CN102992285B

CN102992285B - 一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法及设备

Info

Publication number: CN102992285B
Application number: CN201210552699.3A
Authority: CN
Inventors: 白玉龙; 王昀睿
Original assignee: XI'AN RICH ENERGY-SAVING ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: XI'AN RICH ENERGY-SAVING ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN102992285A

Abstract

本发明公开了一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法及设备，设备包括依次连接的原料破碎机、振动筛分机、烘干机、计量装置、混合料仓和密闭环形加热炉；所述密闭环形加热炉分别与炉气处理尾气回收机构及集渣池相连；炉气处理尾气回收机构通过尾气回收管线再与密闭环形加热炉相连。方法包括：原料预处理、配料、炉内反应、出料和尾气综合利用工艺过程。本发明设备用电量低、运行成本低、投资强度小、易于维护，具有良好的工业化应用前景；利用该设备实现黄磷生产的工艺条件成熟，能充分利用黄磷尾气热值，无需消耗易耗的石墨电极和炭电极，大大降低黄磷生产能耗和成本。

Description

一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种生产黄磷的方法及设备，尤其是涉及一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法及设备。

背景技术

黄磷是一种非常重要的、无法替代的化工原料，用它作原料可以生产出磷酸、农药、洗涤剂、磷肥等多种产品，广泛使用在肥料、食品、医药、电子、纺织、冶金、陶瓷等工业领域，在国防工业上也有重要地位。目前国内外黄磷生产中，电炉法为绝对主导工艺，即将磷矿石、硅石和碳质还原剂混合料加入密闭式电炉内，电炉内输入的三相电流以电阻热形式产生高温，炉料在1300-1500℃高温下熔融并进行化学还原反应，生产出元素磷（P₄）、一氧化碳（CO）等气态物并夹带粉尘逸出，称含磷炉气，含磷炉气进入冷却***，经冷凝分离精制而得到磷，反应式为：

我国是目前世界第一黄磷生产大国，黄磷产量约占全球总产量的85%，约有黄磷生产企业140余家。黄磷是一种高能耗产品，据统计，2011年全国制磷企业每吨黄磷的平均综合能耗为3.316吨标准煤，在各种工业产品的综合能耗中名列前茅，这使得制磷工业的发展受到制约，同时也说明节能在制磷工业中显得尤为重要和迫切。电炉法制备黄磷过程中的综合能耗包括电炉电、焦炭、动力电、水和汽的消耗（均折算成标煤）等，而电炉***消耗的电能占黄磷综合能耗70%以上，一般每生产一吨元素磷最少需要耗电13500度，电耗占其制造成本的55-60%，电炉***节能是黄磷行业节能工作的重点。

近年来，为降低黄磷行业的综合能耗水平，国家相关部门出台了《黄磷单位产品能源消耗限额》、《黄磷行业准入条件》、《黄磷清洁生产评价指标体系》等一系列措施和政策，以促进黄磷行业的清洁生产和节能减排。经过努力，在较多企业实现了如电炉大型化、DCS全过程控制、炉渣回收利用、污水闭路循环等，国内黄磷行业发展取得显著进步。此外，针对黄磷电炉***的电能消耗大的弊端，各科研单位、企业也在实践中也提出和采用了许多改进的措施，如：1)提高变压器过载；2)三相电极由3根改为6根；3)输电短网由铜排改为管内水冷却铜管；4)改部分构件材质为不锈钢管；5)改变熔池几何形状、尺寸和电极排布等等。以上措施对于黄磷行业能耗控制取得了一定的成效，但电耗高的问题并没有得到实质解决。特别是随着原料磷矿质量的逐年下降，黄磷电耗又呈现上升趋势，甚至超过之前的水平，原料消耗也较过去高。因此，必须继续寻找其他的方法和措施，采用新的技术推进黄磷的节能降耗工作。

