專利名稱:制備磷酸的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了制備磷酸的系統(tǒng)，包括：混合設(shè)備、造球機(jī)、烘干機(jī)、蓄熱式轉(zhuǎn)底爐、煙氣處理設(shè)備和吸收塔，其中，混合設(shè)備適于將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合，以便得到混合物料；造球機(jī)與混合設(shè)備相連，且適于將混合物料進(jìn)行造球處理，以便得到球狀物料；烘干機(jī)與造球機(jī)相連，且適于對(duì)球狀物料進(jìn)行干燥；蓄熱式轉(zhuǎn)底爐與烘干機(jī)相連，且適于將經(jīng)過干燥的球狀物料進(jìn)行還原反應(yīng)，以便得到含磷煙氣和爐渣；煙氣處理設(shè)備與蓄熱式轉(zhuǎn)底爐相連，且適于使含磷煙氣發(fā)生氧化反應(yīng)，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及吸收塔與煙氣處理設(shè)備相連，且適于使五氧化二磷蒸汽與水反應(yīng)，以便得到磷酸。利用該系統(tǒng)能夠有效提高制備得到磷酸的效率以及質(zhì)量。
【專利說明】
制備磷酸的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及化工領(lǐng)域。具體而言，本實(shí)用新型涉及制備磷酸的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)化生產(chǎn)磷酸主要方法有濕法凈化磷酸、熱法磷酸和窯法磷酸。采用硫酸分解磷礦粉而得磷酸，稱為濕法磷酸;采用電爐將磷礦石用焦炭還原得到黃磷，再將黃磷放到另一套裝置中氧化得到五氧化二磷(P2O5),經(jīng)水化得到磷酸，稱為電熱法磷酸。近年國內(nèi)濕法磷酸生產(chǎn)企業(yè)不再單一生產(chǎn)磷肥用酸，而是開始走濕法酸凈化，進(jìn)一步向生產(chǎn)工業(yè)級(jí)、食品級(jí)磷酸，向磷酸鹽產(chǎn)品的系列化方向發(fā)展。
[0003]但是目前的制備磷酸的方法及系統(tǒng)多存在以下缺點(diǎn):
[0004]1、焙燒時(shí)間長，一般達(dá)到1.5-3小時(shí)，甚至更長時(shí)間，燃料成本高；
[0005]2、采用環(huán)底窯，由于磷礦在環(huán)底窯內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)還原氧化反應(yīng)，必須對(duì)球團(tuán)表明覆蓋一層膜，防止磷礦中磷再氧化，不僅一定程度上影響了球團(tuán)的傳熱效率和透氣性，同時(shí)增加了“覆蓋膜”的工序成本；
[0006]3、采用旋轉(zhuǎn)窯，料球在窯內(nèi)翻動(dòng)旋轉(zhuǎn)，必然會(huì)產(chǎn)生碰撞和摩擦，從而產(chǎn)生粉料，一方面影響物料的還原，另一方面會(huì)造成窯壁粘結(jié)，造成回轉(zhuǎn)窯不可避免的“結(jié)圈”現(xiàn)象，必需停爐檢修，影響生產(chǎn)的正常操作。
[0007]4、采用焦炭作為還原劑，在缺少焦炭地區(qū)使用受限。
[0008]因此目前用于生產(chǎn)磷酸的方法以及設(shè)備仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種具有成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)的制備磷酸的系統(tǒng)。
[0010]在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提出了一種制備磷酸的系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例制備磷酸的系統(tǒng)包括:混合設(shè)備，所述混合具有磷礦石入口、還原劑入口、催化劑入口和混合物料出口 ；造球機(jī)，所述造球機(jī)與所述混合設(shè)備相連;烘干機(jī)，所述烘干機(jī)與所述造球機(jī)相連;蓄熱式轉(zhuǎn)底爐，所述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐具有物料入口、含磷煙氣出口和爐渣出口，所述物料入口與所述烘干機(jī)相連;煙氣處理設(shè)備，所述煙氣處理設(shè)備具有含磷煙氣入口和五氧化二磷蒸汽出口，所述含磷煙氣入口與所述含磷煙氣出口相連；以及吸收塔，所述吸收塔具有五氧化二磷蒸汽入口和磷酸出口，所述五氧化二磷蒸汽入口與所述五氧化二磷蒸汽出口相連。
[0011]由此利用上述制備的磷酸的系統(tǒng)可有效并快速的制備得到磷酸，能夠進(jìn)一步提高制備磷酸的效率。該系統(tǒng)中采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐作為還原爐，由此利用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐獨(dú)特的燃燒系統(tǒng)可以較其他還原爐例如隧道窯和回轉(zhuǎn)窯相比能夠在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)營造出強(qiáng)還原性氣氛對(duì)磷礦石進(jìn)行還原，磷礦石中磷的還原率大于95%。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，上述制備磷酸的系統(tǒng)進(jìn)一步包括:粉碎裝置，所述粉碎裝置與所述混合設(shè)備相連，其適于將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合之前，分別對(duì)所述磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行粉碎處理;其中，經(jīng)過粉碎處理后混合得到的顆粒物中粒度小于38微米的顆粒占所述顆粒物的80-90質(zhì)量％。由此可以進(jìn)一步提高磷礦石與還原劑以及催化劑的接觸面積，提尚反應(yīng)速度，以便能夠進(jìn)一步提尚制備憐酸的效率。