一種選擇性生產五氧化二磷的工藝及其設備的制作方法
【專利摘要】一種選擇性生產五氧化二磷的工藝，以黃磷為基礎原料，硫酸為干燥劑，在燃磷爐內燃燒制得五氧化二磷，黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經冷卻系統冷卻后通入多級沉降系統，經多級沉降系統進一步冷卻后送入集料倉制得五氧化二磷粉末，尾氣經凈化后排放；或黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經冷卻系統冷卻后，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，其尾氣經泡沫吸收塔、氨吸收塔、纖維除沫器吸收后排放。該設備能夠合理的優化生產設備的結構，生產的五氧化二磷純度達到99.5%以上，可大型生產。
【專利說明】一種選擇性生產五氧化二磷的工藝及其設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種五氧化二磷獨立生產系統，具體為一種選擇性五氧化二磷生產工藝及生產設備，屬于化工生產領域。
【背景技術】
[0002]每燃燒Ikg磷可以釋放出2.55*104KJ的能量，國內五氧化二磷生產傳統工藝為使用碳素鋼為材料、建立多個巨大的冷卻塔，將固態黃磷使用蒸汽加熱后緩慢流入塔內與鼓風機吹入的干燥空氣反應燃燒，產生五氧化二磷煙氣，再依靠巨大的冷卻塔進行冷卻降溫，產生五氧化二磷產品，此工藝簡單，投資較小，但產能低，日產量不超過三噸，圖1為五氧化二磷原有工藝流程。工人勞動強度大，傳統裝置中不但沒能對這部分能量進行有效的利用，無法將生產過程中產生的熱量進行回收，反而要配備龐大的自然冷卻設備對高溫設備進行冷卻，造成巨大的能源浪費和對環境的熱污染，既浪費了能源又污染了環境，同時生產效率低。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種選擇性生產五氧化二磷的新工藝，采用冷卻塔強制冷卻生產五氧化二磷產品，產生的熱量可副產蒸汽，沉降后的煙氣進入聚磷酸、磷酸的生產和吸收系統，實現了達標排放，既節約了能源又提高了生產效率。
[0004]具體為:以黃磷為基礎原料，硫酸為干燥劑，將黃磷在燃磷爐內燃燒制得的五氧化二磷煙氣經水冷壁強制冷卻至360°C以下，壓力為Ikpa以下，經冷卻后的五氧化二磷煙氣至少經10級沉降，使五氧化二磷煙氣溫度進一步降低至300°C以下，壓力進一步降低至0.Skpa以下，經冷卻、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，尾氣經凈化后排放；或黃磷燃磷后的五氧化二磷煙氣依次經聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收后·，分別得到聚磷酸及磷酸，其尾氣經氨吸收塔、纖維除沫器吸收后達標排放；
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的過程關閉。
[0005]本發明的另一目的在于提供一種選擇性生產五氧化二磷的工藝設備，該設備縮短了主煙氣管道長度、減少了原設備中不必要的U型彎、增加相應的冷卻沉降及輸送設備。
[0006]具體為:燃磷爐經閥門控制的煙氣管道與冷卻塔連接，冷卻塔后設置多級沉降倉，多級沉降倉經吸收塔經集料倉與尾氣排放通道連接；燃磷爐經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，所述的冷卻塔側壁設置循環水通道。[0008]所述的多級沉降倉為至少10個沉降倉串聯而成，進一步所述的多級沉降倉為10個沉降倉串聯而成，其中前5個沉降倉與后5個沉降倉上下設置，其落差為6~8米。
[0009]所述的沉降倉包括筒體及錐斗，筒體內部設置有矩形擋板，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%，筒體頂部設置有頂蓋，頂蓋上設置有頂蓋加強部件；所述的錐斗下設置有短接錐口，短接錐口外設置有法蘭。
[0010]所述的筒體外側自頂部2/3處設置有與矩形擋板對稱的弧形內凹結構，所述的弧形內凹結構的內凹深度為筒體直徑的5~8%，所述的弧形內凹結構的長度為筒體長度的40~56%。
[0011]所述的弧形內凹結構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，形成堅硬的非晶體。且粉狀情況下極易吸濕，因此生產過程中需要與外界環境進行隔絕。
[0013]針對其附壁我們通過冷卻塔將燃磷爐產生的物料迅速降低至合理的溫度范圍區間內，減少附壁量，使其凝結成粉狀，提高產量。針對其在結構死角附壁現象，對設備內部及連接管道進行優化設計，在減少沉積的過程中，能及時利用重力掉落于倉底，保證產品生產的工藝條件。同時更短的五氧化二磷煙氣管道，設計預留的一米落差，可以使五氧化二磷煙氣能夠及時進入聚磷酸吸收塔，降低產品沉積于管道，可以使清理管道內部沉積物料時，更加方便，降低清理人員的勞動強度。