电炉法制磷生产过程中除了得到磷产品外，还带有大量的副产物，如：炉渣、磷铁、尾气和泥磷等。其中，生产1吨黄磷可同时产生尾气2500-3000Nm³。对于黄磷尾气的利用，理论上可分为两种途径：由于黄磷尾气的热值在10000KJ/Nm³左右，所以可作为燃料使用，另外，将CO含量为85-95%的尾气净化后作为化工原料可以合成多种碳-化工产品，如合成甲酸钠、甲酸、甲酸甲酯等。但由于适用于碳-化工的磷炉尾气净化技术难度较大、净化成本较高，适用性不强。目前大多数磷化工企业尾气综合利用还处于低水平运用阶段，如仅将磷炉尾气作为原料烘干和泥磷烧制的燃料，其余尾气仍只能白白放空燃烧，既造成了一定的环境污染，又极大地浪费了能源。

基于目前黄磷的生产和研究状况，还没有一种可以切实解决黄磷综合能耗特别是电炉电耗高、尾气利用率低等弊端的生产工艺，因此，寻找一种在密闭环形加热炉内进行，并利用磷炉尾气热值供磷矿石还原为黄磷的工艺，必然为实现国内外黄磷行业可持续发展和资源循环利用提供可能，也将产生良好的经济效益和环保效益。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的设备及方法。该设备用电量低、运行成本低、投资强度小、易于维护，具有良好的工业化应用前景；利用该设备实现黄磷生产的工艺条件成熟，能充分利用黄磷尾气热值，无需消耗易耗的石墨电极和炭电极，大大降低黄磷生产能耗和成本。

为达到上述发明目的，本发明提供的技术方案是：

提供一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的设备，包括对原料（磷矿石、硅石、焦丁）进行破碎的物料破碎机、将破碎后的原料进行筛分的振动筛分机以及将合格粒度物料烘干的烘干机，所述烘干机与通过上料皮带连接计量装置，所述计量装置与混合料仓相连，所述混合料仓与密闭环形加热炉相连；所述密闭环形加热炉分别与炉气处理尾气回收机构及集渣池相连；所述炉气处理尾气回收机构通过尾气回收管线再与密闭环形加热炉相连。

优选地，所述炉气处理尾气回收机构包括与密闭环形加热炉相连的冷却塔，冷却塔分别与尾气净化装置和磷精制槽相连，所述尾气净化装置通过管道连接压缩机，压缩机与煤气储罐相连。

优选地，所述密闭环形加热炉包括由外环炉墙、内环炉墙、炉顶和炉底构成的炉腔，所述炉底可以转动，所述炉腔内布置有多根辐射加热管，所述外环炉墙与内环炉墙之间设置有隔墙，将外环炉墙与内环炉墙之间的环形腔隔离为预热区I、加热区II和高温还原区III；所述预热区I的起始端设有密闭进料装置，所述高温还原区III的尾端分别设有密闭出渣装置和含磷炉气排出口；所述密闭进料装置与混合料仓出口相对接；所述密闭出渣装置与水淬渣池相对接；所述含磷炉气排出口通过管道与冷却塔相连。

优选地，所述辐射加热管为蓄热式辐射加热管。

优选地，所述煤气储罐通过煤气管道与所述密闭环形加热炉上的辐射管加热装置相连。

相应地，本发明还提供了一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法，包括下述步骤：

1）原料预处理：将合格磷矿石、硅石、炭素料等破碎后进行筛分，将合格粒度的筛下料输送至烘干机中进行烘干，使各物料中水分含量均达到入炉要求；

2）配料：达到入炉要求的各烘干精料按照满足炉内磷矿石还原反应要求经计量装置精确计量后由上料皮带输送至混合料仓；

3）炉内反应：按比例配好的原料经密闭进料装置布入密闭环形加热炉内，炉料中的各成分进入炉内后随炉底转动，依次经过预热区、加热区、高温还原区，使炉料熔融并进行氧化还原反应；

4）出料：黄磷炉渣由密闭出渣口流出，经水淬冷却后汇集于集渣池，淬渣水循环使用；含磷炉气进入冷却塔，其中的磷蒸汽冷凝下来，聚集于受磷槽内形成粗磷；粗磷定期虹吸至精制槽，使用热水漂洗精制后，分离成泥磷和成品黄磷，黄磷即可计量包装；

5）尾气综合利用：从冷却塔出来的黄磷尾气经尾气净化装置净化，主要除去尾气含尘量，同时除去部分腐蚀性气体成分，净化后的尾气CO含量达97-99%，是很好的气体燃料，将其加压后储存于煤气储罐中；将煤气储罐中的CO经气体管道输送至密闭环形加热炉内辐射加热管气体燃料进口，高浓度CO被点燃后，辐射管内产生大量热量，并经由辐射管将热量辐射至密闭环形加热炉内，使炉腔内各区温度达黄磷生产要求。

