專利名稱：用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制取黃磷或磷酸的窯爐，特別是一種立式隔焰窯爐。
背景技術(shù)：
磷酸制取工藝發(fā)展至今，其主要工藝有兩種(l)濕法用硫酸分解中高品 位磷礦石制取磷酸，該方法需要大量優(yōu)質(zhì)磷礦石和硫酸，同時產(chǎn)生大量磷石膏廢 渣，生產(chǎn)的磷酸雜質(zhì)含量高，凈化工藝復雜，成本高；(2)熱法用電爐法生產(chǎn) 單質(zhì)黃磷，然后在燃燒塔內(nèi)燃燒吸收制取磷酸，該方法需要大量電能和中高品位 磷礦塊礦，環(huán)境污染嚴重，這也幾乎是目前全世界生產(chǎn)黃磷的唯一方法。還有一 種是窯法磷酸，其原理與熱法磷酸相似，但將磷單質(zhì)的還原與氧化過程置于一個 設(shè)備中，這樣磷單質(zhì)與副產(chǎn)的一氧化碳燃燒釋放的熱量可以用來提供磷單質(zhì)還原 所需的熱量，大大節(jié)省能耗，且可利用PA^1(M的中低品位磷礦石，然而此工 藝還未能十分成功應用在規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中。
窯法磷酸從提出理論以來，主要集中于兩條研究路線，首先是回轉(zhuǎn)窯法磷酸， 后來提出隧道窯法磷酸，主要是以磷還原與氧化過程所在的主反應器的不同來區(qū) 分的。(1)回轉(zhuǎn)窯是一種重載、大扭矩、多支點、筒狀中空窯爐運行系統(tǒng)；球 狀物料在窯內(nèi)隨著窯體的旋轉(zhuǎn)而運動，磷的還原在還原區(qū)進行，磷的氧化在氧化 區(qū)進行，還原區(qū)和氧化區(qū)都在窯體內(nèi)；燃料在窯內(nèi)燃燒直接供熱；(2)隧道窯 一般是一條長的直線型隧道，其兩側(cè)及頂部有固定的墻壁及拱頂，底部鋪設(shè)的軌 道上運行著窯車，燃燒設(shè)備設(shè)在隧道窯的中部兩側(cè)；采用隔煙或明焰燒稱，物料 放在窯車上，經(jīng)過預熱帶、高溫帶和冷卻帶。
回轉(zhuǎn)窯由于窯體在不斷旋轉(zhuǎn)運動，溫度難以做到精細控制，窯體容易結(jié)圈； 而且球料在運動過程中不斷碰撞、摩擦，造成球料破碎比例較大，從而產(chǎn)生大量 粉塵，影響制酸質(zhì)量；含五氧化二磷窯氣出氣溫度高，腐蝕性大，設(shè)備難以承受; 采用復合球料等化學保護方法保護劑占去部分球料體積，而且增加加工成本。
隧道窯由于是靜止設(shè)備，物料在窯車上水平運動，基本不會產(chǎn)生粉塵。然而 隧道窯存在的問題是球料無論是化學還是物理保護的成本都很高昂，工業(yè)化難度 大；氣密性差，漏風難以避免，窯內(nèi)氣相控制難度很大；窯車窯具重量大，帶熱 多，熱量利用率低，造成隧道窯熱效率較低等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供投資低、能耗小的一種利用磷礦直接制取黃磷或磷 酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的 一種用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化 立式隔煙窯爐，包括窯體，窯體安裝在支撐基礎(chǔ)上，窯體上部的設(shè)有進料斗，下 部設(shè)有冷卻料斗和卸料裝置，保護氣體充入口伸入到窯體中，窯體內(nèi)設(shè)有物料通 道、燃磷通道和燃料通道，各通道間用耐火導熱材料隔開；物料通道的上部都有 磷氣排出口，并與磷氣輸送通道相連通，磷氣輸送通道與燃磷通道下部磷氣入口 相通，助燃風通道通過助燃風入口與燃磷通道連通;燃料通道上部設(shè)煙氣排出口 ， 燃磷通道上部設(shè)有磷燃燒窯氣排出口。物料通道、燃磷通道和燃料通道為一個或 多個。磷氣輸送通道設(shè)置在窯體的內(nèi)部或外部。
