專利名稱：一種利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防腐方法，特別涉及燃燒黃磷制取五氧化二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)工 藝中的燃燒塔的防腐技術。特別是兩步法制取熱法磷酸和燃燒黃磷制取五氧化二磷工業(yè) 生產(chǎn)中的燃燒塔防腐技術。
背景技術：
工業(yè)上常使用燃燒黃磷的方法來制取五氧化二磷、熱法磷酸等產(chǎn)品，而在黃磷與氧 氣反應的過程中，含磷酸及其聚合物的高溫氣體腐蝕性極強，對燃燒塔造成極大損壞， 維修對生產(chǎn)的穩(wěn)定性、連續(xù)性以及產(chǎn)品的品質造成極大影響。因此，傳統(tǒng)的熱法磷酸生 產(chǎn)工藝為了解決含磷酸及其聚合物的高溫腐蝕性氣體對設備材質的腐蝕問題，其關鍵控 制參數(shù)就是要保證燃燒塔或燃燒水合塔的壁溫不超過8(TC;這樣，就需要大量的循環(huán)水 或循環(huán)硫酸將熱量帶走并排至大氣之中，使得流程復雜，能耗高。
資料檢索表明，日本、美國、德國都先后對這方面的技術進行了研究開發(fā)。從公開 的發(fā)明專利來看，德國hoechst公司在其熱法磷酸生產(chǎn)反應熱的回收與利用的專利中， 提到了燃燒塔的防腐技術。該技術使用目前國內無法生產(chǎn)的高級專用不銹鋼制作燃燒 塔，同時釆用干燥空氣進行燃燒來實現(xiàn)燃燒塔的防腐目的，但是使用這種方法，設備投 資昂貴，同時使用干燥空氣增加了能耗，并且干燥空氣中的氧氣與黃磷反應生成PA的 過程中，如果燃燒塔內有低于P20s凝固溫度的環(huán)境和條件時，將會有PA固體析出附著 于燃燒塔內壁，而PA吸濕性極強，運行過程中會吸收黃磷和干燥空氣中的微量水分， 特別在裝置停車時，會吸收空氣中的水分生成磷酸，而磷酸在高溫下對設備材質有強烈 的腐蝕性，從而導致設備受到嚴重腐蝕。曰本的專利也同樣使用干燥空氣燃燒黃磷，專 利特別提到，要使與燃燒氣體相接觸燃燒塔內表面溫度控制在五氧化二磷的固態(tài)凝固溫 度之上，以便防止腐蝕性極強的磷酸聚合物生成，從而保護燃燒塔不被腐蝕；該方法存 在著與德國專利相同的問題，即如果燃磷塔內有低于PA凝固溫度的環(huán)境和條件時，比
如開停車過程，設備將會受到腐蝕。
美國專利分為兩類，其中一類與曰本和德國專利相同，均為使用干燥空氣燃燒黃磷 來防止燃燒塔腐蝕。另一類技術，則是采取控制單位時間內空氣帶入塔內的水分與反應
3產(chǎn)生的^05摩爾比在0.6-0.8之間，使塔內壁形成主要成分為偏磷酸的結膜物，通過 結膜物來保護燃燒塔內壁不被腐蝕。另外，歐洲的一項專利技術也釆用和前述美國專利 相同的方法，控制H20/PA摩爾比在0.2-1之間，使塔內壁形成偏磷酸和聚磷酸為主要 成分的結膜物，通過結膜物來保護燃燒塔內壁不被腐蝕。上述兩個方法，均不能使用自 然空氣，而需要對空氣進行嚴格控濕處理，這樣不僅增大了能耗，而且由于各地各種不 同氣侯體條件下，自然空氣含水分量存在較大差異，因此，增加了控制的難度和復雜性， 不利于推廣使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種能耗低、防腐效果明顯且有利 于推廣使用的一種利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法。
本發(fā)明所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，是利用燃燒黃磷制取五氧化 二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的反應產(chǎn)物實現(xiàn)高溫防腐，所述的防腐方法為
a. 在常溫常壓下，通往燃燒塔的空氣為常溫常壓下未經(jīng)過處理的非干燥空氣，也 即普通自然空氣；
