專利名稱：利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用一種利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝及其裝置，屬于化工工藝過程及設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷酸在國民經(jīng)濟中占有重要地位，是生產(chǎn)磷肥和磷酸鹽的中間原料。磷酸及其下游產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、電子等行業(yè)。目前，國內(nèi)外磷酸工業(yè)生產(chǎn)方法分為熱法和濕法兩種工藝路線。熱法磷酸是以電熱法生產(chǎn)的黃磷為原料，經(jīng)燃燒水合制取磷酸。熱法磷酸純度高，但原料黃磷電耗高，產(chǎn)品 成本較高。濕法磷酸是無機酸(主要是硫酸、鹽酸)分解磷礦制得磷酸，這種工藝要求磷礦石的品位高，質(zhì)量好，但制得酸的濃度低，雜質(zhì)含量較高。窯法磷酸是可直接利用中低品位磷礦制取高濃度磷酸工藝的技術(shù)，分為隧道窯法和回轉(zhuǎn)窯法；具有用電少，產(chǎn)品質(zhì)量高，可利用中低品位磷礦等優(yōu)點。自1988年以來，我國許多科研單位，對窯法磷酸新工藝進行了研究，取得了不少成果，如長沙礦冶研究院側(cè)重于回轉(zhuǎn)窯研究，開發(fā)出雙層冷固復(fù)合球團工藝，申請了 “異形回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)磷酸的方法”、“一種直接還原磷礦石生產(chǎn)磷酸的方法” 2項發(fā)明專利；南京化學(xué)工業(yè)公司則對隧道窯開展了研究，申請了“一種制取高濃度磷酸的方法”發(fā)明專利。但由于存在回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈賭料造成設(shè)備不能連續(xù)運轉(zhuǎn)、隧道窯強度不夠致使局部坍塌、氧化和還原不能有效分區(qū)等諸多問題，至今回轉(zhuǎn)窯和隧道窯尚未大規(guī)模工業(yè)化。流態(tài)化技術(shù)具有傳熱和傳質(zhì)效率高，床層溫度趨于均一，能防止局部過熱，操作較穩(wěn)定等特點，目前已經(jīng)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、能源、環(huán)保等各個領(lǐng)域。該技術(shù)在磷礦電熱法還原制磷過程中的應(yīng)用尚未見報道，本發(fā)明首次將該技術(shù)應(yīng)用于磷礦還原制磷，在相同轉(zhuǎn)化率下，與固定床反應(yīng)器相比，反應(yīng)溫度大幅降低，反應(yīng)時間亦大幅縮短。現(xiàn)有窯法磷酸生產(chǎn)裝置回轉(zhuǎn)窯和隧道窯生產(chǎn)過程中存在以下問題(I)磷礦還原反應(yīng)溫度較高、所需時間較長且還原率較低；(2)包裹劑昂貴且不利于傳熱傳質(zhì)且不能將氧化還原有效分區(qū)；(3)反應(yīng)器內(nèi)溫度分布不均，致使物料易燒結(jié)導(dǎo)致設(shè)備不能連續(xù)運轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出一種集磷礦還原、磷蒸汽氧化于一體，將反應(yīng)熱量耦合的流化床反應(yīng)器，以用于生產(chǎn)磷酸，該工藝將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于磷礦還原反應(yīng)，能大幅降低還原溫度、強化傳熱傳質(zhì)、提高反應(yīng)速率、縮短反應(yīng)時間，使床層溫度趨于均一，可以避免物料結(jié)圈堵料；導(dǎo)熱板的使用有效地將氧化和還原分區(qū)，同時使兩者的反應(yīng)熱得到耦合。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器，其特征在于包括有外殼、內(nèi)殼、燃燒室、旋風(fēng)分離器和水化循環(huán)酸吸收裝置，外殼的內(nèi)表面和內(nèi)殼的外表面構(gòu)成一個環(huán)形的氧化區(qū)
內(nèi)殼的內(nèi)部設(shè)置有氣體分布器和流化還原反應(yīng)區(qū)，其中流化還原反應(yīng)區(qū)頂部設(shè)置有磷礦混合粒料進料口和還原區(qū)反應(yīng)氣體產(chǎn)物出口，底部為靠近氣體分布器上方的爐渣出料Π ；
