一種用于連續(xù)流化反應器的噴射拱及造氣流化反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)流化反應器的噴射拱及造氣流化反應器，該噴射拱和流化反應器尤其適用于高效高溫五氧化二磷造氣流化反應器，也適用于利用流化反應器制備磷酸的工藝及其裝置。
【背景技術】
[0002]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)品廣泛應用于化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)，而五氧化二磷是生產(chǎn)磷酸的原料。
[0003]目前，國內(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。濕法磷酸是通過無機酸(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、質量好，而且該法制得的磷酸雜質含量較高，磷酸濃度低。當前世界范圍內(nèi)的磷礦資源正在逐步貧化，同時硫酸資源也日益緊缺，磷礦與硫酸的價格攀升，加之該法酸解后要排除大量磷石膏，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，但是由于電熱法生廣黃憐能耗極尚，因此廣品的成本$父尚。
[0004]中國列入國家統(tǒng)計的磷礦石儲量為168億噸，但大多數(shù)磷礦難以選別，含磷量大于30%的富礦只有11.2億噸，中低品位的磷礦石約占90%，且含磷量洗浴26%的低品位磷礦約占50%。根據(jù)中國目前磷礦的消耗速度，富礦將在十年左右逐漸枯竭，磷礦資源面臨貧乏。
[0005]為了開發(fā)一種能耗較低，并且適用于中低品位磷礦的生產(chǎn)方法，中國專利CN101214939 A公開了一種燃燒動力波制備五氧化二磷的方法。該專利的基本原理是將磷礦、磷礦還原劑和燃料炭等原料以粉體形式懸浮在還原性或弱氧化性氣氛空間，進行還原性燃燒反應，在燃燒動力過程中，還原性燃燒的前沿波面向外部空間擴展，外部空間的氧化性流體也在向還原空間方向移動，在接觸處形成了一個過渡性介面，呈相對的動態(tài)平衡。其基本思想是利用流體燃燒動力過程產(chǎn)生的波面，將還原空間與氧化空間相對隔離，熱輻射穿越波面加熱還原反應空間，以實現(xiàn)高效還原反應與傳熱，進而實現(xiàn)磷礦與五氧化二磷的高效轉化。該發(fā)明與現(xiàn)有技術的五氧化二磷生產(chǎn)工藝相比，可以充分利用中低品位磷礦，以較低的能耗和生產(chǎn)成本生產(chǎn)五氧化二磷，進而生產(chǎn)優(yōu)質磷酸。但是，該發(fā)明在實施過程中存在如下缺陷:
[0006](1)燃燒過程中動力波力量不足，無法將磷礦、磷礦還原劑和燃料炭等原料托起懸浮在還原性或弱氧化性氣氛空間；
[0007](2)燃燒動力波界面不明顯，不能將還原空間與氧化空間相對隔離；
[0008](3)燃燒過程中沿爐壁粘流的熔融態(tài)物質，易造成排渣孔堵塞，不能實現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)。
[0009]另外，該專利技術使用的反應器設計不合理，存在如下設計缺陷:
[0010](1)燒嘴有16個，分上、中、下三層布置，上層燒嘴布置在氧化區(qū)，而氧化區(qū)為放熱反應，是不需要再進行加熱的，燒嘴布置在該區(qū)域，1650°C的高溫極易將燒嘴燒壞，而且造成燃料的浪費；
[0011 ] (2) 二次空氣進口管位置不合理，二次空氣是用于磷的氧化，將二次空氣進口管布置在進料口下方的還原區(qū)，難以形成氧化區(qū)。
[0012]再有中國專利CN 102616759 A公開了一種利用流化床反應器制備磷酸的工藝及其裝置，并具體公開了該流化床反應器包括有外殼、內(nèi)殼、燃燒室、旋風分離器和水化循環(huán)酸吸收裝置，外殼的內(nèi)表面和內(nèi)殼的外表面構成一個環(huán)形的氧化區(qū)；內(nèi)殼的內(nèi)部設置有氣體分布器和流化還原反應區(qū)，其中流化還原反應區(qū)頂部設置有磷礦混合粒料進料口和還原區(qū)反應氣體產(chǎn)物出口，底部為靠近氣體分布器上方的爐渣出料口 ；燃燒室底部設置有流體介質氣體進口、燃料及空氣入口和控制閥門和燃燒器噴嘴；旋風分離器上設置有與流化還原反應區(qū)相通的吹出物料回流口，其頂部為P2、C0等氣體出口 ；外殼的底部設置有P2、C0等氣體進口和富氧空氣進口，頂部設置有與水化循環(huán)酸吸收裝置相連的？205、0)2等氣體出口 ；P2、CO等氣體出口和P2、CO等氣體進口通過外部保溫管路連接。該發(fā)明雖然在對比文件1的基礎之上將氧化區(qū)和還原區(qū)通過內(nèi)殼相對隔離，明確劃分了氧化區(qū)和還原區(qū)，解決了窯法磷酸工藝中分區(qū)難的問題；將流態(tài)化技術應用于磷礦的還原反應，避免了還原區(qū)因局部溫升過快，出現(xiàn)物料燒融結圈、賭料現(xiàn)象，導致設備不能連續(xù)運轉的問題。