b. 黃磷燃燒生成五氧化二磷或結膜物的過程中，通過對燃燒塔壁面進行冷卻降低 燃燒塔壁面溫度，并控制燃燒塔壁面溫度低于490'C;
c. 黃磷燃燒時在塔壁形成結膜物。 步驟a所述的燃燒塔為奧氏體不銹鋼制備。
步驟b所述的燃燒塔內黃嫌燃燒生成五氧化二嫌或結膜物的過種中，燃燒塔內的反 應溫度大于600°C，塔內水分與反應產(chǎn)生的五氧化二磷的摩爾比在0. 01 ~ 0. 8之間； 步驟c所述的結膜物為超褲酸物質。
本發(fā)明是一種利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，該方法通過使用奧氏體不銹 鋼材質制造黃磷燃燒塔，在普通自然空氣條件下，即塔內水分和五氧化二磷的摩爾比在 0.01-0.8之間，在燃燒塔內的反應溫度大于60(TC時，通過對燃燒塔壁面進行冷卻降 低燃燒塔壁面溫度，并控制與反應氣體接觸的燃燒塔內壁溫度低于49(TC。在此條件下， 通過自身的反應，燃燒塔內壁會形成穩(wěn)定的、結構及組成一定的超磷酸結膜物，結膜物 是一種超磷酸聚合體，能夠阻斷高溫腐蝕性氣體與燃燒塔內壁面的直接接觸。結膜物阻 斷了由含磷酸及其聚合物的高溫腐蝕性氣體與燃燒塔內壁面的直接接觸，而結膜物本身 對奧氏體不銹鋼幾乎不會產(chǎn)生腐蝕，因此，塔內壁就能得到很好的保護，達到防腐的效 果，從而有效地防止了燃燒塔的腐蝕。本方法直接使用普通自然空氣進行燃燒，節(jié)省了制備千燥空氣耗費的能量，同時， 也降低了操作控制的難度，適應性、易操作性更強，更適于推廣到工業(yè)化生產(chǎn)中應用。 本方法在保證上述條件的基礎上，僅須通過對燃燒塔壁面進行冷卻降低燃燒塔壁面溫 度，并控制塔內壁溫度低于49(TC，即能夠使燃燒塔內壁形成結膜物，有效地實現(xiàn)防止 塔內壁腐蝕的功能。本方法所需的各種工藝條件均較容易實現(xiàn)，實際操控難度小，并且 還能夠降低能耗和生產(chǎn)成本，適于在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應用，具有很大的推廣價值。
本發(fā)明釆用了一種全新的、簡潔且易于實施的方法實現(xiàn)了防止黃磷燃燒塔內壁的腐 蝕的功能。通過大量的實驗證明可以使用奧氏體不銹鋼作為制作黃磷燃燒塔的材料； 可以直接使用普通自然空氣進行生產(chǎn)，即HA/PA摩爾比在0. 01-0. 8之間，不須對空 氣進行濕度控制；燃燒塔內壁溫度不得高于490'C，否則設備可能會被腐蝕；在上述的 反應條件下，塔內壁會形成穩(wěn)定的、結構及組成一定的結膜物，該結膜物是超磷酸聚合 體，這一研究結果突破了國外專利所說的燃燒塔內結膜物的組成為偏磷酸，其揮發(fā)溫度 為866'C的研究成果，是一種全新的結膜物理論，為燃燒塔熱能回收利用和防腐技術開 發(fā)開辟了新方向。對典型的結膜物進行分析得到其DSC曲線如圖1所示。從典型結膜物 的DSC曲線上可以看出，在5(TC ~ 14(TC之間，有一吸熱峰，開始溫度為57.74'C，峰 的大小為18. 628J/g;在140-16(TC之間有一玻璃化轉變發(fā)生，Tg溫度為146. 6°C; 前兩個玻璃化轉變是由于結膜物為一強吸濕物質，在測定過程中，樣品的轉移使得超磷 酸表面吸收空氣中的水分成為磷酸所致。430 493'C間玻璃化轉變發(fā)生，是結膜物處于 熔融狀態(tài)，緊接著開始揮發(fā)，揮發(fā)開始溫度為509°C,揮發(fā)過程為吸熱，所需要的能量 為436. lJ/g, 633. 6'C完全揮發(fā)。同時，應用QTM-D2型導熱儀測得結膜物的熱導率為 2. 06W/m.K。該機理與物性數(shù)據(jù)的測定，說明在普通自然空氣條件下，黃磷與氧氣反應 時形成的固體結膜物阻斷了高溫腐蝕性氣體與特種燃磷塔內壁面的直接接觸，材質的防 腐問題就由含磷酸及其聚合物的高溫腐蝕性氣體對設備材質的腐蝕轉化為結膜物對設 備材質腐蝕的影響。


圖1為本發(fā)明所述結膜物的典型DSC曲線。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不限于實施例。 實施例1