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述混合設(shè)備包括:干式混料機(jī)，所述干式混料機(jī)與所述粉碎裝置相連，將所述磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行干混，以便得到干混物料;濕式混料機(jī)，所述濕式混料機(jī)具有粘結(jié)劑入口，所述濕式混料機(jī)與所述干式混料機(jī)相連，且適于將所述干混物料進(jìn)行濕混，以便得到所述混合物料，其中，所述濕混過程中加入粘結(jié)劑。由此可以進(jìn)一步提尚制備球團(tuán)的效率，以便進(jìn)一步提尚制備得到憐酸的效率。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述煙氣處理設(shè)備包括依次相連的沉降室、換熱器、除塵器，其中，所述沉降室與所述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐的含磷煙氣出口相連，且適于對(duì)所述含磷煙氣進(jìn)行除塵，以便分離出爐渣;所述換熱器適于對(duì)所述含磷煙氣進(jìn)行冷卻;所述除塵器適于對(duì)所述含磷煙氣進(jìn)行凈化，以便分離出五氧化磷。由此可以連續(xù)的對(duì)含磷煙氣進(jìn)行處理制備得到磷酸，以便能夠進(jìn)一步提高制備磷酸的效率。
[0015]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】

[0016]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0017]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是利用本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)制備磷酸方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0021]在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提出了一種制備磷酸的系統(tǒng)，下面參考圖1-2對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，該系統(tǒng)包括:混合設(shè)備10，造球機(jī)20，烘干機(jī)30，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40，煙氣處理設(shè)備50，吸收塔60。
[0023]其中，混合設(shè)備10適于將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合，以便得到混合物料;造球機(jī)20與混合設(shè)備10相連，且適于將混合物料進(jìn)行造球處理，以便得到球狀物料;所述烘干機(jī)30與所述造球機(jī)20相連，且適于對(duì)所述球狀物料進(jìn)行干燥;蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40與所述烘干機(jī)30相連，且適于將經(jīng)過所述干燥的球狀物料進(jìn)行還原反應(yīng)，以便得到含磷煙氣和爐渣;煙氣處理設(shè)備50與蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40相連，且適于使含磷煙氣發(fā)生氧化反應(yīng)，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及吸收塔60與煙氣處理設(shè)備50相連，且適于使五氧化二磷蒸汽與水反應(yīng)，以便得到磷酸。
[0024]為了方便描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)，下面通過該系統(tǒng)的具體實(shí)施方法對(duì)其進(jìn)行描述。
[0025]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，首先在混合設(shè)備10內(nèi)將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合，以便得到混合物料。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述原料即磷礦石、還原劑以及催化劑的質(zhì)量比并不受特別限制，根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，其質(zhì)量比可以為100: (15-20): (1-2)。由此可以使得加入該質(zhì)量范圍的還原劑以及催化劑能夠達(dá)到對(duì)磷礦石的充分還原，并且避免資源浪費(fèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述質(zhì)量比是發(fā)明人經(jīng)過多次試驗(yàn)意外獲得。
[0026]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述還原劑并不受特別限制，根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，還原劑可以為非焦炭煤，所述非焦炭煤為無煙煤和/或蘭炭。由此可以節(jié)省原料還原劑的成本，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)磷礦石的高效還原。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，利用非焦炭煤作為還原劑可以使得該方法適用于在缺少焦炭地區(qū)同樣能夠高產(chǎn)率制備磷酸，因此該方法具有較大的市場(chǎng)潛力。