优选地，在所述方法中，所述炭素料为烟煤、无烟煤、褐煤、焦炭或焦粉中的一种或多种。

优选地，在所述方法中，所述预热区I的温度为800-1000℃，物料在预热区I的停留时间为1-5min；所述加热区II的温度为1000-1250℃，物料在加热区II的停留时间为2-10min；所述高温还原区III的温度为1250-1450℃，物料在高温还原区III的停留时间为3-15min。

优选地，在所述方法中，当尾气热值不足或***启动需要时，所述辐射加热管使用的燃料可采用CO、甲烷、煤气或天然气等其他气体燃料，燃料的热值应大于4000kJ/Nm³。

本发明提供的方法和设备具有以下有益效果：

1、利用黄磷尾气中高含量CO为热源供黄磷生产所需，炉内反应无需消耗电能、石墨电极和炭电极，可使黄磷生产能耗和成本均降至极低水平；

2、黄磷尾气的利用率可达95%以上，减少因磷炉尾气放空燃烧引起的大气污染，并大大节约了优质燃料；

3、采用蓄热式加热辐射管最大程度地保留了燃气产生的热量，排烟温度低，不需要设置预热回收***，节约了投资成本；

4、燃料在辐射管内燃烧，不进入炉内，可很好地控制炉内还原气氛，辐射管数量和位置有利于提高炉膛内温度分布的均匀性，有利于还原反应进行，还原效率高，还原时间短；

5、缩短了物料在预热区时间，间接地增加了物料处于高温还原区的时间，从而大大提高了煅烧炉产量。

附图说明

图1为本发明实施例中一种利用转底炉生产黄磷的设备流程图；

图2为本发明实施例中密闭环形加热炉俯视图；

图3为本发明实施例的工艺流程图。

图中：1、物料破碎机；2、振动筛分机；3、烘干机；4、计量装置；5、混合料仓；6、密闭环形加热炉；6a、密闭进料装置；6b、密闭出渣装置；6c、含磷炉气排出口；6d、辐射加热管；7、集渣池；8、冷却塔；9、磷精制槽；10、尾气净化装置；11、压缩机；12、煤气储罐；13、外环炉墙；14、内环炉墙；15、炉顶；16、炉底。

I、预热区；II、加热区；III、高温还原区。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明提供的生产黄磷的设备和利用该设备生产黄磷的方法做出详细说明。

图1所示为一种利用转底炉生产黄磷的设备，包括对原料（磷矿石、硅石、焦丁）进行破碎的物料破碎机1、将破碎后的原料进行筛分的振动筛分机2以及将合格粒度原料进行烘干的烘干机3，烘干机3与通过皮带连接计量装置4，计量装置4与混合料仓5相连，混合料仓5与密闭环形加热炉6相连；密闭环形加热炉6分别与炉气处理尾气回收机构及集渣池7相连；炉气处理尾气回收机构通过尾气回收管线再与密闭环形加热炉6相连。其中，炉气处理尾气回收机构包括与密闭环形加热炉6相连的冷却塔8，冷却塔8分别与尾气净化装置10和磷精制槽9相连，尾气净化装置10通过管道连接压缩机11，压缩机11与煤气储罐12相连。

如图2所示，密闭环形加热炉6包括由外环炉墙13、内环炉墙14、炉顶15和可转动的炉底16构成的炉膛，炉膛由隔墙隔开，划分为预热区I、加热区II、高温还原区III；预热区I的起始端设有密闭进料装置6a，高温还原区III的尾端分别设有密闭出渣装置6b和含磷炉气排出口6c，炉膛内布置有多根辐射加热管6d；密闭环形加热炉6通过密闭进料装置6a、密闭出渣装置6b和含磷炉气排出口6c分别与混合料仓5、集渣池7和冷却塔8相连。