本發(fā)明所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，是利用燃燒黃磷制取五氧化二磷的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的反應產(chǎn)物實現(xiàn)高溫防腐，所述的防腐方法為
a. 在常溫常壓下，通往奧氏體不銹鋼制備的燃燒塔的空氣為未經(jīng)過處理的非干燥
空氣，
b. 黃磷燃燒生成五氧化二磷的過程中，其水分與反應產(chǎn)生的五氧化二磷的摩爾比 控制在0.01 0.8之間，同時通過對燃燒塔壁面進行冷卻降低燃燒塔壁面溫度，并控制 其壁面溫度低于49(TC;
c. 黃磷燃燒時在塔壁形成結膜物，結膜物為超磷酸物質。
在一套熱法磷酸兩步法工業(yè)性試驗裝置，開展了碳鋼、奧氏體不銹鋼等多種不同材 質的單管試驗。大量研究表明，使用奧氏體不銹鋼可以滿足燃燒黃磷制取五氧化二磷或 熱法磷酸的生產(chǎn)工藝中的燃燒塔設備的長周期運行要求。根據(jù)這一理論與試驗成果，完 成了黃磷燃燒塔的工業(yè)性試驗裝置的研究并進而推廣到所有的工業(yè)裝置生產(chǎn)之中，長周 期的實施實踐證明了該機理的正確性。
實施例2
在使用奧氏體不銹鋼材料制作的黃磷燃燒塔工業(yè)裝置上，在普通自然空氣條件下， 釆用兩步法燃燒黃磷制取熱法磷酸并回收黃磷反應熱。生產(chǎn)過程中，控制塔內壁溫度低 于35(TC。經(jīng)過六個月的連續(xù)生產(chǎn)后，從燃燒塔內壁取得結膜物。結膜物中鐵離子含量 為9卯m,說明結膜物對奧氏體不銹鋼的腐蝕微乎其微，完全滿足生產(chǎn)對設備材質的要求。 其余同實施例1。
實施例3
在某地投產(chǎn)的一套熱法磷酸兩步法生產(chǎn)裝置上，氣溫30。C，連續(xù)兩個月運行期間的 空氣相對濕度在100%,空氣過剩系數(shù)1.4,即燃燒塔內水分與反應產(chǎn)生的五氧化二磷 的摩爾比在0.728。后停車檢查，塔內結膜物完整，五天后，結膜物融化看到設備內表 面無任何腐蝕痕跡，說明在此條件下，仍然會形成結膜物，使用奧氏體不銹鋼可以滿足 燃燒黃磷制取五氧化二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)工藝中的燃燒塔設備的長周期運行要求。其 余同實施例1。
實施例4
一套熱法磷酸兩步法生產(chǎn)裝置，在氣溫5至1(TC、空氣相對濕度在20%—一40%、 空氣過剩系數(shù)1.4，即燃燒塔內水分與反應產(chǎn)生的五氧化二磷的摩爾比在0.029 — 一 0. 082的條件下，連續(xù)運行一個月停車檢査發(fā)現(xiàn)燃燒塔內形成完整的結膜物。結膜物融 化后，觀察到設備內表面無任何腐蝕，說明在此條件下，燃燒塔內會形成結膜物，使用奧氏體不銹鋼可以滿足燃燒黃磷制取五氧化二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)工藝中的燃燒塔設 備的長周期運行要求。其余同實施例l。 實施例5
某地一套熱法磷酸兩步法工業(yè)生產(chǎn)裝置，在氣溫25至3(TC,空氣相對濕度在70% 一一90%、空氣過剩系數(shù)1.65,即燃燒塔內水分與反應產(chǎn)生的五氧化二磷的摩爾比在 0.443—一0.772的條件下，連續(xù)生產(chǎn)三個月，停車后發(fā)現(xiàn)塔內形成完整的結膜物，三天 后結膜物全部融化，檢查燃燒塔內壁發(fā)現(xiàn)無任何腐蝕。由此說明，在該條件下，塔內會 形成結膜物，使用奧氏體不銹鋼可以滿足燃燒黃磷制取五氧化二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)工 藝中的燃燒塔設備的長周期運行要求。其余同實施例l。
實施例6
