一種全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的方法和用于煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全氧豎爐煉磷生產(chǎn)方法以及用于煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣裝置，純氧與配加的水蒸汽從豎爐下部風(fēng)口通入，磷灰石加碳球團(tuán)和燃料煤從豎爐頂部加料口加入，形成料柱；煤在燃燒區(qū)燃燒，生成的高溫?zé)煔庠谏仙^程中對向下移動的磷灰石加碳球團(tuán)和燃料煤逐步加熱；在豎爐中部反應(yīng)區(qū)，磷灰石加碳球團(tuán)中的磷灰石與碳發(fā)生反應(yīng)生成磷；生成的含磷煤氣從豎爐頂部煤氣出口排出；生成的熔融爐渣從豎爐下部出渣口排出。與現(xiàn)有火法煉磷技術(shù)相比，本發(fā)明使用磷灰石加碳球團(tuán)代替磷灰石，磷礦石與焦炭的接觸面積大，促使反應(yīng)速率加快；使用煤替代焦炭，降低了生產(chǎn)成本；使用純氧助燃，生成的煤氣中不含氮氣及其氧化物，可作為合成氣使用，便于煤氣的綜合利用。
【專利說明】一種全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的方法和用于煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于火法制磷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣生產(chǎn)方法以及用于煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]黃磷是一種重要的化工原料，以黃磷為原料可以生產(chǎn)多種磷化物和磷酸鹽。目前，國內(nèi)外黃磷生產(chǎn)采用的主流方法是電爐法制磷。此外，也有高爐法、流化床還原法、等離子體法等方法來生產(chǎn)黃磷。
[0003]我國絕大多數(shù)黃磷生產(chǎn)企業(yè)采用電爐法制磷。但是，由于電爐法制磷對入爐磷礦的品質(zhì)要求高，中低品位磷礦(P2O5質(zhì)量百分?jǐn)?shù)< 20%的塊礦和粉礦)不宜或不能作為電爐法制磷的原料，否則將造成生產(chǎn)困難和生產(chǎn)成本上升。另一方面，我國磷礦資源雖然儲量豐富，但平均品位僅為16% (P2O5質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為16%的塊礦和粉礦)，其中品位低于20%的磷礦占總儲量的69.65%。因此，電爐法制磷在我國受到磷礦品位低的限制。
[0004]20世紀(jì)50年代，葉渚沛針對我國磷礦品位低、電力供應(yīng)緊張的情況，開展了高爐炭熱法制磷技術(shù)路線的探索。0.77m3和8m3高爐煉磷試驗證明，高爐煉磷方法能充分有效地直接處理中低品位磷礦，適合大規(guī)模生產(chǎn)。但長期以來，由于以下問題而使高爐煉磷未能獲得到推廣。
[0005](I)高爐煉磷 采用塊狀磷礦石和焦炭進(jìn)料，磷礦石與焦炭的接觸面積小，反應(yīng)速率低，磷礦石在低于軟融溫度的條件下，其中的五氧化二磷(P2O5)不會發(fā)生明顯的還原反應(yīng)。
[0006](2)高爐煉磷采用熱風(fēng)作為助燃劑，產(chǎn)生的含磷煤氣中存在大量氮氣(N2),不利于煤氣的后續(xù)處理和碳資源的綜合利用。
[0007](3)高爐煉磷采用焦炭(或部分無煙煤)作為燃料和還原劑，不符合我國焦煤資源緊張的情況。
[0008]因此，開發(fā)一種能夠利用中低品位磷礦資源的煉磷方法具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于針對我國磷礦品位低和煤炭資源相對豐富的情況，提出一種全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的方法，解決高爐煉磷工藝焦炭用量多、副產(chǎn)煤氣利用困難的問題。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明采用采用豎爐冶煉的方法，該方法包括:
[0011]將爐料自豎爐頂部加料口加入，純氧和水蒸汽自豎爐下部風(fēng)口通入；燃料煤在豎爐下部燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饽媪骷訜嵯滦袪t料；在豎爐中部，磷灰石加碳球團(tuán)中的還原劑碳將磷灰石中的五氧化二磷還原為元素磷，同時燃料煤發(fā)生氣化反應(yīng)，生成的含磷煤氣自豎爐頂部煤氣出口排出，所述含磷煤氣經(jīng)冷凝單元回收磷，除磷煤氣經(jīng)煤氣凈化單元處理后得到煤氣；生成的熔融爐渣自豎爐下部出渣口排出。
[0012]所述爐料為磷灰石加碳球團(tuán)與燃料煤混合得到的配料。[0013]所述的磷灰石加碳球團(tuán)按如下方法制備:將磷灰石和還原劑碳干燥后磨細(xì)至5(T100目，按磷灰石中五氧化二磷(P2O5)與還原劑碳的摩爾比為1:5~1:10的配比混勻，加入粘土漿作為粘結(jié)劑制成生球團(tuán)，經(jīng)干燥、預(yù)熱、焙燒、冷卻工序制得磷灰石加碳球團(tuán)。磷灰石加碳球團(tuán)中的還原劑碳可以選用無煙煤、半焦或焦炭中的一種或者多種。制成磷灰石加碳球團(tuán)的粒度為l(T20mm，強度不低于2000N/個。
