一体式立式窑及通过其制备磷酸的方法与流程

本发明涉及一种工业窑炉，特别是用于窑法制磷酸的一体式立式窑。

背景技术：

窑法制磷酸主要有两种反应窑。第一种是回转窑：这是一种重载、大扭矩、多支点、桶装中空窑炉运行系统；回转窑衬里和料球摩擦产生低熔点共熔体腐蚀窑衬，料球在窑内滚动磨擦产生粉尘，会降低磷吸收率，窑气中同时有粉尘、五氧化二磷和水蒸汽存在，很难净化，将污染成品磷酸。不宜装测温装置，窑器温度难以控制，极易造成由于局部温度过高料球熔融而导致无法连续运行。

第二种是隧道窑：其是一条长的直线型隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，窑车运行在轨道上，燃烧设备设在隧道窑的中部两侧。隧道窑机械化程度低，难以实现工业化。

上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于窑法制磷酸的一体式立式窑，其包括：

反应室，用于生成p2o5及co2的还原反应和氧化反应均在该反应室中进行，此外，反应室的内衬材料为保温材料及耐火砖，

进料口，设置在反应室顶部，将料球以连续的方式从该进料口进入反应室，

出料口，设置在反应室底部，将反应后的料球以连续的方式经该出料口排出，

窑气出口，设置在反应室上部，生成的p2o5及co2从该窑气出口排出，

燃气烧嘴，设置在反应室下部，用于料球的初始加热，

中心氧管，设置在出料口下部，用于提供氧气，

多个周围氧管，设置在反应室下部，用于提供氧气，

多个温度传感器，设置在反应室的不同高度处，提供不同高度料球的实际温度，并还可以通过该温度传感器，调节中心氧管或中心氧管和周围氧管提供的氧气量，从而控制反应的温度。

进一步地，所述一体式立式窑还包括排渣阀，设置在出料口下端，用于控制渣料(即反应后的料球)排出的速度。

进一步地，在所述进料口外部设有气封装置，所述气封装置利用微正压氮气气封进料口。

进一步地，至少分别在自反应室底部向顶部的1/4处、1/3处、1/2处以及反应室的上半部设置温度传感器。

此外，本发明还提供一种通过上述一体式立式窑制备磷酸的方法，其包括以下步骤：

a)制备并烘干料球，所述料球包括磷矿、煤、硅石以及高温粘合剂，具体地，料球由磷矿、煤，硅石等粉料加入高温粘合剂混合搅拌后压制成型，烘干后从进料口进入反应室，

b)使料球从进料口进入反应室，其中将料球充满反应室，然后点燃燃气烧嘴，

c)将底部料球加热到还原反应所需的温度，使料球发生还原反应，

d)关闭燃气烧嘴，打开中心氧管，提供氧气，使还原反应生成的磷及一氧化碳进行氧化反应，

e)将反应后的料球经出料口排出，出料速度由排渣阀的开度控制，

f)将氧化反应生成的p2o5及co2经窑气出口排出，然后进行水化吸磷，最后制得磷酸。

进一步地，在步骤d)中在打开中心氧管的同时打开周围氧管，提供氧气。

进一步地，将料球以连续的方式从进料口进入反应室，将反应后的料球以连续的方式经出料口排出。

进一步地，还原及氧化反应在自反应室底部向顶部的一定高度的料球范围内进行，所述一定高度为1/4～1/2，优选1/3～1/2。

进一步地，通过温度传感器，调节由中心氧管或者由中心氧管和周围氧管提供的氧气量，从而控制反应的温度。

进一步地，反应后的料球排出后由空气降温，加热后的空气被循环用于烘干料球。

进一步地，料球进入反应室前，可经过预热。

进一步地，控制料球温度为1300～1400℃。

进一步地，氧化反应在纯氧环境下进行。

进一步地，高温粘合剂为复合铝酸盐、耐高温胶凝材料或其混合物，优选为复合铝酸盐。

进一步地，高温粘合剂占料球总重量比重的5％～15％。

进一步地，料球的直径为25～40mm。进一步地，料球的致密性可阻止生成的p2o5进入料球内部。

进一步地，本方法中p2o5产率可达到90％～91％。

本发明的优点：经过高温还原产生的磷蒸汽和一氧化碳气体在纯氧环境下进行燃烧，热效率高，释放的热量大，提供给还原反应，节省能源，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明的窑法制磷酸的新型一体式立式窑结构示意图。

