竖窑与竖窑法制磷酸的工艺

摘要

一种竖窑，包括窑体、换热管、导气管和导料板；窑体自上而下依次分为氧化段、加料段、还原段和储渣段，换热管位于氧化段内，导料板为多个，安装在还原段内，导气管上端与换热管连接，其下端穿过加料段和还原段中的导料板进入储渣段。一种竖窑法制磷酸的工艺，通过竖窑及配套设备实现，在竖窑还原段中，原料沿导料板向下移动，在移动过程中磷矿发生还原反应生成的气态磷和CO向上流动进入竖窑氧化段，在氧化段中，气态磷和CO与含氧空气混合并发生氧化反应生成的P2O5和CO2经窑气出口抽出，被净化后送入磷吸收设备，在磷吸收设备中，P2O5被水吸收生成磷酸，磷吸收设备排出的气体经除雾后送入竖窑氧化段内的换热管吸收氧化反应热。

权利要求

1.一种生产磷酸的竖窑，包括窑体(3)，其特征在于还包括换热管(4)、导气管(9)和导料板(2)，窑体自上而下依次分为氧化段(3-1)、加料段(3-2)、还原段(3-3)和储渣段(3-4)，氧化段顶部设置有窑气出口(10)，加料段设置有原料进口(1)和空气进口(7)，还原段底部设置有燃料进口(12)，储渣段底部设置有出渣口(5)；

换热管(4)位于窑体的氧化段内，通过连接件与窑体内壁固连，其进气端(8)位于窑体之外；

导料板(2)为多个，各导料板的板面上分布有多个导气孔(6)并设置有导气管过孔(19)，导料板(2)安装在窑体的还原段内，其安装方式为：各导料板均向下倾斜安装，相邻两导料板向下倾斜的方向相反，相邻两导料板中位于上层的导料板与窑体内壁之间保留有过料通道(11)，各导料板的侧面分别与所处位置的窑体内壁无缝隙固连；

导气管(9)上端与换热管的出气端连接，其下端穿过窑体的加料段(3-2)和位于还原段中的各导料板上的导气管过孔(19)进入窑体的储渣段(3-4)。

2.根据权利要求1所述生产磷酸的竖窑，其特征在于换热管(4)为蛇形盘管或螺旋形盘管。

3.根据权利要求1或2所述生产磷酸的竖窑，其特征在于导气管(9)为直管或螺旋形盘管。

4.一种竖窑法制磷酸的工艺，其特征在于使用权利要求1至3中任一权利要求所述竖窑，工艺流程如下：(1)含磷矿粉体的成型原料被送入竖窑窑体的还原段(3-3)，在还原段中，含磷矿粉体的成型原料沿导料板(2)向下移动，在移动过程中磷矿发生还原反应，所生成的气态磷和CO气体随导气管排出的气流向上流动进入窑体的氧化段(3-1)，反应后的料渣继续沿导料板(2)向下移动进入窑体的储渣段(3-4)经出渣口(5)排出；

(2)在氧化段(3-1)中，气态磷和CO与含氧空气混合并发生氧化反应，所生成的P2O5和CO2气体经窑气出口(10)抽出，被净化除尘后送入磷吸收设备；

(3)在磷吸收设备中，P2O5被水吸收生成磷酸，磷吸收设备排出的气体经除雾后送入竖窑窑体氧化段内的换热管吸收氧化反应放出的热量，吸热后的气体由导气管导至窑体的还原段作为磷矿还原反应的热源。