[0027]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，催化劑可以為碳酸鈉和硫酸鈉的混合物，且較佳的質(zhì)量比例是碳酸鈉:硫酸鈉為2:1。加入量僅為混合物料的1-2質(zhì)量％，較常規(guī)窯法磷酸加入50%以上的硅石等催化劑量少的多，不僅減少了加熱的燃料成本，同時(shí)可以進(jìn)一步促進(jìn)還原劑對(duì)磷礦石的還原，以便進(jìn)一步提高磷礦石還原的效率，提高制備磷酸的效率。
[0028]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，如圖2所示，上述制備磷酸的系統(tǒng)還可以進(jìn)一步包括:粉碎裝置70，粉碎裝置70與混合設(shè)備10相連，其適于將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合之前，分別對(duì)磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行粉碎處理;其中，經(jīng)過粉碎處理后混合得到的顆粒物中粒度小于38微米的顆粒占顆粒物的80-90質(zhì)量％。由此可以進(jìn)一步提高磷礦石與還原劑以及催化劑的接觸面積，以便進(jìn)一步提高磷礦石的還原效率。
[0029]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，如圖2所示，混合設(shè)備10包括:干式混料機(jī)11和濕式混料機(jī)12，干式混料機(jī)11與粉碎裝置70相連，將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行干混，以便得到干混物料;濕式混料機(jī)12具有粘結(jié)劑入口 121，濕式混料機(jī)12與干式混料機(jī)11相連，且適于將干混物料進(jìn)行濕混，以便得到混合物料，其中，濕混過程中加入粘結(jié)劑。
[0030]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，將上述混合物依次進(jìn)行干混和濕混處理的混合設(shè)備為強(qiáng)力混合機(jī)、回轉(zhuǎn)筒、或碾輪混料機(jī)，首先進(jìn)行干混，之后進(jìn)行濕混，濕混過程中加入粘結(jié)劑，根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，粘結(jié)劑的加入量為干混物料的1-3質(zhì)量％，粘結(jié)劑的種類并不受特別限制，根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，粘結(jié)劑可以是無機(jī)粘結(jié)劑，如膨潤土等，也可以是有機(jī)粘結(jié)劑，如糖蜜，聚乙烯醇等。
[0031]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，進(jìn)一步地，通過造球機(jī)20將上述混合得到的混合物料進(jìn)行造球。根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，造球機(jī)20可以為圓盤造球機(jī)，也可以使用壓球機(jī)替代，進(jìn)而制備成球團(tuán)形狀或?yàn)閳A球狀、或?yàn)闄E圓球狀、或?yàn)榉綁K狀不等。
[0032]根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，制備好的球團(tuán)經(jīng)由皮帶送入烘干機(jī)30烘干，所述的烘干機(jī)30為鏈篦烘干機(jī)或圓筒烘干機(jī)，烘干后的球團(tuán)經(jīng)過篩分，篩分設(shè)備可以是條篩或圓筒滾篩，小于3_粒級(jí)的物料返回造塊系統(tǒng)，篩上合格含碳球團(tuán)通過皮帶機(jī)運(yùn)送至還原設(shè)備上部的料倉。
[0033]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，進(jìn)一步地，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40與所述烘干機(jī)30相連，且適于將經(jīng)過所述干燥的球狀物料進(jìn)行還原反應(yīng)，以便得到含磷煙氣和爐渣。
[0034]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40對(duì)磷礦石進(jìn)行還原。利用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐獨(dú)特的燃燒系統(tǒng)可以較其他還原爐例如隧道窯和回轉(zhuǎn)窯相比能夠在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)營造出強(qiáng)還原性氣氛對(duì)磷礦石進(jìn)行還原，磷礦石中磷的還原率大于95%。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，還原爐采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐，料倉中的含碳球團(tuán)，經(jīng)由三個(gè)震動(dòng)布料器均勻地布置到蓄熱式轉(zhuǎn)底爐的內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)爐床上，爐床上的料層厚度為20-140mm，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐爐氣溫度控制在900°C-1100°C，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐從布料到出料運(yùn)行時(shí)間為20-40分鐘，含碳球團(tuán)一進(jìn)入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐即開始高溫快速還原。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，該蓄熱式轉(zhuǎn)底爐燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)如下:1、供熱方式為多點(diǎn)供熱，即燒嘴布置較常規(guī)轉(zhuǎn)底爐多I倍；