附图标记

1-反应室(还原及氧化室)2-进料口

3-窑气出口4-温度传感器

5-周围氧管6-排渣阀

7-中心氧管8-燃气烧嘴

9-出料口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在所附多个附图中，同样的或等同的部件以相同的附图标记标引。

本发明涉及一种新型一体式立式窑，其为整体结构，还原反应与氧化反应均在同一室内进行，称为反应室。反应室内衬为保温材料及耐火砖。反应室顶部设有进料口，其外部设有气封装置。反应室底部设有出料口，出料口下端设有排渣阀，用于控制排渣速度。反应室上部设有窑气出口，反应生成的p2o5及co2由此口排出。反应室在不同高度设有多个温度传感器，提供不同高度料球的实际温度值。反应室底部设有燃气烧嘴，用于料球初始加热。在出料口下部设有中心氧管，反应室下部设有多个周围氧管，提供氧化反应所需氧气。

本发明一体式立式窑的工作原理：首先在料球制作过程中加入了特殊的高温粘合剂，该高温粘合剂例如可为复合铝酸盐、耐高温胶凝材料或其混合物，优选为复合铝酸盐。料球的磷矿、煤、硅石之间的比例由还原反应确定，高温粘合剂占料球总重量比重的5％～15％，这样制成的料球具有良好的致密性，从而可以达到包覆的效果，使生成的p2o5不能进入料球内部，大大减少了反吸。还原及氧化反应在中心氧管上部一定高度的料球范围进行，其中“一定高度”为自反应室底部向顶部的1/4～1/2，优选1/3～1/2，料球的充分还原需要保证反应温度保持在1300～1400℃，时间在40分钟左右，进一步地本发明的料球反应时间在40～50分钟，可实现充分的反应。氧化反应需要有足够的氧气，还原反应的产物磷溢出后与氧气迅速反应，不会直接从反应室排出，而中心氧管及多个周围氧管及时供氧是关键。在中、高部尤其是高部的温度传感器的作用是为避免达到还原反应的温度，从而保证p2o5及co2窑气的高产率。燃气烧嘴的作用是在该立式窑初次使用时，将底部料球初始加热至还原反应所需的温度，此后在连续加料的过程中，根据温度传感器再确定是否需要其对底部料球加热，如果底部传感器显示温度过低，说明氧化反应的热量不足以维持还原反应的温度，应打开燃气烧嘴补充热量。氧气量的供应是根据料球数量计算出所需要的氧气量，在此基础上进行一定范围的调节。

利用本发明的一体式立式窑制备磷酸的方法：料球由磷矿、煤，硅石等粉料加入高温粘合剂混合搅拌后压制成型，烘干后从进料口进入反应室，料球在反应室内达到一定的高度以上。将底部燃气烧嘴点火，将底部一定高度范围内的料球加热到还原反应所需的温度，料球发生还原反应。关闭燃气烧嘴，打开周围氧管及中心氧管提供氧气，还原反应生成的磷及一氧化碳与氧燃烧发生氧化反应。通过温度传感器，调节周围氧管及中心氧管提供的氧气量，控制还原反应温度。反应后的料球经出料口排出，出料速度由排渣阀的开度控制。渣料排出后由空气降温，加热后的空气送至料球烘干装置。

如附图1所示，本发明的窑法制磷酸的新型一体式立式窑为整体式结构，反应室内衬为保温材料及耐火砖，经过预热的料球(直径25～40mm)从进料口2进入反应室，料球的初始加热由燃气烧嘴8提供。料球加热到1300～1400℃，料球内的磷矿产生还原反应，生成磷及一氧化碳，遇到由周围氧管5及中心氧管7提供的氧气，发生氧化反应，放出热量，生成p2o5及co2。氧化反应放出的热量提供给料球，继续进行还原反应。通过温度传感器4，调节周围氧管5及中心氧管7提供的氧气量，控制料球温度及发生还原反应的料球高度，调节排渣阀的开度，控制连续排渣的速度。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导作出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。