5.根据权利要求4所述的竖窑法制磷酸的工艺，其特征在于含磷矿粉体的成型原料由空气与竖窑排出的高温料渣进行热交换产生的热空气预热后再送入竖窑窑体的还原段。

6.根据权利要求4或5所述的竖窑法制磷酸的工艺，其特征在于含磷矿粉体的成型原料为球形，球径为0.8～1.5厘米。

说明书

竖窑与竖窑法制磷酸的工艺

技术领域

[0001] 本发明属于窑法磷酸领域，涉及生产磷酸的窑炉及窑法制磷酸的工艺。

背景技术

[0002] 窑法制磷酸可以利用中低品位磷矿石制取高质量磷酸，符合我国磷矿资源的特点，同时可降低磷酸生产对硫和电力的依赖。

[0003] 窑法磷酸工艺的难点在于如何在同一窑炉内把氧化区和还原区有效地隔离开。要解决这个问题，窑炉的结构十分重要。现有窑法制磷酸工艺使用的窑炉主要有回转窑、隧道窑、锟道窑和环底窑，实践表明，它们均未把氧化区和还原区有效地隔离开，且存在以下不足之处：回转窑未考虑氧化还原区域的分隔，物料中的还原碳容易被氧化而出现早燃现象，因此碳用量大，同时影响磷的还原；此外，回转窑窑内结圈现象严重，影响窑的正常运转而难以实现工业化生产。隧道窑虽然避免了物料在窑内的翻滚破碎和结圈等问题，但由于原料需制作成较大的砖坯，因而还原反应时间长，提高还原率较难，再者，体积庞大，机械化程度低，生产过程复杂，难以实现大型工业化生产。锟道窑实际上是隧道窑的一种改进，相对于隧道窑虽然磷矿的反应时间缩短，自动化程度提高，但仍然存在体积庞大、生产过程复杂的问题。环底窑结构复杂，高温下容易堵塞。

[0004] 专利号为ZL200720105034.2的专利提供了一种精馏复式立窑，该立窑由上下两部分组成。上部为氧化燃烧室，下部为还原室，氧化燃烧室内部设有一个或多个料坯预热室；或者氧化燃烧室置于窑的下部，氧化燃烧室内部是还原室。此种结构的立窑不仅结构较为复杂，而且传热效果差，热利用率低，还原室出口容易堵塞。上述专利的发明人还发明了一种专利号为ZL200720105028.7的组合精馏复式立窑，该立窑与ZL200720105034.2专利的差异主要是料坯预热室、还原室、氧化燃烧室均集中在窑的上部，窑的下部为冷却出渣段，此种结构的立窑虽然从理论上讲可提高传热效果，但使立窑结构更加复杂，且更容易导致窑内物料的堵塞，难以适应工业生产的需要。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种窑法制磷酸的新型窑炉，此种窑炉不仅将氧化区和还原区有效地相隔离，而且结构简单，物料通路流畅，有利于原料在还原区吸热，提高热效率。本发明的再一目的是提供一种使用上述新型窑炉制磷酸的工艺，以适应工业生产的需要。

[0006] 本发明所提供的生产磷酸的新型窑炉为竖窑，窑体不旋转，成型原料由上至下运行，窑气与型料逆向运行。

[0007] 本发明所述竖窑包括窑体、换热管、导气管和导料板；窑体自上而下依次分为氧化段、加料段、还原段和储渣段(所述各功能段之间不设置隔板)，氧化段顶部设置有窑气出口，加料段设置有原料进口和空气进口，还原段底部设置有燃料进口(可通入煤气等燃料对还原段进行加热，补充磷矿还原反应所需的热量)，储渣段底部设置有出渣口；换热管位于窑体的氧化段内，通过连接件与窑体内壁固连，其进气端位于窑体之外；导料板为多个(具体数量由原料在还原段的反应停留时间决定)，各导料板的板面上分布有多个导气孔并设置有导气管过孔，导料板安装在窑体的还原段内，其安装方式为：各导料板均向下倾斜安装，相邻两导料板向下倾斜的方向相反，相邻两导料板中位于上层的导料板与窑体内壁之间保留有过料通道，各导料板的侧面分别与所处位置的窑体内壁无缝隙固连；导气管上端与换热管的出气端连接，其下端穿过窑体的加料段和位于还原段中的各导料板上的导气管过孔进入窑体的储渣段。

