一种热法磷酸和聚磷酸微吸收联合热能回收的装置的制作方法

本实用新型涉及一种热法磷酸和聚磷酸微吸收联合热能回收的装置，属于低能耗生产热法磷酸或聚磷酸技术及生产过程中热能综合回收回收技术领域。

背景技术：

磷酸是一种重要的化工中间品，是合成大多数磷酸盐和部分磷酸酯等含磷化合物的常用原料，被广泛应用于食品、医药、电子、石油、冶金、化工等行业，依据生产工艺，磷酸的来源有湿法磷酸和热法磷酸。湿法磷酸是利用强酸——通常是硫酸，亦有硝酸、盐酸、氟硅酸与磷矿发生复分解反应获得含杂质较多的粗磷酸，一般用于肥料。该磷酸经净化后，可获得食品级的磷酸。热法磷酸是在高温下利用碳还原磷矿获得黄磷，然后燃烧黄磷得五氧化二磷，再与水反应所得到的。热法磷酸杂质少，在湿法磷酸净化技术推广前，几乎是精细磷酸盐产品的唯一原料。从工艺流程来看，与热法磷酸相比，湿法磷酸的工艺流程长且复杂，单元操作和配套设施多。但在经济上，湿法磷酸较热法磷酸有明显优势。热法磷酸成本高的一个重要原因是生产能耗大。传统的热法磷酸生产工艺十分粗放。黄磷尾气直接经火炬燃烧后排放。黄磷燃烧、水化的反应热被大量循环水移走后，变为低位热能，难以利用。黄磷炉渣直接被水淬，热能也未得到利用。近年来，为了降低热法磷酸的成本，能量的回收逐渐备受关注，也进行了不少的相关研究和实践。例如：

发明CN201407641Y一种燃烧黄磷尾气锅炉、发明CN203203010U一种燃烧黄磷尾气燃烧用锅炉、发明CN205842699U一种新型黄磷尾气火管锅炉等介绍了不同类型用以燃烧黄磷尾气并回收热能的锅炉。发明专利CN102678195A黄磷尾气多气源燃烧发电系统、发明专利CN104075332用于提高黄磷尾气综合利用率的系统和方法等提出了利用黄磷尾气燃烧热来发电或提供热源的工艺。

发明专利CN1355133A黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统提出了一种类似锅炉的燃烧热能回收装置和一个热法磷酸生产系统。该专利的重点在于介绍燃烧热能回收装置的结构，对于离开装置后的高温尾气的热能回收工艺的考虑未能完全跳出传统水化塔的模式。由于气、液两相物理性质和流量的迥异，故以水化塔带夹套的方式同时与气、液两相换热的热效率十分受限。另，权利要求中未明确水化塔中吸收剂的种类，仅在实施例中提到直接用水，且未提及尾气处理。

发明专利CN201531862U黄磷燃烧热能回收装置提出了一种更为保险的黄磷燃烧热能回收装置，其利用某种气体做中间换热介质，可有效避免因锅炉换热排管破裂导致五氧化二磷与软水反应生成磷酸而腐蚀设备。该专利未提及水化热的回收和热量集成。

发明专利CN105731405A一种具有低位热能回收的热法磷酸生产装置提出了一种可以回收部分水化热能的的装置，所得蒸汽压最高0.8MPa，未提尾气热量回收和热量集成。

发明专利CN102910602A双区型高效回收黄磷燃烧热能的装置提出了是一种类似燃磷锅炉的热能回收装置，未考虑装置高温尾气热能和水化反应热的回收。

发明专利CN102556990A导热油吸收黄磷燃烧热能的装置提出了一种通过导热油做换热，再释放热量的装置。该发明需用到导热油做中间换热介质，且未提到装置高温尾气热能和水化反应热的回收。

