[发明专利]一种流化床法磷酸生产工艺及系统

说明书

一种流化床法磷酸生产工艺，包括第一级转化处理、第二级转化处理和第三级转化处理，第一级转化处理基于第一流化气的带动发生还原反应得到第一气固混合物料和第一固体物料；第二级转化处理中第一气固混合物料和第二流化气混合后形成第三流化气，第一固体物料基于第三流化气的带动发生还原反应得到第二气固混合物料；分离第二气固混合物料得到第一气体物料和第二固体物料。一种流化床法磷酸生产系统，磷酸生产系统基于三个流化床分别完成第一级转化处理、第二级转化处理和第三级转化处理。本发明的磷酸生产工艺黄磷无需冷却提纯即可进入氧化工段，缩短了工艺流程。本发明的磷酸生产系统通过流化床降低了还原反应的温度，大大降低磷酸生产能耗。

技术领域

本发明属于化工设备及制备方法技术领域，尤其涉及一种流化床法磷酸生产工艺及系统。

背景技术

热法磷酸工艺是以磷矿石为原料，以焦丁为还原剂，硅石为助剂，在高温下将磷矿石中的P₂O₅还原得到黄磷，黄磷经提纯、燃烧、水合等工艺过程，得到磷酸产品。整个工艺可分为磷矿石还原和氧化水合两个阶段。前一阶段为高温、吸热，后一阶段为高温、放热，所以能量的回收和利用是该工艺是核心。热法磷酸可进一步分为电炉法和窑法两种制备方法。

电炉法是现有最主要的热法磷酸生产工艺。其方法为：将磷矿石、焦丁、硅石等原料按一定比例混合后，投入到电炉中，经1400℃以上的高温还原，得到黄磷蒸气，黄磷经提纯、燃烧、水合等工艺过程后，得到磷酸产品。该工艺技术路线成熟，但能耗巨大。典型的电炉法磷酸工艺能耗可达1789.2kg标准煤/t磷酸。其能耗的主要来源为：(1)还原所用热量为电能，电能属高品味能量，用于加热过程，能耗大、成本高；(2)还原温度高达1400℃以上；(3)固体原料还原后温度在1400℃以上，但因熔融结块，其热量无法有效回收利用，造成极大浪费；(4)制得的黄磷蒸气需冷却提纯后才可进入下一工段，既增长了工艺流程，也造成能量的损失。

窑法磷酸与电炉法磷酸生产的基本原理完全相同。即磷矿在高温下用碳将磷还原成气态元素磷逸出，然后被氧化成P₂O₅，再经水吸收成磷酸。窑法磷酸的特点就是把反应氧化和还原反应都置于同一个例如是回转窑或隧道窑的设备内同时完成，以充分利用氧化反应产生的热量，因而降低了生产能耗。典型的窑法工艺能耗为1593.5kg标准煤/吨磷酸。

该工艺虽然在一定程度上降低能耗，但也存在明显缺点：(1)由于将还原工段和氧化工段耦合，导致工艺设备复杂，设备费用高；(2)反应后的原料为高温残球或残砖状，不利于能量回收，能量利用率低。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种流化床法磷酸生产工艺，所述磷酸生产工艺是将造粒后的磷矿石原料经过第一级转化处理后再依次进行第二级转化处理和第三级转化处理得到磷单质。所述第一级转化处理、所述第二级转化处理和所述第三级转化处理均是基于流化床的流化气的带动而进行的磷矿石原料的热碳还原反应。其中，第一级转化处理中，基于第一流化气的带动发生所述热碳还原反应得到第一气固混合物料和第一固体物料。第二级转化处理中，第一气固混合物料和第二流化气混合后形成第三流化气。所述第一固体物料基于第三流化气的带动发生所述热碳还原反应得到第二气固混合物料。基于所述第二气固混合物料的分离得到第一气体物料和第二固体物料。

根据一种优选的实施方式，基于第一气体物料的氧化水合处理得到所述磷酸，第三级转化处理中，所述第二固体物料在第四流化气的带动下发生所述热碳还原反应得到第三气固混合物料和第三固体物料，其中，基于所述第三气固混合物料的分离得到第二气体物料和第四固体物料。基于第二气体物料的氧化水合处理得到所述磷酸。

根据一种优选的实施方式，所述第三固体物料和所述第四固体物料经热交换处理降温至200℃～250℃后得到废渣。