CN101117215B - 黄磷生产磷酸盐的一步法工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄磷一步法生产磷酸盐的方法及装置。本发明的技术方案为：固体黄磷在熔磷槽中熔化为液态的单质磷后泵入焚磷炉中氧化燃烧，生成高温的五氧化二磷气体；该高温气体与余热锅炉进行热交换后温度降低，同时生成高压水蒸汽；低温气体进入碱吸收塔，与碱溶液反应得到磷酸盐。本发明能充分回收黄磷燃烧的化学热能，同时将磷酸盐生产的三大步骤缩短为两步，省去了磷酸生产的中间过程，节省了原料及设备投资，并且避免了酸雾的排出，减轻了对环境的污染。

Description

黄磷生产磷酸盐的一步法工艺及装置

技术领域

本发明涉及磷酸盐生产工艺技术领域，具体地说涉及黄磷一步法生产磷酸盐的工艺及装置技术领域。

背景技术

磷酸及磷酸盐是国民经济中化学工业的重要组成部份，目前磷酸盐是通过磷酸碱化而制得。而磷酸的生产工艺可分为湿法磷酸和热法磷酸两大类。由于湿法磷酸杂质多，净化处理难度大，因此国内仍主要以热法磷酸为基础生产磷酸盐。以热法磷酸为基础生产磷酸盐的工艺流程包括黄磷燃烧制取五氧化二磷，五氧化二磷水化吸收为高浓度磷酸，磷酸与碱中和成磷酸盐三个步骤。其中黄磷燃烧生成五氧化二磷的过程中会产生大量的热能，为了防止高温的磷蒸气及其聚合物对燃烧塔、换热器等生产设备的腐蚀与破坏，工艺中通常都使用大量的稀磷酸或冷却水来降低燃烧塔和换热器壁面的温度，这部分由水和磷酸带出的低品位的热能难于进一步利用。并且整个工艺流程由于存在生成磷酸的中间步骤，造成了原料黄磷和设备的浪费；同时生产磷酸的过程中有酸雾排出，对环境造成了极大的污染。

目前关于黄磷燃烧生成五氧化二磷所产生的热能回收与利用的技术，已有文献报道，如中国专利CN1131171C公开了一种黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统，该装置可回收一部分黄磷燃烧所产生的热能。由于该专利的余热回收装置设置在燃烧塔内，占据了一定的燃烧空间，不仅使得设备相对庞大，增加了设备投资，而且限制了余热的回收效率，使得余热的回收率最多达60％。而对于在工业上用黄磷制备磷酸盐的工艺流程，目前仍是广泛采用热法磷酸的方法，尚未有黄磷燃烧生成五氧化二磷后直接与碱反应生成磷酸盐的文献报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供一种能高效回收黄磷燃烧热能，省却了磷酸生产的中间过程，利用黄磷燃烧产生五氧化二磷气体后直接与碱反应生产磷酸盐的工艺。本发明的另一目的是提供一种实现该工艺的装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：将固体黄磷在55-90℃下熔化为液态；将液态黄磷在1000-1600℃下燃烧，生成P₂O₅气体；将生成的P₂O₅气体，通过与水进行热交换，在生成可回收蒸汽的同时，将该气体降温至200-450℃；将经过热交换的P₂O₅气体，在50-98℃温度条件下与碱溶液混合进行反应，同时调节反应液的pH值，得到反应后的中和液；将得到的中和液进行干燥，即得到磷酸盐产品。

具体的工艺流程为：将固体黄磷加入熔磷槽1，使其在55～90℃的条件下熔化为液态；在喷磷枪2中压缩空气的作用下，液态黄磷经喷磷枪2自动喷入焚磷炉3中燃烧，同时释放大量的热能，生成温度为1000～1600℃P₂O₅气体；该气体经管道4导入余热锅炉5，经气体分配器13进入管排6，与管排6周围的冷却水进行热交换，即高温气体走管程，水走壳程，水带走高温气体的热能，转变为0.4～0.8MPa的蒸汽，所述蒸汽经管道7输送给熔磷槽1使用，或经管道8输送给外用生产生活所需；经热交换后的P₂O₅气体温度降至200～450℃，经管道9进入吸收塔10，与吸收塔10内的碱溶液在50～98℃的条件下混合反应，调节反应液的pH值，将得到的中和液进行干燥后得到所需磷酸盐。

所述黄磷在熔磷槽1中液化后经喷磷枪2喷入焚磷炉3中雾燃烧生成P₂O₅气体为前段工艺流程，P₂O₅气体经管道4导入余热锅炉5与管排6周围的冷却水进行热交换为中段工艺流程，经热交换后的P₂O₅气体经管道9进入吸收塔10与碱溶液反应生成磷酸盐为后段工艺流程。

所述碱溶液为30～42％的NaOH或KOH溶液。

所述pH值调节为4.0～4.5，得到的中和液，经结晶干燥即得磷酸二氢盐；所述pH值调节为8.8～9.2，得到的中和液，经结晶干燥即得磷酸氢二盐；所述pH值调节为11.5～12.5，得到的中和液，经结晶干燥即得碱式磷酸盐。

