背景技術(shù)

五氧化二磷的主要用途是通過(guò)水化得到磷酸。磷酸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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、食品和電子等行業(yè)。

目前，國(guó)內(nèi)外磷酸工業(yè)生產(chǎn)方法分為濕法和熱法兩種工藝路線。濕法磷酸是通過(guò)無(wú)機(jī)酸(主要是硫酸、鹽酸)分解磷礦制得磷酸。濕法磷酸不僅要求磷礦石的品位高、質(zhì)量好，而且該方法制得的磷酸雜質(zhì)含量較高，磷酸濃度低。當(dāng)前世界范圍內(nèi)的磷礦資源正在逐步貧化，同時(shí)硫酸資源也日益緊缺，磷礦與硫酸的價(jià)格攀升，加之該法酸解后要排出大量磷石膏，因此，采用濕法生產(chǎn)磷酸的許多工廠也日益艱難。熱法磷酸是以電熱法生產(chǎn)的黃磷為原料，經(jīng)燃燒制得五氧化二磷，五氧化二磷經(jīng)水合后制得磷酸。熱法磷酸純度高，但是由于電熱法生產(chǎn)黃磷能耗極高，因此產(chǎn)品的成本較高。熱法磷酸是現(xiàn)有工藝中磷酸的主要生產(chǎn)方法，但是，由于電熱法生產(chǎn)黃磷能耗極高，因此，熱法磷酸工藝中，如何降低五氧化二磷生產(chǎn)過(guò)程中的能耗成為亟待解決的問(wèn)題。

中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)為CN102616759A)公開(kāi)了一種利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝及其裝置。該專(zhuān)利通過(guò)將磷礦、還原劑破碎篩分后加膨潤(rùn)土和水混勻、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°(:，在隊(duì)和回流工藝尾氣作用下流化、還原，生成的PjP CO與富氧空氣在氧化區(qū)燃燒生成P2OjPCO2, P2O5氣體經(jīng)除塵凈化后用循環(huán)酸吸收制取H 3P04。該專(zhuān)利通過(guò)流化床反應(yīng)器的導(dǎo)熱板將氧化區(qū)和還原區(qū)分開(kāi)并實(shí)現(xiàn)熱量耦合，通過(guò)使磷礦物料流化還原、強(qiáng)化熱、質(zhì)傳遞，大幅降低了還原溫度和反應(yīng)時(shí)間。但是，該專(zhuān)利在實(shí)施過(guò)程中還存在如下缺陷:一是該專(zhuān)利的還原過(guò)程在流體介質(zhì)的作用下完成，但是，引入還原反應(yīng)區(qū)的流體介質(zhì)存在能量不足的問(wèn)題，難以將還原反應(yīng)區(qū)的礦石顆粒托起而均勻分散在整個(gè)還原反應(yīng)區(qū)，使得進(jìn)入的礦石大多沉積在還原反應(yīng)區(qū)的中下部，還原效果不理想；二是通過(guò)導(dǎo)熱板將氧化區(qū)和還原區(qū)分開(kāi)，利用導(dǎo)熱板來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量耦合，但是，熱量通過(guò)導(dǎo)熱板后會(huì)造成熱量損失，使氧化區(qū)和還原反應(yīng)區(qū)不能得到足夠的熱量，影響反應(yīng)效率。

中國(guó)專(zhuān)利(公告號(hào)為CN103409615B)公開(kāi)了一種礦物焙燒還原裝置及其使用方法。該專(zhuān)利的礦物焙燒還原裝置在干燥預(yù)熱區(qū)設(shè)置有抽真空的定向加壓裝置，通過(guò)該定向加壓裝置，使裝置內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，燃燒劑和還原劑分子流上行，礦物下行，形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)，保證固相和氣相轉(zhuǎn)化親和，從而完成焙燒還原。該專(zhuān)利保證了固相和氣相的轉(zhuǎn)化親和，但是，通過(guò)定向加壓裝置僅使焙燒氧化反應(yīng)區(qū)形成負(fù)壓，在還原反應(yīng)區(qū)仍為正壓的反應(yīng)環(huán)境。由于磷礦石的還原過(guò)程屬于氣體體積增大的反應(yīng)，正壓的反應(yīng)條件不利于磷蒸汽的釋放；并且，正壓的操作條件容易導(dǎo)致反應(yīng)器中的熱量向外噴出，不僅會(huì)造成熱量損失，也容易引發(fā)安全事故。