燃燒室底部設(shè)置有流體介質(zhì)氣體進口、燃料及空氣入口和控制閥門和燃燒器噴嘴；旋風(fēng)分離器上設(shè)置有與流化還原反應(yīng)區(qū)相通的吹出物料回流口，其頂部為p2、CO等氣體出口 ；外殼的底部設(shè)置有p2、co等氣體進口和富氧空氣進口，頂部設(shè)置有與水化循環(huán)酸吸收裝置相連的P2O5iCO2等氣體出口 ；P2、C0等氣體出口和P2、C0等氣體進口通過外部保溫管路連接。按上述方案，所述外殼與內(nèi)殼的內(nèi)徑之比為1.5:1 3:1。按上述方案，還包括有外部控溫器，其將設(shè)置在流化還原反應(yīng)區(qū)的熱電偶和控制閥門自控關(guān)聯(lián)，通過內(nèi)置的熱電偶反饋給控溫器的溫度來控制閥門的開啟與關(guān)閉。按上述方案，所述旋風(fēng)分離器設(shè)置有一組或多組外置或內(nèi)置于流化床反應(yīng)器內(nèi)殼。按上述方案，所述氣體分布器采用垂直多孔板式分布器或螺旋多孔板式分布器。利用所述的流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，包括有以下步驟
1)將磷礦、硅石和炭質(zhì)還原劑經(jīng)破碎篩分至10(Γ300目，然后加入膨潤土、再加水混勻后，干燥固結(jié)，再經(jīng)二次破碎篩分至90%以上過5(Γ300目的顆粒物料；
2)將上述顆粒物料通過磷礦混合粒料進料口投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)，通過氧化區(qū)生成的高溫氣體換熱以及燃燒室補充燃料燃燒加熱升溫，通過外部控溫器控制溫度至110(Γ1350 ，在流體介質(zhì)的作用下流化、還原O. 5 3h，流化還原反應(yīng)區(qū)生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2、CO和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口進入還原區(qū)繼續(xù)反應(yīng)，P2、C0等氣體則通過外部保溫管路進入氧化區(qū)，同時在氧化區(qū)底部進氣口通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳；
3)氧化區(qū)生成的P2O5氣體經(jīng)P2O5iCO2等氣體出口進入除塵器凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器凈化后回用于還原區(qū)作流體介質(zhì)。本發(fā)明的顆粒物料在流體介質(zhì)的流化作用下，降低了磷礦的起始還原溫度，在1050°C開始還原揮發(fā)成P2,同時強化了氣-固的熱、質(zhì)傳遞。按上述方案，步驟I)所述的磷礦為高品位磷礦、中低品位磷礦、低品位磷礦或選礦尾礦。按上述方案，所述的流體介質(zhì)為新鮮的氮氣或處理后回流的工藝尾氣。按上述方案，步驟I)所述的炭質(zhì)還原劑為焦炭或煤。按上述方案，步驟2 )所述燃料為天然氣、汽油、煤或焦炭。按上述方案，步驟I)所述的干燥固結(jié)為干燥脫水至水含量(Γ2%。本發(fā)明所述的外殼由耐高溫、防腐蝕反應(yīng)的絕熱材料制成，內(nèi)殼由難熔、導(dǎo)熱性能好的材料如金剛砂(碳化硅)或剛玉(三氧化二鋁)制成。本發(fā)明將氧化區(qū)和流化還原反應(yīng)區(qū)通過內(nèi)殼耐高溫導(dǎo)熱板耦合在一個筒體中，使氧化區(qū)和還原區(qū)有效分區(qū)，同時使氧化區(qū)中Ρ2、CO氧化燃燒放出的熱量有效地傳遞給還原區(qū)中磷礦料球還原反應(yīng)使用，減少外部燃料燃燒的供給熱量，降低噸產(chǎn)品磷酸的能耗。
本發(fā)明通過外部控溫器將熱電偶和閥門自控關(guān)聯(lián)，通過還原區(qū)內(nèi)置的熱電偶反饋給控溫器的溫度來控制閥門的開啟與關(guān)閉，可以有效控制還原區(qū)的溫度和減少外部燃料的供給。
