CN101531354A - 用磷酸酐浓缩稀磷酸生产聚磷酸的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用磷酸酐浓缩稀磷酸生产聚磷酸的方法，该方法是用黄磷与空气按照1kg黄磷与6.3～6.6m3空气的比例混合，燃烧，得到的P2O5用稀酸吸收，所得磷酸通过管道引入磷酸储槽，再用酸泵打入冷凝器移出热量；然后，将磷酸送往水合塔循环喷淋吸收P2O5以增浓磷酸；不断循环即得到P2O5为82％～84％的磷酸。磷的回收率大于98％，所得产品达到食品级聚磷酸的标准。本发明利用黄磷燃烧所得的磷酐浓缩含量少于100％的湿法磷酸或热法磷酸，可以大幅度降低磷酸生产企业的包装、物流成本，本方法无须消耗额外的能源，还可充分利用黄磷的燃烧热、水合热，产生的蒸汽可以回收使用，因此还具有节约能源的优点，可以大大降低聚磷酸的生产成本，具有显著地社会效益和经济效益。

Description

用磷酸酐浓缩稀磷酸生产聚磷酸的方法
技术领域
本发明涉及磷及其氧化物，也涉及磷酸，进一步来说，涉及生产聚磷酸的方法。
背景技术
磷酸是一种基础化工原料。市场上销售的磷主要有85％、75％两种规格。
磷酸的生产方法很多，主要有湿法磷酸和热法磷酸两种。湿法磷酸要得到高浓度磷酸，必须经过浓缩移出其中水份。磷酸的浓缩法方很多，主要有：(1)器外燃烧直接传热(例如湿壁蒸发)；(2)浸没燃烧直接传热(例如诺丹克浸没燃烧浓缩蒸发)；(3)间接传热蒸发(例如斯温森强制循环真空蒸发器)。这几种方法都需要消耗大量的能源，而且高浓度需较高温度(高于200℃)浓缩，设备腐蚀问题难以解决，以及对产品质量有影响等。
热法磷酸生产方法为：燃烧黄磷得到的P2O5，利用水酸循环吸收，得到要求浓度的磷酸。但热法磷酸所用原料黄磷是一个高能耗、高污染的高成本的行业，故热法磷酸运用得到一定的限制。
但迄今为止，还没有人提出利用黄磷燃烧产生的磷酸酐来浓缩净化磷酸和热法磷酸，从而生产聚磷酸的相关技术和文献。迄今为止还没有任何人利用黄磷燃烧产生的磷酸酐来浓缩磷酸生产聚磷酸，也没有任何一家科研机构或个人对此进行实验和研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用磷酸酐浓缩稀磷酸生产聚磷酸的方法，以降低聚磷酸的生产成本和物流成本。
发明人经过研究与实践，发现如果用酸酐法浓缩85％磷酸，可以解决能耗高的问题：磷酸酐由黄磷燃烧来提供，黄磷燃烧得到的P2O5，一部分用湿法的85％磷酸循环吸收，得到95％～105％的磷酸；另一部分直接生产P2O5产品，可以作为商品直接出售，也可以用于调节尚未达到100％磷酸的浓度，使之达到100％磷酸。因此，发明人提供的方法包括以下步骤：
第一步，将过量的压缩空气在燃磷锅炉下部的燃烧嘴内与液态黄磷混合，黄磷充分燃烧生成P2O5，并放出热量；
第二步，黄磷燃烧产生的含P2O54的热气体在燃磷锅炉内，与管内有循环水的盘管充分接触进行热交换，产生蒸汽回收利用；
第三步，将降温后的含P2O5气体送往水合塔上部，用稀磷酸从水合塔顶部喷淋，吸收P2O5气体，P2O5与稀磷酸中的水分或被蒸发为水蒸汽的水化合，并放出热量；反应式为P2O5+H2O＝H3PO4+Q；
第四步，第三步所得磷酸因重力沉降于水合塔底部，将其通过管道引入磷酸储槽，再用酸泵打入冷凝器移出多余热量；
第五步，将一部分磷酸送往水合塔循环喷淋吸收P2O5以使磷酸增浓；为了保护水合塔不被磷酸腐蚀，将另一部分磷酸送入水合塔上部，磷酸沿水合塔内壁四周均匀溢流而下，保护设备不受腐蚀并吸收P2O5；同时磷酸中还有部分水分被蒸发，使磷酸增浓，如此不断循环，直到得到P2O5为82％～84％的磷酸；