某地的一套熱法磷酸兩步法工業(yè)試驗裝置，在外界氣溫2(TC、空氣相對濕度40%、 空氣過剩系數(shù)1. 5，即燃燒塔內水分與反應產(chǎn)生的五氧化二磷的摩爾比在0. 169的條件 下，連續(xù)運行了兩個月，停車檢查發(fā)現(xiàn)塔內形成了完整的結膜物，結膜物于五天后完全 融化，之后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)燃燒塔內壁無任何腐蝕痕跡，說明在上述條件下，燃燒塔內壁會 形成結膜物，使用奧氏體不銹鋼可以滿足燃燒黃磷制取五氧化二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)工 藝中的燃燒塔設備的長周期運行要求。其余同實施例l。
權利要求
1、一種利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，是利用燃燒黃磷制取五氧化二磷的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的反應產(chǎn)物實現(xiàn)高溫防腐，其特征在于，所述的方法為a. 在常溫常壓下，通往燃燒塔的空氣為常溫常壓下的非干燥空氣；b. 黃磷燃燒生成五氧化二磷的過程中，通過對燃燒塔壁面進行冷卻降低燃燒塔壁面溫度，并控制燃燒塔壁面溫度低于490℃；c. 黃磷燃燒時在塔壁形成結膜物。
2、 根據(jù)權利要求1所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，其特征在于， 步驟a所述的燃燒塔為不銹鋼制備。
3、 根據(jù)權利要求1所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，其特征在于， 所述的燃燒塔為奧氏體不銹鋼制備。
4、 根據(jù)權利要求1所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，其特征在于， 步驟b所述的燃燒塔內黃磷燃燒生成五氧化二磷的過種中，燃燒塔內的反應溫度大于 600°C。
5、 根據(jù)權利要求1所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，其特征在于， 步驟b所述的燃燒塔內黃磷燃燒生成五氧化二磷的過種中，塔內水分與反應產(chǎn)生的五氧 化二磷的摩爾比在0. 01 ~ 0. 8之間；
6、 根據(jù)權利要求1所述的利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，其特征在于， 步驟c所述的結膜物為超磷酸物質。
全文摘要
一種利用自身反應產(chǎn)物進行高溫防腐的方法，特別涉及燃燒黃磷制取五氧化二磷或熱法磷酸的生產(chǎn)工藝中的燃燒塔的防腐技術。本發(fā)明是利用燃燒黃磷制取五氧化二磷的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的反應產(chǎn)物實現(xiàn)高溫防腐，其特征在于，所述的方法為a.在常溫常壓下，通往燃燒塔的空氣為常溫常壓下的非干燥空氣；b.黃磷燃燒生成五氧化二磷的過程中，通過對燃燒塔壁面進行冷卻降低燃燒塔壁面溫度，并控制燃燒塔壁面溫度低于490℃；c.黃磷燃燒時在塔壁形成結膜物。本發(fā)明所述的方法所需的各種工藝條件均較容易實現(xiàn)，實際操控難度小，并且還能夠降低能耗和生產(chǎn)成本，適于在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應用，具有很大的推廣價值。
文檔編號C01B25/00GK101456544SQ20081005878
公開日2009年6月17日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權日2008年8月1日
發(fā)明者楊亞斌, 毅 梅, 航 馬, 萍 龍 申請人:云南省化工研究院