[0014]針對其極易吸濕，在制造生產設備的過程中，采用焊接的密封形式，對于無法使用焊接的結構，采取經過優 化的連接形式，確保了其能夠嚴格密封，隔絕與外界環境的接觸。
[0015]考慮到管道在高溫情況下發生熱脹冷縮效益，經過計算可伸長0.15米，管道兩邊將受到3.5^4.2*104KN的力，設計溫度補償系統，消耗材料14.7平方的不銹鋼板，造價低廉，完全滿足了管道膨脹補償參數。
[0016]本發明的優點在于:
(I)每產生一噸五氧化二磷需要消耗0.45噸黃磷，經改造后投入使用可以使黃磷轉化為五氧化二磷的百分比從20.7%提高至40.5 %，使磷酸生產量從62.7噸/日減少到46.8噸/日。日減少磷酸產量16噸，間接的減少生產磷酸耗電3168千瓦時/日，減少水消耗64立方米/日。
[0017](2)現階段黃磷市場價為17000元/噸，硫酸450元/噸。每生產一噸五氧化二磷需要消耗黃磷0.45噸、硫酸0.5噸、折舊維修費用40元，合計生產成本7915元/噸，五氧化二磷市場價9200元/噸，理想狀態下，每生產一噸五氧化二磷可產生1285元/噸的利潤。
[0018](3)每生產一噸磷酸需要消耗黃磷0.282噸、耗水4m3、耗電198千瓦時,合計生產成本4913元/噸，五氧化二磷市場價4950元/噸，理想狀態下，每生產一噸磷酸可產生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量增加10噸預計，年連續運行200天，可增加收入257萬元，而磷酸則因為產量的減少降低13.76萬元的收入，合計為257萬元，即新增效益257萬元/年，投入產出比為183%，經改造后，在0.5mVh的投磷量下，每日消耗黃磷22.2噸，日產量從10噸增加到20噸。因此，此改造非常值得進行，且能夠合理的優化我公司的產品結構，為公司后續發展打下堅實的基礎。【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為原有五氧化二磷生產工藝設備，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。該設備煙氣管道長達106m，五氧化二磷在高溫下易附著于倉壁及管道之上，形成堅硬的非晶體，極易損壞設備，且沉積的五氧化二磷在煙氣管道內易引起爆炸。
[0021]圖2為新型五氧化二磷生產工藝設備，其中1.燃磷爐，2.冷凝器。3.緩沖罐，4.多級沉降塔，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，減少了對設備的損壞，同時增加了產量及純度，采用該設備制得的五氧化二磷純度達99.5%以上。
[0022]圖3為沉降倉結構立體圖，11.筒體，12.錐斗，13.矩形擋板，14.頂蓋，15.加強部件，16.短接錐口，17.法蘭，18.弧形內凹結構，19.弧形凸起。該沉降倉增加了五氧化二磷煙氣的循環流動，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為沉降倉結構主視圖，11.筒體，12.錐斗，13.矩形擋板，14.頂蓋，15.加強部件，16.短接錐口，17.法蘭，18.弧形內凹結構，19.弧形凸起。
[0024]圖5為沉降倉結構左視圖，18.弧形內凹結構，19.弧形凸起。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
將10噸(24小時投磷量)的黃磷投入燃磷爐I內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煙氣管道送入冷卻塔2，經冷卻塔2內水冷壁強制冷卻至360°C以下，壓力為lkpa，經冷卻后的五氧化二磷煙氣經緩沖罐3后送入10級沉降倉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，尾氣經凈化后經尾氣排放通道7-1排放排放。
[0026]10噸(24小時投磷量)的黃磷投入燃磷爐I內燃燒，關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，其尾氣經氨吸收塔9、纖維除沫器10吸收后經尾氣達標排放通道排放。
[0027]所述的煙氣五氧化二磷經10級沉降倉5沉降后的副產物送入聚磷酸吸收塔8吸收。
[0028]實施例2
一種新型五氧化二磷生產設備，燃磷爐I經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后設置多級沉降倉4，多級沉降倉，多級沉降倉4經集料倉5與包裝料斗6連接；燃磷爐I經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側壁設置循環水通道，所述的多級沉降倉4為至少10個沉降倉串聯而成，所述的多級沉降倉4為10個沉降倉串聯而成，其中前5個沉降倉與后4個沉降倉上下設置,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內部設置有矩形擋板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頂部設置有頂蓋14，頂蓋14上設置有頂蓋加強部件15 ;所述的錐斗12下設置有短接錐口 16，短接錐口 16外設置有法蘭17。
