利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，用于生产过磷酸时，不仅利用磷燃烧产生的燃烧热和磷燃烧产物五氧化二磷发生水化反应的水合热共同蒸发稀磷酸中的溶剂水；还利用稀磷酸吸收磷燃烧产物五氧化二磷来增加溶质；P4既是提供热量的热源物质也是用于制备过磷酸的原料，从而本发明专利技术方法不仅将P4燃烧产生的P2O5作为溶质，还将P4的燃烧热和P2O5的水合热用以蒸发磷酸中的溶剂H2O，具有增加P2O5溶质和蒸发H2O溶剂的双向提升磷酸中ω(P2O5)的效果，最终得到高浓度磷酸；由此可见，本发明专利技术方法在制备过磷酸的过程中，实现P4燃烧热和P2O5水合热的高效利用，具有显著的节能效果。

Method for producing phosphoric acid by concentrating phosphoric acid by utilizing phosphorus burning heat

The invention relates to a combustion heat concentrated dilute phosphoric acid production method using phosphate phosphorus, phosphoric acid for production, not only the use of phosphorus combustion heat of combustion and combustion products of phosphorus pentoxide hydration reaction of the hydrated thermal co evaporation of solvent water dilute phosphoric acid; using dilute phosphoric acid combustion products to increase the absorption of phosphorus pentoxide solute P4 is not only to provide heat; heat material is used for the preparation of phosphoric acid raw materials, and the method of the invention not only will have a burning P4 P2O5 as the solute will heat of hydration heat of combustion and P4 P2O5 with H2O in phosphoric acid by solvent evaporation, with increased P2O5 and H2O double promotion of solute solvent evaporation in phosphoric acid. (P2O5) effect, finally obtained high concentration phosphoric acid; thus, the method of the invention in the preparation of phosphoric acid process, the realization of P4 combustion heat of hydration heat and P2O5 The utility model has remarkable energy saving effect.

