酸などの溶液の濃度に言及するとき、これは、P2O5当量単位で表される重量含有量として理解されるべきであり、「%当量(の)P2O5」又は「%(の)P2O5」と書かれる。ガスの流れに関しては、燃焼ガスは、例えば、いくつかの対象の種が動作条件の関数として、ガス状又は液体の形態で(例えば、液滴の同伴によって)、或いは任意で固体の形態(煙霧)でさえ共存することができ、また、これらの流れの濃度は、P2O5当量単位(重量、w/o)で表される。対象の種のイオン解離は、本文書では考慮されていない。詳しくは、リン酸溶液の濃度は、場合によりH3PO4当量単位で表されることもできる。2つの濃度単位間の対応は、関係:1当量P2O5=0.7245当量H3PO4によって定義される。本文書では、以下の表現は次のように理解される:
− 「リン酸溶液」、HO[P(OH)(O)O]nHを含む水溶液、n≧1である、
− 「オルトリン酸」、HO[P(OH)(O)O]nHをほぼ独占的に含む水溶液、n=1である、即ち、61重量%未満のP2O5を含むリン酸水溶液、
− 「ポリリン酸溶液」(=PPA)、HO[P(OH)(O)O]nHを主に含む水溶液、n>1である、即ち、76重量%超のP2O5を含むリン酸水溶液、
− 「ポリリン酸又はオルトリン酸の重縮合」、以下の式(1)及び/又は(2)で表されるとみなされる分子の重縮合、
− 「リンを含む水溶液」、オルトリン酸又はポリリン酸などの種の形態で溶解したリンを含む溶液。これらの溶液のP2O5含有量に応じて、図1(c)に表されるようにオルトリン酸又はポリリン酸の種が存在することができる。これらの種は、イオンの形態で存在し得る。
本特許で別段の言及がない限り、「濃度」という用語は、質量濃度(重量パーセント、w/o)を表すために使用される。主な関心事であるこの場合の含有量を定義するために、リン酸などの溶液の濃度に言及するとき、これは、P2O5当量単位で表される重量含有量として理解されるべきであり、「%当量(の)P2O5」又は「%(の)P2O5」と書かれる。ガスの流れに関しては、燃焼ガスは、例えば、いくつかの対象の種が動作条件の関数として、ガス状又は液体の形態で(例えば、液滴の同伴によって)、或いは任意で固体の形態(煙霧)でさえ共存することができ、また、これらの流れの濃度は、P2O5当量単位(重量、w/o)で表される。対象の種のイオン解離は、本文書では考慮されていない。詳しくは、リン酸溶液の濃度は、場合によりH3PO4当量単位で表されることもできる。2つの濃度単位間の対応は、関係:1当量P2O5=0.7245当量H3PO4によって定義される。本文書では、以下の表現は次のように理解される:
− 「リン酸溶液」、HO[P(OH)(O)O]nHを含む水溶液、n≧1である、
− 「オルトリン酸」、HO[P(OH)(O)O]nHをほぼ独占的に含む水溶液、n=1である、即ち、61重量%未満のP2O5を含むリン酸水溶液、
− 「ポリリン酸溶液」(=PPA)、HO[P(OH)(O)O]nHを主に含む水溶液、n>1である、即ち、76重量%超のP2O5を含むリン酸水溶液、
− 「ポリリン酸又はオルトリン酸の重縮合」、以下の式(1)及び/又は(2)で表されるとみなされる分子の重縮合、
− 「リンを含む水溶液」、オルトリン酸又はポリリン酸などの種の形態で溶解したリンを含む溶液。これらの溶液のP2O5含有量に応じて、図1(c)に表されるようにオルトリン酸又はポリリン酸の種が存在することができる。これらの種は、イオンの形態で存在し得る。
プロセス−ガス−酸接触
本発明のプロセスは、以下の流れのガス−酸接触器(1)への導入を含む。
・供給流量Q0の接触器の供給溶液P0の供給流F0。供給溶液P0は、優先的にはオルトリン酸(図1を参照)などの種の形態で、0〜54%、好ましくは0.1%〜50%、より好ましくは1%〜35%、好ましくは5%〜20%のP2O5の質量濃度xp0で好ましくはリンを含む水溶液である。供給溶液F0は、燃焼ガスG1と共に燃焼室を出ていたであろうリンを含む種を燃焼室に送達することを可能にする。本発明の一変形形態では、溶液P0は、リンを含まず(xp0=0)、水であり得る。溶液P0は、望ましくない揮発性材料と反応して、これらを破壊することができる化合物、例えば、過酸化水素水溶液、塩素酸又は硝酸イオンを含み得る。これらの化合物は、例えば、溶解した炭素質材料と反応して、容易に揮発し得る二酸化炭素(CO2)を形成し得る。
本発明のプロセスは、以下の流れのガス−酸接触器(1)への導入を含む。
・供給流量Q0の接触器の供給溶液P0の供給流F0。供給溶液P0は、優先的にはオルトリン酸(図1を参照)などの種の形態で、0〜54%、好ましくは0.1%〜50%、より好ましくは1%〜35%、好ましくは5%〜20%のP2O5の質量濃度xp0で好ましくはリンを含む水溶液である。供給溶液F0は、燃焼ガスG1と共に燃焼室を出ていたであろうリンを含む種を燃焼室に送達することを可能にする。本発明の一変形形態では、溶液P0は、リンを含まず(xp0=0)、水であり得る。溶液P0は、望ましくない揮発性材料と反応して、これらを破壊することができる化合物、例えば、過酸化水素水溶液、塩素酸又は硝酸イオンを含み得る。これらの化合物は、例えば、溶解した炭素質材料と反応して、容易に揮発し得る二酸化炭素(CO2)を形成し得る。
本発明の別の変形形態では、溶液P0は、リンの供給源であり、P2O5を含む。例えば、接触供給溶液P0は、5%〜54%、好ましくは45%未満、より好ましくは10%〜35%のP2O5のリン濃度xp0を含み得る。より高い濃度の供給溶液は、決してプロセスを妨害せず、混合溶液Pmのリン濃度xpmを増加させることを可能にし、燃焼室内の火炎に到達する。従って、プロセスの最後に、精製されたリン酸溶液P3のP2O5含有量を変えることができる。
燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される接触器内の溶液P0の流量Q0は、好ましくは100〜3000kg/(h/MW)、好ましくは500〜2500kg/(h/MW))、又は1000〜2000kg/(h MW)である。
本発明の一変形形態では、溶液P0は、典型的には、可溶性形態(イオン性又は非イオン性)で、炭素、フッ素、塩素、硫黄、窒素などの望ましくない揮発性材料を含む。例えば、これらは、溶液P0中に、少なくとも5ppm(100万分の1)、又は少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppmの望ましくない揮発性材料の濃度xpvで存在し得る。好ましくは、望ましくない揮発性材料の濃度xpvは、溶液の総重量に対して、総有機炭素の5重量%未満、好ましくは2重量%未満である。例えば、溶液P0は、少なくとも10ppmのフッ素、又は少なくとも100ppmのフッ素、少なくとも1%のフッ素を含み得る。用途に応じて、このような溶液は、この形態では使用できない。
溶液P0が望ましくない揮発性材料を含まない場合、上記の濃度で望ましくない揮発性材料を含む混合溶液を生成するために、このような望ましくない揮発性材料を含む再循環溶液Prを燃焼室に加える。
ガス−酸接触器における汚れの過度の堆積を回避するために、残留溶液Prに含まれる、望ましくない揮発性材料の大部分又は全てが、燃焼室に直接導入されることが好ましい。
・以下でより詳細に定義される、再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される接触器内の再循環した濃縮リン酸溶液P2の流量は、300〜120000kg/(h MW)、好ましくは600〜100000kg/(h MW)、好ましくは9000kg/(h MW)超、好ましくは1500〜80000kg/(h MW)であり得る。再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2は、供給流F0と前のサイクルからの再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2との混合物が燃焼ガス流G1と接触した結果である。
・以下に詳細に記載及び説明する燃焼室での接触供給流F0の質量濃度よりも高い質量濃度xpmのリンを含む混合溶液Pmの混合流Fmの燃焼中に形成される燃焼ガスG1の流れ。燃焼ガス流G1は、燃焼室からガス−酸接触器に運ばれる液滴又は気体の形態のリン分子を含む。例えば、燃焼ガス流G1は、0.1%〜15%のP2O5、例えば、0.5%〜13%、又は1%〜10%のP2O5、好ましくは2%〜5%のP2O5を含み得る。更に、燃焼ガスは、混合溶液Pmの燃焼に由来する望ましくない揮発した材料を含む。
・以下に詳細に記載及び説明する燃焼室での接触供給流F0の質量濃度よりも高い質量濃度xpmのリンを含む混合溶液Pmの混合流Fmの燃焼中に形成される燃焼ガスG1の流れ。燃焼ガス流G1は、燃焼室からガス−酸接触器に運ばれる液滴又は気体の形態のリン分子を含む。例えば、燃焼ガス流G1は、0.1%〜15%のP2O5、例えば、0.5%〜13%、又は1%〜10%のP2O5、好ましくは2%〜5%のP2O5を含み得る。更に、燃焼ガスは、混合溶液Pmの燃焼に由来する望ましくない揮発した材料を含む。