第六步，用泵把P2O5为82％～84％的磷酸送入脱砷装置除砷，得到合格的聚磷酸产品；或在黄磷的砷含量小于10×10-6时不除砷直接以82％～84％的磷酸作为聚磷酸产品。
上述方法的第一步中所述的液态黄磷是将黄磷在50℃～95℃热水浴中熔融所得，或用低压水蒸汽间接加热熔融所得，过滤除去机械杂质的黄磷；或是从黄磷电炉产出的液态黄磷；所述压缩后的空气压力为196～1176kPa；所述过量空气的过量系数为116％～200％，黄磷与空气的比例是1kg液态黄磷比6.3～6.6m3空气。
上述方法的第二步中，所述产生蒸汽的压力为98～784kPa。
上述方法的第三步中，所述稀磷酸是P2O5含量少于72.4％的净化湿法磷酸或热法磷酸。
上述方法的第五步中，所述喷淋磷酸可以从水合塔顶部、或中部、或下部喷淋。
上述方法的第六步中，所述除砷的方式是在脱砷装置中通入卤化氢气体进行除砷，并用氢氧化钠或氢氧化钾或石灰水等碱性物质回收气体；或是加入五硫化二磷，搅拌，再过滤除砷。
发明人还提供以下相关技术：①燃磷锅炉内壁用石墨砖、高铝水泥、高铝耐火砖砌筑；②燃烧嘴可用水夹套降温，延长使用寿命；③水合塔中未能被吸收的气体和酸雾，经水合塔下部的导气管送入文丘里洗涤器、静电除雾器、喷射除雾器、以及纤维除沫器进一步吸收P2O5气体并回收磷酸，使尾气中P2O5排放符合国家要求，由风机引出排入大气；④为保证水合塔不因温度升高而被磷酸腐蚀，外壁可用冷水喷淋降温，冷却水可循环使用；或者水合塔内利用磷酸挂膜，即将磷酸均匀地分布在水合塔内壁，以形成保护膜；⑤脱砷的另一种方法是：把能溶于酸的硫化物(凡是能够被硫酸、或盐酸、或硝酸、磷酸等强酸分解的硫化物都可用，常用硫化钠)溶解于水，加入硫化氢发生器，在硫化氢发生器中加入强酸，把硫化物分解所得的硫化氢引入水合塔置，使砷生成硫化物沉淀进入磷酸中，再把磷酸过滤而除去砷。
本发明利用黄磷燃烧所得的磷酐浓缩含量少于116％的湿法磷酸或热法磷酸，可以大幅度降低磷酸生产企业的包装、物流成本。现有的方法需要消耗大量的能源来浓缩稀磷酸，而且设备腐蚀严重，而本发明不需要消耗额外的能源，还可以充分利用黄磷的燃烧热、水合热，产生的蒸汽可以供其他工序使用，因此还具有节约能源的优点，可以大大降低聚磷酸的生产成本。具有显著地社会效益和经济效益。
附图说明
附图为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1：把纯度99.95％、含砷152×10-6的黄磷在70℃下充分熔融，按照1kg黄磷与6.3～6.6m3空气的比例，用泵把黄磷送往黄磷燃烧嘴处并与0.7MPa的压缩空气混合，喷入燃磷锅炉，黄磷在燃磷锅炉内迅速雾化并剧烈燃烧。
燃烧产生的P2O5引入水合塔顶部，塔顶先用去离子水喷淋，得到稀酸以后改用稀酸喷淋，稀磷酸不断从顶部喷淋和从内壁均匀溢流而下，循环吸收P2O5，得到116％H3PO4后，塔顶适量补充去离子水喷淋继续喷淋，并把116％磷酸送往脱砷装置，通入磷酸总重量的0.5％的HCl气体，温度130℃，时间120分钟，得到P2O5含量为84.2％的聚磷酸。
实施例2把纯度99.95％、砷含量为10×10-6的黄磷在70℃下充分熔融，按照1kg黄磷与6.3～6.6m3空气的比例，用泵把黄磷送往黄磷燃烧嘴处并与0.7MPa的压缩空气混合，喷入燃磷锅炉，黄磷在燃磷锅炉内迅速雾化并剧烈燃烧。
