本实用新型涉及一种磷煤化工联产的设备，具体的，本实用新型涉及一种利用中低品位磷矿石制备黄磷并同时联产化工产品的设备。
背景技术：
黄磷是一种重要的基础工业原料，主要用于制备磷酸、磷化物、磷酸盐等，广泛应用于肥料、饲料工业、食品加工业、建筑工业、医药、电子工业等诸多领域。
目前工业上生产黄磷的主要方法为电炉法，即将磷矿石、硅石、焦炭按一定比例和粒度置于电炉中，在1400℃高温下发生还原反应，磷蒸汽与炉尘一起被冷却、洗涤后得到黄磷产品，液态高温炉渣直接从电炉中排出。
电炉法需要品位较高的磷矿石为原料，且生产过程中需要消耗大量的电。磷矿作为黄磷生产的主要原料，其质量的好坏直接影响到黄磷电炉的操作和工艺指标，即影响到黄磷的产量、质量、能耗、环保、和经济效益。我国黄磷生产企业所用磷矿原料仍以富矿为主(P2O5质量分数≥28％)，国内采矿企业多是采富弃贫、采块弃粉，一般每选出一吨高品位磷矿，就会产生多达四吨以上的低品位尾矿，资源浪费严重。目前，我国磷矿资源经多年无序及过度开采之后，富矿所剩不多，中低品质磷矿资源又无法得到科学的利用。同时，黄磷生产成本受电价影响大，为降低成本，多数企业利用电价波谷时间段进行生产，无法实现长周期连续生产操作，导致生产过程中产生的副产物一氧化碳 (CO)无法充分利用，造成极大的能源浪费并带来一系列环境污染问题。
以煤为原料进行气化反应产生粗合成气，进而生产化工产品的技术已在煤化工领域得到广泛应用。在高温高压下，煤粉与氧气发生气化反应，得到高温粗合成气，粗合成气经激冷降温后，送下游变换等单元进行处理后进行化工产品的生产。对粗合成气的激冷目前主要有两种方法，水激冷法和气激冷法。水激冷法是将高压水作为冷却剂喷入高温粗合成气中，迅速将气体温度降至300℃以下；气激冷则是将后续单元降温冷却后的合成气作为冷却剂，与高温粗合成气进行混合，混合后的气体温度可降至800℃以下，再利用废锅产汽进行热量的回收利用。但是，无论是水激冷法还是气激冷法，都无法利用粗合成气中 800℃以上的热量，高温段热能损失较大。
一方面，黄磷生产需要大量高温段热能、且副产大量CO无法充分利用，而CO又是化工生产的重要原料之一。另一方面，煤气化反应产生的粗煤气中高温段热能无法充分利用。因此，将黄磷生产与煤气化过程相结合，合理分配黄磷生产和气化反应过程中的热量，生产黄磷同时联产化工产品，将是解决目前黄磷生产过程中能耗高、能量利用率低、环境影响大以及气化过程中高温段热能无法利用等问题的主要途径。
公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，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：
本实用新型的目的在于提供一种将黄磷制备与煤气化过程相结合，提高物质、能量综合利用效率的磷煤化工联产的设备；此外本实用新型还提供一种可有效控制污染物产生、在制备黄磷同时联产化工产品的磷煤化工联产设备。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种磷煤化工联产的设备，其包括：原料储运单元、磨粉单元、制球烘干单元、还原反应单元、炉渣冷却单元、分离洗涤单元、空分单元、气化单元、变换单元、净化单元和合成单元；
所述原料储运单元配置为：将包括有磷矿石、硅石、煤粉或焦炭的原料进行存储，并且对原料进行初步破碎，以及将破碎后的原料输送至所述磨粉单元；
