连续生产五氧化二磷的方法

背景技术

五氧化二磷的主要用途是通过水化得到磷酸。磷酸在国民经济中占有重要地位，是生产磷肥和磷酸盐的中间原料，磷酸及其下游产品广泛应用于化工、农业、医药、食品和电子等行业。

目前，国内外磷酸工业生产方法分为湿法和热法两种工艺路线。湿法磷酸是通过无机酸(主要是硫酸、盐酸)分解磷矿制得磷酸。湿法磷酸不仅要求磷矿石的品位高、质量好，而且该方法制得的磷酸杂质含量较高，磷酸浓度低。当前世界范围内的磷矿资源正在逐步贫化，同时硫酸资源也日益紧缺，磷矿与硫酸的价格攀升，加之该法酸解后要排出大量磷石膏，因此，采用湿法生产磷酸的许多工厂也日益艰难。热法磷酸是以电热法生产的黄磷为原料，经燃烧制得五氧化二磷，五氧化二磷经水合后制得磷酸。热法磷酸纯度高，但是由于电热法生产黄磷能耗极高，因此产品的成本较高。热法磷酸是现有工艺中磷酸的主要生产方法，但是，由于电热法生产黄磷能耗极高，因此，热法磷酸工艺中，如何降低五氧化二磷生产过程中的能耗成为亟待解决的问题。

中国专利(公开号为CN102616759A)公开了一种利用流化床反应器制备磷酸的工艺及其装置。该专利通过将磷矿、还原剂破碎筛分后加膨润土和水混匀、干燥固结，并经二次破碎筛分成颗粒物料后，投入流化床反应器，用燃料燃烧加热和氧化区高温气体换热升温至1100〜1350°(:，在队和回流工艺尾气作用下流化、还原，生成的PjP CO与富氧空气在氧化区燃烧生成P2OjPCO2, P2O5气体经除尘净化后用循环酸吸收制取H 3P04。该专利通过流化床反应器的导热板将氧化区和还原区分开并实现热量耦合，通过使磷矿物料流化还原、强化热、质传递，大幅降低了还原温度和反应时间。但是，该专利在实施过程中还存在如下缺陷:一是该专利的还原过程在流体介质的作用下完成，但是，引入还原反应区的流体介质存在能量不足的问题，难以将还原反应区的矿石颗粒托起而均匀分散在整个还原反应区，使得进入的矿石大多沉积在还原反应区的中下部，还原效果不理想；二是通过导热板将氧化区和还原区分开，利用导热板来实现热量耦合，但是，热量通过导热板后会造成热量损失，使氧化区和还原反应区不能得到足够的热量，影响反应效率。

中国专利(公告号为CN103409615B)公开了一种矿物焙烧还原装置及其使用方法。该专利的矿物焙烧还原装置在干燥预热区设置有抽真空的定向加压装置，通过该定向加压装置，使装置内部产生负压，燃烧剂和还原剂分子流上行，矿物下行，形成对流运动，保证固相和气相转化亲和，从而完成焙烧还原。该专利保证了固相和气相的转化亲和，但是，通过定向加压装置仅使焙烧氧化反应区形成负压，在还原反应区仍为正压的反应环境。由于磷矿石的还原过程属于气体体积增大的反应，正压的反应条件不利于磷蒸汽的释放；并且，正压的操作条件容易导致反应器中的热量向外喷出，不仅会造成热量损失，也容易引发安全事故。

另外，五氧化二磷的制备过程中，还有如下两个技术问题是容易被本领域技术人员忽略的:一是在高温下，磷矿石中的部分成分易形成熔融态物质，如焦炭、硅石等；粘流在炉壁上的熔融态物质下降至排渣口时，温度的降低极易造成熔融态物质结焦，进而对排渣口造成堵塞，不仅使得反应不能连续进行，而且需要频繁清洗反应设备。二是现有反应设备中使用的保温材料多为不定型耐火材料，如莫来石浇注料、高铝浇注料或是刚玉浇注料，所用耐火材料层的厚度通常为1000〜1400_，虽然现有技术中采用的耐火材料层可有效地控制炉内热量的流失，但是耐火材料层的厚度较厚，极大地缩小了反应设备的可用空间。

因此，急需开发一种绿色、环保、安全、连续地生产五氧化二磷的方法来替代现有技术中落后的工艺。

生产方法

造粒:将采集到含磷量为17〜22%的中低品位磷矿破碎后过筛，使磷矿石的颗粒直径小于20目。再将还原剂与过筛后的磷矿一起放入造粒机造粒，形成直径为3mm的小颗粒，作为原料备用。

加热、抽负压:对于尺寸为DN3500mm的流化反应器，入炉煤气气体量为16850Nm3/h，入炉空气量为14400Nm3/h。入炉气体压力为50〜55KPa。燃气燃烧产生的高温高速气体通过喷射拱11上的喷流通道喷射入还原反应室20。高温高速气体可将还原反应室20中的颗粒物料托起并对其加热。通过调节鼓风装置60送入的空气量和抽风装置70排出的气体量，使流化反应器内维持压力为0〜-500Pa的非正压环境。

还原反应:将制备好的颗粒物料从进料管21进入还原反应室20。颗粒物料被从位于还原反应室20下方的喷射拱11上的喷流通道向上喷出的燃烧气体加热至1250°C。颗粒物料在1250 °C下还原0.4/h即可生成磷单质。

氧化反应:还原反应生成的磷单质随向上流动的气体进入氧化反应室30。同时，从富氧空气管32通入含氧量为28%的富氧空气。磷单质与富氧空气在1650°C的高温下发生氧化反应生成五氧化二磷。

产物收集和排渣:还原反应后的固体残渣通过排渣管24排出反应器。氧化反应生成的五氧化二磷通过出口管31进入反应器后方的磷酸吸收装置。还原反应室20和氧化反应室30产生的熔融态物质通过流化反应器的截流槽22和第二截流槽33收集并进一步通过截流引出管23和第二截流引出管34导出流化反应器。

通过计算，五氧化二磷的收率高达75 %以上。相比于现有技术，不仅提高了五氧化二磷的收率，也解决了现有技术中存在的安全、环保、反应不能连续进行等问题。