目前，关于热法磷酸节能生产的专利和文献大多集中于黄磷尾气燃烧热或黄磷燃烧热的单独回收，鲜有关注从磷矿到磷酸或聚磷酸全流程中能量的整体利用，故能量回收率不高，以致热法工艺制备磷酸、聚磷酸的成本优势不明显。

其中，水化热的利用在传统热法酸工艺中十分困难。传统热法酸工艺为避免设备腐蚀，采用大量的冷循环酸做吸收剂在喷淋塔中吸收五氧化二磷，以控制物料温度不超过80℃。80℃的热量是难以利用的。因此，必须提高吸收过程中物料的温度，进而需要选择更昂贵的设备材料。对于大设备而言，材质升级意味着设备投资的加大，这会削弱热量回收带来的效益。为此，需要尽量减小设备体积。

微流控技术是近年来逐渐被广泛关注的一项强化过程传递、精确过程控制的新技术。该技术已在萃取、吸收、反应、合成、传热等化工领域逐渐替代传统的塔、槽等大型设备，使工厂朝着微型化、精细化、灵活化的方向迅速发展。结合五氧化二磷与水反应吸收的具体工况，本实用新型将微吸收-换热器应用于该过程，并提出适宜的特征尺寸。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种热法磷酸和聚磷酸微吸收联合热能回收的装置，能实现低能耗生产热法磷酸或聚磷酸，能同时回收黄磷所副产尾气的燃烧热、黄磷的燃烧热、五氧化二磷与水反应热、炉渣的凝固热和显热，且回收效率高，有利于节省能源，有效减少成产成本，可以克服现有技术的不足。

本实用新型的技术方案是：一种热法磷酸和聚磷酸微吸收联合热能回收的装置，它包括电炉，电炉生成物出口分别与黄磷燃烧炉入口、磷炉尾气锅炉入口及废渣热量回收装置连接，黄磷燃烧炉的出口与微吸收-换热器入口连接，微吸收-换热器出口通过热量回收辅助装置与废渣热量回收装置并联到空气转换器，空气转换器的热软水出口通过管道与黄磷燃烧炉和磷炉尾气锅炉的蒸汽装置进行连接。

上述的微吸收-换热器包括底板和盖板，在底板和盖板之间设有一个以上的由反应板和换热板构成的单元体，在盖板的三个拐角分别设有吸收剂入口、冷盐水进口和热盐水出口，在单元体上对应于吸收剂入口、冷盐水进口和热盐水出口位置分别设有与反应板连联通的吸收剂通道、与换热板相联通的冷盐水通道和热盐水通道，在底板、反应板和换热板的上板面均布设有平行通道，在吸收剂通道处设有与平行通道走向垂直的分散板，在分散板上设有分散孔，在与吸收剂通道同一侧的底板上设有气体进口，在远离吸收剂通道一侧的反应板上设有气液混合出口。

上述的单元体为上下结构为反应板-换热板或为上下结构为换热板-反应板。

上述的冷盐水进口和热盐水出口均布在换热板的对角线上。

上述的反应板平行通道的水力半径为0.1mm-20mm，分散孔的水力半径为0.01mm-4mm，分散孔的轴线与平行通道轴线的夹角为20°-90°，物料的停留时间为0.1s-10s；换热板为间隙0.1mm-20mm的空腔或由水力半径为0.1mm-20mm的平行通道构成。

上述的废渣热量回收装置包括炉渣排放口，炉渣排放口与倾斜放置的转筒相连，在倾斜转筒的低端设有冷却炉渣出口和冷冷空气入口，冷却炉渣出口和冷冷空气入口与篦冷机相连，篦冷机上设有冷炉渣排出口和空气入口，在转筒的高端，设有热空气排出口，热空气排出口和空气转换器相连接。

上述的热量回收辅助装置包括分离罐，分离罐气相出口与尾气冷却器连接，尾气冷却器上设有软水进口、尾气出口和预热软水出口，尾气出口与尾气处理装置连接，预热软水出口与85磷酸冷却器上的预热软水进口连接，85磷酸冷却器热软水出口与浓酸冷却器相连接，所述尾气处理装置与浓酸冷却器通过循环管道与微吸收-换热器的循环水入口相连接。