所述磨粉单元包括磨粉装置和风送装置，并且配置为：分别将所述原料送入磨粉装置进行研磨以形成粉料，以及将满足粒度尺寸要求的粉料通过风送装置输送至制球烘干单元中的各个粉仓；
所述制球烘干单元包括粉仓、混合器、制球机和烘干机，并且配置为：将粉仓中的各种粉料及粘结剂进行称重计量后送入混合器，在混合器中混合均匀后送入制球机制作料球，将料球送入烘干机进行烘干，以及将烘干后的料球输送至还原反应单元的反应磷炉；
所述还原反应单元包括反应磷炉，并且配置为：将来自气化炉的高温粗合成气送入反应磷炉进行加热，将固体料球由反应磷炉底部排出至炉渣冷却单元，以及将含有磷蒸汽、CO、H2的炉气由反应磷炉顶部排出至分离洗涤单元；
所述炉渣冷却单元与所述制球烘干单元、所述还原反应单元和净化单元连通，并且配置为，将来自净化单元的CO2气体作为冷却剂，将高温炉渣冷却，并且将加热的CO2送入制球烘干单元，以作为烘干热源；
所述分离洗涤单元与所述反应磷炉和变换单元连通，并且配置为：将炉气进行除尘、废锅换热和水洗后，分离出液体黄磷产品，并且将废锅产生的高温蒸汽和剩余的含有CO、H2的混合气体输送至变换单元；
所述空分单元配置为，产生O2和N2，并且将O2和N2输送至气化单元以及将N2输送至合成单元；
所述气化单元与所述反应磷炉连通，包括：气化炉，并且配置为，原煤经研磨得到规定粒度的煤粉，煤粉由氮气输送进入气化炉，与来自空分单元的氧气发生气化反应产生高温粗合成气，并且将高温粗合成气输送至反应磷炉，作为反应磷炉内料球预热和发生还原反应的热源；
所述变换单元与气化单元、净化单元和分离洗涤单元连通，并且配置为：来自气化单元和分离洗涤单元的含有CO、H2的混合气，在变换单元中的催化剂作用下发生反应，得到以H2和CO2为主要成分的变换气，将变换气送入净化单元；
所述的净化单元与变换单元、合成单元和炉渣冷却单元连通，并且配置为，去除变换气中的硫化物，同时将CO2分离出来，得到以H2为主要成分的净化气，将净化气送至合成单元，CO2作为冷却剂送至炉渣冷却单元；
所述的合成单元配置为，在净化气中配入预定比例的氮气，并在催化剂的作用下发生反应，以制得液氨产品。
优选地，所述分离洗涤单元还包括：多级除尘装置、废锅换热装置和水洗装置，其配置为，炉气经除尘装置脱除夹带的粉尘后，经废锅换热装置产生高温蒸汽，最后经水洗装置洗涤回收炉气中的黄磷，得到液体黄磷产品，其中，所述水洗装置采用2～3级水洗。
优选地，所述气化炉和反应磷炉之间由抗高温复合隔热结构连接；来自气化炉的高温粗合成气作为反应磷炉的热源，与反应磷炉内的料球逆向接触，依次提供料球还原反应和预热所需要的热量。
更优选地，所述反应磷炉为竖炉，从上到下依次为预热区和反应区，料球在预热区被高温粗合成气预热至1000～1200℃，在反应区被加热至1200～1400℃反应生成单质黄磷。
优选地，所述多级除尘装置中设置多级气固分离器，用于将炉气中的固体粉尘颗粒物进行脱除。
优选地，所述多级除尘装置分为粗分和精分两部分，粗分采用旋风除尘，精分采用静电除尘、陶瓷过滤器除尘或烧结金属过滤器除尘。
优选地，所述磷矿石采用中低品位矿石，其中，矿石状态为块状或粉状。
优选地，所述制球烘干单元制备料球直径范围为5～50mm，料球形状为圆球或椭圆球；所述反应磷炉中还原反应温度范围为1100～ 1400℃。
优选地，所述气化单元中的原煤为烟煤、无烟煤或者褐煤；所述气化炉中的反应温度为：1200～1500℃，反应压力为：4～10Mpa；所述反应磷炉进一步配置为：将料球加热至1200～1400℃，固体料球反应 10～90分钟后，由反应磷炉底部排出至所述炉渣冷却单元。
