一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝及其設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝，以黃磷為基礎(chǔ)原料，硫酸為干燥劑，在燃磷爐內(nèi)燃燒制得五氧化二磷，黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經(jīng)冷卻系統(tǒng)冷卻后通入多級(jí)沉降系統(tǒng)，經(jīng)多級(jí)沉降系統(tǒng)進(jìn)一步冷卻后送入集料倉制得五氧化二磷粉末，尾氣經(jīng)凈化后排放；或黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經(jīng)冷卻系統(tǒng)冷卻后，依次通入聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收，分別得到聚磷酸及磷酸，其尾氣經(jīng)泡沫吸收塔、氨吸收塔、纖維除沫器吸收后排放。該設(shè)備能夠合理的優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)的五氧化二磷純度達(dá)到99.5%以上，可大型生產(chǎn)。
【專利說明】一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝及其設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種五氧化二磷獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)，具體為一種選擇性五氧化二磷生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備，屬于化工生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]每燃燒Ikg磷可以釋放出2.55*104KJ的能量，國內(nèi)五氧化二磷生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝為使用碳素鋼為材料、建立多個(gè)巨大的冷卻塔，將固態(tài)黃磷使用蒸汽加熱后緩慢流入塔內(nèi)與鼓風(fēng)機(jī)吹入的干燥空氣反應(yīng)燃燒，產(chǎn)生五氧化二磷煙氣，再依靠巨大的冷卻塔進(jìn)行冷卻降溫，產(chǎn)生五氧化二磷產(chǎn)品，此工藝簡單，投資較小，但產(chǎn)能低，日產(chǎn)量不超過三噸，圖1為五氧化二磷原有工藝流程。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，傳統(tǒng)裝置中不但沒能對(duì)這部分能量進(jìn)行有效的利用，無法將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收，反而要配備龐大的自然冷卻設(shè)備對(duì)高溫設(shè)備進(jìn)行冷卻，造成巨大的能源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的熱污染，既浪費(fèi)了能源又污染了環(huán)境，同時(shí)生產(chǎn)效率低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的新工藝，采用冷卻塔強(qiáng)制冷卻生產(chǎn)五氧化二磷產(chǎn)品，產(chǎn)生的熱量可副產(chǎn)蒸汽，沉降后的煙氣進(jìn)入聚磷酸、磷酸的生產(chǎn)和吸收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放，既節(jié)約了能源又提高了生產(chǎn)效率。
[0004]具體為:以黃磷為基礎(chǔ)原料，硫酸為干燥劑，將黃磷在燃磷爐內(nèi)燃燒制得的五氧化二磷煙氣經(jīng)水冷壁強(qiáng)制冷卻至360°C以下，壓力為Ikpa以下，經(jīng)冷卻后的五氧化二磷煙氣至少經(jīng)10級(jí)沉降，使五氧化二磷煙氣溫度進(jìn)一步降低至300°C以下，壓力進(jìn)一步降低至0.Skpa以下，經(jīng)冷卻、沉降后收集到的五氧化二磷送入五氧化二磷集料倉制得純度高于99.5%的五氧化二磷粉末，尾氣經(jīng)凈化后排放；或黃磷燃磷后的五氧化二磷煙氣依次經(jīng)聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收后·，分別得到聚磷酸及磷酸，其尾氣經(jīng)氨吸收塔、纖維除沫器吸收后達(dá)標(biāo)排放；
所述的黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣通入冷卻系統(tǒng)的過程中，所述的黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣通入聚磷酸吸收塔的過程關(guān)閉；黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣通入聚磷酸吸收塔的過程打開，黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣通入冷卻系統(tǒng)的過程關(guān)閉。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝設(shè)備，該設(shè)備縮短了主煙氣管道長度、減少了原設(shè)備中不必要的U型彎、增加相應(yīng)的冷卻沉降及輸送設(shè)備。