所述P₂O₅气体与碱溶液反应后，得到的中和液加压喷入聚合炉或焦化炉，经加热，使料液迅速干燥脱水可得聚磷酸盐或焦磷酸盐。

本发明的黄磷一步法生产磷酸盐的装置包括设置在前段工艺流程的依序连接的熔磷槽1、喷磷枪2、焚磷炉3，设置在后段工艺流程的吸收塔10，还包括有设置在位于焚磷炉3与吸收塔10之间、其两端通过管道4和管道9分别与焚磷炉3的P₂O₅气体出口和吸收塔10的入口相连接的执行中段工艺流程的余热锅炉5。所述余热锅炉5的腔体中，设置排列固定有与水进行热交换的管排6，该管排6的两端分别与气体分配器13配合组成一体，而管排6两端的气体分配器13和余热锅炉5的内壁单独构成了分别与管道4、9连通的P₂O₅气体聚集输送室11、12。

所述的焚磷炉3具有钢外壳和耐火砖内衬；连接焚磷炉3与余热锅炉5的管道4为不锈钢管，具有耐火砖内衬；连接余热锅炉5与吸收塔10的管道9为不锈钢管；所述管排6为内表面具有等离子体涂层的钢管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明黄磷燃烧所生成的高温五氧化二磷气体与余热锅炉中的管排进行热交换，锅炉中的水带走热能，转变成高压蒸汽，通过蒸汽输送管道输送给熔磷槽与外用生活、生产所需，每燃烧一顿黄磷能生产压力为0.4～0.8MPa的水蒸汽6.5～7.0吨，热能回收与利用效率达到90％，充分利用了黄磷燃烧的化学热能，消除和减少了黄磷燃烧过程中对环境的热污染；同时省掉了燃煤锅炉，节约了能源；本发明将磷酸盐生产的三大步骤缩短为两步，即将水合、中和两步改为碱吸收一步完成，省去了磷酸生产的中间过程，减少了生产设备及辅助生产设施，节省了原料及设备投资，并且避免了酸雾的排出，减轻了对环境的污染。

附图说明：

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明装置结构示意图。

图3为图2中的A-A向剖面图。

1-熔磷槽，2-喷磷枪，3-焚磷炉，4-连接焚磷炉与余热锅炉的管道，5-余热锅炉，6-管排，7、8蒸汽输送管道，9-连接余热锅炉与吸收塔的管道，10-吸收塔，11、12-P₂O₅气体聚集输送室，13-气体分配器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图2所示，本发明的黄磷一步法生产磷酸盐的装置包括设置在前段工艺流程的依序连接的熔磷槽1、喷磷枪2、焚磷炉3，设置在后段工艺流程的吸收塔10，还包括有设置在位于焚磷炉3与吸收塔10之间、其两端通过管道4和管道9分别与焚磷炉3的P₂O₅气体出口和吸收塔10的入口相连接的执行中段工艺流程的余热锅炉5。所述余热锅炉5的腔体中，设置排列固定有与水进行热交换的管排6，该管排6的两端分别与气体分配器13配合组成一体，而管排6两端的气体分配器13和余热锅炉5的内壁单独构成了分别与管道4、9连通的P₂O₅气体聚集输送室11、12。焚磷炉3具有钢外壳和耐火砖内衬；焚磷炉3与余热锅炉5之间的管道4为不锈钢管，具有耐火砖内衬；余热锅炉5与吸收塔10之间的管道9为不锈钢管；管排6为内表面具有等离子体涂层的钢管。

实施例2

将固体黄磷加入熔磷槽1，使其在55～90℃的条件下熔化为液态；在喷磷枪2中压缩空气的作用下，液态黄磷经喷磷枪2自动喷入焚磷炉3中燃烧，同时释放大量的热能，生成温度为1000～1600℃P₂O₅气体；该气体经管道4导入余热锅炉5，经气体分配器13进入管排6，与管排6周围的冷却水进行热交换，即高温气体走管程，水走壳程，水带走高温气体的热能，转变为0.4～0.8MPa的蒸汽，所述蒸汽经管道7输送给熔磷槽1使用，或经管道8输送给外用生产生活所需；经热交换后的P₂O₅气体温度降至200～450℃，经管道9进入吸收塔10，与吸收塔10内的30％～42％氢氧化钠碱溶液反应，调节反应液的pH值为4～4.5，在50～98℃的条件下，加入沉淀剂脱砷和脱除重金属，再通过沉淀过滤、结晶干燥得成品磷酸二氢钠。