本实用新型还提供一种高效节能的磷煤化工联产的方法，其包括以下步骤：
a)将包括有磷矿石、硅石、煤粉或焦炭的原料进行初步破碎，并将破碎后的原料送入磨粉单元；
b)将所述原料分时送入磨粉设备进行研磨，将满足粒度尺寸要求的粉料通过风送装置输送至制球烘干单元；
c)按照预定的配比，将粉料及粘结剂称重计量后送入强力混合器，混合均匀后送入制球机制作料球，将料球送入烘干机进行烘干，将烘干后的具备预定的强度的料球送入反应磷炉；
d)将来自气化炉的超过1200℃的高温粗合成气作为热源，将反应磷炉中的料球加热至1100～1400℃，还原反应启动并且产生包括有磷蒸汽、CO、H2的炉气，炉气由磷炉顶部排出，反应后的固体料球由炉底排出；
e)由磷炉底部排出的高温料球与来自净化单元的CO2气体进行热量交换，热的CO2作为烘干机热源使用，降温后的料球被排出；
f)炉气经除尘、废锅换热、水洗后，得到液体黄磷产品、高温蒸汽和富含CO、H2的混合气体，高温蒸汽和混合气体送变换单元；
g)利用空分单元产生氧气和氮气，并将产生的氧气和氮气输送至气化单元和合成单元；
h)将煤粉与氧气在气化炉中发生气化反应，产生高温粗合成气，将粗合成气输送至反应磷炉；
i)将来自气化单元和分离洗涤单元的高温蒸汽和混合气输送入变换单元，在变换炉中发生变换反应，得到以H2和CO2为主要成分的变换气，变换气送入净化单元；
j)在净化单元除去变换气中的硫化物，同时分离出大部分CO2气体，得到H2为主要成分的净化气，净化气送入合成单元，CO2作为冷却剂送至炉渣冷却单元；
k)净化气进入合成单元后配入预定比例的氮气，并在催化剂的作用下发生反应，制得液氨产品。
本实用新型采取以上技术方案，其有以下有益效果：
(1)本实用新型采用了将磷矿石、硅石、煤粉(焦炭)按一定比例制成具有一定强度的料球，在竖炉中进行还原反应，并利用气化反应产生的粗合成气高温段热能为还原反应提供所需热量，回收高温炉渣中的热量作为料球烘干热源，炉气经除尘、废锅换热、水洗后，将高温蒸汽和剩余气体送入化工生产单元，综合利用不同装置的热量和黄磷生产副产物CO，生产黄磷同时联产化工产品的总工艺路线。本实用新型中，综合利用了高温粗合成气和高温炉渣中所含热量，同时将黄磷生产过程中的副产物CO作为化工生产的原料，提高了能源的利用效率，同时解决了传统黄磷生产厂中CO无法利用的问题，排放气体洁净无污染。
(2)本实用新型中，利用气化炉气化反应产生的高温粗合成气为料球提供热量，烟气温度均匀，对料球预热均匀，料球内还原反应充分；不仅充分利用了粗合成气中高温段热能，而且解决了黄磷生产热源来源问题，降低了用电消耗，大大降低了生产成本。
(3)本实用新型中，高温炉气经废锅换热后产生高温蒸汽，可为变换单元提供变换反应所需蒸汽，不但使得炉气中的热量得以充分利用，也降低了变换单元的能耗。
(4)本实用新型中，经多级除尘后，炉气中的粉尘含量大大降低，水洗过程中产生的磷泥量大大减少，更易获得纯度更高的黄磷产品。
(5)本实用新型中，反应过程中，料球无需融化为液态，可大大节省所需的热量，进一步降低了生产过程的能耗。
(6)本实用新型中，CO2冷却高温炉渣后用于烘干固体料球，不仅节省了烘干单元的能源消耗，还使高温炉渣中的热量得以充分回收利用。
(7)本实用新型中，将黄磷生产过程中的副产物CO与粗煤气一同作为化工生产的原料进行利用，不但提高了化工产品的产量，而且解决了传统电炉生产副产物CO利用难的问题。