[0006]具體為:燃磷爐經(jīng)閥門控制的煙氣管道與冷卻塔連接，冷卻塔后設(shè)置多級(jí)沉降倉，多級(jí)沉降倉經(jīng)吸收塔經(jīng)集料倉與尾氣排放通道連接；燃磷爐經(jīng)閥門控制的煙氣管道依次與聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔連接，磷酸吸收塔經(jīng)氨吸收塔、纖維除沫器與尾氣排放通道連接。
[0007]所述的燃磷爐至聚磷酸吸收塔的煙氣管道長度為28~35m，所述的冷卻塔側(cè)壁設(shè)置循環(huán)水通道。[0008]所述的多級(jí)沉降倉為至少10個(gè)沉降倉串聯(lián)而成，進(jìn)一步所述的多級(jí)沉降倉為10個(gè)沉降倉串聯(lián)而成，其中前5個(gè)沉降倉與后5個(gè)沉降倉上下設(shè)置，其落差為6~8米。
[0009]所述的沉降倉包括筒體及錐斗，筒體內(nèi)部設(shè)置有矩形擋板，矩形擋板寬度與筒體直徑等長，矩形擋板長度為筒體長度的95-98%，筒體頂部設(shè)置有頂蓋，頂蓋上設(shè)置有頂蓋加強(qiáng)部件；所述的錐斗下設(shè)置有短接錐口，短接錐口外設(shè)置有法蘭。
[0010]所述的筒體外側(cè)自頂部2/3處設(shè)置有與矩形擋板對(duì)稱的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹深度為筒體直徑的5~8%，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的長度為筒體長度的40~56%。
[0011]所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)底端與筒體外壁形成弧形凸起。
[0012]五氧化二磷為白色無定形粉末或六方晶體，在高溫下易附著于倉壁及管道之上，形成堅(jiān)硬的非晶體。且粉狀情況下極易吸濕，因此生產(chǎn)過程中需要與外界環(huán)境進(jìn)行隔絕。
[0013]針對(duì)其附壁我們通過冷卻塔將燃磷爐產(chǎn)生的物料迅速降低至合理的溫度范圍區(qū)間內(nèi)，減少附壁量，使其凝結(jié)成粉狀，提高產(chǎn)量。針對(duì)其在結(jié)構(gòu)死角附壁現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備內(nèi)部及連接管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在減少沉積的過程中，能及時(shí)利用重力掉落于倉底，保證產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝條件。同時(shí)更短的五氧化二磷煙氣管道，設(shè)計(jì)預(yù)留的一米落差，可以使五氧化二磷煙氣能夠及時(shí)進(jìn)入聚磷酸吸收塔，降低產(chǎn)品沉積于管道，可以使清理管道內(nèi)部沉積物料時(shí)，更加方便，降低清理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
[0014]針對(duì)其極易吸濕，在制造生產(chǎn)設(shè)備的過程中，采用焊接的密封形式，對(duì)于無法使用焊接的結(jié)構(gòu)，采取經(jīng)過優(yōu) 化的連接形式，確保了其能夠嚴(yán)格密封，隔絕與外界環(huán)境的接觸。
[0015]考慮到管道在高溫情況下發(fā)生熱脹冷縮效益，經(jīng)過計(jì)算可伸長0.15米，管道兩邊將受到3.5^4.2*104KN的力，設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，消耗材料14.7平方的不銹鋼板，造價(jià)低廉，完全滿足了管道膨脹補(bǔ)償參數(shù)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)每產(chǎn)生一噸五氧化二磷需要消耗0.45噸黃磷，經(jīng)改造后投入使用可以使黃磷轉(zhuǎn)化為五氧化二磷的百分比從20.7%提高至40.5 %，使磷酸生產(chǎn)量從62.7噸/日減少到46.8噸/日。日減少磷酸產(chǎn)量16噸，間接的減少生產(chǎn)磷酸耗電3168千瓦時(shí)/日，減少水消耗64立方米/日。
[0017](2)現(xiàn)階段黃磷市場價(jià)為17000元/噸，硫酸450元/噸。每生產(chǎn)一噸五氧化二磷需要消耗黃磷0.45噸、硫酸0.5噸、折舊維修費(fèi)用40元，合計(jì)生產(chǎn)成本7915元/噸，五氧化二磷市場價(jià)9200元/噸，理想狀態(tài)下，每生產(chǎn)一噸五氧化二磷可產(chǎn)生1285元/噸的利潤。
[0018](3)每生產(chǎn)一噸磷酸需要消耗黃磷0.282噸、耗水4m3、耗電198千瓦時(shí),合計(jì)生產(chǎn)成本4913元/噸，五氧化二磷市場價(jià)4950元/噸，理想狀態(tài)下，每生產(chǎn)一噸磷酸可產(chǎn)生43元/噸的利潤。
[0019](4)整體投入資金140.18萬元，按照五氧化二磷日產(chǎn)量增加10噸預(yù)計(jì)，年連續(xù)運(yùn)行200天，可增加收入257萬元，而磷酸則因?yàn)楫a(chǎn)量的減少降低13.76萬元的收入，合計(jì)為257萬元，即新增效益257萬元/年，投入產(chǎn)出比為183%，經(jīng)改造后，在0.5mVh的投磷量下，每日消耗黃磷22.2噸，日產(chǎn)量從10噸增加到20噸。因此，此改造非常值得進(jìn)行，且能夠合理的優(yōu)化我公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，為公司后續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為原有五氧化二磷生產(chǎn)工藝設(shè)備，其中1-1燃磷爐，2-1冷凝塔，3-1煙氣管道；4_1集料倉，5-1包裝料斗。該設(shè)備煙氣管道長達(dá)106m，五氧化二磷在高溫下易附著于倉壁及管道之上，形成堅(jiān)硬的非晶體，極易損壞設(shè)備，且沉積的五氧化二磷在煙氣管道內(nèi)易引起爆炸。