2、供給蓄熱式轉(zhuǎn)底爐的煤氣或天然氣管道在燒嘴的下部，助燃空氣在燒嘴的上部，從而在轉(zhuǎn)底爐含碳球團(tuán)上部形成一道“氣幕”，該氣幕阻礙了蓄熱式轉(zhuǎn)底爐上部的弱氧化性氣氛，將正在還原或還原好的球團(tuán)隔離開來，在蓄熱式轉(zhuǎn)底爐含碳球團(tuán)附近營造了強(qiáng)還原性氣氛，防止磷礦石的氧化過程;3、燒嘴的形狀選擇了鴨嘴扁平形狀，從而避免了燃燒氣流的擾動(dòng)作用，保證了含碳球團(tuán)周邊的強(qiáng)還原性氣氛。4、由于該轉(zhuǎn)底爐采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，使用劣質(zhì)或低品質(zhì)燃料O700kcal/Nm3)，降低了燃料成本，可在國內(nèi)和缺少天然氣和優(yōu)質(zhì)燃料的地區(qū)推廣。由此，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，利用上述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐在900-1100°C下，進(jìn)行還原反應(yīng)20-40分鐘。由此可以進(jìn)一步縮短還原反應(yīng)時(shí)間，以便進(jìn)一步提高制備磷酸的效率。
[0035]另外，本實(shí)用新型上述實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)相比傳統(tǒng)窯法磷酸系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì):(I)原料處理簡單，無需包裹或噴膜即可進(jìn)行快速還原；(2)物料壓球后可以均勻布入轉(zhuǎn)底爐，提高了磷礦石中磷的還原率和回收率；(3)還原溫度低，僅為900°C?1100°C，還原時(shí)間短，僅為20?40分鐘，節(jié)能降耗；(4)物料與爐底相對(duì)靜止，相比窯法磷酸的優(yōu)點(diǎn)是不粘結(jié)，不結(jié)圈。(5)不同于窯法磷酸的爐內(nèi)還原和氧化同時(shí)完成，采用爐內(nèi)強(qiáng)還原，爐外(煙道)氧化的獨(dú)特的含磷煙氣處理系統(tǒng)，可以有效回收磷，實(shí)現(xiàn)磷酸的大規(guī)模清潔生產(chǎn)。
[0036]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，煙氣處理設(shè)備50與蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40相連，且適于使含磷煙氣發(fā)生氧化反應(yīng)，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及吸收塔60與煙氣處理設(shè)備50相連，且適于使五氧化二磷蒸汽與水反應(yīng)，以便得到磷酸。
[0037]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，如圖2所示，煙氣處理設(shè)備50包括依次相連的沉降室51、換熱器52、除塵器53，其中，沉降室21與蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40的含磷煙氣出口相連，且適于對(duì)含磷煙氣進(jìn)行除塵，以便分離出爐渣;換熱器52適于對(duì)含磷煙氣進(jìn)行冷卻；除塵器適53于對(duì)含磷煙氣進(jìn)行凈化，以便分離出五氧化磷。
[0038]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，利用上述煙氣處理設(shè)備50和吸收塔60可以對(duì)蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40內(nèi)產(chǎn)出的含磷煙氣進(jìn)行處理。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，含磷煙氣依次通過沉降室51、換熱器52、除塵器53對(duì)含磷煙氣進(jìn)行處理。具體地，在沉降室51內(nèi)對(duì)含磷煙氣進(jìn)行除塵，以便分離出爐渣;在換熱器52適于對(duì)含磷煙氣進(jìn)行冷卻;在除塵器適53于對(duì)含磷煙氣進(jìn)行凈化，以便分離出五氧化磷。由此通過上述除去爐渣、冷卻、除塵的處理過程中，含磷煙氣中的磷發(fā)生氧化反應(yīng)，使得生成五氧化二磷蒸汽，除塵過程中分離得到的含磷固渣可以用去做磷肥。
[0039]根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，進(jìn)一步地在吸收塔60內(nèi)對(duì)凈化和氧化得到的五氧化二磷與水反應(yīng)制備得到磷酸。由此利用本實(shí)用新型的上述系統(tǒng)完成了由磷礦石制備得到磷酸過程，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)可以有效提高制備磷酸的效率以及產(chǎn)率。