[0014]優(yōu)選的，磷灰石加碳球團(tuán)中五氧化二磷(P2O5)與燃料煤的碳的摩爾比為1: 1Π: 21，燃料煤可以選用粒度為50-80_的無煙煤、煤球、半焦或焦炭中的一種或者多種。
[0015]優(yōu)選的，采用氧氣(O2)作為助燃劑，與配加水蒸汽從豎爐下部風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi)，氧氣與水蒸汽的配比須達(dá)到控制豎爐下部燃燒區(qū)溫度不超過2000°C。
[0016] 上述方法中，燃料煤在豎爐下部燃燒區(qū)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c下行爐料逆流換熱，爐料在豎爐上部預(yù)熱區(qū)和中部反應(yīng)區(qū)被上升的高溫?zé)煔庵鸩郊訜帷Ｔ谪Q爐中部反應(yīng)區(qū)，磷灰石加碳球團(tuán)中的還原劑碳將磷灰石中的五氧化二磷(P2O5)還原為元素磷(P2)。
[0017](CaO) 3.(P2O5) +3Si02+5C — 3CaSi03+P2+5C0
[0018]同時,爐料中的部分燃料煤與高溫?zé)煔獍l(fā)生氣化反應(yīng),生成一氧化碳(CO)和氫氣(H2)0
[0019]C+C02 —2C0
[0020]C+H20 — C0+H2
[0021]上述方法中，磷灰石中五氧化二磷(P2O5)的還原反應(yīng)和燃料煤的氣化反應(yīng)生成的含磷煤氣自豎爐頂部的煤氣出口排出，熔融爐渣自豎爐下部出渣口排出。
[0022]上述方法中，含磷煤氣的主要成分是磷蒸汽(P2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和一定量氫氣(H2),并含少量、SiF4, PH3等成分。
[0023]上述方法中，自煤氣出口排出的含磷煤氣經(jīng)除塵單元，采用三級除塵方法除去粉塵后進(jìn)入冷凝單元，采用噴淋吸收塔回收元素磷(P2),再經(jīng)煤氣凈化單元凈化煤氣。凈化后的煤氣主要成分為一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氫氣(h2)。
[0024]本發(fā)明還提供了一套用于煉磷并聯(lián)產(chǎn)氣的裝置，包括
[0025]一豎爐，一除塵單元，一冷凝單元和一煤氣凈化單元；其中豎爐的煤氣出口和除塵單元連接，除塵單元的氣體出口和冷凝單元連接，冷凝單元的氣體出口和煤氣凈化單元連接。
[0026]與現(xiàn)有火法煉磷技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0027](I)本發(fā)明使用磷灰石加碳球團(tuán)替代塊狀磷灰石，可增大磷灰石與還原劑碳之間的接觸面積，有利于加快磷灰石與還原劑碳的反應(yīng)，并使反應(yīng)在溫度較低的豎爐中部反應(yīng)區(qū)進(jìn)行。
[0028](2)本發(fā)明可使用無煙煤、半焦或碎焦炭作為還原劑，可使用無煙煤、煤球、半焦或焦炭作為燃料，降低煉磷的生產(chǎn)成本。
[0029](3)本發(fā)明采用氧氣(O2)作為助燃劑，凈化后的煤氣主要成分為一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氫氣(H2),不含氮氣(N2),煤氣熱值高,便于后續(xù)處理和綜合利用。
【專利附圖】

【附圖說明】[0030]圖1為全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣生產(chǎn)流程示意圖，其中:
[0031]1、豎爐；2、除塵單元；3、冷凝單元；4、煤氣凈化單元。
[0032]圖2為全氧煉磷豎爐示意圖，其中:[0033]A、預(yù)熱區(qū)；B、反應(yīng)區(qū)；C、燃燒區(qū)；D、爐缸；1_1、加料口 ；E_1、煤氣出口 1-2、風(fēng)口 ；E-2、出渣口。
【具體實施方式】
[0034]以下為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其僅用作對發(fā)明的解釋而不是限制。
[0035]本實施例中，采用品位為20%的磷礦石；固定碳含量為90%的無煙煤作為還原劑碳；固定碳含量為90%，粒度為5(T80mm的無煙煤作為燃料煤。
[0036]如圖1所示，全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣生產(chǎn)流程包括:
[0037](I)將磷礦石和用作還原劑碳的無煙煤干燥后，磨細(xì)至50-100目；將磨細(xì)的磷礦石和無煙煤按五氧化二磷(P2O5)與固定碳摩爾比1:5~1:10混合均勻，加入粘土漿作為粘結(jié)劑制成生球團(tuán)；經(jīng)干燥、預(yù)熱、焙燒、冷卻，制成粒度為l(T20mm的磷灰石加碳球團(tuán)。磷灰石加碳球團(tuán)的強度不低于2000N/個。