现有技术比较，本实用新型热法磷酸和聚磷酸微吸收联合热能回收的装置，该结构黄磷燃烧炉的出口与微吸收-换热器入口连接，微吸收-换热器出口通过热量回收辅助装置与废渣热量回收装置并联到空气转换器，空气转换器的热软水出口通过管道与黄磷燃烧炉和磷炉尾气锅炉的蒸汽装置进行连接，这样能同时高效回收黄磷尾气燃烧热、黄磷燃烧热、五氧化二磷水化热、炉渣的凝固热和显热，经过生成试验，回收的热能可再次产生压力大于1.0MPa的蒸汽，其既可用做工厂动力，也可用做热源，可以为生产带来增值效果;

微吸收-换热器包括底板和盖板，在底板和盖板之间设有一个以上的由反应板和换热板构成的单元体，在盖板的三个拐角分别设有吸收剂入口、冷盐水进口和热盐水出口，在单元体上对应于吸收剂入口、冷盐水进口和热盐水出口位置分别设有与反应板连联通的吸收剂通道、与换热板相联通的冷盐水通道和热盐水通道，在底板、反应板和换热板的上板面均布设有平行通道，在吸收剂通道处设有与平行通道走向垂直的分散板，在分散板上设有分散孔，在与吸收剂通道同一侧的底板上设有气体进口，在远离吸收剂通道一侧的反应板上设有气液混合出口，这样微吸收-换热器中反应板作为含有五氧化二磷尾气与水化剂的反应场所，而换热板以间壁传热的形式吸收反应板平上面行通道内释放的反应热，从而冷脱盐水被加热。加热后的脱盐水，从热脱盐水出口流出，这样有的结构能高效回收反应热，同时，这样的结构即可只做反应器也可兼具反应器和换热器的作用；分散板用于分配吸收剂到每一个条形微通道内，以便增大气体接触的表面积；分散孔用于让吸收剂通过分散板，以便分配吸收剂到每一个条形微通道内；平行通道为气体和吸收剂的接触和流动提供场所，也为脱盐水的流通提供场所；

单元体为上下结构为反应板-换热板或为上下结构为换热板-反应板，这样的反应板-换热板单元体可以灵活的组合；

冷盐水进口和热盐水出口均布在换热板的对角线上,这样位置的冷盐水进口和热盐水出口有利于带走更多的热量，有利于提高热量的回收率；

反应板平行通道的水力半径为0.1mm-20mm，分散孔的水力半径为0.01mm-4mm，分散孔的轴线与平行通道轴线的夹角为20°-90°，物料的停留时间为0.1s-10s；换热板为间隙0.1mm-20mm的空腔或由水力半径为0.1mm-20mm的平行通道构成,通过申请人的试验结果，这样尺寸的微吸收-换热器能较好的吸收热量，有利于提高热量的回收效率，同时，较传统的喷淋吸收塔，微吸收-换热器的传质速率快、反应转化率高，故生产强度大幅提高，设备体积显著减小，设备体积的减小意味着材质性能的可提升空间大，而优良的材料又是确保水化吸收温度高、水化热可被利用的关键，再者设备体积小的其他优点有：投资省、持液量低、操作灵活、工艺条件控制迅速而准确;

废渣热量回收装置包括炉渣排放口，炉渣排放口与倾斜放置的转筒相连，在倾斜转筒的低端设有冷却炉渣出口和冷冷空气入口，冷却炉渣出口和冷冷空气入口与篦冷机相连，篦冷机上设有冷炉渣排出口和空气入口，在转筒的高端，设有热空气排出口，热空气排出口和空气转换器相连接,炉渣在释放热量的过程中会发生相态变化，由熔融的液态凝固为固态,因此，炉渣的凝固热和显热的回收不宜直接与水间壁换热，而采用这样的废渣热量回收系统，先由空气与炉渣直接接触，实现炉渣冷却和空气加热后，再由水与热空气发生热交换吗，这样有利于炉渣热量的回收利用;