従って、供給流F0及び再循環流F2と燃焼ガスG1は、ガス−酸接触器で一緒に接触して(従って、これは直接ガス−酸接触器と呼ばれる)、一方で、濃縮リン酸溶液P1を形成し、他方で、接触した燃焼ガスG3を形成する。
図2及び4に例示される好ましい変形形態では、供給流F0及び再循環流F2は、ガス−酸接触器に導入される前に混合されて、接触器の供給溶液P0及び再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合流を形成する。これを行うには、再循環流F2を運ぶ再循環パイプ(3r)と、ガス−酸接触器(1)の注入口(1pu)の上流の供給流F0を運ぶ供給パイプ(3a)を分岐させることで十分である。再循環パイプ(3r)と供給パイプ(3a)の圧力は、2つの分岐したパイプの一方で液体の還流を回避するように制御する必要がある。図2は、再循環パイプ(3r)において分岐した供給パイプ(3a)を示し、図4は、供給パイプ(3a)において分岐した再循環パイプ(3r)を例示する。2つの構成において、ガス−酸接触器(1)に前述の混合物を導入した後、燃焼ガスG1は、こうして形成された溶液流の混合物(F0+F2)と接触されている。
図3及び5に例示されている別の変形形態では、別々にガス−酸接触器に導入した後、供給流F0と再循環流F2を接触させ、接触器の供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成する。従って、リン酸の供給流F0及び再循環流F2と燃焼ガス流G1は、全てガス−酸接触器内で接触されている。再循環流F2用の注入口(1pru)とは別個の供給流F0の注入口(1pu)をガス−酸接触器に設けることで十分である。
ガス−酸接触器中の、供給流F0及び再循環流F2又はこれらの混合物(F0+F2)と、燃焼ガスG1との間の接触は、並流又は向流の流れの接触によって起こり得る。特に、液相は、重力方向に下向きに流れ、気相は、上向きに上昇する。好ましい変形形態では、2つ又は3つの流れは、ガス−酸接触器の上部から下部へ並流で流れる。本発明の文脈において、「上方」及び「下方」という用語は、地球の重心の方向に延びる地球の重力の力の方向に基づいて理解される。従って、圧力勾配がない場合、液体は、地球の重力の方向に従って反応器の上部から上部の下流にある下部に自然に流れる。
リン酸の流れに対して横方向の流れで燃焼ガスを導くことにより、燃焼ガスG1をリン酸の供給流及び再循環流F0及びF2又はこれらの混合物(F0+F2)と接触させることが可能である。しかしながら、並流の流れで接触させることが好ましい。
供給流F0及び再循環流F2又はこれらの混合物(F0+F2)と、燃焼ガスG1との間の接触は、濃縮リン酸溶液P1及び接触した燃焼ガスG3を形成する。この接触は、作業条件に耐える充填材料を介して流れを浸透させることによって行うことができる。燃焼ガスG1と供給流F0及び再循環流F2との間の接触の間に、交換が行われる。一方で、液滴と気体の形態で燃焼ガスによって輸送されたリン分子は、供給流F0及び再循環流F2によって運ばれ、供給流F0及び再循環流F2のそれぞれのP2O5含有量よりも高いP2O5含有量を有する濃縮リン酸溶液P1を形成できる。他方で、図3に示されるように、熱交換は、200〜600℃の温度Tg1での、熱い燃焼ガス間で、より低い温度にある供給流F0及び再循環流F2の水溶液に向かって行われる。従って、接触したガスG3は、温度Tg3<Tg1にあり、これらを大気中に排出する目的でこれらの後続の処理を容易にする。同時に、濃縮リン酸溶液P1は、従って、溶液P0とP2の混合物の温度よりも高い温度T1にあり、再循環ループ(3r)の両端部で同じ溶液であることから、T1は、供給溶液P0の温度T0(20から200℃程度であり得る)よりも高く、再循環した濃縮リン酸溶液P2の温度T2とほぼ同じである。
次いで、リン酸の供給流及び再循環流F0及びF2を燃焼ガスG1と接触させた後に形成された濃縮リン酸溶液P1及び接触した燃焼ガスG3は、遠心分離機などの当業者に周知の分離手段によって、又は重力、コアレッサー、噴霧排除器、マットレス、シケイン(chicane)等によって分離される。次いで、接触した燃焼ガスG3は、その後の処理のために前述のガス−酸接触器に導入された接触した燃焼ガスG3の温度より実質的に低い温度でガス−酸接触器(1)から排出される。燃焼ガス流G1に含まれるリン分子の大部分は、燃焼ガス流G1と供給流F0及び再循環流F2との接触中に濃縮リン酸溶液P1の流れF1に移送されることから、接触した燃焼ガス流G3は、1%未満のP2O5であり得る含有量を有する燃焼ガス流G1よりも、P2O5がかなり激減する。
また、望ましくない揮発した材料を含む接触した燃焼ガスG3は、ガス−酸接触器を出た後、ガスを大気中に放出する前に、例えば、フッ素化又は塩素化化合物、SO3等などの望ましくない化合物を溶解及び除去するために、洗浄水溶液で洗浄することができる。接触した燃焼ガスG3の他の処理が可能であり、例えば、間接凝縮器におけるガスの凝縮が挙げられる。また、濃縮リン酸溶液P1は、接触した燃焼ガスG3とは別に、ガス−酸接触器から除去される。
プロセス−流れF1及び流れFpとF2への分割
濃縮リン酸溶液P1は、1%以上、好ましくは60%未満、より好ましくは5%〜50%、優先的には10%〜40%のP2O5のP2O5単位の濃度xp1を含み得る。濃縮リン酸溶液P1のP2O5濃度は、供給溶液P0のP2O5濃度、及び燃焼ガス流G1に明らかに依存する。以下で論じるように、濃縮リン酸溶液P1のリン濃度は、一般的に供給溶液P0のリン濃度よりも高い。
濃縮リン酸溶液P1は、1%以上、好ましくは60%未満、より好ましくは5%〜50%、優先的には10%〜40%のP2O5のP2O5単位の濃度xp1を含み得る。濃縮リン酸溶液P1のP2O5濃度は、供給溶液P0のP2O5濃度、及び燃焼ガス流G1に明らかに依存する。以下で論じるように、濃縮リン酸溶液P1のリン濃度は、一般的に供給溶液P0のリン濃度よりも高い。
ガス−酸接触器からの排出前、排出中、又は排出後に、濃縮リン酸溶液P1は、2つの別々の流れに分割される:
・再循環ループ(3r)を介してガス−酸接触器(1)に導入し、上記のように供給流F0及び燃焼ガスG1と接触させる再循環した濃縮リン酸溶液2の再循環流F2、
・燃焼室(2)に導入する噴霧溶液Ppの噴霧流Fp。
・再循環ループ(3r)を介してガス−酸接触器(1)に導入し、上記のように供給流F0及び燃焼ガスG1と接触させる再循環した濃縮リン酸溶液2の再循環流F2、
・燃焼室(2)に導入する噴霧溶液Ppの噴霧流Fp。
噴霧溶液Ppと再循環した濃縮リン酸溶液P2は、組成が互いに同じであり、濃縮リン酸溶液P1と同じであるが(P1=Pp=P2)、その理由は、これらは、ガス−酸接触器でのこれらの形成の瞬間と、2つの別々の流れ、再循環流F2及び噴霧流Fpへの分割との間にいかなる変化も受けていないからである。また、溶液Pp及びP2の温度Tp及びT2は、溶液P1の温度T1と実質的に同一であり、これは100〜300℃程度であり得る。溶液Pp及びP2は、好ましくは、定常状態において、接触器の供給溶液P0のP2O5濃度よりも高いP2O5濃度を含む。例えば、溶液Pp及びP2は、1〜60%、優先的には5%〜50%のP2O5、優先的には10%〜40%のP2O5のリン濃度を含み得る。これは2つの主な理由で説明される。
第1に、リン酸の供給流と再循環流を、300〜600℃程度の高温のTg1の燃焼ガスG1と接触させると(図3を参照)、溶液P0とP2の水相に含まれる水の一部の蒸発が発生し、これは、事実上、溶液P1、Pp、及びP2のP2O5濃度を増加させる。
第2に、以下で説明するように、燃焼室での混合溶液Pmの混合流Fmの燃焼中に形成される燃焼ガスG1は、リン酸の液滴又は気体を含む。燃焼ガスG1は、0.1%〜15%、好ましくは0.5%〜13%、好ましくは1%〜10%、好ましくは2%〜5%のP2O5を含み得る(図3を参照)。溶液P0と循環した濃縮リン酸P2の供給流との接触中に、これらの分子の大部分は燃焼ガスから酸性溶液の混合物(P0+P2)に移送される。接触後、接触した燃焼ガスG3は、一般には1%未満、好ましくは0.5%未満、有利には0.1重量%未満の、接触前のガスG1よりもはるかに少量のP2O5分子を含む(図3を参照)。このP2O5分子の酸の混合物への移送により、前述の混合物のP2O5濃度が増加する。
本発明の一変形形態では、図2に例示されるように、濃縮リン酸溶液P1は、2つの流れ、噴霧流体接続(3p)及び再循環流体接続(3r)におけるガス−酸接触器の排出口で、それぞれ、噴霧流Fpと再循環流F2に分割される。噴霧流体接続(3p)及び再循環流体接続(3r)のそれぞれは、ポンプシステム(4、4r)を備えており、流量と、燃焼室(2)に向かう噴霧流量Qpでの噴霧流Fpを確保し、ガス−酸接触器に向かう流量Q2での再循環流F2を取り込み、これにより、再循環ループが形成される。