[0031]所述的筒體11外側自頂部2/3處設置有與矩形擋板13對稱的弧形內凹結構18，所述的弧形內凹結構18的內凹深度為筒體11直徑的5~8%，所述的弧形內凹結構18的長度為筒體11長度的40~56%。
[0032]所述的弧形內凹結構18底端與筒體11外壁形成弧形凸起19。
【權利要求】
1.一種選擇性生產五氧化二磷的工藝，以黃磷為基礎原料，硫酸為干燥劑，在燃磷爐內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冷卻系統冷卻后通入多級沉降系統，經多級沉降系統進一步冷卻后送入集料倉制得五氧化二磷粉末，尾氣經凈化后排放；或黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣依次經聚磷酸吸收塔、磷酸吸收塔吸收后，分別得到聚磷酸及磷酸，其尾氣經氨吸收塔、纖維除沫器吸收后排放。
2.根據權利要求1所述的選擇性生產五氧化二磷的工藝，其特征在于，黃磷燃燒制得的五氧化二磷煙氣經冷卻系統冷卻后通入多級沉降系統的過程中，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冷卻系統通入多級沉降系統的過程關閉。
3.根據權利要求1所述的選擇性生產五氧化二磷的工藝，其特征在于，所述的冷卻系統為水冷壁強制冷卻系統，五氧化二磷煙氣經水冷壁強制冷卻至360°C以下，壓力為Ikpa以下。
4.根據權利要求1所述的選擇性生產五氧化二磷的工藝，其特征在于，所述的多級沉降系統為多個沉降塔串聯而成，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.根據權利要求3所述的選擇性生產五氧化二磷的工藝，其特征在于，所述的多級沉降系統為至少10個沉降塔串聯而成。
6.一種選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，燃磷爐(I)經煙氣管道與冷卻塔(2)連接， 冷卻塔(2)與緩沖罐(3)連接，緩沖罐(3)后設置多級沉降倉(4)，多級沉降倉(4)經集料倉(5)與包裝料斗(6)連接；燃磷爐(I)經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)經氨吸收塔(9)與纖維除沫器(10)連接。
7.根據權利要求6所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，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.根據權利要求6所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，所述的冷卻塔(2)側壁設置循環水通道。
9.根據權利要求6所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，所述的多級沉降倉(4)為至少10個沉降倉串聯而成。
10.根據權利要求9所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，所述的多級沉降倉(5)為10個沉降倉串聯而成，其中前5個沉降倉與后5個沉降倉上下設置，其落差6~8米。
11.根據權利要求6或9或10所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，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)內部設置有矩形擋板(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)頂部設置有頂蓋(14)，頂蓋(14)上設置有頂蓋加強部件(15);所述的錐斗(12 )下設置有短接錐口( 16 )，短接錐口( 16 )外設置有法蘭(17)。
12.根據權利要求11所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，所述的筒體(11)外側自頂部2/3處設置有與矩形擋板(13)對稱的弧形內凹結構(18)。
13.根據權利要求12所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，所述的弧形內凹結構(18 )的內凹深度為筒體(11)直徑的5~8%，所述的弧形內凹結構(18 )的長度為筒體(11)長度的40~56%。
14.根據權利 要求12所述的選擇性生產五氧化二磷的設備，其特征在于，所述的弧形內凹結構(18)底端與筒體(11)外壁形成弧形凸起(19)。
【文檔編號】C01B25/20GK103723695SQ201410037269
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】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