[0008] 上述竖窑中，换热管优选蛇形盘管或螺旋形盘管；导气管优选直管，也可是螺旋形盘管。

[0009] 本发明所述竖窑法制磷酸的工艺，使用上述结构的竖窑，工艺流程如下：

[0010] (1)含磷矿粉体的成型原料被送入竖窑窑体的还原段，还原段温度根据磷矿类型决定，控制在1100-1300℃。在还原段中，含磷矿粉体的成型原料沿导料板向下移动，在移动过程中磷矿发生还原反应，所生成的气态磷和CO气体随导气管排出的气流向上流动进入窑体的氧化段，反应后的料渣继续沿导料板向下移动进入窑体的储渣段经出渣口排出；

[0011] (2)在氧化段中，气态磷和CO与含氧空气混合并发生氧化反应，所生成的P2O5和CO2气体经窑气出口抽出，被净化除尘后送入磷吸收设备；

[0012] (3)在磷吸收设备中，P2O5被水吸收生成磷酸，磷吸收设备排出的气体经除雾后送入竖窑窑体氧化段内的换热管吸收氧化反应放出的热量，吸热后的气体由导气管导至窑体的还原段作为磷矿还原反应的热源。

[0013] 为了充分利用料渣的余热，本发明所述竖窑法制磷酸的工艺中，将竖窑排出的高温料渣与空气进行热交换所产生的热空气用于预热含磷矿粉体的成型原料，原料经预热后再送入竖窑窑体的还原段。

[0014] 本发明所述竖窑法制磷酸的工艺，所用含磷矿粉体的成型原料由磷矿粉和焦炭粉混合成型，或由磷矿粉、焦炭粉和硅石粉混合成型，其形状为球形，球径为0.8～1.5厘米。

[0015] 本发明具有以下有益效果：

[0016] 1、本发明所述竖窑的窑体自上而下依次分为氧化段、加料段、还原段和储渣段，实现了氧化区和还原区的有效隔离，因而可防止磷矿被氧化，确保磷矿还原反应顺利进行。

[0017] 2、本发明所述竖窑还原段设置的导料板及导料板的安装方式，不仅可保证原料在还原段的停留时间，提高热效率和磷矿的还原率，而且不会使物料堵塞。

[0018] 3、本发明所述竖窑氧化段内安装换热管，并通过导气管将换热管中的高温气体导至竖窑的还原段，可将氧化反应放出的热量应用于磷矿的还原反应，发挥窑法磷酸的优势。