本實用新型所提供的用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐，可 以靈活地選擇生產(chǎn)黃磷或是磷酸。它可以作為制取黃磷的主反應器，只需將產(chǎn)生 的磷氣直接從磷氣排出口排出冷卻即可得到黃磷，它吸取了高爐和電爐的優(yōu)點， 采取隔煙方式使用一次能源燃料燃燒加熱，不需要利用電能加熱，降低了能源成 本，同時也保證了黃磷的質(zhì)量；生產(chǎn)磷酸時，將磷氣多做一次燃燒循環(huán)，引入燃 磷通道燃燒成五氧化二磷，且燃燒釋放的熱量又能補充給物料還原反應，能耗低， 生產(chǎn)成本低，磷酸質(zhì)量好。相比于回轉(zhuǎn)窯和隧道窯，使用立式隔焰窯爐不僅可以 避免粉塵、腐蝕性大、需要額外保護、窯具帶熱多等問題，還能有效降低窯氣處 理氣量，減少水合系統(tǒng)設(shè)備投資與運行電耗，并且能夠使用其它燃料，從而降低 能源費用。


圖1是本實用新型生產(chǎn)磷酸的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1的A—A側(cè)視圖。 圖3是圖1的B — B側(cè)視圖。 圖4是圖1是C一C側(cè)視圖。
具體實施方式

本實用新型的采用以下結(jié)構(gòu)-
包括窯體l，窯體1安裝在支撐基礎(chǔ)17上，窯體上部的設(shè)有進料斗2，下部 設(shè)有冷卻料斗7和卸料裝置8，保護氣體充入口 9伸入到窯體1中，窯體1內(nèi)設(shè) 有物料通道3、燃磷通道4和燃料通道5，各通道間用耐火導熱材料隔開；物料 通道3的上部都有磷氣排出口 12，并與磷氣輸送通道6相連通，磷氣輸送通道6 與燃磷通道4下部磷氣入口 13相通，助燃風通道14通過助燃風入口 15與燃磷 通道4連通；燃料通道5上部設(shè)煙氣排出口 10，燃磷通道4上部設(shè)有磷燃燒窯 氣排出口 11。物料通道3、燃磷通道4和燃料通道5為一個或多個。磷氣輸送通道6設(shè)置在窯體1的內(nèi)部或外部。
本實用新型為中高溫立式窯，窯內(nèi)物料通道3可選擇圓形或方形，圓形通道 直徑在0100—400mm，方形通道長邊長度為600 — 3000mm，短邊長度200-500ram， 高為3 — 30m，可設(shè)任意個數(shù)通道；燃燒通道長寬不等，以產(chǎn)量而定，窯總高為 15—50m(包括上部料斗)。燃料通道5和燃磷通道4均勻分布在物料通道3周圍， 以均勻平穩(wěn)地供熱為目的。物料通道3其物料燒成溫度在1100—155(TC，燃磷 通道4的溫度為1200—160(TC，燒成周期為2—6小時。各通道間的傳熱耐火材 料選剛玉質(zhì)或碳化硅質(zhì)耐火材料。
本實用新型的各組成部分敘述如下
1、 窯體從內(nèi)至外依次采用重質(zhì)耐火材料、輕質(zhì)保溫材料、保溫棉或澆注 料，保證良好的保溫效果，節(jié)約能源；
2、 料斗用以承放生球料的料斗，球料在料斗中自然堆積到一定的高度，
一般為800—2000mm的料柱以保證窯內(nèi)的密封性；
3、 物料通道球料在窯內(nèi)升溫、反應的通道；物料從該通道內(nèi)從上部加入，
依靠重力從下部卸出。在該通道內(nèi)完成升溫和還原反應。
4、 燃磷通道產(chǎn)生的磷蒸汽氣回到燃磷通道進行氧化燃燒，釋放大量的熱 以供應還原反應需熱；
5、 燃料通道額外補充的燃料在此通道內(nèi)燃燒；
6、 磷氣輸送通道物料通道產(chǎn)生的磷氣收集匯合到此通道，連通磷氣排出 口與磷氣入口；