【技术实现步骤摘要】
利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法
本专利技术属于磷酸生产
，具体涉及一种利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产浓磷酸或过磷酸的方法。
技术介绍
通常按磷酸(化学表达式H3PO4)或磷酸溶液中五氧化二磷(化学表达式P2O5)的质量浓度即ω(P2O5)界定不同种类的磷酸，具体概念如下：ω(P2O5)<53％为稀磷酸(Thin-phosphoricacid简拼TPA)、ω(P2O5)≥53％统称为浓磷酸(Phosphoricacid简拼PA)、ω(P2O5)≥68％称过磷酸(Superphosphoricacid简拼SPA)、ω(P2O5)≥76.1％称聚磷酸(Polyphosphoricacid简拼PPA)、ω(P2O5)≥83.4％称超磷酸(Ultraphosphoricacid简拼UPA)；稀磷酸经浓缩去水或溶解P2O5，可得到高浓度的磷酸。按化学结构式不同分为：正磷酸(Orthophosphoricacid)H3PO4、焦磷酸(Pyrophosphoricacid)H4P2O7、三聚磷酸(Tripolyphosphoricacid)H5P3O10、四聚磷酸(Tetraphosphoricacid)H6P4O13、多聚磷酸(Polyphosphoricacid)Hn+2PnO3n+1；正磷酸经加温脱水或与P2O5水合反应，可得到聚磷酸。去除磷酸中的杂质，可得到相应ω(P2O5)的肥料级、工业级、饲料级、食品级和电子级磷酸。过磷酸SPA是正磷酸H3PO4、焦磷酸H4P2O7、三磷酸H5P3O10、四聚磷酸H6P4O13、多聚磷酸Hn+2PnO3n+1的混合物，随着ω(P2O5)升高，其中多聚磷酸比例相应增大。自磷矿石生产磷酸(化学表达式H3PO4)的工业化方法有三种：磷酸生产方法①在电炉中融化磷矿，与碳发生还原反应释放出磷(化学表达式P4)和一氧化碳(化学表达式CO)的混合气体，冷凝其中的P4蒸汽为黄磷，用水吸收黄磷燃烧产生的五氧化二磷得到纯度较高的磷酸，即为热法磷酸；磷酸生产方法②硫酸等强酸分解磷矿得到含有大量杂质的粗磷酸，即为湿法磷酸；磷酸生产方法③在回转窑或隧道窑前段的绝氧环境下加热磷矿和碳粉的均匀混合料释放出P4蒸汽和CO，后段燃烧P4蒸汽和CO，窑外吸收塔中用水吸收其中的P2O5得到磷酸，即为窑法磷酸。工业上普遍采用磷酸生产方法①和磷酸生产方法②两种方法生产磷酸，磷酸生产方法③尚在发展过程中。黄磷生产过程中，会产生含有大量杂质的黄磷称之为泥磷。泥磷生产磷酸的过程也属于磷酸生产方法①的范畴。目前，磷酸生产方法①以黄磷为原料生产热法磷酸是直接生产出高浓度磷酸的主流方法；磷酸生产方法①中以泥磷为原料生产的泥磷酸、磷酸生产方法②生产的湿法磷酸、磷酸生产方法③生产的窑法磷酸均为低浓度的稀磷酸。以黄磷为原料的热法磷酸生产过程中产生燃烧热24548kJ/kgP4，燃烧产物P2O5的水合热1327kJ/kgP2O5，扣除附带的蒸汽锅炉移除的热量，还有合计约10000kJ/kgP2O5，折标煤0.293kg/kgP2O5，通常主要经板式换热器由循环冷却水移出系统。由于泥磷燃烧生产磷酸装置一般不附带蒸汽锅炉，同比测算的12405kJ/kgP2O5，折标煤0.4kg/kgP2O5，产生的热量通常主要由列管换热器移出系统和经烟筒排放的高温尾气移出。黄磷生产过程中，会产生以CO为主并含有P4、H2S和粉尘的气体称之为磷炉尾气，热值为10450kJ/Nm3；为避免其中的P4和H2S成分或其燃烧产物损伤换热设备或污染被加热物料，通常需碱洗净化去除P4和H2S等杂质后作为清洁热源；5000Nm3/h磷炉尾气净化处理设施投资约360万元，合计综合成本约0.4元/Nm3。磷酸生产方法③的高温窑气以CO和P4燃烧产物二氧化碳CO2、P2O5蒸汽及氮N2为主，其温度在500～900℃，通常在吸收塔中吸收其中的P2O5为磷酸，并用循环磷酸与冷却水换热的方式，移走高温窑气带入吸收塔的热量，由于通常窑气中ω(P2O5)≤6％，导致窑法磷酸带出的热量可高达10000kJ/kgP2O5，折标煤0.293kg/kgP2O5。磷酸生产方法②得到最初产品ω(P2O5)≤40％，湿法磷酸经间接加热方式浓缩得到ω(P2O5)≤53％的肥料级稀磷酸；进一步浓缩可得到高浓度商品湿法磷酸，按ω(P2O5)有三个等级53％、60％、68％；按传统技术方法自ω(P2O5)46％浓缩至68％，需热量4000kJ/kgP2O5，折标煤0.133kg/kgP2O5。商品湿法磷酸一般采取危化品液体罐车运输磷酸，受运输费用的限制，高浓度磷酸更有可能成为肥料级商品磷酸。相比于ω(P2O5)46％的磷酸，ω(P2O5)68％的SPA可节省陆路运输费用36.5元/吨P2O5·100km。