另外，五氧化二磷的制備過(guò)程中，還有如下兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題是容易被本領(lǐng)域技術(shù)人員忽略的:一是在高溫下，磷礦石中的部分成分易形成熔融態(tài)物質(zhì)，如焦炭、硅石等；粘流在爐壁上的熔融態(tài)物質(zhì)下降至排渣口時(shí)，溫度的降低極易造成熔融態(tài)物質(zhì)結(jié)焦，進(jìn)而對(duì)排渣口造成堵塞，不僅使得反應(yīng)不能連續(xù)進(jìn)行，而且需要頻繁清洗反應(yīng)設(shè)備。二是現(xiàn)有反應(yīng)設(shè)備中使用的保溫材料多為不定型耐火材料，如莫來(lái)石澆注料、高鋁澆注料或是剛玉澆注料，所用耐火材料層的厚度通常為1000?1400_，雖然現(xiàn)有技術(shù)中采用的耐火材料層可有效地控制爐內(nèi)熱量的流失，但是耐火材料層的厚度較厚，極大地縮小了反應(yīng)設(shè)備的可用空間。

因此，急需開(kāi)發(fā)一種綠色、環(huán)保、安全、連續(xù)地生產(chǎn)五氧化二磷的方法來(lái)替代現(xiàn)有技術(shù)中落后的工藝。

生產(chǎn)方法

造粒:將采集到含磷量為17?22%的中低品位磷礦破碎后過(guò)篩，使磷礦石的顆粒直徑小于20目。再將還原劑與過(guò)篩后的磷礦一起放入造粒機(jī)造粒，形成直徑為3mm的小顆粒，作為原料備用。

加熱、抽負(fù)壓:對(duì)于尺寸為DN3500mm的流化反應(yīng)器，入爐煤氣氣體量為16850Nm3/h，入爐空氣量為14400Nm3/h。入爐氣體壓力為50?55KPa。燃?xì)馊紵a(chǎn)生的高溫高速氣體通過(guò)噴射拱11上的噴流通道噴射入還原反應(yīng)室20。高溫高速氣體可將還原反應(yīng)室20中的顆粒物料托起并對(duì)其加熱。通過(guò)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)裝置60送入的空氣量和抽風(fēng)裝置70排出的氣體量，使流化反應(yīng)器內(nèi)維持壓力為0?-500Pa的非正壓環(huán)境。

還原反應(yīng):將制備好的顆粒物料從進(jìn)料管21進(jìn)入還原反應(yīng)室20。顆粒物料被從位于還原反應(yīng)室20下方的噴射拱11上的噴流通道向上噴出的燃燒氣體加熱至1250°C。顆粒物料在1250 °C下還原0.4/h即可生成磷單質(zhì)。

氧化反應(yīng):還原反應(yīng)生成的磷單質(zhì)隨向上流動(dòng)的氣體進(jìn)入氧化反應(yīng)室30。同時(shí)，從富氧空氣管32通入含氧量為28%的富氧空氣。磷單質(zhì)與富氧空氣在1650°C的高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)生成五氧化二磷。

產(chǎn)物收集和排渣:還原反應(yīng)后的固體殘?jiān)ㄟ^(guò)排渣管24排出反應(yīng)器。氧化反應(yīng)生成的五氧化二磷通過(guò)出口管31進(jìn)入反應(yīng)器后方的磷酸吸收裝置。還原反應(yīng)室20和氧化反應(yīng)室30產(chǎn)生的熔融態(tài)物質(zhì)通過(guò)流化反應(yīng)器的截流槽22和第二截流槽33收集并進(jìn)一步通過(guò)截流引出管23和第二截流引出管34導(dǎo)出流化反應(yīng)器。

通過(guò)計(jì)算，五氧化二磷的收率高達(dá)75 %以上。相比于現(xiàn)有技術(shù)，不僅提高了五氧化二磷的收率，也解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的安全、環(huán)保、反應(yīng)不能連續(xù)進(jìn)行等問(wèn)題。