7、 冷卻料斗反應完全的球料在此料斗內(nèi)與氮氣換熱，進行冷卻；
8、 排料裝置冷卻后的球料，溫度在100—20(TC之間，在排料裝置的控制 下以一定的速度排出；
9、 保護氣體充入口冷惰性保護氣體通過這里充入到冷卻料斗中；
10、 煙氣排出口燃料燃燒后的煙氣，溫度約30(TC，從煙氣排出口排出， 用以烘干成型球料；
11、 窯氣排出口 200—800。C的窯氣從此口排出，經(jīng)換熱后進入吸收塔；
12、 磷氣排出口物料通道產(chǎn)生的磷氣從磷氣排出口進入到磷氣輸送通道;
13、 磷氣入口磷氣輸送通道的磷氣從此口進入燃磷通道；
14、 助燃風通道磷氣燃燒需要的助燃風從此通道進入；
15、 助燃風入口磷氣燃燒需要的助燃風從此入口進入燃磷通道；
16、 燃料燒嘴燃料從此燒嘴噴入燃料通道；
17、 基座起到支撐整個窯體的作用。 裝置運行說明先將立式隔焰窯爐下部的卸料裝置8關(guān)閉，將窯爐內(nèi)物料通道3全部用廢渣
料填滿，形成充實的料柱。然后窯爐進行升溫，達到要求的溫度后，將制好經(jīng)烘
干后水分含量不超過2%的03O-5Omm的球料輸送至窯體頂部料斗，球料經(jīng)重力與 窯下部排料的作用而緩慢下落，進入物料通道3，在通道內(nèi)升至反應溫度1200 一135(TC，球料開始反應，產(chǎn)生磷蒸氣和一氧化碳，球料在緩慢向下運動中逐漸 完成反應后，進入立式窯爐下部的冷卻料斗7，球料在這里與從冷卻料斗7中 下部充入的冷氮氣充分換熱，逐漸冷卻，最后從控制球料排出速度的卸料裝置8 排出。
從冷卻料斗7充入的氮氣保護氣(隔絕氧氣作用)向上運動，進入反應段后 與生成的磷蒸氣和一氧化碳混合并形成磷氣混合氣體一起向上運動，對通道內(nèi)的 物料進行預熱，約200—50(TC的各個物料通道內(nèi)的磷氣從物料通道3上部磷氣 排出口 12匯集到磷氣輸送通道6，回到燃磷通道4底部的磷氣入口 13進入燃磷 通道4，通過補入定量的助燃空氣使磷氣中的磷蒸氣與一氧化碳在燃磷通道4內(nèi) 充分氧化成含五氧化二磷與二氧化碳的窯氣，燃燒釋放的熱量通過燃磷通道4與 物料通道3間的剛玉質(zhì)傳熱耐火材料傳遞給物料通道3內(nèi)的球料，以補充還原反 應所需的熱量，額外補充的燃料在燃料通道5內(nèi)燃燒，燃燒通道5內(nèi)氣體做折線 運動，以增長換熱時間，提高熱量利用，此通道內(nèi)溫度控制在1350—160(TC， 防止過熱。30(TC左右的煙氣從燃料通道上部單獨抽出，用以烘干成型球料，200 一800'C的高溫窯氣從燃磷的燃燒通道上部抽出匯總后經(jīng)換熱器換熱降溫至300 一40(TC，然后進入水合塔并用循環(huán)酸噴淋吸收得到磷酸。
用PLC編程，在燃料通道5、燃磷通道4內(nèi)壁設(shè)置多點連續(xù)測溫和控制，氣
體在線測定與控制手段來綜合測定各點的溫度與氣氛。
例1:
一條1000噸/年黃磷(3000噸85%磷酸/年)的立式隔焰窯中試生產(chǎn)線。立 式隔焰窯總長4. 5m，寬3. 9m，高20. Om;物料通道長1. 4m，寬0. 35m，高4. 9m; 燃磷通道與物料燃燒通道長1.4m，寬0.24m，高4.9m，各通道之間的傳熱耐火 材料厚80mm，材質(zhì)為剛玉磚；共設(shè)3個物料通道，2個燃磷通道，2個燃料通道。 升溫前先將卸料裝置關(guān)閉，用廢渣將窯爐內(nèi)冷卻料斗和物料通道充滿，然后點火 升溫，能源使用煤粉，待達到要求的溫度后，將制好經(jīng)烘干后水分含量不超過 2%的035皿的球料輸送至窯體頂部料斗，通過自然重力作用進入物料通道，升 溫至反應溫度，產(chǎn)生磷蒸氣和一氧化碳。球料反應完全后從物料通道進入冷卻料 斗，與從冷卻料斗下部充入的98%氮氣進行換熱，然后從卸料裝置排出。氮氣與球料換熱并逆流至高溫反應帶保護生成的磷和C0，再逆流向上加熱冷球料，約 于30(TC時從物料通道上部磷氣排出口排出(磷氣輸送通道被封閉)，水噴淋冷卻 后即得到黃磷。將天然氣與富氧助燃氣(氧含量28%)和收集到的CO混合氣通入 燃料通道，燃燒尾氣在窯內(nèi)折流換熱后排出用作料球烘干。