本發(fā)明與回轉(zhuǎn)窯、隧道窯現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢①本發(fā)明中流化床反應(yīng)器集磷礦還原、磷蒸汽氧化于一體，通過導(dǎo)熱板將還原和氧化反應(yīng)有效分區(qū)，導(dǎo)熱板不僅使能量得到了有效利用，而且解決了窯法磷酸工藝中分區(qū)難的問題，同時避免了碳質(zhì)還原質(zhì)過早燒損的問題，碳質(zhì)氧化率降低到5%以下將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于磷礦的還原反應(yīng)，強化了熱、質(zhì)傳遞，傳熱過程十分迅速，可以使床層溫度趨于均一，避免了回轉(zhuǎn)窯還原區(qū)因局部溫升過快，出現(xiàn)物料燒融結(jié)圈、賭料現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備不能連續(xù)運轉(zhuǎn)的問題；③磷礦還原反應(yīng)的起始溫度可降至1050°C，較回轉(zhuǎn)窯、隧道窯低，磷礦還原速率大大加快，在溫度為120(Tl350°C、達到85 90%相同還原率的情況下，反應(yīng)時間可縮短30 40%，還原率可達90%以上流化床反應(yīng)器可以連續(xù)進、出料，操作彈性大且簡便，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化本方法因采用流態(tài)化技術(shù)還原磷礦，而對磷礦原礦的品位要求不高，可以處理磷礦采礦貧礦和選礦尾礦。


圖I為本發(fā)明的工藝流程示意 圖2為本發(fā)明的流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，其旋風(fēng)分離器外置；
圖3為本發(fā)明的流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，其旋風(fēng)分離器內(nèi)置；
圖中流化床反應(yīng)器筒體-I ;外殼-2 ;內(nèi)殼-3 ;燃燒室-4 ;氣體分布器-5 ;流化還原反應(yīng)區(qū)-6 ;旋風(fēng)分離器-7 ;氧化區(qū)-8 ;流體介質(zhì)氣體進口 -9 ;燃料及空氣入口和控制閥門-10 ;燃燒器噴嘴-11 ;爐渣出料口 -12 ;熱電偶-13 ;控溫器-14 ;磷礦混合粒料進料口 -15 ;還原區(qū)反應(yīng)氣體產(chǎn)物出口 -16 ;吹出物料回流口 -17 ;P2、CO等氣體出口 -18 ;P2、CO等氣體進口 -19 ;富氧空氣進口 -20 ;外部保溫管路-21屮205、0)2等氣體出口 -22 ;除塵凈化器-23 ;水化循環(huán)酸吸收裝置-24 ;堿洗器-25。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例I
如圖2所不,用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器,包括有外殼2、內(nèi)殼3、燃燒室4、旋風(fēng)分離器7和水化循環(huán)酸吸收裝置24，所述外殼2與內(nèi)殼3的內(nèi)徑之比為I. 5: f 3:1，外殼2的內(nèi)表面和內(nèi)殼3的外表面構(gòu)成一個環(huán)形的氧化區(qū)8 ;內(nèi)殼3的內(nèi)部設(shè)置有氣體分布器5和流化還原反應(yīng)區(qū)6，所述的氣體分布器5采用垂直多孔板式分布器，其中流化還原反應(yīng)區(qū)6頂部設(shè)置有磷礦混合粒料進料口 15和還原區(qū)反應(yīng)氣體產(chǎn)物出口 16，底部為靠近氣體分布器5上方的爐渣出料口 12 ;燃燒室4底部設(shè)置有流體介質(zhì)氣體進口 9、燃料及空氣入口和控制閥門10和燃燒器噴嘴11，流體介質(zhì)為新鮮的氮氣或處理后回流的工藝尾氣；旋風(fēng)分離器外置于內(nèi)殼3，其上設(shè)置有與流化還原反應(yīng)區(qū)6相通的吹出物料回流口 17，其頂部為P2、C0等氣體出口 18 ;外殼2的底部設(shè)置有P2、C0等氣體進口 19和富氧空氣進口 20，頂部設(shè)置有與水化循環(huán)酸吸收裝置24相連的P205、C02等氣體出口 22 ;P2、CO等氣體出口 18和P2、CO等氣體進口 19通過外部保溫管路21連接，還包括有外部控溫器14，其將設(shè)置在流化還原反應(yīng)區(qū)6的熱電偶13和控制閥門10自控關(guān)聯(lián)，通過內(nèi)置的熱電偶13反饋給控溫器14的溫度來控制閥門10的開啟與關(guān)閉。
實施例2