別の変形形態では、濃縮リン酸溶液P1は、一般的であり且つT型又はY型の分岐点(5)で2つに分割する第1の流体接続(3、3u)でガス−酸接触器から除去され、一方で、噴霧流体接続(3p)は、燃焼室(2)に向かう流量Qpでの噴霧流Fpを取り込み、及び他方で、再循環流体接続(3r)は、ガス−酸接触器に向かう流量Q2での再循環流F2を取り込み、こうして再循環ループを形成する。分岐点(5)を含むこの構成の様々な変形形態が、図3〜5に例示されている。噴霧流量Qpと再循環流量Q2は、1つ以上のバルブ(図3と4を参照)により、分岐点(5)の各分岐のポンプ(4、4r)(図5を参照)により、及び/又は、2つの供給の間で流れを分割するために工業的に使用される望ましい流量又は他の周知の手段を得るように寸法付けられた噴霧パイプ(3p)と再循環パイプ(3r)(例えば、調整されたバルブのセットを備えたT型又はY型のポンプ)のセクションにより確保されることができる。
濃縮リン酸溶液P1は、総流量Q1=(Qp+Q2)で接触器を出る。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される総流量Q1は、好ましくは600〜123000kg/(h MW)又は1000〜120000kg/(h MW)、好ましくは12000〜100000kg/(h MW)である。上述したように、濃縮リン酸(P1)の流れF1は、それぞれが噴霧流量Qp及び再循環流量Q2を有する2つの流れFp及びF2に分割される。2つの流れへの分割は、ガス−酸接触器を出る前、その排出口で、又は排出口の後ろで行われ得る。噴霧流量Qp及び再循環流量Q2は、とりわけ、燃焼室及びガス−酸接触器の容量、燃焼ガスG1の温度及びこれらのP2O5含有量の関数として決定される必要がある。
定常的な製造状態では、噴霧流Fpの質量流量Qpと濃縮リン酸流F1の総質量流量(Qp+Q2)(実際、噴霧流量Qpと再循環流量Q2の合計である)の比Qp/(Qp+Q2)は、好ましくは50%未満、好ましくは20%未満、より好ましくは10%未満である。本発明の好ましい変形形態では、比Qp/(Qp+Q2)は、5%未満、好ましくは4%未満、より好ましくは2.5%未満、更には2%未満である。比Qp/(Qp+Q2)は、好ましくは0.1%超、又は0.2%超、好ましくは0.5%超である。流量Qpに対して流量Q2を増加させることは、一方で、燃焼ガスG1をより低い温度に冷却することを可能にし、これは、これらの排出の前に必要であり、他方で、濃縮リン酸溶液PpのP2O5含有量を更に濃縮することを可能にする。
再循環流F2の質量流量Q2と総質量流量(Qp+Q2)の間の比Q2/(Qp+Q2)は、言うまでもなく、比Qp/(Qp+Q2)の残りの部分であり、その合計は100%である。従って、再循環流量Q2は、好ましくは、噴霧流量Qp以上であり、特定の好ましい変形形態では、流量比Qp/Q2の比でQpよりかなり高く、0.1/99.9〜49/51(=0.1%〜96%)の範囲であり得る。好ましくは、流量比Qp/Q2は、1/99〜5/95(=1%〜5.3%)である。好ましくは、流量比Qp/Q2は、1/99〜4/95(=1%〜4.2%)である。
上述したように、燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される接触器内の再循環した濃縮リン酸溶液P2の流量Q2は、300〜120000kg/(h MW)、好ましくは600〜110000kg/(hMW)、好ましくは9000〜100000kg/(hMW)であり得る。従って、燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される燃焼室に向かって流れる噴霧溶液Ppの流量Qpは、300〜3000kg/(hMW)、好ましくは600〜2000kg/(h MW)、好ましくは1000〜1500kg/(h MW)であり得る。
プロセス−流れFp、Fr、及びFm
非ゼロの質量濃度xpvの望ましくない揮発性材料と、好ましくは接触供給流F0よりも高い質量濃度xpmのリンとを含む混合溶液Pmの混合流Fmは、噴霧流Fpによって形成され、任意で従来の工業プロセスの残留物に由来する残留水溶液Prの残留流Frと混合される。供給溶液F0が望ましくない揮発性材料を含まない場合、供給流P0と残留流Frを混合することは必須である。別の場合では、これは任意であるが好ましい。混合流Fmは、燃焼室(2)の上部で燃焼する火炎を通して噴霧され、
・任意で望ましくない揮発性材料を酸化し、これらを揮発させる、
・こうして揮発した望ましくない揮発性材料(=望ましくない揮発した材料)を運ぶ燃焼ガスG1を形成し、こうして残留溶液Prを精製する、
・水を蒸発させ、こうして混合溶液Pmを濃縮する、
・精製されたリン酸溶液P3を形成する、
・任意で初期P2O5含有量に応じて、精製されたリン酸分子をポリリン酸として重合する。
非ゼロの質量濃度xpvの望ましくない揮発性材料と、好ましくは接触供給流F0よりも高い質量濃度xpmのリンとを含む混合溶液Pmの混合流Fmは、噴霧流Fpによって形成され、任意で従来の工業プロセスの残留物に由来する残留水溶液Prの残留流Frと混合される。供給溶液F0が望ましくない揮発性材料を含まない場合、供給流P0と残留流Frを混合することは必須である。別の場合では、これは任意であるが好ましい。混合流Fmは、燃焼室(2)の上部で燃焼する火炎を通して噴霧され、
・任意で望ましくない揮発性材料を酸化し、これらを揮発させる、
・こうして揮発した望ましくない揮発性材料(=望ましくない揮発した材料)を運ぶ燃焼ガスG1を形成し、こうして残留溶液Prを精製する、
・水を蒸発させ、こうして混合溶液Pmを濃縮する、
・精製されたリン酸溶液P3を形成する、
・任意で初期P2O5含有量に応じて、精製されたリン酸分子をポリリン酸として重合する。
残留流Frは、
・少なくとも1%のP2O5の質量濃度、xprと、
・水の質量濃度、xerと、
・望ましくない揮発性材料と、
を含む。
・少なくとも1%のP2O5の質量濃度、xprと、
・水の質量濃度、xerと、
・望ましくない揮発性材料と、
を含む。
残留流Frは、少なくとも1%、又は少なくとも5%、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも15%、好ましくは少なくとも20%のP2O5のリン濃度xprを含む。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される燃焼室内の残留溶液Prの流量Qrは、好ましくは非ゼロであり、好ましくは5〜1500kg/(h MW)、好ましくは400〜1000kg/(h MW)である。残留溶液Frの温度は、20〜200℃、好ましくは40〜150℃、より好ましくは50〜100℃であり得る。残留溶液Frの予熱は、火炎中での混合溶液Fmの燃焼効率の点で有利である。
残留溶液Pr、及び任意で供給溶液P0は、製造業界からの溶液である、又は好ましくはこれを含む。この溶液は、施設の洗浄によって、或いは冶金、農業、製薬、又は化学産業などの産業での一般的な製造又は保守作業中に、特にリン酸塩又は肥料の製造中に生成されることができる。これらの溶液は、様々な汚染材料、特に有機材料の可溶性残留物の含有量のため、及びリン濃度が低いため、一般的にそのままの形態で再利用することは困難である。従って、これらの溶液は、その後濃縮される前に処理される必要がある。また、残留溶液は、「二次」材料として知られおり、実際にはリン酸鉱石以外のリンを含む固体化合物である出発材料からリンを回収するプロセスに由来し得る。特に、骨粉又は骨粉灰、精製ステーションからのスラッジ又はスラッジ灰、豚及び家禽の肥料又は肥料灰等を挙げることができる。これらの残留溶液又は残留酸性溶液又は残留溶液は、P2O5を含むが、また多くの場合、可溶形態(イオン性又は非イオン性)における炭素、フッ素、塩素、硫黄、窒素などの望ましくない揮発性材料を含む。望ましくない揮発性材料の濃度は、残留溶液の起源に明らかに依存する。例えば、これらは、残留溶液Fr中に、溶液の総重量に対して、少なくとも5ppm(100万分の1)、好ましくは少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppm、好ましくは少なくとも1重量%、より好ましくは少なくとも5重量%の総有機炭素、或いは少なくとも10ppmのフッ素、少なくとも100ppmのフッ素、少なくとも1%のフッ素の望ましくない揮発性材料の濃度xpvで存在し得る。用途によっては、これらの溶液は、そのままでは使用できない。
定常的な製造状態では、噴霧流Fpの流量Qpと供給流F0の流量Q0の間の比Qp/Q0は、好ましくは100%〜250%、好ましくは101%〜140%、好ましくは110%〜115%である。ガス−液体接触器における流れQ0及びQ2と燃焼ガスとの接触が、ガス−液体接触器を出る流れF1の質量を増加させるので、この比は100%より高くあり得る。この比の値は、残留流量Qrの値が増加するにつれて減少し得る。
残留流量Qrと、噴霧流量Qpと残留流量Qrの合計との間の流量比Qr/(Qp+Qr)は、燃焼室に入る残留溶液Prの流量割合を表す。この比の値は、とりわけ、P2O5の含有量、並びに残留溶液及び/又は供給溶液の望ましくない揮発性材料の含有量に依存し、混合溶液PmのP2O5の含有量と望ましくない揮発性材料の含有量を決定する。例えば、比Qr/(Qp+Qr)は、0〜94%、好ましくは5%〜90%、より好ましくは10%〜80%、又は15%〜45%であり得る。