但是該發(fā)明仍然存在以下缺陷:首先，對比文件2需要依靠不斷通入氮氣來實現(xiàn)流化作用，才能將還原區(qū)的氣體產(chǎn)物送至氧化區(qū)，不能通過裝置固有的結構特征實現(xiàn)流化，而且氮氣的通入無疑增加了成本。其次，為了將還原反應區(qū)生成的反應氣體產(chǎn)物P2、C0和吹出的顆粒物料進行分離，還在還原區(qū)頂部專門設置旋風分離器，增加了裝置的復雜程度，同時也增加了成本。再者，該專利的氣體分布器呈平面結構，若在氣體分布器上沉積了較多的固體顆粒，平面狀的氣體分布器難以承受其重力而易造成斷裂，并且爐渣口設置在氣體分布器上方，平面結構的氣體分布器也不利于爐渣的順利排出，而且，燃燒過程中通過平面狀的氣體分布器的動力不足，難以將還原反應區(qū)的礦石托起而均勻分散在整個還原區(qū)，使得進入的礦石大多沉積在還原反應區(qū)的中下部，還原效果不理想，并且進入的礦石容易對氣體分布器造成堵塞，影響反應的連續(xù)進行。最后，根據(jù)該發(fā)明說明書附圖2或3的記載，爐渣出料口設置在氣體分布器的上方，十分不利于爐渣的順利排出，容易在氣體分布器上堆積。
[0013]中國專利CN 101214939 A和中國專利CN 102616759 A及其結合均沒有給出一種在不需要設置額外構件和流體介質、僅通過反應爐本身就夠就實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)的、結構簡單、成本低、反應效果好的連續(xù)式流化反應器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]針對現(xiàn)有技術之不足，本發(fā)明一方面提供了一種用于連續(xù)流化反應器的噴射拱，其特征在于，所述噴射拱以將所述流化反應器分隔成分別用于燃料燃燒和物料反應的兩個腔室的方式設置在所述流化反應器內(nèi)，所述噴射拱的表面布置有至少一個用于將燃燒氣體從所述燃燒腔高速噴入所述反應腔的長條形噴流通道，所述至少一個噴流通道在所述噴射拱表面的整體分布形態(tài)以形成噴射出的燃燒氣體在中心區(qū)域流速高、周側區(qū)域流速低的方式設置，使得高溫高流速燃燒氣體將物料以懸浮狀態(tài)托舉在反應腔內(nèi)反應，并且在燃燒氣體通過所述噴射拱噴出后外界空氣自然地從所述燃燒腔底部吸入，從而實現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)。
[0015]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述噴射拱以與所述流化反應器的燃燒頭構成所述燃燒腔且所述噴射拱與所述燃燒頭之間的間距滿足燃燒腔內(nèi)燃燒火焰的外焰大致處于所述噴射拱附近的方式設置。所述燃燒頭的表面上設置有多個均勻布置的噴孔，使得燃料氣體與進入到所述燃燒腔內(nèi)的空氣均勻混合。
[0016]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述噴射拱設置在所述流化反應器的約1/3位置處，使得通過所述噴射拱劃分出的反應腔內(nèi)能形成至少兩個反應區(qū)。
[0017]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述噴射拱凸出的最高部分為一個點或一條線，并且所述噴射拱與所述流化反應器的腔體結構保持形狀匹配。
[0018]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，至少一個噴流通道在所述噴射拱表面所占的總面積和每個噴流通道的尺寸大小以燃燒腔內(nèi)燃料和空氣燃燒膨脹后所需燃燒氣體的流速進行設置。
[0019]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，至少一個噴流通道設置在所述噴射拱中間的凸起部分，所述凸起部分的幾何中心線與所述流體反應器的軸線重合，并且所述至少一個噴流通道的整體分布形狀與所述噴射拱的形狀相匹配。
[0020]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述噴射拱為表面曲率均勻的拱形結構，并且所述噴射拱各處厚度均一；或者，所述噴射拱為表面曲率非均勻的拱形結構，并且所述噴射拱各處厚度均一；或者，所述噴射拱為表面曲率均勻的拱形結構，并且所述噴射拱各處厚度非均一；或者，所述噴射拱為表面曲率非均勻的拱形結構，并且所述噴射拱各處厚度非均一。
[0021]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述噴射拱一體成型在所述流化反應器的內(nèi)壁上并且所述噴射拱以耐火磚或耐火材料以預制拱的方式制成，并且在所述噴射拱與所述流化反應器內(nèi)壁的交界處設置有排渣口，所述排