CN111847411B - 高纯磷酸的生产系统以及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高纯磷酸的生产系统以及生产方法。该高纯磷酸的生产系统包括：电炉，使包含磷矿的原料发生还原反应并输出含有磷蒸气和粉尘的第一气体；加热单元，对所述第一气体进行加热并输出温度≥190℃的第二气体；第一过滤单元，对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出第三气体；氧化单元，所述氧化单元将所述第三气体氧化为含有五氧化二磷蒸气的第四气体；吸收单元，利用吸收剂吸收五氧化二磷并输出磷酸。通过第一过滤单元对第二气体中的粉尘进行物理拦截，使第二气体中的磷蒸气全部通过，从而可以获得高浓度和高纯度的磷蒸气；然后，高浓度和高纯度的磷蒸气再进行氧化反应，具有明显高于窑法磷酸中的氧化效率。
Description
技术领域
本发明涉及五氧化二磷的技术领域，具体而言，涉及高纯磷酸的生产系统以及生产方法。
背景技术
湿法制磷酸工艺利用硫酸分解磷矿石得到稀磷酸和以CaSO4·nH2O为主体的固体废渣(简称磷石膏)，将稀磷酸浓缩得到含磷酸54％左右的湿法磷酸。这种工艺的主要缺点：一是要耗用大量的硫酸；二是废渣磷石膏无法得到有效的利用，其中夹带的硫酸、磷酸和可溶性氟化物均溶于水，自然堆放后被雨水冲刷，容易对环境造成严重污染；三是产品磷酸的杂质含量较高，一般只用于生产肥料；四是为保证产品的经济性，必须使用高品位磷矿。
由于湿法制磷酸工艺存在的上述问题，目前主要使用的磷酸制法为热法制磷酸工艺和窑法磷酸工艺，这两种工艺均以磷矿、硅石和碳质还原剂为原料。
热法制磷酸工艺首先在电炉中将磷矿石中的磷以单质磷蒸气的形式还原出来和将碳质还原剂转化为CO，然后将排出电炉的以单质磷蒸气和CO为主的气体洗涤降温，使单质磷蒸气被冷却成固体与气相分离，得到产品黄磷，产品黄磷加热为液相后在水化塔中与通入的空气发生氧化燃烧反应，得到磷酸酐P2O5，再用水吸收得到磷酸。
窑法磷酸又称为KPA法，该方法在回转窑中进行，首先将磷矿石中的磷首先以单质磷蒸气的形式还原挥发出来，然后单质磷蒸气再在窑的中部空间被通入的空气氧化成五氧化二磷，最后得到含有五氧化二磷的窑气，窑气再经洗涤除尘后被吸收为磷酸。
热法制磷酸工艺虽然不会产生大量的废渣，但是电炉排出的气体中含有大量的粉尘，磷蒸气的冷凝温度低，洗涤降温会导致单质磷蒸气冷凝后与粉尘融为一体，严重影响黄磷品质。而窑法磷酸工艺虽然节约了大量的电能，但是回转窑中存在大量的粉尘，这些粉尘严重影响磷蒸气的氧化反应，并且，虽然五氧化二磷蒸气的冷凝温度较高，但是对窑气进行洗涤降温除尘不仅同样会导致部分五氧化二磷蒸气冷凝，而且洗涤除尘效果差，洗涤后的气体中仍然具有较多的粉尘，也不能得到高纯度的磷酸。可见，采用现有的磷酸制法，要想得到高浓度、高纯度的磷酸是非常困难的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种工艺简单，可获得高纯磷酸的高纯磷酸的生产系统以及生产方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了高纯磷酸的生产系统。该高纯磷酸的生产系统包括：
电炉，所述电炉使包含磷矿的原料发生还原反应并输出含有磷蒸气和粉尘的第一气体；
加热单元，所述加热单元对所述第一气体进行加热并输出温度≥190℃的第二气体；
第一过滤单元，所述第一过滤单元对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出第三气体；
氧化单元，所述氧化单元将所述第三气体氧化为含有五氧化二磷蒸气的第四气体；
吸收单元，所述吸收单元利用吸收剂吸收五氧化二磷并输出磷酸。
首先，通过设置加热单元，可有效防止第一气体中的磷蒸气冷凝，确保第一气体的流动性和磷单质浓度；其次，通过第一过滤单元对第二气体中的粉尘进行物理拦截，使第二气体中的磷蒸气全部通过，从而可以获得高浓度和高纯度的磷蒸气；然后，高浓度和高纯度的磷蒸气再进行氧化反应，具有明显高于窑法磷酸中的氧化效率。可见，本发明的高纯磷酸的生产系统明显不同于热法制磷酸工艺和窑法磷酸工艺，具有工艺简单易控制，能耗低和可获得高纯磷酸的优点。由于电炉中存在因发生塌料导致黄磷电炉内部气体急剧增多的可能，因此加热单元优选采用电加热装置用于快速稳定的加热。
进一步地是，还包括
冷凝单元，所述冷凝单元将所述第四气体冷凝为含有五氧化二磷固体的第五气体；
第二过滤单元，所述第二过滤单元对所述第五气体中的颗粒物进行拦截后得到五氧化二磷固体；