比Qr/(Qp+Qr)の値とは関係なく、好ましくは、混合溶液Pmは、1%超、好ましくは2%又は5%超、より好ましくは20%超、より好ましくは30%超、好ましくは40%超、より好ましくは45%〜60%のP2O5のリン濃度xpmを含む。燃焼室内の溶液Pmの流量Qmは、噴霧流量Qpと残留溶液の流量Qrの合計である。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表すと、混合流量Qmは、好ましくは305〜3000kg/(h MW)、好ましくは900〜2000kg/(h MW)である。
プロセス−望ましくない揮発性材料の蒸発とP2O5の濃度
燃焼室の主な機能は、必要に応じて、酸化によって分解し、次いで残留溶液に存在する望ましくない揮発性材料を気化させることである。燃焼室の第2の機能は、溶液中に存在する水を蒸発させて、残留溶液と供給溶液を濃縮することである。第3の(任意の)機能は、存在するリン酸分子のポリリン酸(PPA)への重縮合である。こうして形成された溶液に存在する種の分布は、燃焼火炎に到達する混合溶液FmのP2O5濃度、及びまた重縮合温度に依存する。図1(c)からわかるように、PPAは、P2O5の含有量が十分に高い、約60%のP2O5の場合にのみ形成され、これは、残留溶液Frに一般的に存在するリン含有量よりも高い。PPAが望まれる場合、燃焼室に、より高いリン濃度を有する噴霧溶液Fp又はより高いリン濃度を有する残留溶液Frを供給することによって、混合溶液Fmのリン含有量を増加させる必要がある。
燃焼室の主な機能は、必要に応じて、酸化によって分解し、次いで残留溶液に存在する望ましくない揮発性材料を気化させることである。燃焼室の第2の機能は、溶液中に存在する水を蒸発させて、残留溶液と供給溶液を濃縮することである。第3の(任意の)機能は、存在するリン酸分子のポリリン酸(PPA)への重縮合である。こうして形成された溶液に存在する種の分布は、燃焼火炎に到達する混合溶液FmのP2O5濃度、及びまた重縮合温度に依存する。図1(c)からわかるように、PPAは、P2O5の含有量が十分に高い、約60%のP2O5の場合にのみ形成され、これは、残留溶液Frに一般的に存在するリン含有量よりも高い。PPAが望まれる場合、燃焼室に、より高いリン濃度を有する噴霧溶液Fp又はより高いリン濃度を有する残留溶液Frを供給することによって、混合溶液Fmのリン含有量を増加させる必要がある。
従って、混合溶液Pmの火炎内での燃焼は、一方で、水の、及び特に望ましくない揮発性材料の蒸発によって形成された燃焼ガスG1を形成し、他方で、液体形態でありリンを含む燃焼溶液P3、及びP2O5濃度及び重縮合温度Tpcが十分である場合、溶液Pmに含まれるリン酸の重縮合によって重合された種を形成する。
火炎内で混合溶液Pmが到達する温度は、プロセスの重要なパラメータであり、その理由は、これにより、残留溶液に、従って混合溶液に存在する望ましくない揮発性化合物の揮発が可能になるからである。また、図1(a)のグラフに示されるように、燃焼溶液P3で得られるP2O5濃度が、それに依存する。また、リン酸を含む混合溶液を、水が蒸発し得、任意で重縮合が起こり得るのに十分な時間、火炎と燃焼ガスに接触させておくことが重要である。
火炎に、可燃性材料及び酸素源、典型的には空気、又はより高温の場合は酸素が供給される。火炎は、好ましくはわずかに酸化する火炎であり、好ましくは1%〜5%の過剰の空気を含む。可燃性材料は、ガス状であろうと液体であろうと、好ましくは天然ガス、ブタン、プロパン又は任意の他の可燃性材料である。混合溶液Pmの噴霧がない場合、好ましくは、火炎は、少なくとも750℃、好ましくは少なくとも1000℃、より好ましくは少なくとも1700℃、例えば、1800℃±50℃の理論温度に達する。本発明のプロセスでは、一方で、混合溶液Pmが20〜300℃程度のより低い温度Tmで供給され、他方で、溶液からの水分子の蒸発はエネルギー集約的であることから、温度の上昇は瞬間的に制限される。
図2及び5に例示されるように、残留流Frと噴霧流Fpを混合して、燃焼室内の火炎に噴霧される前に混合流Fmを形成することができる。或いは、図3及び4に例示されるように、2つの流れ残留流Frと噴霧流Fpを、別々に燃焼室に噴霧して、火炎内で又は火炎に到達する直前に混合流Fmを形成することができる。
従って、精製されたリン酸溶液からなる燃焼溶液P3は、溶液に存在するP2O5含有量に応じて重合した種を含み得るリン酸水溶液である(図1を参照)。
PPAの生成が望まれる場合、火炎に噴霧された混合溶液が、所定の重縮合時間、少なくとも400℃、好ましくは少なくとも500℃、更には550℃超の650℃又は700℃程度の重縮合温度Tpcに到達することが好ましい。高い重縮合温度Tpcにより、86%以上程度の高いP2O5濃度で、より長い鎖長n(例えば、n≧5〜12)でポリリン酸溶液を得ることができる(図1(c)を参照)。リン酸の重縮合に必要な温度には、反応装置の様々な部材において化学的及び熱的耐性のある材料が必要である。オルトリン酸分子と、任意でポリリン酸オリゴマー(m+1縮合単位の)とを含む混合溶液Pmは、上記の式(1)、及び式(2)(m≧1及びr≧1)による、水を放出しより長いポリマー鎖を形成する温度の作用下で重縮合反応を受ける。
次いで、こうして形成された燃焼溶液P3は、水の蒸発中に形成された燃焼ガスG1から、並びに望ましくない揮発性材料及び任意でガス−液体分離器(9)におけるポリリン酸の重縮合から分離される。上述のように、リン酸と任意でポリリン酸を含み、実質的に望ましくない揮発性材料を含まない燃焼溶液P3が回収されるが、燃焼ガスG1は、ガス−酸接触器(1)に移送され、供給流F0及び再循環流F2と接触される。
こうして回収された燃焼溶液P3の流れF3は、混合溶液Pmに含まれる望ましくない揮発性材料の気化温度に応じて、150〜700℃、好ましくは200〜650℃、好ましくは300〜500℃程度の高温を有し得る。具体的には、混合溶液Pmに存在する揮発性材料の揮発に必要な温度は、混合溶液Pmに存在する材料の性質によって異なる。熱交換器(11)(図2を参照)にて溶液P3をT3未満の温度に冷却することが好ましく、これにより、同時に溶液を液体の形態に維持しながら、こうして形成され冷却されたリン酸(及び任意で精製されたポリリン酸)を保存するためのタンクの材料の幅広い選択が可能になる。
こうして形成され回収された精製されたリン酸(及び任意でポリリン酸)を含む燃焼溶液P3は、混合溶液Pmよりも低い濃度の望ましくない揮発性材料を含む。例えば、燃焼溶液Pmは、50%未満、好ましくは70%未満、より好ましくは80%未満又は90%未満、理想的には95%又は99%未満の残留溶液Prに含まれる望ましくない揮発性材料を含む。燃焼溶液P3は、混合溶液Pmよりも高いP2O5濃度を含む。これは、火炎中への通過中に溶液から水の大部分が蒸発することによって説明される。燃焼溶液P3のP2O5濃度xp3は、通常10%超、好ましくは15%超、好ましくは25%超、特に好ましくは40%超のP2O5であり、又は好ましくは30%〜76%のP2O5である。
燃焼室からの燃焼溶液P3の流量Q3は、リン酸精製能力を表す。燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表すと、流量Q3は、好ましくは240〜1500kg/(h MW)、好ましくは500〜1000kg/(h MW)である。
燃焼ガスG1は、主として、一方で、CO2、O2、H2O、他方で、望ましくない揮発性材料、例えば、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物、フッ素化又は塩素化化合物或いは有機材料、及びまた、リンを含む分子からなり、後者は、混合溶液Pmの濃度xpmに応じて、0.1重量%〜15重量%のP2O5の範囲にあり得る量で存在することができる。一般的に、燃焼ガスG1中に存在し得るP2O5含有量は、0.5重量%〜13重量%、好ましくは1重量%〜10重量%、好ましくは2重量%〜5重量%のP2O5の範囲である。上述したように、移送される燃焼ガスG1の温度Tg1は、火炎が到達し得る温度よりも実質的に低く、その理由は、主に重縮合反応の水を蒸発させるためにかなりの量のエネルギーを必要とする重縮合反応の間、燃焼ユニットの温度は低下するからである。燃焼ガスは、重縮合温度Tpc程度であり且つ一般的に200〜600℃、好ましくは400〜500℃である温度Tg1で酸−ガス接触器に入る。
プロセス−再循環ループ及び燃焼ガス
上述したように、ガス−酸接触器(1)を出た濃縮リン酸溶液P1の再循環分画は、ガス−酸接触器に再導入されて、こうして再循環ループを形成し、一方、噴霧分画Ppは燃焼室(2)に運ばれる。再循環分画は、好ましくは噴霧分画以上であり、理想的には噴霧分画よりもかなり大きく、再循環流量Q2に対する噴霧流量Qpの比Qp/Q2は0.1/99.9〜49/51(=0.1%〜96%)の範囲であり得る。好ましくは、流量比Qp/Q2は、1/99〜5/95(=1%〜5.3%)である。
上述したように、ガス−酸接触器(1)を出た濃縮リン酸溶液P1の再循環分画は、ガス−酸接触器に再導入されて、こうして再循環ループを形成し、一方、噴霧分画Ppは燃焼室(2)に運ばれる。再循環分画は、好ましくは噴霧分画以上であり、理想的には噴霧分画よりもかなり大きく、再循環流量Q2に対する噴霧流量Qpの比Qp/Q2は0.1/99.9〜49/51(=0.1%〜96%)の範囲であり得る。好ましくは、流量比Qp/Q2は、1/99〜5/95(=1%〜5.3%)である。