燃烧产生的P2O5引入水合塔顶部，塔顶开始用去85％磷酸喷淋，并从内壁均匀溢流而下，循环吸收P2O5，得到116％H3PO4后，塔顶适量补充85％磷酸，继续循环吸收，得到P2O5含量为72.42％的聚磷酸。
实施例3：把纯度99.95％、砷含量为10×10-6的黄磷在70℃下充分熔融，按照1kg黄磷与6.3～6.6m3空气的比例，用泵把黄磷送往黄磷燃烧嘴处并与0.8MPa的压缩空气混合，喷入燃磷锅炉，黄磷在燃磷锅炉内迅速雾化并剧烈燃烧。
燃烧产生的P2O5引入水合塔顶部，塔顶用85％含量的已经净化的湿法磷酸喷淋，一部分从内壁均匀溢流而下，循环吸收P2O5，得到116％H3PO4后，塔顶适量补充适量净化磷酸继续喷淋，并把116％磷酸送往脱砷装置，加入磷酸总重量的0.5％的五硫化二磷，温度80℃，时间140分钟，过滤，得到聚磷酸。
本方法磷的回收率大于98％，所得产品达到食品级磷酸的标准。

Claims (7)

1 用磷酸酐浓缩稀磷酸生产聚磷酸的方法，其特征包括：
第一步，将过量的压缩空气在燃磷锅炉下部的燃烧嘴内与液态黄磷混合，黄磷充分燃烧生成P2O5，并放出热量；
第二步，黄磷燃烧产生的含P2O5的热气体在燃磷锅炉内，与管内有循环水的盘管充分接触进行热交换，产生蒸汽回收利用；
第三步，将降温后的含P2O5气体送往水合塔上部，用稀磷酸喷淋，吸收P2O5气体，P2O5与稀磷酸中水分或水蒸汽化合，放出热量；
第四步，第三步所得磷酸因重力沉降于水合塔底部，将其通过管道引入磷酸储槽，再用酸泵打入冷凝器移出多余热量；
第五步，将一部分磷酸送往水合塔循环喷淋吸收P2O5以使磷酸增浓；为了保护水合塔不被磷酸腐蚀，将另一部分磷酸送入水合塔上部，磷酸沿水合塔内壁四周均匀溢流而下，保护设备不受腐蚀并吸收P2O5；同时磷酸中还有部分水分被蒸发，使磷酸增浓，如此不断循环，直到得到P2O5为82％～84％的磷酸；
第六步，用泵把P2O5为82％～84％的磷酸送入脱砷装置除砷，得到合格的聚磷酸产品；或不除砷直接以82％～84％的磷酸作为聚磷酸产品。
2 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一步中所述的液态黄磷是将黄磷在50℃～95℃热水浴中熔融所得，或用低压水蒸汽间接加热熔融所得，过滤除去机械杂质的黄磷；或是从黄磷电炉产出的液态黄磷；所述压缩后的空气压力为196～1176kPa；所述过量空气的过量系数为116％～200％，黄磷与空气的比例是1kg液态黄磷比6.3～6.6m3空气。
3 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二步中，所述产生蒸汽的压力为98～784kPa。
4 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第三步中，所述稀磷酸是P2O5含量少于72.4％的净化湿法磷酸或热法磷酸。
5 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第五步中，所述循环喷淋的磷酸是从水合塔顶部、或中部、或下部喷淋。
6 根据权利要求1所述的方法，其特征在于第六步中，所述除砷的方式是在脱砷装置中通入卤化氢气体进行除砷，并用氢氧化钠或氢氧化钾或石灰水回收气体；或是加入五硫化二磷，搅拌，再过滤除砷。
7 根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的卤化氢是氯化氢。
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