(8)本实用新型中，采用磷煤化工联产生产黄磷和化工产品的设备和方法，具有灵活、适应性强的特点，可通过调整黄磷及化工产品的生产负荷，适应不同时期市场需求。
(9)本实用新型工艺路线得到简化、各单元技术成熟，节能环保、应用风险小，为磷、煤化工多领域互补提供了有益的技术选择。
附图说明
下文将结合附图对本实用新型的示例性实施例进行更为详细的说明。为清楚起见，不同附图中相同的部件以相同标号示出。需要说明的是，附图仅起到示意作用，其并不必然按照比例绘制。在附图中：
图1为本实用新型中的一种磷煤化工联产的设备的结构框图。
具体实施方式
下面将参考所附附图对本实用新型的示例性实施例进行详细的描述。
结合图1所示，本实用新型中提供的一种磷煤化工联产的设备，其包括：原料储运单元1、磨粉单元2、制球烘干单元3、还原反应单元4、炉渣冷却单元5、分离洗涤单元6、空分单元7、气化单元8、变换单元9、净化单元10和合成单元11。
所述原料储运单元1配置为，将包括有磷矿石、硅石、煤粉(或焦炭)的原料进行存储，并且对原料进行初步破碎，并将破碎后的三种原料送入磨粉单元2。
所述磨粉单元2配置为：分别将来自原料储运单元的原料存于各原料自储仓，三种原料公用一套磨粉装置，分时进入磨粉设备进行研磨，出粉的粒径尺寸满足≤100μm的占80wt％要求，合格的粉料通过风送至制球烘干单元3各自粉仓。
所述制球烘干单元3配置为，按照一定配比，将三种粉料及粘结剂称重计量后送入强力混合器，混合均匀后送入制球机制作料球，合格的料球送入烘干机进行烘干，烘干温度约150～600℃，烘干后的料球送入还原反应单元4的反应磷炉。
所述还原反应单元4包括反应磷炉并且配置为，将来自气化炉的超过1200℃的高温粗合成气送入反应磷炉，将料球加热至1100～ 1400℃，反应10～90min后，固体料球由炉底排出至炉渣冷却单元5，含有磷蒸汽、CO、H2等成分的炉气(含粗合成气)由反应磷炉顶部排出至分离洗涤单元6。
所述炉渣冷却单元5配置为，将来自净化单元10的CO2气体作为冷却剂，将高温炉渣冷却，冷却后的炉渣可作为水泥原料，同时将热 CO2送入制球烘干单元3，作为烘干热源使用；
所述分离洗涤单元6配置为：炉气经除尘、废锅换热和水洗后，得到出液体黄磷产品、高温蒸汽和富含CO、H2的混合气体，高温蒸汽和混合气体送变换单元。该分离洗涤单元6还包括：多级除尘装置、废锅换热装置和水洗装置，其配置为，炉气经除尘装置脱除夹带的粉尘后，经废锅换热装置产生高温蒸汽，最后经水洗装置洗涤回收炉气中的黄磷，得到液体黄磷产品。
所述空分单元7的配置为，产生O2和N2，并将其输送至气化单元 8和合成单元11；
所述气化单元8的配置为，原煤经研磨得到规定粒度的煤粉，煤粉由氮气输送进入气化炉，与来自空分单元的氧气发生气化反应产生高温粗合成气，将高温粗合成气输送至反应磷炉，作为反应磷炉内料球预热和发生还原反应的热源；
所述变换单元9的配置为，来自气化单元和分离洗涤单元的富含 CO、H2的混合气，在变换单元催化剂作用下发生反应，得到以H2和 CO2为主要成分的变换气，将变换气送入净化单元10。
所述的净化单元10配置为，去除变换气中的硫化物，同时将CO2分离出来，得到以H2为主要成分的净化气，将净化气送至合成单元11， CO2作为冷却剂送至炉渣冷却单元5。
所述的合成单元11配置为，在净化气中配入一定比例的氮气，并在催化剂的作用下发生反应，制成液氨产品。