热量回收辅助装置包括分离罐，分离罐气相出口与尾气冷却器连接，尾气冷却器上设有软水进口、尾气出口和预热软水出口，尾气出口与尾气处理装置连接，预热软水出口与85磷酸冷却器上的预热软水进口连接，85磷酸冷却器热软水出口与浓酸冷却器相连接，所述尾气处理装置与浓酸冷却器通过循环管道与微吸收-换热器的循环水入口相连接,这样能通过通过循环水再进行生产，一是有利于能源的回收利用，二是也是更为重要的一点是循环水带有一定的温度，这样有利于热法磷酸或聚磷酸的生产。

附图说明

图 1为本实用新型的收结构示意图。

图 2为微吸收-换热器的结构示意图。

图3为散热板的结构图。

图4是换热板的结构示意图。

其中，黄磷燃烧炉1；微吸收-换热器2；分离罐3；尾气冷却器4；尾气洗涤器5；浓酸冷却器6； 85磷酸冷却器7；酸循环泵8；洗水循环泵9；尾气风机10；磷炉尾气锅炉11；篦冷机12；转筒13；空气换热器14；旋风除尘器15；尾气除尘器16；除尘循环泵17；底板18；盖板19；反应板20；换热板21；吸收剂入口22；冷盐水进口23；热盐水出口24；分散板25；分散孔26；气体进口27；气液混合出口28。

具体实施方式

本实用新型公开一种热法磷酸和聚磷酸微吸收联合热能回收的装置，其结构如图1所示，它包括电炉，电炉生成物出口分别与黄磷燃烧炉1入口、磷炉尾气锅炉11入口及废渣热量回收装置连接，黄磷燃烧炉1的出口与微吸收-换热器2入口连接，微吸收-换热器2出口通过热量回收辅助装置与废渣热量回收装置并联到空气转换器，空气转换器的热软水出口通过管道与黄磷燃烧炉1和磷炉尾气锅炉11的蒸汽装置进行连接，其中，热量回收辅助装置包括分离罐3，分离罐3气相出口与尾气冷却器4连接，尾气冷却器4上设有软水进口、尾气出口和预热软水出口，尾气出口与尾气处理装置连接，预热软水出口与85磷酸冷却器7上的预热软水进口连接，85磷酸冷却器7热软水出口与浓酸冷却器6相连接，所述尾气处理装置与浓酸冷却器6通过循环管道与微吸收-换热器2的循环水入口相连接；废渣热量回收装置包括炉渣排放口，炉渣排放口与倾斜放置的转筒13相连，在倾斜转筒13的低端设有冷却炉渣出口和冷冷空气入口，冷却炉渣出口和冷冷空气入口与篦冷机12相连，篦冷机12上设有冷炉渣排出口和空气入口，在转筒13的高端，设有热空气排出口，热空气排出口和空气转换器相连接；所述的微吸收-换热器2如图2所示，它包括底板18和盖板19，在底板18和盖板19之间设有一个以上的由反应板20和换热板21构成的单元体，单元体为上下结构为反应板20-换热板21或为上下结构为换热板21-反应板20，在换热板21的底部设有镶入分散板25的凹槽，在盖板19的三个拐角分别设有吸收剂入口22、冷盐水进口23和热盐水出口24，冷盐水进口23和热盐水出口24均布在换热板21的对角线上，在单元体上对应于吸收剂入口22、冷盐水进口23和热盐水出口24位置分别设有与反应板20连联通的吸收剂通道、与换热板21相联通的冷盐水通道和热盐水通道，在底板18、反应板20和换热板21的上板面均布设有平行通道，在吸收剂通道处设有与平行通道走向垂直的分散板25，在分散板25上设有分散孔26，在与吸收剂通道同一侧的底板18上设有气体进口27，在远离吸收剂通道一侧的反应板20上设有气液混合出口28，反应板20平行通道的水力半径为0.1mm-20mm，分散孔26的水力半径为0.01mm-4mm，分散孔26的轴线与平行通道轴线的夹角为20°-90°，物料的停留时间为0.1s-10s；换热板21为间隙0.1mm-20mm的空腔或由水力半径为0.1mm-20mm的平行通道构成。