図2及び4に例示されるように、ガス−酸接触器に導入される間、供給流F0及び再循環流F2は、ガス−酸接触器に導入される前に混合されて、接触供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成することができる。或いは、図3及び図5に例示されるように、ガス−酸接触器に別々に導入された後、供給流F0及び再循環流F2を接触させて、接触供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成することができる。
再循環ループは、本発明の重要な要素である。このような再循環ループの導入の主な結果は、ガス−酸接触器(1)に導入された燃焼ガスG1の質量流量Qg1と、ガス−酸接触器(1)に導入された供給流F0と再循環流F2の総質量流量(Q0+Q2)との間の比(Qg1/(Q0+Q2)は、このような再循環ループがない場合よりもはるかに低い。本発明による比(Qg1/(Q0+Q2))は、好ましくは0.1%〜50%、より好ましくは0.5%〜20%又は10%未満、理想的には1%〜7%である。このような再循環ループがない場合(即ち、Qg1>0、Q0>0及びQ2=0)、比(Qg1/Q0)は、かなり大きく、値は、60%超、一般的に100%超であり、接触器の供給溶液P0の供給流量Q0よりも高い燃焼ガス流量Qg1を示す。
従って、再循環ループは、燃焼ガスG1の流量と、リン酸供給溶液P0及び再循環した濃縮リン酸溶液P2の総流量(Q0+Q2)との間の比を制御することを可能にする。特に、燃焼ガスと接触したリン酸溶液の質量を大幅に増加させることができる。これにはいくつかの利点がある。
一方で、燃焼ガスG1に含まれるP2O5の液滴と気体の、溶液P0とP2の混合物の流れへの移送が、はるかに顕著になる。従って、燃焼ガスとの接触中に形成される噴霧溶液のP2O5濃度は、流量比Qg1/(Q0+Q2)が高かった場合よりも高くなる。こうして得られたより良好なガス/液体接触は、燃焼ガスG1に含まれるP2O5の濃縮リン酸溶液P1によるより良好な回収を可能にする。更に従って、供給流F0及び再循環流F2との接触後の燃焼ガスG3が、P2O5含有量に関して精製され、燃焼ガスG3が大気中に放出される前の燃焼ガスG3の処理を軽減する。
他方で、このような流量比では、供給流F0及び再循環流F2との接触後の燃焼ガスG3の温度Tg3は、欧州特許第2411325B1号明細書に記載されているプロセスよりもはるかに効率的に低下し、従って、欧州特許第2411325B1号明細書のプロセスでは、燃焼ガスの温度を大気への排出に許容される値まで下げることが不可欠である、他の熱交換器(又は少なくとも容量の小さい熱交換器)は必要ない。
装置
本発明のプロセスは、燃焼室(2)と、ガス−酸接触器(1)と、燃焼室とガス−酸接触器の間の様々な流体接続とを含む装置で実施することができる。装置が、並列又は直列に配置されたいくつかの燃焼室及び/又はいくつかのガス−酸接触器を含み得ることは明らかである。
本発明のプロセスは、燃焼室(2)と、ガス−酸接触器(1)と、燃焼室とガス−酸接触器の間の様々な流体接続とを含む装置で実施することができる。装置が、並列又は直列に配置されたいくつかの燃焼室及び/又はいくつかのガス−酸接触器を含み得ることは明らかである。
装置−燃焼室(2)
燃焼室(2)は、混合溶液Pmを火炎中に噴霧することにより、混合溶液Pmを燃焼させることを可能にする。混合溶液Pmは、残留溶液Prと混合された噴霧溶液Ppから形成され、望ましくない揮発性材料から精製されたリン酸(及びおそらくポリリン酸)を含む燃焼溶液P3を形成する。燃焼室の壁は、噴霧溶液Pp及び残留溶液Prの腐食性、並びにその中に広がっている高温に耐える必要がある。壁が炭化ケイ素又は非晶質炭素からなることが好ましい。2つの壁の間を循環する中性ガス又は燃焼ガスを伴うジャケットを使用することが可能であり、これは壁の温度及び(ポリ)リン酸溶液に対する前述の壁の不透過性の点で有利であり得る。
燃焼室(2)は、混合溶液Pmを火炎中に噴霧することにより、混合溶液Pmを燃焼させることを可能にする。混合溶液Pmは、残留溶液Prと混合された噴霧溶液Ppから形成され、望ましくない揮発性材料から精製されたリン酸(及びおそらくポリリン酸)を含む燃焼溶液P3を形成する。燃焼室の壁は、噴霧溶液Pp及び残留溶液Prの腐食性、並びにその中に広がっている高温に耐える必要がある。壁が炭化ケイ素又は非晶質炭素からなることが好ましい。2つの壁の間を循環する中性ガス又は燃焼ガスを伴うジャケットを使用することが可能であり、これは壁の温度及び(ポリ)リン酸溶液に対する前述の壁の不透過性の点で有利であり得る。
燃焼室(2)は、流量Qpの噴霧溶液Pp、又は流量(Qp+Qr)の混合溶液Pmを、噴霧形態で、燃焼室の上部に配置された燃焼ユニットに導入するための1つ以上の燃焼室への噴霧注入口(2pu)を有する(図2及び4を参照)。本発明の一変形形態では、燃焼室は、噴霧注入口(2pu)とは別に、残留溶液Prを流量Qrで導入するための1つ以上の残留物注入口(2pdu)を含み得る(図3及び5を参照))。窒素などの不活性ガスの供給は、噴霧溶液Pp及び残留溶液Pr及び/又は混合溶液Pmの噴霧を最適化するために提供されることができ、これは、燃焼室の注入口で高い粘度を有し得る。残留物注入口(2pdu)は、水性であり且つリンと望ましくない揮発性材料とを含む残留溶液(Pr)の供給源と流体連通している。
燃焼室(2)は、燃焼室の上部に配置され、酸素の存在下での可燃性材料の燃焼により、少なくとも1000℃、好ましくは少なくとも1500℃、更には少なくとも1700℃、好ましくは1800℃±50℃の温度を有する火炎を形成することができる燃焼ユニット(2c)を含む。火炎の温度は、火炎を供給する酸素の流量を変えることによって制御することができる。燃焼ユニットは、
・バーナーと、
・バーナーと、一方で、酸素源と、他方で、火炎を供給するための可燃性材料源(10)との間の流体接続とを含む。可燃性材料と酸素のバーナーへの供給の比の制御は、火炎の温度を制御することを可能にする。好ましくは、使用される可燃性材料は、天然ガス、メタン、ブタン、プロパンから選択される。酸素源は、一般的に空気又は酸素である。
・バーナーと、
・バーナーと、一方で、酸素源と、他方で、火炎を供給するための可燃性材料源(10)との間の流体接続とを含む。可燃性材料と酸素のバーナーへの供給の比の制御は、火炎の温度を制御することを可能にする。好ましくは、使用される可燃性材料は、天然ガス、メタン、ブタン、プロパンから選択される。酸素源は、一般的に空気又は酸素である。
燃焼室(2)は、こうして形成された燃焼溶液P3を燃焼ガスG1から分離するガス−液体分離器(9)を備えている。例えば、燃焼ガスは、流量横表面積を拡大することによって燃焼溶液から分離することができ、その結果、流速が低下し、従って燃焼ガス流G1及び燃焼流F3の運動エネルギーが低下する。流れが上から下に流れるとき、これらの運動エネルギーを低下させることにより、ガスは減速し、デフレクターに向かわせることができ、デフレクターは、これらを燃焼ガス排出口に導く。これらのより高い密度によって、燃焼溶液P3の精製されたリン酸及び任意でポリリン酸の液滴は、重力によってこれらの流れを下向きに続けさせる。
燃焼室(2)は、精製された(ポリ)リン酸液相を回収するための燃焼室からの燃焼排出口(2pd)を有し、それ自体が、混合又は噴霧、及び残留物注入口の下流に配置されている燃焼ユニットの下流に配置されている。「下流」という用語は、燃焼室内での噴霧溶液Pp及びポリリン酸溶液P3の流れの方向に対して表される。上記で説明したように、流れの方向は、重力の方向に従って、好ましくは上から下である。従って、装置は、こうして生成されたリン酸を保存するためのタンクを備えることができる(図示せず)。好ましくは、保存タンクに到達すると、燃焼溶液P3を約200〜650℃の温度から100〜150℃程度の温度まで冷却するために、装置は、燃焼排出口(2pd)と保存タンクの間に配置された熱交換器(11)を含む。
最後に、燃焼室(2)は、火炎から得られた燃焼ガスG1を排出するための排出口を備えている。これらの燃焼ガスには、P2O5と望ましくない揮発した材料の液滴と気体が入っている。これらは、温度Tg1を有し、ガス−酸接触器に導入される前に冷却する必要はない。
装置−ガス−酸接触器(2)
ガス−酸接触器(1)は、燃焼室(2)に入る前に、リン酸精製収率及び重縮合反応のエネルギー消費を最適化するため、加熱し、接触器に導入される供給溶液のP2O5単位の当量濃度を増加させることができる。
ガス−酸接触器(1)は、燃焼室(2)に入る前に、リン酸精製収率及び重縮合反応のエネルギー消費を最適化するため、加熱し、接触器に導入される供給溶液のP2O5単位の当量濃度を増加させることができる。