[0019] 4、本发明所述竖窑工作时窑体不旋转，与回转窑相比节省动力，降低能耗。

[0020] 5、本发明所述竖窑窑型结构简单，易于加工，成本地，有利于工业化生产。

[0021] 6、本发明所述竖窑法制磷酸的工艺，流程合理，操作简单，能够满足窑法磷酸大型工业化生产的需要。

[0022] 7、本发明所述竖窑法制磷酸的工艺，将料渣所携带的热量用于预热原料，可进一步节约能源。

附图说明

[0023] 图1是本发明所述生产磷酸的竖窑的一种结构示意图；

[0024] 图2是本发明所述生产磷酸的竖窑的又一种结构示意图；

[0025] 图3是导料板的一种结构示意图；

[0026] 图4是本发明所述竖窑法制磷酸工艺的一种工艺流程图，该图还表明了工艺流程中涉及的设备的组装方式。

[0027] 图中，1-原料进口、2-导料板、3-窑体(3-1：氧化段、3-2：加料段、3-3：还原段、3-4：储渣段)、4-换热管、5-出渣口、6-导气孔、7-空气进口、8-换热管进气口、9-导气管、10-窑气出口、11-过料通道、12-燃料进口、13-磷吸收塔、14-排气阀、15-风机、16-除尘器、17-除雾器、18-链篦机(18-1：用于料渣处理的链篦机、18-2：用于原料预热的链篦机)、19-导气管过孔。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明所述竖窑及竖窑法制磷酸的工艺作进一步说明。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例中，竖窑按年产1万吨85％磷酸设计，原料进料量为6.2吨/小时，在窑内反应停留时间为2小时，其结构如图1所示，包括窑体3，换热管4、导气管9和导料板2。窑体高20米，用高温陶瓷制作，自上而下依次分为氧化段3-1、加料段3-2、还原段3-3和储渣段3-4，氧化段由圆筒体和球冠状顶部组合而成，其球冠状顶部设置有窑气出口10，加料段为圆锥台状筒体，其侧壁上设置有原料进口1和空气进口7，还原段为圆筒体，高15米、内径2.5米，其底部设置有燃料进口12，储渣段为圆锥台状筒体，其底部设置有出渣口5；换热管4为蛇形盘管，位于窑体的氧化段内，通过连接件与窑体内壁固连，其进气口8位于窑体之外；导料板2为15个，用高温陶瓷制作，各导料板均为垂直于椭圆板状体长轴截去一小部分后的形状，其板面上分布有多个导气孔6并设置有导气管过孔19(如图3所示)，导料板2安装在窑体的还原段内，其安装方式为：各导料板均向下倾斜安装，相邻两导料板向下倾斜的方向相反，相邻两导料板中位于上层的导料板与窑体内壁之间保留有过料通道11，各导料板的侧面分别与所处位置的窑体内壁无缝隙固连；导气管9为圆形直管，其上端与换热管4的出气端连接，其下端穿过窑体的加料段3-2和位于还原段中的各导料板上的导气管过孔19进入窑体的储渣段3-4。

[0031] 本实施例以低品位磷矿制备磷酸，磷矿含15％P2O5、40％SiO2，成型原料由磷矿粉和焦炭粉组成，磷矿粉∶焦炭粉＝5.3∶0.9(质量比)，其形状为球形，球径为为0.8～1.5厘米。

[0032] 本实施例中，与竖窑配套的设备(或装置)有除尘器16、磷吸收塔13、除雾器17、风机15和链篦机18-1、18-2，上述设备均为常规设备，有市售商品。竖窑法制磷酸的工艺流程如图4所示，有以下流程：

[0033] (1)成型原料经链篦机18-2预热后从竖窑窑体的加料段3-2所设置的原料进口1进入竖窑的还原段3-3，还原段的温度控制在1200℃左右，在竖窑还原段中，原料沿导料板2向下移动，在移动过程中磷矿发生还原反应，所生成的气态磷和CO气体随导气管9排出的气流向上流动，经导料板上的导气孔6、加料段3-2进入氧化段3-1，反应后的料渣继续沿导料板向下移动进入窑体的储渣段3-4经出渣口5排出，出渣口排出的高温料渣通过链篦机
18-1与空气进行热交换所产生的热空气被送入链篦机18-2，作为预热成型原料的热源；

[0034] (2)在氧化段3-1中，气态磷和CO与从加料段空气进口7进入的含氧空气混合并发生氧化反应生成P2O5和CO2气体，P2O5、CO2和空气中的其它气体通过窑气出口10被抽出，经除尘器16净化除尘后进入磷吸收塔13；

[0035] (3)在磷吸收塔13中，P2O5被水吸收生成磷酸，得到1吨/小时、纯度为85％的高纯度磷酸，磷吸收塔13排出的气体经除雾器17电除雾后由风机15送入位于竖窑窑体氧化段内的换热管4吸收氧化反应放出的热量，吸热后的气体由导气管9导至窑体的还原段3-3作为磷矿粉发生还原反应的热源。

[0036] 实施例2

[0037] 本实施例中，竖窑按年产1万吨85％磷酸设计，原料进料量为6.0吨/小时，在窑内反应停留时间为2小时，其结构如图2所示，包括窑体3，换热管4、导气管9和导料板2。与实施例1不同之处是，导气管9选用螺旋形盘管。

[0038] 本实施例以中品位磷矿制备磷酸，磷矿含25％P2O5、10％SiO2，成型原料由磷矿粉、焦炭粉和硅石粉组成，磷矿粉∶焦炭粉∶硅石粉＝3.2∶0.9∶1.9(质量比)，其形状为球形，球径为为0.8～1.5厘米。

[0039] 本实施例中，与竖窑配套的设备同实施例1，竖窑法制磷酸的工艺流程同实施例1，如图4所示，与实施例1不同之处是，还原段的温度控制在1250℃左右。在磷吸收塔13中，P2O5被水吸收生成磷酸，得到1吨/小时、纯度为85％的高纯度磷酸。