如圖3所不,用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器,包括有外殼2、內(nèi)殼3、燃燒室4、旋風(fēng)分離器7和水化循環(huán)酸吸收裝置24，所述外殼2與內(nèi)殼3的內(nèi)徑之比為I. 5: f 3:1，外殼2的內(nèi)表面和內(nèi)殼3的外表面構(gòu)成一個環(huán)形的氧化區(qū)8 ;內(nèi)殼3的內(nèi)部設(shè)置有氣體分布器5和流化還原反應(yīng)區(qū)6，所述的氣體分布器5采用螺旋多孔板式分布器，其中流化還原反應(yīng)區(qū)6頂部設(shè)置有磷礦混合粒料進料口 15和還原區(qū)反應(yīng)氣體產(chǎn)物出口 16，底部為靠近氣體分布器5上方的爐渣出料口 12 ;燃燒室4底部設(shè)置有流體介質(zhì)氣體進口 9、燃料及空氣入口和控制閥門10和燃燒器噴嘴11，流體介質(zhì)為新鮮的氮氣或處理后回流的工藝尾氣；旋風(fēng)分離器內(nèi)置于內(nèi)殼3，其上設(shè)置有與流化還原反應(yīng)區(qū)6相通的吹出物料回流口 17，其頂部為P2、C0等氣體出口 18 ;外殼2的底部設(shè)置有P2、C0等氣體進口 19和富氧空氣進口 20，頂部設(shè)置有與水化循環(huán)酸吸收裝置24相連的P205、C02等氣體出口 22 ;P2、C0等氣體出口 18和P2、C0等氣體進口 19通過外部保溫管路21連接，還包括有外部控溫器14，其將設(shè)置在流化還原反應(yīng)區(qū)6的熱電偶13和控制閥門10自控關(guān)聯(lián)，通過內(nèi)置的熱電偶13反饋給控溫器14的溫度來控制閥門10的開啟與關(guān)閉。
制備實施例I (采用實施例I)
1)將磷礦(24%P2O5) 250份、硅石290份和焦碳32份，破碎篩分至100 200目，然后加入40份膨潤土混勻，再加入60份水再次攪拌混勻后，置于烘箱中烘干脫水至水含量2%以下，再經(jīng)二次破碎篩分至90%過10(Γ150目篩成顆粒物料備用；
2)將上述顆粒物料通過流化床反應(yīng)器筒體I的磷礦混合粒料進料口15投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)6，通過氧化區(qū)8生成的高溫氣體換熱以及燃燒室4補充燃料(天然氣)燃燒加熱升溫，通過外部控溫器14控制溫度至1350°C，還原區(qū)6底部通入流速為O. 18m/s的N2,在流體介質(zhì)的作用下流化、還原O. 5 h,流化還原反應(yīng)區(qū)6生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2> CO和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器7分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口 17進入還原區(qū)6繼續(xù)反應(yīng)，P2、C0等氣體則通過外部保溫管路21進入氧化區(qū)8，同時在氧化區(qū)8底部進氣口 20通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳；
3)氧化區(qū)8生成的P2O5氣體經(jīng)P205、CO2等氣體出口22進入除塵器23凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置24吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器25凈化后回用于還原區(qū)6作流體介質(zhì)，磷礦還原率達到98. 7%。
實施例2 (采用實施例I)
14)如圖I所示，將磷礦(24% P2O5) 250份、硅石290份、焦碳32份，破碎篩分至150 200目，然后加入40份膨潤土混勻，再加入60份水再次攪拌混勻后，置于烘箱中烘干脫水至水含量2%以下，再經(jīng)二次破碎篩分至90%過150 200目篩成顆粒物料備用；2)將上述顆粒物料通過流化床反應(yīng)器筒體I的磷礦混合粒料進料口15投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)6，通過氧化區(qū)8生成的高溫氣體換熱以及燃燒室4補充燃料(汽油)燃燒加熱升溫，通過外部控溫器14控制溫度至1250°C，還原區(qū)6底部通入流速為O. 