[0040]采用本實(shí)用新型上述具體實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)，首先，原料的處理包括利用粉碎裝置70分別對(duì)原料進(jìn)行粉碎，并在干式混料機(jī)11和濕式混料機(jī)12中進(jìn)行混合，進(jìn)入造球機(jī)20內(nèi)進(jìn)行造球后進(jìn)入烘干機(jī)30內(nèi)干燥。其次，將干燥后的物料布入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)，磷礦石中的磷被還原出來，以含磷煙氣的形式進(jìn)入煙氣處理裝置50，含磷煙氣依次通過沉降室51、換熱器52、除塵器53對(duì)含磷煙氣進(jìn)行處理。最后在吸收塔60內(nèi)與水反應(yīng)生成磷酸。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，從蓄熱式轉(zhuǎn)底爐40內(nèi)排出的含磷煙氣氣溫度在900°C以上，其中含有部分粉塵，首先經(jīng)過沉降室51沉降出磷渣，接著含磷煙氣保持一定流速經(jīng)過換熱器52，換熱后的含磷煙氣溫度在600°C?650°C，進(jìn)一步將含磷煙氣通入除塵器53，由于含磷煙氣在傳送過程中部分被氧化成五氧化磷，因此可以通過除塵器53將含磷煙氣中的五氧化磷脫除。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，可以利用脫除后的五氧化磷制備磷肥，由此可以進(jìn)一步提高該制備磷酸系統(tǒng)的附加產(chǎn)值。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述經(jīng)過除塵器53的含磷煙氣溫度仍在600°C以上，將其通入吸收塔60與水化合制備磷酸。吸收塔60排出的氣體可以經(jīng)過尾氣洗滌裝置后排入大氣。由此從還原爐200出來的煙氣經(jīng)過沉降室51、換熱器52、除塵器53，使得進(jìn)入吸收塔60的含磷煙氣中的P2O5純度較高，可獲得高品質(zhì)的磷酸。由于P2O5熔點(diǎn)是562°C，升華溫度為605°C，因此該制備磷酸的系統(tǒng)配置了高溫除塵器53可以有效地對(duì)高溫的含磷煙氣進(jìn)行除塵。由此可以進(jìn)一步提高制備得到磷酸的質(zhì)量。
[0041]為了方便理解本本實(shí)用新型上述實(shí)施例的制備磷酸的系統(tǒng)，下面對(duì)利用該系統(tǒng)制備硫酸的方法進(jìn)行描述。如圖3所示，該方法具體包括以下步驟:
[0042](I)將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合，以便得到混合物料。
[0043]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述原料即磷礦石、還原劑以及催化劑的質(zhì)量比并不受特別限制，根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，其質(zhì)量比可以為100: (15-20): (1-2)。由此可以使得加入該質(zhì)量范圍的還原劑以及催化劑能夠達(dá)到對(duì)磷礦石的充分還原，并且避免資源浪費(fèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述質(zhì)量比是發(fā)明人經(jīng)過多次試驗(yàn)意外獲得。
[0044]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述還原劑并不受特別限制，根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，還原劑可以為非焦炭煤，所述非焦炭煤為無煙煤和/或蘭炭。由此可以節(jié)省原料還原劑的成本，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)磷礦石的高效還原。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，利用非焦炭煤作為還原劑可以使得該方法適用于在缺少焦炭地區(qū)同樣能夠高產(chǎn)率制備磷酸，因此該方法具有較大的市場(chǎng)潛力。
[0045]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，催化劑可以為碳酸鈉和硫酸鈉的混合物，且較佳的質(zhì)量比例是碳酸鈉:硫酸鈉為2:1。加入量僅為混合物料的1-2質(zhì)量％，較常規(guī)窯法磷酸加入50%以上的硅石等催化劑量少的多，不僅減少了加熱的燃料成本，同時(shí)可以進(jìn)一步促進(jìn)還原劑對(duì)磷礦石的還原，以便進(jìn)一步提高磷礦石還原的效率，提高制備磷酸的效率。
[0046]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，上述制備磷酸的方法進(jìn)一步包括:將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合之前，分別對(duì)所述磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行粉碎處理；其中，經(jīng)過粉碎處理后混合得到的顆粒物中粒度小于38微米的顆粒占所述顆粒物的80-90質(zhì)量％。由此可以進(jìn)一步提高磷礦石與還原劑以及催化劑的接觸面積，以便進(jìn)一步提高磷礦石的還原效率。
[0047](2)將所述混合物料進(jìn)行造球處理，以便得到球狀物料；
[0048](3)將所述球狀物料進(jìn)行干燥，以便得到干燥球狀物料。
[0049]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，在造球處理之前，預(yù)先將粉碎后的顆粒狀磷礦石、還原劑以及催化劑按照下列步驟進(jìn)行混合。
[0050]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，將所述磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行干混，以便得到干混物料;將所述干混物料進(jìn)行濕混，以便得到所述混合物料，其中，所述濕混過程中加入粘結(jié)劑。