所述吸收单元利用吸收剂吸收所述五氧化二磷固体并输出磷酸。
由此，通过冷凝单元可以使五氧化二磷蒸气以冷凝的方式与其它不凝性气体(如氟化氢)物相分离并过滤得到高纯的五氧化二磷固体，水化吸收该五氧化二磷固体可获得高纯、高浓度的磷酸。
进一步地是，所述冷凝单元输出温度为100～140℃的第五气体。
进一步地是，还包括对尾气进行处理的尾气处理单元。
进一步地是，所述尾气处理单元包括碱洗塔。由此，可以防止氟化氢等气体排入大气，绿色环保。
进一步地是，还包括使气体逐级流动的气体牵引单元。
进一步地是，所述气体牵引单元包括设于氧化单元之前的第一风机和设于氧化单元之后的第二风机。由此，使整个系统的运行更加稳定。
进一步地是，所述加热单元对所述第一气体进行加热并输出温度为200-280℃的第二气体。由此，既可以防止磷蒸气冷凝，又不至于产生过大的能耗。
进一步地是，所述第一过滤单元对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出含尘量≤10mg/Nm3的第三气体；由此，既具有低的过滤压力，又能保证较高的产品品质。
进一步地是，所述第一过滤单元的过滤介质为金属陶瓷、金属网、金属多孔膜或金属纤维毡。由此，间距耐高温性能和耐腐蚀性能。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了高纯磷酸的生产方法。该高纯磷酸的生产方法采用了上述的高纯磷酸的生产系统。
可见，与现有热法制磷酸工艺和窑法磷酸工艺相比，本发明的高纯磷酸的生产系统以及生产方法可以获得浓度和纯度更高的磷酸，经济效益更高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的高纯磷酸的生产系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2的高纯磷酸的生产系统的结构示意图。
上述附图中的有关标记为：
100-电炉，200-加热单元，300-第一过滤单元，400-氧化单元，510-蒸气吸收单元，520-固体吸收单元，610-冷凝单元，620-第二过滤单元，700-尾气处理单元，810-第一风机，820-第二风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例1
图1为本实施例的高纯磷酸的生产系统的结构示意图。如图1所示，该高纯磷酸的生产系统包括：
电炉100，所述电炉100使包含磷矿的原料发生还原反应并输出含有磷蒸气和粉尘的第一气体；
加热单元200，所述加热单元200对所述第一气体进行加热并输出温度≥190℃的第二气体，具体可以输出温度为190℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃或500℃的第二气体；所述加热单元200采用电加热器对第一气体进行加热；
第一过滤单元300，所述第一过滤单元300对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出第三气体；所述第一过滤单元300对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出含尘量≤10mg/Nm3的第三气体，具体可以输出含尘量≤10mg/Nm3、≤8mg/Nm3、≤6mg/Nm3、≤5mg/Nm3、≤4mg/Nm3或≤2mg/Nm3的第三气体；所述第一过滤单元300的过滤介质为金属陶瓷；
氧化单元400，所述氧化单元400将所述第三气体氧化为含有五氧化二磷蒸气的第四气体；所述氧化单元400以压缩空气为氧化剂；
吸收单元，所述吸收单元为利用吸收剂吸收第四气体中的五氧化二磷蒸气并输出磷酸的蒸气吸收单元510；
尾气处理单元700，用于对吸收单元输出的尾气进行处理，所述尾气处理单元700采用碱洗塔对所述尾气进行洗涤以去除酸性气体，碱洗后的气体通过烟囱排放；在蒸气吸收单元510与碱洗塔之间设有捕沫器；
气体牵引单元，用于使气体逐级流动，所述气体牵引单元包括设于氧化单元400之前的第一风机810和设于氧化单元400之后的第二风机820。
实施例2
图2为本实施例的高纯磷酸的生产系统的结构示意图。如图2所示，该高纯磷酸的生产系统包括：
电炉100，所述电炉100使包含磷矿的原料发生还原反应并输出含有磷蒸气和粉尘的第一气体；
加热单元200，所述加热单元200对所述第一气体进行加热并输出温度≥190℃的第二气体，具体可以输出温度为190℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃或500℃的第二气体；所述加热单元200采用电加热器对第一气体进行加热；