24m/s的N2,在流體介質(zhì)的作用下流化、還原I. 5 h,流化還原反應(yīng)區(qū)6生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2> CO和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器7分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口 17進入還原區(qū)6繼續(xù)反應(yīng)，P2、CO等氣體則通過外部保溫管路21進入氧化區(qū)8，同時在氧化區(qū)8底部進氣口 20通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳；
3)氧化區(qū)8生成的P2O5氣體經(jīng)P205、CO2等氣體出口22進入除塵器23凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置24吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器25凈化后回用于還原區(qū)6作流體介質(zhì)，磷礦還原率達到92. 4%。
實施例3 (采用實施例I)
1)將磷礦(24%P2O5) 250份、硅石290份、焦碳32份，破碎篩分至150 200目，然后加入40份膨潤土混勻，再加入60份水再次攪拌混勻后，置于烘箱中烘干脫水至水含量2%以下，再經(jīng)二次破碎篩分至90%過15(Γ200目篩成顆粒物料備用；
2)將上述顆粒物料通過流化床反應(yīng)器筒體I的磷礦混合粒料進料口15投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)6，通過氧化區(qū)8生成的高溫氣體換熱以及燃燒室4補充燃料(煤)燃燒加熱升溫，通過外部控溫器14控制溫度至1150°C，還原區(qū)6底部通入流速為O. 3 m/s的N2，在流體介質(zhì)的作用下流化、還原3 h，流化還原反應(yīng)區(qū)6生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2、C0和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器7分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口 17進入還原區(qū)6繼續(xù)反應(yīng)，P2、C0等氣體則通過外部保溫管路21進入氧化區(qū)8，同時在氧化區(qū)8底部進氣口 20通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳；
3)氧化區(qū)8生成的P2O5氣體經(jīng)P205、CO2等氣體出口22進入除塵器23凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置24吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器25凈化后回用于還原區(qū)6作流體介質(zhì)，磷礦還原率達到80. 5%。
實施例4 (采用實施例2)
1)將磷礦(32%P2O5) 250份、硅石350份、煤58份，破碎篩分至100 200目，然后加入45份膨潤土混勻，再加入70份水再次攪拌混勻后，置于烘箱中烘干脫水至水含量2%以下，再經(jīng)二次破碎篩分至90%過5(Γ150目篩成顆粒物料備用；
2)將上述顆粒物料通過流化床反應(yīng)器筒體I的磷礦混合粒料進料口15投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)6，通過氧化區(qū)8生成的高溫氣體換熱以及燃燒室4補充燃料(焦炭)燃燒加熱升溫，通過外部控溫器14控制溫度至1250°C，還原區(qū)6底部通入流速為O. 24 m/s的N2,在流體介質(zhì)的作用下流化、還原I. 5 h,流化還原反應(yīng)區(qū)6生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2> CO和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器7分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口 17進入還原區(qū)6繼續(xù)反應(yīng)，P2、C0等氣體則通過外部保溫管路21進入氧化區(qū)8，同時在氧化區(qū)8底部進氣口 20通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳；