ガス−酸接触器(1)は、接触器の供給溶液P0又は接触器の供給溶液P0と濃縮リン酸溶液P2の混合物の供給源に接続された供給注入口(1pu)を有する。上述したように、接触器の供給溶液P0は、0〜54%のP2O5、好ましくは0.1%〜50%、好ましくは1%〜35%、より好ましくは15%〜20%のP2O5を含む。供給注入口(1pu)は、接触器の供給溶液P0を供給流量Q0で導入できるように、又は接触器の供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物を流量(Q0+Q2)で導入できるように寸法付けられる必要がある。また、再循環した濃縮リン酸P2は、供給注入口(1pu)とは別に、再循環した濃縮リン酸P2の注入口(1pru)に導入することができる。
ガス−酸接触器(1)は、好ましくは直接接触器である。これは、燃焼ガスG1を排出するための排出口から来る燃焼ガスG1をガス−酸接触器に導入するための燃焼ガス注入口(1gu)を含む。供給注入口(1gu)は、燃焼ガスG1を流量Qg1で導入できるよう寸法付けられる必要がある。上述したように、接触器の供給溶液P0と接触されている燃焼ガスG1は、(a)接触器の供給溶液P0の温度を上昇させること、(b)接触器の供給溶液P0から水の一部を蒸発させること、並びに(c)燃焼ガスG1に含まれるP2O5の液滴及び気体を溶液P0と交換することを可能にする。
ガス−酸接触器(1)は、再循環した濃縮リン酸P2の溶液を導入するための再循環注入口(1pru)を備えている。本発明の一変形形態では、供給流F0及び再循環流F2は、ガス−酸接触器に導入される前に混合され、再循環注入口は、供給注入口(1pu)と同じである。別の変形形態では、供給注入口(1pu)と再循環注入口(1pru)は離れている。再循環注入口は、再循環した濃縮リン酸溶液P2を供給流量Q2で導入できるように寸法付けられる必要がある。
ガス注入口(1gu)、供給注入口(1pu)、及びこれらから離れている場合、再循環注入口(1pru)は、一方で、
・供給流F0と再循環流F2を接触させて、接触器の供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物(P0+P2)の流れ(F0+F2)を形成することを可能にするように配置され、他方で、
・こうして形成された混合流と燃焼ガスG1の流れが接触することを可能にするように配置される。
・供給流F0と再循環流F2を接触させて、接触器の供給溶液P0と再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物(P0+P2)の流れ(F0+F2)を形成することを可能にするように配置され、他方で、
・こうして形成された混合流と燃焼ガスG1の流れが接触することを可能にするように配置される。
ガス注入口(1gu)は、好ましくは、燃焼ガスG1(接触の間G2と呼ばれる)がリン酸の供給流F0及び再循環流F2と並流で流れるように配置される。しかしながら、燃焼ガスが供給流F0及び再循環流F2に対して向流で流れるようにガス注入口を配置することが可能である。
ガス−酸接触器は、好ましくは充填材料を含み、これを通してリン酸溶液の供給流F0及び再循環流F2を浸透させる。充填材料は、好ましくは、穿孔した支持体、例えば、支持格子(support grate)に配置される。
ガス−酸接触器(1)は、1つ以上の濃縮リン酸排出口(1pd、1prd)を含み、濃縮リン酸排出口(1pd、1prd)は、ガス注入口(1gu)の下流に配置され、ガス注入口(1gu)は、それ自体が、供給注入口(1pu)、及びこれから離れている場合、再循環注入口(1pru)の下流に配置される。「下流」という用語は、ガス−酸接触器内のリン酸供給溶液及び再循環した濃縮リン酸供給溶液P2の供給流及び再循環流の流れの方向に対して表される。濃縮リン酸排出口(1pd、1prd)により、供給流F0及び再循環流F2と燃焼ガスG1との接触によって形成されたガス−酸接触器で形成された濃縮リン酸溶液P1を除去できる。
ガス−酸接触器(1)は、燃焼ガスG1と溶液P0及びP1との間の接触後にガスから液体を分離するためのガス−液体分離器を含む。例えば、ガス−酸接触器は、ガス排出口(1gd)を介して出る前に、接触した燃焼ガスG3中に存在する液体の任意の液滴を回収するための霜取り装置を含み得る。
また、ガス−酸接触器(1)は、溶液P0及びP2の混合物との接触後に、接触した燃焼ガスG3をガス−酸接触器から排出するための燃焼ガス排出口(1gd)を含む。ガスに含まれる任意のフッ素化及び硫黄系化合物を除去してから雰囲気に解放するために、ガス−酸接触器の燃焼ガス排出口(1gd)の下流にある接触した燃焼ガスG3を洗浄するためのタワーが、装置に続くことができる。
装置は、燃焼室(2)の燃焼ガス排出口に結合された端部(6u)を、ガス−酸接触器(1)において燃焼ガス注入口(1gu)に結合された端部(6d)に接続する燃焼ガス流体接続(6)を備えている。この流体接続(6)の温度は、好ましくは、ガス−酸接触器の注入口(1gu)で、燃焼ガスG1が、燃焼室の排出口で有する温度Tg1、即ち、約200〜600℃にできるだけ近い温度を有するように、できるだけ高く維持する必要がある。
装置は、ガス−酸接触器(1)の濃縮リン酸排出口(1pd)に結合された上流端部(3u)を、燃焼室(2)の噴霧注入口(2pu)に結合された下流端部(3d)に接続する流体接続(3、3p)を備えている。濃縮リン酸溶液P1が、燃焼ガスG1によって運ばれるリン分子の大部分を回収していることから、流体接続(3、3p)により、これらの分子を燃焼室に再注入して、P2O5が可能な限り豊富にある燃焼溶液P3を得ることができる。濃縮リン酸溶液P1の温度は、接触器の供給溶液P0よりも高く、これによって、すでに比較的高温にある溶液を燃焼室に注入することにより、プロセスの熱エネルギーをより良好に管理できる。PPAの生成が望まれる場合、より高い濃度のP2O5及びより高い温度の濃縮リン酸溶液P1により、燃焼室での濃縮収率を増加させることができる。
リン酸分子の移送及び濃縮収率におけるこの改善は、同じガス−酸接触器から取り出されたリン酸流P1の一部をガス−酸接触器に再導入するための再循環ループによって可能になる。従ってまた、装置は、
・ガス−酸接触器(1)の再循環した濃縮リン酸排出口(1prd)に、又は
・第1の流体接続(3)を備えた分岐点(5v)に、
・第1の流体接続(3u)を備えた分岐点(4r)に
結合された上流端部を、ガス−酸接触器の再循環注入口(1pru)又は(1pu)に接続された下流端部(3r)に接続する再循環流体接続(3r)を含む。
・ガス−酸接触器(1)の再循環した濃縮リン酸排出口(1prd)に、又は
・第1の流体接続(3)を備えた分岐点(5v)に、
・第1の流体接続(3u)を備えた分岐点(4r)に
結合された上流端部を、ガス−酸接触器の再循環注入口(1pru)又は(1pu)に接続された下流端部(3r)に接続する再循環流体接続(3r)を含む。
装置は、50%未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2.5%未満の値で、第1の流体接続(3)を流れる噴霧質量流量Qpと、再循環流体接続(3r)を流れる噴霧質量流量Qpと再循環質量流量Q2の合計として定義される総質量流量(Qp+Q2)との間の比Qp/(Qp+Q2)を制御及び維持するための手段を備えており、比Qp/(Qp+Q2)は、0.1%超、好ましくは0.5%超の値を有する。
図2に例示されるように、流体接続(3p)及び(3r)は、ガス−酸接触器と燃焼室の間の全長にわたって、一方で、第1の濃縮リン酸排出口(1pd)を燃焼室の濃縮リン酸注入口(2pu)に接続する噴霧流体接続(3p)に、及び他方で、第2の濃縮リン酸排出口(1prd)をガス−酸接触器の再循環した濃縮リン酸注入口(1pu)に又はガス−酸接触器からの供給溶液P0をガス−酸接触器に供給する供給接続(3a)に接続する再循環流体接続(3r)に、連結されていない場合がある。噴霧(3p)及び再循環(3r)流体接続のそれぞれは、比Qp/(Qp+Q2)又は流体移送システムを所望の値で維持するように寸法付けられたポンプ(4、4r)を備えている。
図3〜5に例示される別の変形形態では、ガス−酸接触器は、第1の流体接続(3)に結合されたガス−酸接触器の濃縮リン酸P1の単一の排出口(1pd)を備えている。噴霧(3p)及び再循環(3r)流体接続の上流部分は、分岐点(5)に結合され、従って、第1の流体接続(3)と共にT型又はY型分岐を形成する。この変形形態では、比Qp/(Qp+Q2)を所望の値で制御及び維持するために、様々な手段が使用され得る。
図5に例示される第1の変形形態では、比Qp/(Qp+Q2)を所望の値で確保するための手段は、噴霧流体接続(3p)に配置され、噴霧流量Qpで液体をポンプで送る能力を有するポンプ(4)と、再循環流体接続(3r)に配置され、再循環流量Q2で液体をポンプで送る能力を有する再循環ポンプ(4r)とを含む。
図3及び4に例示される第2の変形形態では、比Qp/(Qp+Q2)を確保するための手段は、分岐点(5)の上流の第1の流体接続(3)に配置され、主要な流量(Qp+Q2)で液体をポンプで送る能力を有するポンプ(4)と、分岐点(5)に配置され、主要な流量を噴霧流体接続(3p)に向かう噴霧流量Qpと、再循環流体接続(3r)に向かう再循環流量Q2に分割することを可能にする1つ以上のバルブ(5v)(例えば、三方弁)とを含む。