[0051]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，將上述混合物依次進(jìn)行干混和濕混處理的混合設(shè)備為強(qiáng)力混合機(jī)、回轉(zhuǎn)筒、或碾輪混料機(jī)，首先進(jìn)行干混，之后進(jìn)行濕混，濕混過程中加入粘結(jié)劑，根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，粘結(jié)劑的加入量為干混物料的1-3質(zhì)量％，粘結(jié)劑的種類并不受特別限制，根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，粘結(jié)劑可以是無機(jī)粘結(jié)劑，如膨潤土等，也可以是有機(jī)粘結(jié)劑，如糖蜜，聚乙烯醇等，經(jīng)過造塊設(shè)備造成球團(tuán)，根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，造塊設(shè)備為圓盤造球機(jī)或壓球機(jī)，球團(tuán)形狀或?yàn)閳A球狀、或?yàn)闄E圓球狀、或?yàn)榉綁K狀不等。制備好的球團(tuán)經(jīng)由皮帶送入烘干機(jī)烘干，所述的烘干機(jī)為鏈篦烘干機(jī)或圓筒烘干機(jī)，烘干后的球團(tuán)經(jīng)過篩分，篩分設(shè)備可以是條篩或圓筒滾篩，小于3mm粒級(jí)的物料返回造塊系統(tǒng)，篩上合格含碳球團(tuán)通過皮帶機(jī)運(yùn)送至還原設(shè)備上部的料倉。
[0052]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，通過上述步驟依次對(duì)還原反應(yīng)前的物料進(jìn)行處理，預(yù)先對(duì)磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行粉碎處理，粉碎后的混合物料中粒度小于38微米的顆粒占全部顆粒的80%-90%。并且根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，將所得到的混合物依次進(jìn)行干混和濕混處理，并進(jìn)一步通過干混和濕混制備得到的球團(tuán)。通過采用上述一系列的前處理可以進(jìn)一步提高磷礦石與還原劑以及催化劑的接觸面積，以便進(jìn)一步提高磷礦石的還原效率。
[0053](4)將所述球狀物料在蓄熱式轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行還原反應(yīng)，以便得到含磷煙氣和爐渣。
[0054]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐對(duì)磷礦石進(jìn)行還原。利用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐獨(dú)特的燃燒系統(tǒng)可以較其他還原爐例如隧道窯和回轉(zhuǎn)窯相比能夠在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)營造出強(qiáng)還原性氣氛對(duì)磷礦石進(jìn)行還原，磷礦石中磷的還原率大于95%。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，還原爐采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐，料倉中的含碳球團(tuán)，經(jīng)由三個(gè)震動(dòng)布料器均勻地布置到蓄熱式轉(zhuǎn)底爐的內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)爐床上，爐床上的料層厚度為20-140mm，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐爐氣溫度控制在900 cC-1lOO °C，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐從布料到出料運(yùn)行時(shí)間為20-40分鐘，含碳球團(tuán)一進(jìn)入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐即開始高溫快速還原。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，該蓄熱式轉(zhuǎn)底爐燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)如下:1、供熱方式為多點(diǎn)供熱，即燒嘴布置較常規(guī)轉(zhuǎn)底爐多I倍;2、供給蓄熱式轉(zhuǎn)底爐的煤氣或天然氣管道在燒嘴的下部，助燃空氣在燒嘴的上部，從而在轉(zhuǎn)底爐含碳球團(tuán)上部形成一道“氣幕”，該氣幕阻礙了蓄熱式轉(zhuǎn)底爐上部的弱氧化性氣氛，將正在還原或還原好的球團(tuán)隔離開來，在蓄熱式轉(zhuǎn)底爐含碳球團(tuán)附近營造了強(qiáng)還原性氣氛，防止磷礦石的氧化過程;3、燒嘴的形狀選擇了鴨嘴扁平形狀，從而避免了燃燒氣流的擾動(dòng)作用，保證了含碳球團(tuán)周邊的強(qiáng)還原性氣氛。4、由于該轉(zhuǎn)底爐采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，使用劣質(zhì)或低品質(zhì)燃料(彡700kcal/Nm3)，降低了燃料成本，可在國內(nèi)和缺少天然氣和優(yōu)質(zhì)燃料的地區(qū)推廣。由此，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，利用上述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐在900-1100°C下，進(jìn)行還原反應(yīng)20-40分鐘。由此可以進(jìn)一步縮短還原反應(yīng)時(shí)間，以便進(jìn)一步提高制備磷酸的效率。
[0055]另外，本實(shí)用新型上述實(shí)施例的制備磷酸的方法相比傳統(tǒng)窯法磷酸工藝有以下優(yōu)勢(shì):(I)原料處理簡單，無需包裹或噴膜即可進(jìn)行快速還原；(2)物料壓球后可以均勻布入轉(zhuǎn)底爐，提高了磷礦石中磷的還原率和回收率；(3)還原溫度低，僅為900°C?1100°C，還原時(shí)間短，僅為20?40分鐘，節(jié)能降耗；(4)物料與爐底相對(duì)靜止，相比窯法磷酸的優(yōu)點(diǎn)是不粘結(jié)，不結(jié)圈。(5)不同于窯法磷酸的爐內(nèi)還原和氧化同時(shí)完成，采用爐內(nèi)強(qiáng)還原，爐外(煙道)氧化的獨(dú)特的含磷煙氣處理系統(tǒng)，可以有效回收磷，實(shí)現(xiàn)磷酸的大規(guī)模清潔生產(chǎn)。
