一种高温熔融气化炉制黄磷的系统的制作方法

本发明涉及化工，具体涉及一种高温熔融气化炉制黄磷的系统。

背景技术：

1、磷矿是生产磷酸与磷化工产品的基础原料。我国磷矿资源虽然多，但富矿少，p2o5>30％的仅占9.39％，大多为中低品位磷矿(p2o5<24％)。磷酸的生产方法分为湿法磷酸和热法磷酸工艺。湿法磷酸工艺对磷矿品位要求高、产品浓度低于热法、杂质多。

2、磷酸在国民经济中占有重要地位，磷酸及其各种磷酸盐广泛应用于农业、化工、食品、电子、医药等行业。而磷矿是生产磷酸与磷化工产品的基础原料，我国磷矿资源虽然多，但富矿少，已探明的磷矿石储量为66亿吨，其中磷矿石p2o5品位>30％的仅占9.39％，大多为中低品位磷矿。为充分利用我国中低品位磷矿，缓解高品位磷矿资源及能源的供求矛盾，满足磷资源深度加工的需求，中低品位磷矿的加工利用成为磷资源加工领域的研究开发热点之一。

3、热法磷酸工艺生产的磷酸质量虽然好，但原料黄磷生产中电耗巨大、污染严重，导致生产成本偏高，从而制约其发展。为了降低热法磷酸的能耗，开发了窑法磷酸工艺，该工艺具有用电少，不用硫，可利用中低品位磷矿等特点。目前研究的装置主要有两种，回转窑和隧道窑，由于该工艺十分符合我国国情，许多科研单位对窑法磷酸工艺进行了研究，如长沙矿冶研究院和南京化学工业公司等，虽然取得了不少成果，但由于存在诸多问题，至今尚未大规模工业化。

4、为降低热法磷酸的能耗，目前发展了一种新的高温熔融气化制备磷酸工艺，即将磷矿的还原和磷的氧化在气化炉内完成。高温熔融气化制磷酸工艺具有用电少、可利用中低品位磷矿、不用硫的特点，十分符合我国富矿少、贫矿多的国情。该工艺将煤气化技术应用于磷矿的还原反应，降低了磷矿的还原温度，通过导热板传热，将氧化、还原有效分区，并使氧化区产生的热量得到有效利用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种高温熔融气化炉制黄磷的系统，工艺简单、操作简便、磷矿品位适应性广、生产能力大、气化效率高、能耗低、投资省、对环境友好。

2、本发明一种高温熔融气化炉制黄磷的系统，包括锁斗加压进料装置、高温熔融气化炉、渣激冷罐和渣锁斗；

3、所述锁斗加压进料装置用于将原料磷矿粉加压输送至所述高温熔融气化炉；

4、所述高温熔融气化炉用于使磷矿粉进行气化反应并生成磷蒸汽，所述高温熔融气化炉顶部设有磷蒸汽出口和喷淋激冷装置，底部设有熔渣装置和熔渣出口，所述喷淋激冷装置用于对磷蒸汽进行喷淋激冷，激冷后的磷蒸汽通过所述磷蒸汽出口排出高温熔融气化炉，所述熔渣装置用于将炉底磷矿粉灰渣熔化形成熔渣后从所述熔渣出口排出高温熔融气化炉；

5、所述渣激冷罐用于对高温熔融气化炉底部排出的熔渣进行激冷，形成玻璃体渣；

6、所述渣锁斗用于收集渣激冷罐排出的玻璃体渣。

7、较为优选的，所述锁斗加压进料装置包括磷矿粉仓、磷矿粉锁斗和磷矿粉给料罐；

8、所述磷矿粉仓用于接收磷矿粉并输送至磷矿粉锁斗；

9、所述磷矿粉锁斗用于对所述磷矿粉加压并将高压磷矿粉输送至磷矿粉给料罐；

10、所述磷矿粉给料罐用于采用气流输送的方式将所述高压磷矿粉输送至高温熔融气化炉。

11、较为优选的，所述高温熔融气化炉包括直径依次减小的顶段、中段和底段，所述顶段与所述中段之间通过第一变径段过渡连接，所述中段与底段之间通过第二变径段过渡连接。

12、较为优选的，所述高温熔融气化炉的内壁于所述第一变径段处设有环状分布的若干个二次喷嘴接口，所述二次喷嘴接口上设有用于喷入气化剂的二次喷嘴，所述二次喷嘴向上倾斜设置，且所述二次喷嘴与所述高温熔融气化炉的中轴线形成15～30°夹角。