利用立式隔焰窯作為主反應器進行黃磷生產(chǎn)，與電爐制黃磷相比，折算后窯 爐能耗降低了 20-25%，黃磷收率與質(zhì)量和電爐法基本持平，黃磷產(chǎn)品成本降低 了約20%。
例2:
在例l中的立式隔焰窯基礎(chǔ)上，將磷氣排出口與磷氣輸送通道連通，使磷氣 從磷氣輸送通道流向燃磷通道，同時關(guān)閉燃磷通道的燃料燒嘴，將助燃風從助燃 風通道鼓入，窯氣從燃磷通道上部的窯氣排出口進入水合收酸系統(tǒng)，制取磷酸。
利用立式隔焰窯作為主反應器制磷酸，與電爐制黃磷相比，由于充分利用了
磷與一氧化碳燃燒釋放的熱量，使得窯爐能耗降低了 60%以上，磷酸質(zhì)量和電爐 法黃磷制酸基本持平，磷酸產(chǎn)品成本降低了約40%。
權(quán)利要求1、一種用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐，包括窯體(1)，窯體(1)安裝在支撐基礎(chǔ)(17)上，窯體上部的設(shè)有進料斗(2)，下部設(shè)有冷卻料斗(7)和卸料裝置(8)，保護氣體充入口(9)伸入到窯體(1)中，其特征在于窯體(1)內(nèi)設(shè)有物料通道(3)、燃磷通道(4)和燃料通道(5)，各通道間用耐火導熱材料隔開；物料通道(3)的上部都有磷氣排出口(12)，并與磷氣輸送通道(6)相連通，磷氣輸送通道(6)與燃磷通道(4)下部磷氣入口(13)相通，助燃風通道(14)通過助燃風入口(15)與燃磷通道(4)連通；燃料通道(5)上部設(shè)煙氣排出口(10)，燃磷通道(4)上部設(shè)有磷燃燒窯氣排出口(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯 爐，其特征在于物料通道(3)、燃磷通道(4)和燃料通道(5)為一個或多個。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯 爐，其特征在于磷氣輸送通道(6)設(shè)置在窯體(1)的內(nèi)部或外部。
專利摘要一種用磷礦直接制取黃磷或磷酸的工業(yè)化立式隔煙窯爐，涉及黃磷及磷酸制備技術(shù)領(lǐng)域。本裝置的窯體主要由物料通道、燃磷通道和燃料通道組成，通道之間用耐火導熱材料隔開，物料通道上部與燃磷通道下部通過磷氣輸送通道連通，助燃風通道連入燃磷通道，燃料通道與燃磷通道上部都有排氣口。本實用新型使用立式隔焰窯作為制取黃磷的主反應器，采取隔煙方式使用燃料燃燒加熱，節(jié)約了能源，降低了能源成本，沒有燃燒尾氣混入磷蒸氣的弊端；將磷氣通入燃磷通道燃燒并為磷還原供熱，同時將窯氣水吸收后制得磷酸，得到高質(zhì)量磷酸的同時也高效利用了燃燒釋放的熱量。這些方式在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低了能耗與能源費用，極大地降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號F27B1/00GK201306917SQ20082019062
公開日2009年9月9日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者張定斌, 曾富強, 湯才洲 申請人:湖北三新磷酸有限公司