[0021]圖2為新型五氧化二磷生產(chǎn)工藝設(shè)備，其中1.燃磷爐，2.冷凝器。3.緩沖罐，4.多級(jí)沉降塔，5.集料倉，6.包裝料斗，7.聚磷酸吸收塔，8.磷酸吸收塔，9.氨吸收塔，10.纖維除沫器。該設(shè)備縮短煙氣管道長度至28-35m，減少了五氧化二磷的沉積，減少了對(duì)設(shè)備的損壞，同時(shí)增加了產(chǎn)量及純度，采用該設(shè)備制得的五氧化二磷純度達(dá)99.5%以上。
[0022]圖3為沉降倉結(jié)構(gòu)立體圖，11.筒體，12.錐斗，13.矩形擋板，14.頂蓋，15.加強(qiáng)部件，16.短接錐口，17.法蘭，18.弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，19.弧形凸起。該沉降倉增加了五氧化二磷煙氣的循環(huán)流動(dòng)，增加了五氧化二磷煙氣沉降、冷凝的過程，更有利于五氧化二磷煙氣進(jìn)一步冷卻下來并最大化地、順利地通入集料倉。 [0023]圖4為沉降倉結(jié)構(gòu)主視圖，11.筒體，12.錐斗，13.矩形擋板，14.頂蓋，15.加強(qiáng)部件，16.短接錐口，17.法蘭，18.弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，19.弧形凸起。
[0024]圖5為沉降倉結(jié)構(gòu)左視圖，18.弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，19.弧形凸起。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
將10噸(24小時(shí)投磷量)的黃磷投入燃磷爐I內(nèi)燃燒制得五氧化二磷煙氣，以硫酸為干燥劑，打開閥門，將五氧化二磷煙氣經(jīng)煙氣管道送入冷卻塔2，經(jīng)冷卻塔2內(nèi)水冷壁強(qiáng)制冷卻至360°C以下，壓力為lkpa，經(jīng)冷卻后的五氧化二磷煙氣經(jīng)緩沖罐3后送入10級(jí)沉降倉4沉降，使五氧化二磷煙氣溫度降低至360°C以下，壓力為lkpa，經(jīng)冷卻沉降后的五氧化二磷送入五氧化二磷料倉5吸收制得23.7噸純度高于99.5%的五氧化二磷，尾氣經(jīng)凈化后經(jīng)尾氣排放通道7-1排放排放。
[0026]10噸(24小時(shí)投磷量)的黃磷投入燃磷爐I內(nèi)燃燒，關(guān)閉燃磷爐至冷卻塔的閥門，打開燃磷爐至聚磷酸吸收塔的閥門，將黃磷燃燒的五氧化二磷煙氣依次經(jīng)煙氣管道3-2送入聚磷酸吸收塔7、磷酸吸收塔8吸收后分別得到37噸磷酸，其尾氣經(jīng)氨吸收塔9、纖維除沫器10吸收后經(jīng)尾氣達(dá)標(biāo)排放通道排放。
[0027]所述的煙氣五氧化二磷經(jīng)10級(jí)沉降倉5沉降后的副產(chǎn)物送入聚磷酸吸收塔8吸收。
[0028]實(shí)施例2
一種新型五氧化二磷生產(chǎn)設(shè)備，燃磷爐I經(jīng)閥門控制的煙氣管道與冷卻塔2連接，冷卻塔2與緩沖罐3連接，緩沖罐3后設(shè)置多級(jí)沉降倉4，多級(jí)沉降倉，多級(jí)沉降倉4經(jīng)集料倉5與包裝料斗6連接；燃磷爐I經(jīng)閥門控制的煙氣管道依次與聚磷酸吸收塔7、磷酸吸收塔8連接，磷酸吸收塔8經(jīng)氨吸收塔9與纖維除沫器10連接。
[0029]所述的燃磷爐I至聚磷酸吸收塔7的煙氣管道長度為28~35m。所述的冷卻塔2側(cè)壁設(shè)置循環(huán)水通道，所述的多級(jí)沉降倉4為至少10個(gè)沉降倉串聯(lián)而成，所述的多級(jí)沉降倉4為10個(gè)沉降倉串聯(lián)而成，其中前5個(gè)沉降倉與后4個(gè)沉降倉上下設(shè)置,其落差為6米。
[0030]所述的沉降倉包括筒體11及錐斗12，所述的筒體11內(nèi)部設(shè)置有矩形擋板13，所述的矩形擋板13寬度與筒體11直徑等長，矩形擋板13長度為筒體11長度的95-98%，筒體11頂部設(shè)置有頂蓋14，頂蓋14上設(shè)置有頂蓋加強(qiáng)部件15 ;所述的錐斗12下設(shè)置有短接錐口 16，短接錐口 16外設(shè)置有法蘭17。
[0031]所述的筒體11外側(cè)自頂部2/3處設(shè)置有與矩形擋板13對(duì)稱的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)18，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)18的內(nèi)凹深度為筒體11直徑的5~8%，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)18的長度為筒體11長度的40~56%。