其过程原理如图 1热法磷酸、聚磷酸联合热能回收工艺示意图所示：黄磷装置设有5台间歇进料电炉间隔开车，将28吨磷矿石、5.6吨焦炭、7吨硅石混匀、造粒后转移至每台电炉，维持电炉温在1350-1450℃；排出的炉渣先进转筒13，再进篦冷机12，每吨炉渣与4吨冷空气逆流直接接触，得热空气和冷炉渣；炉气经洗涤冷却后，得液态黄磷和富含一氧化碳的尾气，该尾气与空气按质量比1:2.5混合，并在磷炉尾气锅炉11中燃烧；黄磷经雾化与空气按质量比1:9.1混合，并在黄磷燃烧炉1中燃烧。黄磷燃烧炉1排出的烟气在微吸收-换热器2中经聚磷酸溶液洗涤、吸收后，形成聚磷酸溶液，并通过分离罐3实现气液分离，气体经尾气洗涤器5处理后通过尾气风机10排空，而聚磷酸溶液与水混合生成85磷酸。在热量回收方面，53.2吨软水先通过尾气冷却器4、85磷酸冷却器7、浓酸冷却器6将微吸收-换热器2中的反应热回收。被加热后的软水再通过空气换热器14与从转筒13出来的热空气换热。之后，尾气经旋风除尘器15、尾气除尘器16、除尘循环泵17处理后放空。同时，被进一步加热的软水中，有45%分配到黄磷燃烧炉1，另外的55%分配到磷炉尾气锅炉11，热软水经两个锅炉并联加热后，变为3.9MPa，450℃的过热蒸汽。

微吸收-换热器2的原理：吸收剂从吸收剂入口22加入，通过每一层换热板21下面的缝隙后，穿过分散板25上的小孔进入每一层反应板20上面的平行通道内与气体接触、混合，含被吸收组分的气体从气体进口27端进入微反应器后，被分配到每一层反应板20上面的平行通道内，在与吸收剂接触混合后，一并从气液混合物出口端离开微吸收-换热器2，这过程中冷脱盐水从冷脱盐水进口流入，通过每一层换热版上面的平行通道，以间壁传热的形式吸收反应板20平上面行通道内释放的反应热，从而被加热，加热后的脱盐水，从热脱盐水出口流出。

实施例1：

微吸收-换热器2，反应板20平行通道的水力半径为0.1mm，分散孔26的水力半径为0.01mm，分散孔26的轴线与平行通道轴线的夹角为20°，物料的停留时间为0.1s；换热板21为间隙0.1mm的空腔或由水力半径为0.1mm的平行通道构成。

实施例2：

微吸收-换热器2，反应板20平行通道的水力半径为10mm，分散孔26的水力半径为2mm，分散孔26的轴线与平行通道轴线的夹角为55°，物料的停留时间为5s；换热板21为间隙10mm的空腔或由水力半径为10mm的平行通道构成。

实施例3：

微吸收-换热器2，反应板20平行通道的水力半径为20mm，分散孔26的水力半径为4mm，分散孔26的轴线与平行通道轴线的夹角为90°，物料的停留时间为10s；换热板21为间隙20mm的空腔或由水力半径为20mm的平行通道构成。

通过实施例1、2、3的试验，上述的试验数据均能有一个比较好的试验结构，其满足磷酸或聚磷酸的生产要求的同时，又有利于成产过程中的热能的回收利用。。