肥料级SPA(N-P2O5-K2O＝0-68-0)是市场需求量最大的高浓度商品磷酸，目前美国每年有160万吨的需求量，预计3～5年来中国的需求量将达到300万吨/年以上。SPA通常与无水氨反应，生产中性聚磷酸铵溶液(10-34-0和11-37-0等),也可用来配制悬浮肥料。目前生产SPA的方法有三种：SPA生产方法①循环磷酸吸收黄磷燃烧产生的P2O5生成SPA；SPA生产方法②P2O5溶解在稀磷酸中得到SPA；SPA生产方法③利用电能或热空气直接或间接加热稀磷酸，通过浓缩的方法得到SPA。SPA生产方法①主要用来生产工业或食品添加剂磷酸使用的高纯度SPA或PPA，具有操作简便的优点，但也存在冷却负荷较大的缺点；受成本制约，SPA生产方法②仅适合小批量、小规模生产；SPA生产方法③主要以湿法磷酸为原料，具有原料易得的优点，用来生产肥料用的SPA，但存在为了蒸发稀磷酸中H2O需要消耗大量热能，和由于使用湿法磷酸中杂质含量高，导致浓缩装置内部易结垢、产品SPA在常温下流动性差的缺点。采用SPA生产方法③将ω(P2O5)46％的稀磷酸浓缩至ω(P2O5)68％的SPA，通常需要蒸发0.703kgH2O/kgP2O5，热量4000kJ/kgP2O5，折标煤0.133kg标煤/kgP2O5；如以天然气为热源，其热能费用为0.224元/kgP2O5；10t/h68％P2O5生产能力的湿法磷酸浓缩装置需投资5000万元。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产浓磷酸和过磷酸的方法，该方法用于生产过磷酸时，一方面利用磷P4燃烧产生的燃烧热和燃烧产物P2O5进行水化反应产生的水合热共同蒸发稀磷酸中水，即蒸发溶剂H2O；另一方面还利用稀磷酸吸收燃烧产物五氧化二磷，即增加溶质P2O5；从而上述方法中，P4或P2O5既是提供热量的热源物质也是用于制备过磷酸的原料，实现对P4燃烧热和P2O5水合热的有效利用，具有蒸发溶剂H2O和增加溶质P2O5的双向提升磷酸中ω(P2O5)的效果，最终生产得到高浓度磷酸。本专利技术所采用的技术方案为：一种利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，包括如下步骤：(1)将含有P4单质的磷源在有氧条件下进行充分燃烧，得到含P2O5的高温气体；(2)将步骤(1)所述的高温气体通入吸收循环磷酸中以利用所述吸收循环磷酸吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含有磷单质的磷源在有氧条件下进行充分燃烧，得到含P2O5的高温气体；(2)将步骤(1)所述的高温气体通入吸收循环磷酸中以利用所述吸收循环磷酸吸收所述高温气体中的P2O5，得到第一浓磷酸和中温气体；(3)将步骤(2)得到的中温气体通入蒸发循环磷酸以利用所述中温气体蒸发所述蒸发循环磷酸中的H2O，得到第二浓磷酸和低温气体；(4)将步骤(2)所述第一浓磷酸和步骤(3)所述第二浓磷酸合并，即得浓磷酸成品。

【技术特征摘要】
1.一种利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含有磷单质的磷源在有氧条件下进行充分燃烧，得到含P2O5的高温气体；(2)将步骤(1)所述的高温气体通入吸收循环磷酸中以利用所述吸收循环磷酸吸收所述高温气体中的P2O5，得到第一浓磷酸和中温气体；(3)将步骤(2)得到的中温气体通入蒸发循环磷酸以利用所述中温气体蒸发所述蒸发循环磷酸中的H2O，得到第二浓磷酸和低温气体；(4)将步骤(2)所述第一浓磷酸和步骤(3)所述第二浓磷酸合并，即得浓磷酸成品。2.根据权利要求1所述的利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磷源为黄磷、粗磷、泥磷、磷炉尾气中的一种或几种的混合物。3.根据权利要求2所述的利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，其特征在于，所述磷源中还含有热源物质。4.根据权利要求3所述的利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，其特征在于，所述磷源中含磷单质的质量分数≥0.02％。5.根据权利要求1所述的利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产过磷酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高温气体中含五氧化二磷的质量分数≥0.08％。6.根据权利要求1所述的利用磷燃烧热量浓缩稀磷酸生产...

【专利技术属性】
技术研发人员：马仲明，
申请(专利权)人：云南派博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53