第3の変形形態(図示せず)では、比Qp/(Qp+Q2)を確保するための手段は、分岐点(5)の上流の第1の流体接続(3)に配置され、主要な流量(Qp+Q2)で液体をポンプで送る能力を有するポンプ(4)と、所望の比Qp/(Qp+Q2)を得るように寸法付けられた噴霧(3p)及び再循環(3r)流体接続を形成するパイプとを含む。この溶液は、パイプが寸法付けられると、比Qp/(Qp+Q2)を容易に変更できないという意味で、最初の2つよりも柔軟性が低いが、装置の寿命の間、比が変化する必要がない場合、必ずしも問題ではない。
第4の変形形態(図示せず)では、比Qp/(Qp+Q2)を確保するための手段は、分岐点(5)の上流の第1の流体接続(3)に配置され、主要な流量(Qp+Q2)で液体をポンプで送る能力を有し、噴霧(3p)及び再循環(3r)流体接続を形成するポンプ(4)と、所望の比Qp/(Qp+Q2)を得るように調整されたバルブとを含む。
1 ガス−酸接触器
1gd ガス−酸接触器の燃焼ガス排出口
1gu ガス−酸接触器への燃焼ガス注入口
1pd ガス−酸接触器の濃縮リン酸溶液P1の排出口
1pu 接触溶液P0、又は混合物(P0+P2)のガス−酸接触器への供給注入口
1pru 再循環濃縮リン酸P2のガス−酸接触器への注入口(任意)
2 燃焼室
2c 燃焼ユニット
2pd 燃焼室の燃焼排出口P3
2pdu 残留物Prの燃焼室への入口
2pu 噴霧溶液Ppの燃焼室への入口、又は直接供給流と噴霧流の組み合わされた入口
3 第1の流体接続
3a 供給流体接続
3d 第1の流体接続(3)の下流端部
3p 噴霧流体接続
3r ガス−酸接触器(1)への再循環流体接続
3rd 再循環流体接続(3r)の下流端部
3u 噴霧流体接続(3p)又は第1の流体接続(3)の上流端部
4 ポンプ
4r 再循環ポンプ
5v バルブ又はバルブのセット(例:三方バルブ)
6 燃焼ガス流体接続
6d 燃焼ガス接続排出口
6u 燃焼ガス接続注入口
10 燃焼ユニット(10)の可燃性材料の供給源
11 熱交換器
Fp 濃縮リン酸溶液噴霧流
F2 再循環した濃縮リン酸溶液の再循環流
F3 燃焼溶液流
Fr 残留溶液Prの残留流
Fp 濃縮リン酸溶液の噴霧流
Fm 混合溶液の混合流Fm(Fr+Fp)
G1 燃焼ガス
G3 接触した燃焼ガス
P0 供給溶液
P0+P2 接触器の供給溶液P0と、再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物
P1 濃縮リン酸溶液
P2 再循環した濃縮リン酸溶液
P3 燃焼溶液
Pr 残留溶液
Pp 噴霧溶液
Pm 混合溶液(=Pr+Pp)
Q0 接触器の供給溶液P0の供給流量
Q1 接触器排出口の濃縮リン酸の流量(=Q2+Qp)
Q2 再循環した濃縮リン酸溶液の再循環流量
Q3 燃焼溶液の流量
Qg1 ガス−酸接触器(1)への燃焼ガスの流量
Qg2 ガス−酸接触器(1)の燃焼ガスの流量
Gg3 ガス−酸接触器(1)の外側の接触した燃焼ガスの流量
Qm 混合溶液Pmの流量
Qp 噴霧溶液Ppの噴霧流量
Qr 残留溶液Prの流量
T0 接触器の供給溶液P0の温度
T1 濃縮リン酸溶液P1の温度
T2 再循環した濃縮リン酸溶液P2の温度
T3 燃焼溶液P3の温度
Tg1 燃焼ガスG1の温度
Tg3 接触した燃焼ガスG3の温度
1gd ガス−酸接触器の燃焼ガス排出口
1gu ガス−酸接触器への燃焼ガス注入口
1pd ガス−酸接触器の濃縮リン酸溶液P1の排出口
1pu 接触溶液P0、又は混合物(P0+P2)のガス−酸接触器への供給注入口
1pru 再循環濃縮リン酸P2のガス−酸接触器への注入口(任意)
2 燃焼室
2c 燃焼ユニット
2pd 燃焼室の燃焼排出口P3
2pdu 残留物Prの燃焼室への入口
2pu 噴霧溶液Ppの燃焼室への入口、又は直接供給流と噴霧流の組み合わされた入口
3 第1の流体接続
3a 供給流体接続
3d 第1の流体接続(3)の下流端部
3p 噴霧流体接続
3r ガス−酸接触器(1)への再循環流体接続
3rd 再循環流体接続(3r)の下流端部
3u 噴霧流体接続(3p)又は第1の流体接続(3)の上流端部
4 ポンプ
4r 再循環ポンプ
5v バルブ又はバルブのセット(例:三方バルブ)
6 燃焼ガス流体接続
6d 燃焼ガス接続排出口
6u 燃焼ガス接続注入口
10 燃焼ユニット(10)の可燃性材料の供給源
11 熱交換器
Fp 濃縮リン酸溶液噴霧流
F2 再循環した濃縮リン酸溶液の再循環流
F3 燃焼溶液流
Fr 残留溶液Prの残留流
Fp 濃縮リン酸溶液の噴霧流
Fm 混合溶液の混合流Fm(Fr+Fp)
G1 燃焼ガス
G3 接触した燃焼ガス
P0 供給溶液
P0+P2 接触器の供給溶液P0と、再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物
P1 濃縮リン酸溶液
P2 再循環した濃縮リン酸溶液
P3 燃焼溶液
Pr 残留溶液
Pp 噴霧溶液
Pm 混合溶液(=Pr+Pp)
Q0 接触器の供給溶液P0の供給流量
Q1 接触器排出口の濃縮リン酸の流量(=Q2+Qp)
Q2 再循環した濃縮リン酸溶液の再循環流量
Q3 燃焼溶液の流量
Qg1 ガス−酸接触器(1)への燃焼ガスの流量
Qg2 ガス−酸接触器(1)の燃焼ガスの流量
Gg3 ガス−酸接触器(1)の外側の接触した燃焼ガスの流量
Qm 混合溶液Pmの流量
Qp 噴霧溶液Ppの噴霧流量
Qr 残留溶液Prの流量
T0 接触器の供給溶液P0の温度
T1 濃縮リン酸溶液P1の温度
T2 再循環した濃縮リン酸溶液P2の温度
T3 燃焼溶液P3の温度
Tg1 燃焼ガスG1の温度
Tg3 接触した燃焼ガスG3の温度
Claims (12)
- リン分子と、望ましくない揮発性材料とを含む残留水溶液を精製するためのプロセスにおいて、
以下の工程:
(a)水性であり、好ましくは、0〜54%当量のP2O5単位の質量濃度、xp0のオルトリン酸などの種の形態のリン分子を含む供給溶液P0の供給流F0をガス−酸接触器(1)に導入する工程と、
(b)前記ガス−酸接触器(1)に、再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2を導入する工程と、
(c)前記ガス−酸接触器(1)に燃焼ガスG1を導入する工程と、
(d)前記供給流F0及び前記再循環流F2と前記燃焼ガスG1とを接触させて、前記ガス−酸接触器で、一方で、
・P2O5含有量がxp0よりも大きい(xp1>xp0)、質量濃度、xp1を含む濃縮リン酸溶液P1を形成し、他方で、
・接触した燃焼ガスG3を形成する工程と、
(e)前記接触した燃焼ガスG3を前記濃縮リン酸溶液P1から分離し、次いで、
・前記接触した燃焼ガスG3を前記ガス−酸接触器(1)から排出し、
・前記濃縮リン酸溶液P1を前記ガス−酸接触器(1)から除去する工程と、
(f)前記濃縮リン酸溶液P1から、一方で、
・再循環した濃縮リン酸溶液P2の再循環流F2を形成して、工程(b)で定義されるように前記ガス−酸接触器(1)に導入し、他方で、
・前記濃縮リン酸溶液P1の噴霧流Fpを形成して、燃焼室(2)に導入する工程と、
(i)前記燃焼室(2)の上部で燃焼している火炎を通して、質量濃度、xpmのリンと、望ましくない揮発性材料とを含む混合溶液(Pm)の混合流Fmを噴霧する工程であって、前記混合流は、一方で、
・前記濃縮リン酸溶液P1、任意で、他方で、
・少なくとも1%のP2O5の質量濃度、xprを含む残留水溶液Prの残留流Frによって形成され、
・前記水を蒸発させ、こうして前記混合溶液Pmを濃縮し、
・任意で酸化し、いずれの場合も前記望ましくない揮発性不純物を蒸発させ、
・燃焼ガスG1を形成し、
− 前記混合溶液Pmの濃度よりも高いP2O5の質量濃度、xp3、及び
− 前記混合溶液Pmの濃度よりも低い揮発性不純物の含有量を有する燃焼溶液P3
を形成する工程と、
(g)前記燃焼溶液P3を前記燃焼ガスG1から分離し、
・前記燃焼溶液P3を回収し、
・工程(c)で定義されるように前記燃焼ガスG1を前記ガス−酸接触器(1)に移送する工程と、
を含むことを特徴とするプロセス。 - 請求項1に記載のプロセスにおいて、
・前記供給溶液F0は、0.1%〜50%、好ましくは1%〜35%、好ましくは5%〜20%のP2O5の濃度xp0を含み、
・前記燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される前記接触器内への前記供給溶液F0の流量Q0は、好ましくは100〜3000kg/(h MW)、好ましくは500〜2500kg/(h MW)であることを特徴とするプロセス。 - 請求項1又は2に記載のプロセスにおいて、
・前記濃縮リン酸溶液P1は、前記再循環した濃縮リン酸溶液P2と同一であり、1%以上、好ましくは60%未満、より好ましくは5%〜50%、優先的には10%〜40%のP2O5のリン濃度xp1を含み、
・前記燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される前記接触器からの前記溶液P1の総流量、Q1=(Qp+Q2)は、好ましくは600〜123000kg/(h MW)、好ましくは1000〜50000kg/(h MW)であり、