[0032]所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)18底端與筒體11外壁形成弧形凸起19。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝，以黃磷為基礎(chǔ)原料，硫酸為干燥劑，在燃磷爐內(nèi)燃燒制得五氧化二磷，其特征在于，包括以下工藝步驟:黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經(jīng)冷卻系統(tǒng)冷卻后通入多級(jí)沉降系統(tǒng)，經(jīng)多級(jí)沉降系統(tǒng)進(jìn)一步冷卻后送入集料倉制得五氧化二磷粉末，尾氣經(jīng)凈化后排放；或黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣依次經(jīng)聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收后，分別得到聚磷酸及磷酸，其尾氣經(jīng)氨吸收塔、纖維除沫器吸收后排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝，其特征在于，黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經(jīng)冷卻系統(tǒng)冷卻后通入多級(jí)沉降系統(tǒng)的過程中，所述的黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣通入聚磷酸吸收塔的過程關(guān)閉；所述的黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣通入聚磷酸吸收塔的過程打開，黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經(jīng)冷卻系統(tǒng)通入多級(jí)沉降系統(tǒng)的過程關(guān)閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝，其特征在于，所述的冷卻系統(tǒng)為水冷壁強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，五氧化二磷煙氣經(jīng)水冷壁強(qiáng)制冷卻至360°C以下，壓力為Ikpa以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝，其特征在于，所述的多級(jí)沉降系統(tǒng)為多個(gè)沉降塔串聯(lián)而成，將五氧化二磷煙氣溫度降低至300°C以下，壓力降低至0.8kpa 以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的工藝，其特征在于，所述的多級(jí)沉降系統(tǒng)為至少10個(gè)沉降塔串聯(lián)而成。
6.一種選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，燃磷爐(I)經(jīng)煙氣管道與冷卻塔(2)連接， 冷卻塔(2)與緩沖罐(3)連接，緩沖罐(3)后設(shè)置多級(jí)沉降倉(4)，多級(jí)沉降倉(4)經(jīng)集料倉(5)與包裝料斗(6)連接；燃磷爐(I)經(jīng)煙氣管道依次與聚磷酸吸收塔(7)、磷酸吸收塔(8)連接，磷酸吸收塔(8)經(jīng)氨吸收塔(9)與纖維除沫器(10)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的燃磷爐Cl)至聚磷酸吸收塔(7)的煙氣管道長度為28~35m。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的冷卻塔(2)側(cè)壁設(shè)置循環(huán)水通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的多級(jí)沉降倉(4)為至少10個(gè)沉降倉串聯(lián)而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的多級(jí)沉降倉(5)為10個(gè)沉降倉串聯(lián)而成，其中前5個(gè)沉降倉與后5個(gè)沉降倉上下設(shè)置，其落差6~8米。
11.根據(jù)權(quán)利要求6或9或10所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于:所述的沉降倉包括筒體(11)及錐斗(12 )，其特征在于，所述的筒體(11)內(nèi)部設(shè)置有矩形擋板(13)，所述的矩形擋板(13)寬度與筒體(11)直徑等長，矩形擋板(13)長度為筒體(11)長度的95-98%，筒體(11)頂部設(shè)置有頂蓋(14)，頂蓋(14)上設(shè)置有頂蓋加強(qiáng)部件(15);所述的錐斗(12 )下設(shè)置有短接錐口( 16 )，短接錐口( 16 )外設(shè)置有法蘭(17)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的筒體(11)外側(cè)自頂部2/3處設(shè)置有與矩形擋板(13)對(duì)稱的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)(18)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)(18 )的內(nèi)凹深度為筒體(11)直徑的5~8%，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)(18 )的長度為筒體(11)長度的40~56%。
14.根據(jù)權(quán)利 要求12所述的選擇性生產(chǎn)五氧化二磷的設(shè)備，其特征在于，所述的弧形內(nèi)凹結(jié)構(gòu)(18)底端與筒體(11)外壁形成弧形凸起(19)。
【文檔編號(hào)】C01B25/20GK103723695SQ201410037269
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】譚春紅, 鄭旭東, 彭湘輝 申請人:湖北柳樹溝化工科技有限公司