3)氧化區(qū)8生成的P2O5氣體經(jīng)P205、CO2等氣體出口22進入除塵器23凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置24吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器25凈化后回用于還原區(qū)6作流體介質(zhì)，磷礦還原率達到93. 6%。
實施例5 (采用實施例2)
1)將磷礦(17%P2O5) 250份、硅石140份、焦碳30份，破碎篩分至15(Γ300目，然后加入36份膨潤土混勻，再加入56份水再次攪拌混勻后，置于烘箱中烘干脫水至水含量2%以下，再經(jīng)二次破碎篩分至90%過100 300目篩成顆粒物料備用；
2)將上述顆粒物料通過流化床反應(yīng)器筒體I的磷礦混合粒料進料口15投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)6，通過氧化區(qū)8生成的高溫氣體換熱以及燃燒室4補充燃料(煤)燃燒加熱升溫，通過外部控溫器14控制溫度至1250°C，還原區(qū)6底部通入流速為O. 21 m/s的N2，在流體介質(zhì)的作用下流化、還原2 h，流化還原反應(yīng)區(qū)6生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2、CO和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器7分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口 17進入還原區(qū)6繼續(xù)反應(yīng)，P2、C0等氣體則通過外部保溫管路21進入氧化區(qū)8，同時在氧化區(qū)8底部 進氣口 20通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳；
3)氧化區(qū)8生成的P2O5氣體經(jīng)P205、CO2等氣體出口22進入除塵器23凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置24吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器25凈化后回用于還原區(qū)6作流體介質(zhì)，磷礦還原率達到90. 4%。本發(fā)明所列舉的各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器，其特征在于包括有外殼(2)、內(nèi)殼(3)、燃燒室(4)、旋風(fēng)分離器(7)和水化循環(huán)酸吸收裝置(24)， 外殼(2)的內(nèi)表面和內(nèi)殼(3)的外表面構(gòu)成一個環(huán)形的氧化區(qū)(8)； 內(nèi)殼(3)的內(nèi)部設(shè)置有氣體分布器(5)和流化還原反應(yīng)區(qū)(6)，其中流化還原反應(yīng)區(qū)(6)頂部設(shè)置有磷礦混合粒料進料口(15)和還原區(qū)反應(yīng)氣體產(chǎn)物出口(16)，底部為靠近氣體分布器(5)上方的爐渣出料口(12)； 燃燒室(4)底部設(shè)置有流體介質(zhì)氣體進口(9)、燃料及空氣入口和控制閥門(10)和燃燒器噴嘴(11); 旋風(fēng)分離器上設(shè)置有與流化還原反應(yīng)區(qū)(6)相通的吹出物料回流口(17)，其頂部為P2、CO等氣體出口(18);外殼(2)的底部設(shè)置有P2、CO等氣體進口(19)和富氧空氣進口(20)，頂部設(shè)置有與水化循環(huán)酸吸收裝置(24)相連的P2O5iCO2等氣體出口(22) ;P2、CO等氣體出口( 18)和P2、CO等氣體進口(19)通過外部保溫管路(21)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器，其特征在于所述外殼(2)與內(nèi)殼(3)的內(nèi)徑之比為I. 5:1 3:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器，其特征在于還包括有外部控溫器(14)，其將設(shè)置在流化還原反應(yīng)區(qū)(6)的熱電偶(13)和控制閥門(10)自控關(guān)聯(lián)，通過內(nèi)置的熱電偶(13)反饋給控溫器(14)的溫度來控制閥門(10)的開啟與關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器，其特征在于所述旋風(fēng)分離器(7 )設(shè)置有一組或多組外置或內(nèi)置于流化床反應(yīng)器內(nèi)殼(3 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于生產(chǎn)磷酸的流化床反應(yīng)器，其特征在于所述氣體分布器(5)采用垂直多孔板式分布器或螺旋多孔板式分布器。