第一过滤单元300，所述第一过滤单元300对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出第三气体；所述第一过滤单元300对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出含尘量≤10mg/Nm3的第三气体，具体可以输出含尘量≤10mg/Nm3、≤8mg/Nm3、≤6mg/Nm3、≤5mg/Nm3、≤4mg/Nm3或≤2mg/Nm3的第三气体；所述第一过滤单元300的过滤介质为多孔金属膜；
氧化单元400，所述氧化单元400将所述第三气体氧化为含有五氧化二磷蒸气的第四气体；所述氧化单元400以压缩空气为氧化剂；
冷凝单元610，所述冷凝单元610将所述第四气体冷凝为含有五氧化二磷固体的第五气体；所述冷凝单元610输出温度为100～140℃的第五气体；
第二过滤单元620，所述第二过滤单元620对所述第五气体中的颗粒物进行拦截后得到五氧化二磷固体；所述第二过滤单元620的过滤介质为多孔金属膜；
吸收单元，所述吸收单元为利用吸收剂吸收第二过滤单元620输出的五氧化二磷固体并输出磷酸的固体吸收单元520；
尾气处理单元700，用于对第二过滤单元620输出的尾气进行处理，所述尾气处理单元700采用碱洗塔对所述尾气进行洗涤以去除酸性气体，碱洗后的气体通过烟囱排放；
气体牵引单元，用于使气体逐级流动，所述气体牵引单元包括设于氧化单元400之前的第一风机810和设于氧化单元400之后的第二风机820。
经验证，与实施例1相比，采用实施例2的高纯磷酸的生产系统生产的磷酸具有更高的纯度和浓度。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.高纯磷酸的生产系统，其特征在于包括：
电炉(100)，所述电炉(100)使包含磷矿的原料发生还原反应并输出含有磷蒸气和粉尘的第一气体；
加热单元(200)，所述加热单元(200)对所述第一气体进行加热并输出温度≥190℃的第二气体；
第一过滤单元(300)，所述第一过滤单元(300)对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出第三气体；
氧化单元(400)，所述氧化单元(400)将所述第三气体氧化为含有五氧化二磷蒸气的第四气体；
冷凝单元(610)，所述冷凝单元(610)将所述第四气体冷凝为含有五氧化二磷固体的第五气体；
第二过滤单元(620)，所述第二过滤单元(620)对所述第五气体中的颗粒物进行拦截后得到五氧化二磷固体；
吸收单元，所述吸收单元为利用吸收剂吸收第二过滤单元(620)输出的五氧化二磷固体并输出磷酸的固体吸收单元(520)。
2.如权利要求1所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：所述冷凝单元(610)输出温度为100～140℃的第五气体。
3.如权利要求1所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：还包括对尾气进行处理的尾气处理单元(700)。
4.如权利要求3所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：所述尾气处理单元(700)包括碱洗塔。
5.如权利要求1所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：还包括使气体逐级流动的气体牵引单元。
6.如权利要求5所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：所述气体牵引单元包括设于氧化单元(400)之前的第一风机(810)和设于氧化单元(400)之后的第二风机(820)。
7.如权利要求1所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：所述加热单元(200)对所述第一气体进行加热并输出温度为200-280℃的第二气体。
8.如权利要求1所述的高纯磷酸的生产系统，其特征在于：所述第一过滤单元(300)对所述第二气体中的粉尘进行拦截并输出含尘量≤10mg/Nm3的第三气体；所述第一过滤单元(300)的过滤介质为金属陶瓷、金属网、金属多孔膜或金属纤维毡。
9.高纯磷酸的生产方法，其特征在于：采用权利要求1-8之一所述的高纯磷酸的生产系统。
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