・前記噴霧流Fpの質量流量Qpと総質量流量(Qp+Q2)との間の比、Qp/(Qp+Q2)は、好ましくは50%未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2.5%未満であり、前記比Qp/(Qp+Q2)は、0.1%超、好ましくは0.5%超であることを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、
・前記残留溶液Prは、2%以上、好ましくは少なくとも5%、より好ましくは少なくとも10%、好ましくは少なくとも20%のP2O5のリン濃度xprを含み、
・前記残留溶液Prは、前記溶液の総重量に対して、少なくとも5ppm、好ましくは少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppm、好ましくは少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%、より好ましくは少なくとも25重量%の望ましくない揮発性材料の濃度xpvを含み、
・前記燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される前記燃焼室内の前記残留溶液Prの流量Qrは、非ゼロであり、好ましくは5〜1500kg/(h MW)、好ましくは400〜1000kg/(h MW)であることを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、
・比Qe/(Qr+Q0)は、0〜99%、好ましくは5%〜90%、より好ましくは10%〜80%、又は15%〜45%であり、
・前記混合流(Fm)は、1%超のP2O5のリン濃度(xpm)(xpm>1%P2O5)を含み、
Q0、Qp及びQrは、それぞれ、前記供給溶液(P0)、前記濃縮リン酸溶液P1及び前記残留溶液Prの質量流量であることを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、
・前記混合溶液Pmは、2%超、好ましくは5%超、より好ましくは20%超、より好ましくは30%超、好ましくは40%超、より好ましくは45%〜60%のP2O5の濃度xpmを含み、
・前記混合溶液Pmは、前記溶液の総重量に対して、少なくとも5ppm、好ましくは少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも100ppm、好ましくは少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%、より好ましくは少なくとも25重量%の望ましくない揮発性材料の濃度xpvを含み、
・前記燃焼室の公称出力単位[MW−1]として表される前記燃焼室内の前記混合溶液Pmの流量Qmは、好ましくは305〜3000kg/(h MW)、好ましくは200〜2000kg/(h MW)であることを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、
・前記燃焼溶液P3は、1%当量超、好ましくは10%当量超、好ましくは25%当量超、特に好ましくは40%当量超、又は好ましくは30%〜76%当量のP2O5単位のリン濃度xp3を含み、
・前記燃焼室の公称出力単位[MW−1]で表される前記燃焼室の外側の前記燃焼溶液P3の流量Q3は、好ましくは240〜1500kg/(h MW)、好ましくは600〜3000kg/(h MW)であることを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、前記供給流F0及び前記再循環流F2は、
・前記ガス−酸接触器に導入される前に混合され、前記供給溶液P0と前記再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成するか、又は
・前記ガス−酸接触器に別々に導入された後、接触されて、前記供給溶液F0と前記再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成することを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、
・前記残留溶液Prの残留流量Qrは、非ゼロであり、
・前記残留溶液Pr、及び好ましくは、前記噴霧溶液Ppは、望ましくない揮発性材料を含み、
前記残留流Frと前記噴霧流Fpは、
・混合され、前記燃焼室内の前記火炎に噴霧される前に前記混合流Fmを形成するか、又は
・前記燃焼室内に個別に噴霧され、前記火炎内で又は前記火炎に達する直前に前記混合流Fmを形成することを特徴とするプロセス。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロセスにおいて、工程(d)における前記供給流F0及び前記再循環流F2と、前記燃焼ガスG1との間の前記接触は、前記ガス−酸接触器の上部から下部に流れることにより並流又は向流、好ましくは並流で行われ得、前記接触工程(d)の間、前記ガス−酸接触器(1)に導入された前記燃焼ガスG1の質量流量Qg1と、前記ガス−酸接触器(1)に導入された前記接触供給流F0及び前記再循環供給流F2の総質量流量(Q0+Q2)との間の比(Qg1/(Q0+Q2))は、好ましくは0.1%〜50%、好ましくは0.5%〜10%、より好ましくは1%〜7%であることを特徴とするプロセス。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロセスに従って、精製されたリン酸P3を製造するための装置において、
(A)
・ある流量で濃縮リン酸溶液P1を噴霧形態で燃焼ユニット(2c)に導入するための前記燃焼室の噴霧注入口(2pu)と、
・残留溶液Pr又は残留溶液Prと濃縮リン酸溶液(P1)の混合物を噴霧形態で燃焼ユニット(2c)に導入するための前記燃焼室の、又は前記噴霧注入口(2pu)の上流の残留物注入口(2pdu)と、
・前記燃焼室の上部に配置され、可燃性材料の燃焼により少なくとも1500℃の温度を有する火炎を形成することができる前記燃焼ユニット(2c)であって、
〇 バーナーと、
〇 前記バーナーと、一方で、酸素源と、他方で、前記火炎を供給するための可燃性源(10)との間の流体接続と
を含む前記燃焼ユニット(2c)と、
・液相の燃焼溶液P3を回収するための前記燃焼室の燃焼排出口(2pd)であって、それ自体が前記噴霧(2pu)及び残留物注入口(2pdu)の下流に配置されている前記燃焼ユニットの下流に配置されている燃焼排出口(2pd)と、
・火炎から得られた燃焼ガスG1の排出口と、
を有する燃焼室(2)と、
(B)
・接触供給流量Q0で供給溶液F0を導入するための、供給溶液F0の供給源に接続された供給注入口(1pu)と、
・流量Qg1で前記ガス−酸接触器に燃焼ガスG1を導入するための燃焼ガス注入口(1gu)と、
・再循環流量Q2で再循環した濃縮リン酸溶液P2を導入するための、前記接触供給注入口(1pu)と同一又は異なる再循環注入口(1pru)と、
・一方で、
〇 前記供給流F0と前記再循環流F2の間の接触を可能にするように配置されており、前記供給溶液F0と前記再循環した濃縮リン酸溶液P2の混合物の流れを形成し、他方で、
〇 こうして形成された前記混合物と前記燃焼ガスG1との接触を可能にするように配置されている、
前記供給(1pu)及び/又は再循環(1pru)注入口並びに前記ガス注入口(1gu)と、
・1つ以上の濃縮リン酸排出口(1pd)と、
を有するガス−酸接触器(1)と、
(C)前記燃焼室(2)の前記燃焼ガス排出口に結合された端部(6u)を前記ガス−酸接触器(1)の前記燃焼ガス注入口(1gu)に結合された端部(6d)に接続する燃焼ガス流体接続(6)と、
(D)
・前記ガス−酸接触器(1)の前記濃縮リン酸排出口(1pd)に、又は
・前記濃縮リン酸排出口(1pd)に結合された第1の流体接続(3)を備えた分岐点(5)に
結合された上流端部(3u)を、前記燃焼室(2)の前記濃縮リン酸注入口(2pu)に結合された下流端部(3d)に接続する第1の噴霧流体接続(3p)と、
を含むことを特徴とし、
前記装置はまた、
(E)
・前記ガス−酸接触器(1)の再循環した濃縮リン酸排出口(1pd)に、又は
・前記第1の流体接続(3)を備えた分岐点(5)に
結合された上流端部を、
・前記ガス−酸接触器(1)の前記再循環注入口(1pru)に、又は
・前記ガス−酸接触器に供給溶液F0を供給する供給接続(3a)に
結合された下流端部に接続する再循環流体接続(3r)と、
(F)50%未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2.5%未満の値で、前記噴霧流体接続(3p)において流れる噴霧質量流量Qpと、前記噴霧質量流量Qpと前記再循環流体接続(3r)において流れる再循環質量流量Q2の合計として定義される総質量流量(Qp+Q2)との間の比、Qp/(Qp+Q2)を制御及び維持するための手段であって、前記比Qp/(Qp+Q2)は、0.1%超、好ましくは0.5%超の値を有する手段と、
を含むことを特徴とする装置。 - 請求項11に記載の装置において、前記残留物注入口(2pdu)は、水性であり且つオルトリン酸及び/又はポリリン酸の形態のリン分子と望ましくない揮発性材料とを含む残留溶液Prの供給源と流体連通していることを特徴とする装置。
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