6.利用權(quán)利要求I所述的流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，包括有以下步驟 1)將磷礦、硅石和炭質(zhì)還原劑經(jīng)破碎篩分至10(Γ300目，然后加入膨潤土、再加水混勻后，干燥固結(jié)，再經(jīng)二次破碎篩分至90%以上過5(Γ300目的顆粒物料； 2)將上述顆粒物料通過磷礦混合粒料進料口(15)投入流化床反應(yīng)器中的流化還原反應(yīng)區(qū)(6)，通過氧化區(qū)(8)生成的高溫氣體換熱以及燃燒室(4)補充燃料燃燒加熱升溫，通過外部控溫器(14)控制溫度至110(Tl35(rC，在流體介質(zhì)的作用下流化、還原O. 5 3h，流化還原反應(yīng)區(qū)(6)生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2、C0和吹出的顆粒物料經(jīng)旋風(fēng)分離器(7)分離后，吹出的顆粒物料通過吹出物料回流口(17)進入還原區(qū)(6)繼續(xù)反應(yīng)，P2> CO等氣體則通過外部保溫管路(21)進入氧化區(qū)(8)，同時在氧化區(qū)(8)底部進氣口(20)通入足量的富氧空氣，使P2、CO燃燒生成五氧化二磷和二氧化碳； 3 )氧化區(qū)(8 )生成的P2O5氣體經(jīng)P2O5iCO2等氣體出口( 22 )進入除塵器(23 )凈化后，通過水化循環(huán)酸吸收裝置(24 )吸收得磷酸，尾氣通過堿洗器(25 )凈化后回用于還原區(qū)(6 )作流體介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，其特征在于步驟I)所述的憐礦為聞品位憐礦、中低品位憐礦、低品位憐礦或選礦尾礦。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，其特征在于所述的流體介質(zhì)為新鮮的氮氣或處理后回流的工藝尾氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，其特征在于步驟I)所述的炭質(zhì)還原劑為焦炭或煤。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，其特征在于步驟2)所述燃料為天然氣、汽油、煤或焦炭。
11.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝，其特征在于步驟I)所述的干燥固結(jié)為干燥脫水至水含量(Γ2%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝及其裝置，其工藝步驟主要包括將磷礦、硅石和炭質(zhì)還原劑經(jīng)破碎篩分、加膨潤土、再加水混勻、干燥固結(jié)，并經(jīng)二次破碎篩分成顆粒物料后，投入流化床反應(yīng)器，用燃料燃燒加熱和氧化區(qū)高溫氣體換熱升溫至1100~1350℃，在N2和回流工藝尾氣作用下流化、還原，生成的P2和CO與外部富氧空氣一起進入氧化區(qū)燃燒生成P2O5和CO2，P2O5氣體經(jīng)除塵凈化后用循環(huán)酸吸收制取H3PO4。本發(fā)明所述流化床反應(yīng)器通過導(dǎo)熱板將還原和氧化有效分區(qū)并實現(xiàn)熱量耦合，通過使磷礦物料流化還原，強化熱、質(zhì)傳遞，大幅降低其還原溫度和反應(yīng)時間，解決了回轉(zhuǎn)窯堵料結(jié)圈等問題。
文檔編號C01B25/18GK102616759SQ20121008184
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者劉少文, 劉根炎, 吳元欣, 康明雄, 池汝安, 田昊一, 陳啟明 申請人:武漢工程大學(xué)