13、较为优选的，所述高温熔融气化炉的内壁于所述第二变径段处设有一个返料口以及环状分布的若干个一次喷嘴接口，所述一次喷嘴接口上设有用于喷入气化剂的一次喷嘴，所述一次喷嘴向上倾斜设置，且所述一次喷嘴与所述高温熔融气化炉的中轴线形成30～60°夹角。

14、较为优选的，还包括高效旋风分离器，所述高温熔融气化炉的磷蒸汽出口与所述高效旋风分离器的入口连接，所述高效旋风分离器输出净化的磷蒸汽，所述高效旋风分离器底部通过返料管与所述返料口连接。

15、较为优选的，所述高温熔融气化炉于所述中段沿圆周方向均匀设有若干个进料口，所述进料口与所述锁斗加压进料装置的出口连接，所述进料口向下倾斜设置，且所述进料口与所述高温熔融气化炉的中轴线形成45～90°夹角。

16、较为优选的，所述高温熔融气化炉的内壁于底段设有一层或多层沿环向分布的燃料气喷嘴，所述燃料气喷嘴用于向炉内输入燃料气，所述燃料气喷嘴与所述高温熔融气化炉的中轴线形成45～90°夹角。

17、较为优选的，所述喷淋激冷装置设置于所述高温熔融气化炉的内壁顶部，所述喷淋激冷装置包括沿磷蒸汽出口成呈环状分布的若干个激冷喷头，所述激冷喷头倾斜向下设置，且与所述高温熔融气化炉的中轴线形成15～45°夹角。

18、较为优选的，所述高温熔融气化炉内气化操作压力为0.1～4.5mpag，通过调节磷矿粉、焦炭粉和气化剂的给料配比和流速，控制气化反应温度为1000～1600℃，并控制磷矿粉在气化炉内的反应停留时间为20～90s，通过气化炉顶部的喷淋激冷装置，控制气化炉出口磷蒸汽温度为450～850℃。

19、本发明的有益效果为：

20、1、本发明采用锁斗加压给料的方式，能有效提高气化炉的操作压力，使高温熔融气化炉处理能力显著增加，单炉处理原料磷矿(入炉基)的公称能力最大可达2000t/d。本发明的方法在气化炉顶部设置喷淋激冷装置，可有效防止熔融态的磷矿粉灰渣带出气化炉。本发明通过渣激冷罐和渣锁斗实现液态排渣和渣锁斗出渣，可避免采用干法排渣造成的系统不稳定等缺点，有效地提高了系统操作的稳定性和可靠性。采用液态排渣方式，废水排放量较传统干法排渣的流化床气化技术少，污水处理负荷可显著降低，处理工艺也相对简单可靠。本发明的工艺绿色环保，气化过程不产生焦油、萘、酚等污染物，废水治理简单，易达标排放；气化炉底部生成的融渣，经激冷固化后形成玻璃体渣，性质稳定，可用于建筑材料，填埋时对环境也无影响。本发明的方法工艺流程简单、系统操作灵活简便，安全可靠、效率高、能耗低、对环境友好。

21、2、采用高效旋风分离器，对出气化炉磷蒸汽进行高效旋风除尘，可明显降低出气化炉磷蒸汽粉尘的夹带量，从而有效降低后续管道和设备堵塞和发生故障的风险。对气化炉内未反应的磷矿粉灰渣和经高效旋风分离下来的高含碳量的飞灰采用熔渣再气化的方式，可有效降低灰渣中的残碳量，提高气化炉的磷转化率。本发明的高温熔融气化炉内气化反应温度较常规的流化床气化技术高100～250℃，使矿渣熔融反应,并采用旋风除尘返料和熔渣气化后液态排渣的方式，使得气化反应更加完全、磷转化率更高、整体气化效率更高。

22、3、在气化炉中部设置了二次喷嘴再气化，使气化炉内反应温度流场分布更加均匀，气化反应更加完全，有效地提高了磷蒸汽气化反应效率和热效率。第二变径段处设置若干个一次喷嘴接口，通过控制一次喷嘴和二次喷嘴进入的氧气和蒸汽的流速，可以控制磷矿粉在气化炉内的反应停留时间在20～90s，进一步保证了气化反应效果。

23、4、熔渣装置使用的燃料气可以是天然气、液化石油气、或经处理后的粗煤气(热值要求≥2000kcal/nm3)等，通过调节磷矿粉、焦炭粉和气化剂的给料配比和流速，控制气化反应温度为1000～1600℃，通过燃料气供给，将熔渣处的温度控制在1650～2000℃，保证落入到气化炉底部固体物料(主要为灰渣)能完全熔化形成液流，并顺利排出气化炉。