本实用新型的一种磷煤化工联产的设备的工作原理为：将磷矿石、硅石、煤粉(或焦炭)按一定比例制成具有一定强度的料球，在竖炉中进行还原反应，利用气化反应产生的高温粗合成气所含的高温段热能，为反应磷炉中料球还原反应提供热量，回收高温炉渣中的热量作为料球烘干热源，炉气经除尘、废锅换热、水洗后，将高温蒸汽和剩余气体送入化工生产单元，综合利用不同装置的热量和黄磷生产副产物CO，生产黄磷同时联产化工产品。
优选地，所述气化炉和反应磷炉之间由抗高温复合隔热结构连接；来自气化炉的高温粗合成气作为反应磷炉的热源，与反应磷炉内的料球逆向接触，依次提供料球还原反应和预热所需要的热量。所述多级除尘装置分为粗分和精分两部分，粗分采用旋风除尘，精分采用静电除尘、陶瓷过滤器除尘或烧结金属过滤器除尘。
本实用新型还涉及一种磷煤化工联产的方法。其步骤：a)将磷矿石、硅石、煤粉(或焦炭)进行初步破碎，并将破碎后的三种原料送入磨粉单元。b)将各种原料分时送入磨粉设备进行研磨，将满足粒度尺寸要求的粉料通过风送装置送至制球烘干单元。c)将各种粉料及粘结剂称重计量后送入混合器，混合均匀后送入制球机制作料球，将料球送入烘干机进行烘干，烘干后的料球送入反应磷炉，其中该料球具备一定的强度。d)将来自气化单元的超过1200℃的高温粗合成气作为热源，将反应磷炉中的料球加热至1100～1400℃，还原反应启动产生包括有磷蒸汽、CO、H2等成分的炉气(含粗合成气)，炉气由磷炉顶部排出，反应后的固体料球由炉底排出。e)由磷炉底部排出的高温料球与来自净化单元的CO2气体进行热量交换回收热量，热的CO2作为烘干机热源使用，降温后的料球排出装置，可作为水泥原料进行利用。f)炉气经多级除尘、废锅换热和水洗后，得到液体黄磷产品、高温蒸汽和富含CO、H2的混合气体，高温蒸汽和混合气体送变换单元。g)利用空分单元产生氧气和氮气，并将产生的氧气和氮气输送至气化单元。h)将煤粉与氧气在气化炉中发生气化反应，产生高温粗合成气，将粗合成气输送至反应磷炉。i)将来自气化单元和分离洗涤单元的高温蒸汽和混合气输送入变换单元，在变换炉中发生变换反应，得到以H2和CO2为主要成分的变换气，变换气送入净化单元。j)在净化单元除去变换气中的硫化物，同时分离出大部分CO2气体，得到H2为主要成分的净化气，净化气送入合成单元，CO2作为冷却剂送至炉渣冷却单元。k)净化气进入合成单元后配入一定比例的氮气，并在催化剂的作用下发生反应，制得液氨产品。
本技术可有效解决传统电炉法生产黄磷过程中能耗高、能量利用率低、粉尘废气等污染问题以及气化过程中高温段热能无法利用等问题同时通过对各单元能量的合理配置，将能量和反应副产物进行综合利用，提高装置的经济效益。
前面对本实用新型具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本实用新型限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导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实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本实用新型的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本实用新型的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。