[0038](2)將磷灰石加碳球團(tuán)與用作燃料煤的無煙煤按五氧化二磷(P2O5)與固定碳的摩爾比1:141:21混合配料。如圖2所示，將得到的混合料從豎爐頂部加料口 1-1加入豎爐。
[0039](3)氧氣與配加的水蒸汽從豎爐下部風(fēng)口 1-2進(jìn)入豎爐，氧氣與水蒸汽的配比須達(dá)到控制豎爐下部燃燒區(qū)溫度不超過2000°C。
[0040](4)豎爐I中生成的含磷煤氣自豎爐頂部煤氣出口 E-1排出，熔融爐渣自豎爐下部出渣口 E-2排出。
[0041](5)導(dǎo)出的含磷煤氣經(jīng)除塵單元2除去粉塵后，送到冷凝單元3回收含磷煤氣中的磷(P2)。
[0042](6)回收磷后的煤氣送入煤氣凈化單元4，凈化處理后的煤氣主要成分為一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氫氣(H2)，可用作化工生產(chǎn)的合成氣或燃料。
[0043]本實施例涉及的全氧豎爐煉磷方法的物料計算如下:
[0044]按磷礦石的品位為20%，無煙煤中固定碳含量為90%，磷回收率為95%，豎爐熱利用率70%，反應(yīng)過程中燃料煤和磷灰石加碳球團(tuán)中碳的最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為一氧化碳(CO)和二氧化碳(C02)。其它計算條件為:
[0045]在豎爐中發(fā)生的燃料煤的燃燒反應(yīng):
[0046](2+ a ) C+ (1+ a ) O2 — 2C0+ a CO2,取 α =1
[0047]在豎爐中部反應(yīng)區(qū)發(fā)生的五氧化二磷(P2O5)的還原反應(yīng):
[0048](CaO) 3.(P2O5) +3Si02+5C — 3CaSi03+P2+5C0
[0049]磷灰石所含雜質(zhì)為CaO，SiO2,煤灰分為SiO2
[0050]成洛反應(yīng):
[0051]CaCHSiO2 — CaSiO3
[0052]假定氣體出口溫度300°C，爐渣出口溫度1500°C ；
[0053]基于以上計算條件，根據(jù)全氧豎爐煉磷過程的物料及熱平衡，計算可得生產(chǎn)I噸成品磷消耗無煙煤約為9.2噸，氧氣10315Nm3，副產(chǎn)煤氣(C0+C02+H2) 15472Nm3。
【權(quán)利要求】
1.一種全氧豎爐煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的方法，包括: 將爐料自豎爐頂部加料口加入，所述爐料為磷灰石加碳球團(tuán)與燃料煤的混合物；純氧和水蒸汽自豎爐下部風(fēng)口通入；燃料煤在豎爐下部燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜嵯滦袪t料；在豎爐中部，磷灰石加碳球團(tuán)中的還原劑碳將磷灰石中的五氧化二磷還原為元素磷，同時燃料煤發(fā)生氣化反應(yīng)，生成的含磷煤氣自豎爐頂部煤氣出口排出，所述含磷煤氣經(jīng)冷凝單元回收磷，除磷煤氣經(jīng)煤氣凈化單元處理后得到煤氣；生成的熔融爐渣自豎爐下部出渣口排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷灰石加碳球團(tuán)按如下方法制備: 磷灰石和還原劑碳干燥后，磨細(xì)至50-100目，按磷灰石中五氧化二磷與還原劑碳的摩爾比1: 5^1:10混勻，加入粘土漿作為粘結(jié)劑制成生球團(tuán)，經(jīng)干燥、預(yù)熱、焙燒、冷卻，制成磷灰石加碳球團(tuán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述還原劑為無煙煤、半焦或碎焦炭中的一種或多種；所述磷灰石加碳球團(tuán)的粒度為l(T20mm，強度不低于2000Ν/個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷灰石加碳球團(tuán)中五氧化二磷與所述燃料煤中碳的摩爾比為1:14~1:21。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料煤的粒度為5(T80mm，所述燃料煤為無煙煤、煤球、半焦或焦炭中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述豎爐下部燃燒區(qū)溫度不超過2000°C。
7.一種用于煉磷聯(lián)產(chǎn)合成氣的裝置，其特征在于，所述的裝置包括一豎爐，一除塵單元，一冷凝單元和一煤氣凈化單元；所述豎爐的煤氣出口和所述除塵單元連接，所述除塵單元的氣體出口和所述冷凝單元連接，所述冷凝單元的氣體出口和所述煤氣凈化單元連接。
【文檔編號】C01B25/027GK103897737SQ201210587573
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】趙月紅, 張文翠, 王樹民, 王志, 溫浩, 許志宏 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所