每燃烧一顿黄磷能生产压力为0.4～0.8MPa的水蒸汽6.5～7.0吨，得到成品磷酸二氢钠3.561吨，产品转化率为92％。

实施例3

经换热后温度为200～450℃的P₂O₅气体通过管道9进入吸收塔10，在温度为50～98℃的条件下与30～42％的氢氧化钾碱溶液反应，调节pH值为8.8～9.2，加入沉淀剂脱砷和脱除重金属，再通过沉淀过滤、结晶干燥得成品磷酸氢二钾。每燃烧一顿黄磷能生产压力为0.4～0.8MPa的水蒸汽6.5～7.0吨，得到成品磷酸氢二钾5.052吨，产品转化率为90％。

实施例4

经换热后温度为200～450℃的P₂O₅气体通过管道9进入吸收塔10，在温度为50～98℃的条件下与30～42％的氢氧化钠碱溶液反应，调节pH值为11.5～12.5，加入沉淀剂脱砷和脱除重金属，再通过沉淀过滤、结晶干燥得成品磷酸三钠。每燃烧一顿黄磷能生产压力为0.4～0.8MPa的水蒸汽6.5～7.0吨，得到成品磷酸三钠4.790吨，产品转化率为90％。

实施例5生产三聚磷酸钠

由熔磷槽1将黄磷加温至60～80℃融熔，液化后的黄磷通过液磷泵抽入喷磷枪2进入焚磷炉3；液态单质磷在焚磷炉3中与风机送来的空气充分氧化燃烧成温度为1100～1300℃的P₂O₅气体；该高温气体经管道4送入余热锅炉5，与余热锅炉5进行火管式热交换，P₂O₅气体的温度降至280～450℃，同时产生0.8MPa的蒸汽7吨/小时；温度为280～450℃的P₂O₅气体通过管道9进入吸收塔10，与浓度为30～42％的NaOH溶液接触，充分反应吸收，加入助剂硝酸铵，调节pH值为11.5～12.5，K值(钠/磷比值)为3.0±0.1～0.2，将得到的中和液用高压泵打入聚合炉中经喷嘴雾化并被喷出的均匀火焰加热，使料液迅速干燥，在加热到450-500℃后，脱水聚合成三聚磷酸钠，经冷却、粉碎、筛分即为成品。

该工艺每吨三聚磷酸钠消耗黄磷0.256吨，比老工艺节约13公斤，3万吨/年三聚磷酸钠装置，一年可节约黄磷390吨，可外供蒸汽5.0万吨。

Claims (4)

1.一种用黄磷生产磷酸盐的一步法工艺，有以下步骤：

(1)、将固体黄磷加入熔磷槽(1)，使其在55～90℃的条件下熔化为液态；

(2)、在喷磷枪(2)中压缩空气的作用下，液态黄磷经喷磷枪(2)自动喷入焚磷炉(3)中燃烧，同时释放大量的热能，生成温度为1000～1600℃P₂O₅气体；

(3)、该气体经管道(4)导入余热锅炉(5)，经气体分配器(13)进入管排(6)，与管排(6)周围的冷却水进行热交换，即高温气体走管程，水走壳程，水带走高温气体的热能，转变为0.4～0.8MPa的蒸汽，所述蒸汽经管道(7)输送给熔磷槽(1)使用，或经管道(8)输送给外用生产生活所需；

(4)、经热交换后的P₂O₅气体温度降至200～450℃，经管道(9)进入吸收塔(10)，与吸收塔(10)内的碱溶液在50～98℃的条件下混合反应，调节反应液的pH值，将得到的中和液进行干燥后得到所需磷酸盐。

2.根据权利要求1所述的用黄磷生产磷酸盐的一步法工艺，其特征在于：在P₂O₅气体与碱溶液混合的过程中，需要调节反应液的pH值，当将pH值调节到4.0-4.5时，将得到的中和液经过结晶干燥，得到磷酸二氢盐产品；当pH值调节到8.8-9.2时，将得到的中和液经过结晶干燥后得到磷酸氢二盐产品。

3.一种用黄磷生产磷酸盐的一步法工艺所使用的装置，包括有设置在前段工艺流程的依序连接的熔磷槽(1)、喷磷枪(2)、焚磷炉(3)，设置在后段工艺流程的吸收塔(10)，其特征在于：还包括有设置在位于焚磷炉(3)与吸收塔(10)之间、其两端通过管道(4，9)分别与焚磷炉(3)的P₂O₅气体出口和吸收塔(10)的入口相连接的执行中段工艺流程的余热锅炉(5)，在所述余热锅炉(5)的腔体中，设置排列固定有与水进行热交换的管排(6)，该管排(6)的两端分别与气体分配器(13)配合组成一体，而管排(6)两端的气体分配器(13)和余热锅炉(5)的内壁单独构成了分别与管道(4，9)连通的P₂O₅气体聚集输送室(11，12)。

4.根据权利要求3所述的用黄磷生产磷酸盐的一步法工艺所使用的装置，其特征在于：所述的焚磷炉(3)具有钢外壳和耐火砖内衬；连接焚磷炉(3)与余热锅炉(5)的管道(4)为不锈钢管，具有耐火砖内衬；连接余热锅炉(5)与吸收塔(10)的管道(9)为不锈钢管；所述管排(6)为内表面具有等离子体涂层的钢管。

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