[0056](5)使所述含磷煙氣發(fā)生氧化反應(yīng)，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及
[0057](6)使所述五氧化二磷蒸汽與水反應(yīng)，以便得到磷酸。
[0058]根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，上述原料即磷礦石、還原劑以及催化劑在還原爐中進(jìn)行還原反應(yīng)后，得到了含磷煙氣和爐渣。根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，進(jìn)一步地對(duì)含磷煙氣進(jìn)行處理，包括除去爐渣、冷卻、除塵等，使得含磷煙氣得到凈化同時(shí)在處理過程中發(fā)生氧化反應(yīng)，使得生成五氧化二磷蒸汽，除塵過程中分離得到的含磷固渣可以用去做磷肥。
[0059]根據(jù)本實(shí)用新型的具體示例，利用得到的五氧化二磷與水反應(yīng)制備得到磷酸。由此利用本實(shí)用新型的上述方法完成了由磷礦石制備得到磷酸過程，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的制備磷酸的方法可以有效提高制備磷酸的效率以及產(chǎn)率。
[0060]另外，根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，可以利用制備磷酸過程中得到的爐渣制備水泥。由此可以進(jìn)一步提高該方法制備磷酸的附加產(chǎn)值。
[0061 ]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的制備磷酸的方法及系統(tǒng)還具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0062]1、采用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐，可以將排出的爐渣直接或者通過配料用于生產(chǎn)水泥產(chǎn)品；采用煙氣處理裝置可以連續(xù)地對(duì)還原揮發(fā)出的含磷煙氣進(jìn)行氧化、水合回收，生產(chǎn)高濃度磷酸，從而實(shí)現(xiàn)磷礦的高效綜合回收利用。
[0063]2、該方法和系統(tǒng)采用非焦煤作為還原劑，代替了焦炭，節(jié)省原料還原劑的成本，適用于缺少焦炭地區(qū)，市場(chǎng)推廣潛力巨大。
[0064]3、使用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐設(shè)備，配合高溫空氣燃燒技術(shù)，可使用低熱值燃料(大于700Kcal/Nm3)作為加熱的熱源，燃燒熱效率高。
[0065]4、相比隧道窯十幾個(gè)甚至幾十個(gè)小時(shí)的焙燒還原時(shí)間、回轉(zhuǎn)窯幾個(gè)小時(shí)的還原時(shí)間和容易結(jié)圈的問題，所有這些都限制了隧道窯和回轉(zhuǎn)窯的規(guī)?；a(chǎn)和正常運(yùn)行，蓄熱式轉(zhuǎn)底爐還原磷礦石的時(shí)間短，控制在20-40分鐘，大大節(jié)省了還原時(shí)間，還原溫度900°C-1100°C，較隧道窯和回轉(zhuǎn)窯的焙燒溫度低，從而節(jié)省了燃料和運(yùn)行成本，因而單機(jī)年處理量可以大于80萬噸原料規(guī)模，作業(yè)率也較隧道窯和回轉(zhuǎn)窯高，是隧道窯和回轉(zhuǎn)窯無法比擬的。
[0066]5、磷礦石造塊后，無需在表面覆蓋膜層或浸漬包裹，直接在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)高溫快速還原，減少工序能耗，節(jié)省原料成本。
[0067]6、煙氣處理裝置進(jìn)一步設(shè)置有沉降裝置、換熱裝置、除塵裝置、吸收裝置、尾氣洗滌裝置，使得進(jìn)入吸收裝置的含磷煙氣中的P2O5純度較高，可獲得高品質(zhì)的磷酸。
[0068]下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行描述，需要說明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本實(shí)用新型。
[0069]實(shí)施例1
[0070]云南某磷礦石原礦成分為P2O5占24.78%，CaO占38.98%，S12占13.56% ,Al2O3占
1.68 %，F(xiàn)占2.23 %，無煙煤含固定碳78.92%,原料配料條件為磷礦石:無煙煤:催化劑=100:18:1.5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，上述物料在混料機(jī)混合過程中加入混合料重量的3%的糖蜜，加入適量水分，調(diào)整混合料水分為7 %，經(jīng)過高壓對(duì)輥壓球機(jī)壓球，壓制出的球團(tuán)為長30mm，寬20mm，厚15mm左右的橢球體，之后送入鏈篦烘干機(jī)在240 °C進(jìn)行烘干，烘干后的球團(tuán)含水小于2%，經(jīng)由皮帶中轉(zhuǎn)篩分后送至蓄熱式轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行還原，轉(zhuǎn)底爐內(nèi)控制空燃比為9.5，預(yù)熱段溫度為950°C，預(yù)熱時(shí)間5分鐘，還原段溫度1050°C，還原時(shí)間30分鐘，轉(zhuǎn)底爐從布料到出料的時(shí)間為38分鐘。試驗(yàn)測(cè)得磷礦的還原率為95.38%，轉(zhuǎn)底爐排出的渣中含P2O5低于
0.65%，作為配料可以生產(chǎn)水泥。轉(zhuǎn)底爐尾煙氣經(jīng)過沉降室、換熱器、除塵器進(jìn)入吸收塔水合獲得磷酸濃度大于87 %的濃磷酸。吸收塔排出的尾氣經(jīng)過洗滌凈化后排入大氣，符合環(huán)保指標(biāo)，粉塵含量小于20mg/m3。