在具体实施例中，辐射加热管6d为蓄热式辐射加热管。

在具体实施例中，煤气储罐12通过煤气管道与所述密闭环形加热炉6上的辐射管加热管6d相连。

如图3所示，上述设备对应的黄磷生产工艺方法流程如下：

1）原料预处理：合格磷矿石、硅石、炭素料（烟煤、无烟煤、褐煤、焦炭或焦粉中的一种或多种）等经物料破碎机1破碎后，经由振动筛分机2进行筛分，合格粒度的筛上料输送至烘干机3中进行烘干，使各物料中水分含量均达到入炉要求；

2）配料：达到入炉要求的各烘干精料经计量装置4精确计量后由上料皮带输送至混合料仓5，各原料之间的比例应满足炉内磷矿石还原反应的要求；

3）炉内反应：按比例配好的原料经密闭进料装置6a布入密闭环形加热炉6内，炉料中的各成分进入炉内后随炉底16转动，依次经过预热区I、加热区II和高温还原区III，使炉料高温熔融并进行氧化还原反应；

4）出料：黄磷炉渣经由密闭出渣装置6b流出，经水淬冷却后汇集于集渣池7，淬渣水循环使用；含磷炉气随管道进入冷却塔8，其中的磷蒸汽冷凝下来，聚集于底部受磷槽内形成粗磷；粗磷定期虹吸至磷精制槽9，使用热水漂洗精制后，分离成泥磷和成品黄磷，黄磷即可计量包装；

5）尾气综合利用：从冷却塔8出来的黄磷尾气经尾气净化装置10净化，主要除去尾气含尘量，同时除去部分腐蚀性气体成分，净化后的尾气CO含量达97-99%，是很好的气体燃料，经压缩机11加压后储存于煤气储罐12中；煤气储罐12中的CO经气体管道输送至密闭环形加热炉6内辐射加热管6d的气体燃料进口，高浓度CO被点燃后，辐射加热管6d内产生大量热量，并经由其自身辐射作用将热量辐射至密闭环形加热炉6内，使炉腔内各区温度达黄磷生产要求。辐射加热管6d使用的燃料可以采用CO、甲烷、煤气、天然气等其他气体燃料，燃料的热值应大于4000kJ/Nm³。

在具体的实施例中，预热区I的温度为800-1000℃，物料在预热区I的停留时间为1-5min；加热区II的温度为1000-1250℃，物料在加热区II的停留时间为2-10min；高温还原区III的温度为1250-1450℃，物料在高温还原区III的停留时间为3-15min。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims

1.一种利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法，其特征在于，包括下述步骤：

1）原料预处理：将合格的磷矿石、硅石、炭素料破碎后进行筛分，将合格粒度的筛下料输送至烘干机（3）中进行烘干，使各物料中水分含量均达到入炉要求；

2）配料：将步骤1）各烘干精料按照满足炉内磷矿石还原反应要求经计量装置（4）精确计量后由上料皮带输送至混合料仓（5）；

3）炉内反应：按比例配好的原料经密闭进料装置（6a）布入密闭环形加热炉（6）内，炉料中的各成分进入炉内后随炉底（16）转动，依次经过预热区I、加热区II和高温还原区III，使炉料熔融并进行氧化还原反应；

4）出料：黄磷炉渣由密闭出渣装置（6b）流出，经水淬冷却后汇集于集渣池（7），淬渣水循环使用；含磷炉气进入冷却塔（8），分离成泥磷和成品黄磷，黄磷即可计量包装；

5）尾气综合利用：从冷却塔（8）出来的黄磷尾气经尾气净化装置（10）净化，将其加压后储存于煤气储罐（12）中；将煤气储罐（12）中的CO经气体管道输送至密闭环形加热炉（6）内辐射加热管（6d）气体燃料进口，并经由辐射管将热量辐射至密闭环形加热炉（6）内；

所述预热区I的温度为800-1000℃，物料在预热区I的停留时间为1-5min；所述加热区II的温度为1000-1250℃，物料在加热区II的停留时间为2-10min；所述高温还原区III的温度为1250-1450℃，物料在高温还原区III的停留时间为3-15min。

2.根据权利要求1所述的利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法，其特征在于，所述炭素料为烟煤、无烟煤、褐煤、焦炭或焦粉中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的利用密闭环形加热炉生产黄磷的方法，其特征在于，所述辐射加热管（6d）使用的燃料采用CO、甲烷、煤气或天然气，燃料的热值应大于4000kJ/Nm³。