[0071]實(shí)施例2
[0072]寧夏某磷礦P2O5占35%，無煙煤固定碳含量為77.86%，原料配料條件為磷礦石:無煙煤:催化劑=100:20:2(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，上述物料混合均勻后加入直徑6米的造球盤進(jìn)行圓盤造球，造球所用粘結(jié)劑為膨潤土占混合料的1%，所造球團(tuán)水分控制在8%-10%，所造球的直徑為8-12mm，造好的含碳球團(tuán)布入鏈篦烘干機(jī)進(jìn)行烘干，烘干溫度240 °C左右，烘干后的球團(tuán)含水小于2%，之后送入蓄熱式轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行還原，轉(zhuǎn)底爐內(nèi)控制空燃比為9，預(yù)熱段溫度為900 0C，預(yù)熱時(shí)間5分鐘，還原段溫度1080 0C，還原時(shí)間32分鐘，轉(zhuǎn)底爐從布料到出料的時(shí)間為37分鐘。試驗(yàn)測(cè)得磷礦的還原率為95.67%,轉(zhuǎn)底爐排出的渣中含P2O5低于0.53 %。轉(zhuǎn)底爐煙氣經(jīng)過沉降室、換熱器、除塵器進(jìn)入吸收塔水合獲得磷酸濃度大于88%的濃磷酸。
[0073]實(shí)施例3
[0074]某磷礦P205含量為29.78%,蘭炭含固定碳大于75%，上述物料烘干后，通過干式球磨機(jī)系統(tǒng)磨細(xì)，控制干式球磨機(jī)的風(fēng)力分級(jí)的風(fēng)機(jī)壓力，通過收塵系統(tǒng)獲得38微米占85%左右的原料。按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比為磷礦石:蘭炭:催化劑= 100:18:1.8進(jìn)行配料，配好的物料送入強(qiáng)力混合機(jī)混合，混合過程中加入膨潤土2%，混合料經(jīng)過壓球、烘干、篩分后均勻低布入轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行還原，轉(zhuǎn)底爐預(yù)熱段溫度控制在920°C左右，還原段溫度1090°C，總的還原時(shí)間為40分鐘。磷礦的還原率達(dá)到95.98%,轉(zhuǎn)底爐排除爐渣含P2O^0.45 %左右，排出的爐渣溫度約為700°C，經(jīng)過空氣換熱裝置預(yù)熱空氣后送至烘干系統(tǒng)使用或作為助燃空氣使用，冷卻后的爐渣加入石灰石磨細(xì)至-325目占90%左右直接制作水泥產(chǎn)品。轉(zhuǎn)底爐煙氣經(jīng)過沉降室、換熱器、除塵器進(jìn)入吸收塔水合獲得磷酸濃度大于88%的濃磷酸。
[0075]在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0076]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0077]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備磷酸的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 混合設(shè)備，所述混合設(shè)備適于將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合，以便得到混合物料； 造球機(jī)，所述造球機(jī)與所述混合設(shè)備相連，且適于將所述混合物料進(jìn)行造球處理，以便得到球狀物料； 烘干機(jī)，所述烘干機(jī)與所述造球機(jī)相連，且適于對(duì)所述球狀物料進(jìn)行干燥； 蓄熱式轉(zhuǎn)底爐，所述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐與所述烘干機(jī)相連，且適于將經(jīng)過所述干燥的球狀物料進(jìn)行還原反應(yīng)，以便得到含磷煙氣和爐渣； 煙氣處理設(shè)備，所述煙氣處理設(shè)備與所述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐相連，且適于使所述含磷煙氣發(fā)生氧化反應(yīng)，以便得到五氧化二磷蒸汽；以及 吸收塔，所述吸收塔與所述煙氣處理設(shè)備相連，且適于使所述五氧化二磷蒸汽與水反應(yīng)，以便得到磷酸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 粉碎裝置，所述粉碎裝置與所述混合設(shè)備相連，其適于將磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行混合之前，分別對(duì)所述磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行粉碎處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述混合設(shè)備包括: 干式混料機(jī)，所述干式混料機(jī)與所述粉碎裝置相連，且適于將所述磷礦石、還原劑以及催化劑進(jìn)行干混，以便得到干混物料； 濕式混料機(jī)，所述濕式混料機(jī)具有粘結(jié)劑入口，所述濕式混料機(jī)與所述干式混料機(jī)相連，且適于將所述干混物料進(jìn)行濕混，以便得到所述混合物料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣處理設(shè)備包括依次相連的沉降室、換熱器和除塵器， 其中，所述沉降室與所述蓄熱式轉(zhuǎn)底爐的含磷煙氣出口相連;所述換熱器適于對(duì)所述含磷煙氣進(jìn)行冷卻;所述除塵器適于對(duì)所述含磷煙氣進(jìn)行凈化，以便分離出五氧化磷。
【文檔編號(hào)】C01B25/18GK205709870SQ201620357926
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】吳道洪, 曹志成, 薛遜
【申請(qǐng)人】江蘇省冶金設(shè)計(jì)院有限公司