一種用于連續(xù)流化反應(yīng)器的噴射拱及造氣流化反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)流化反應(yīng)器的噴射拱及造氣流化反應(yīng)器，該噴射拱和流化反應(yīng)器尤其適用于高效高溫五氧化二磷造氣流化反應(yīng)器，也適用于利用流化反應(yīng)器制備磷酸的工藝及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是生產(chǎn)磷肥和磷酸鹽的中間原料，磷酸及其下游產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)，而五氧化二磷是生產(chǎn)磷酸的原料。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外磷酸工業(yè)生產(chǎn)方法分為濕法和熱法兩種工藝路線。濕法磷酸是通過(guò)無(wú)機(jī)酸(主要是硫酸、鹽酸)分解磷礦制得磷酸。濕法磷酸不僅要求磷礦石的品位高、質(zhì)量好，而且該法制得的磷酸雜質(zhì)含量較高，磷酸濃度低。當(dāng)前世界范圍內(nèi)的磷礦資源正在逐步貧化，同時(shí)硫酸資源也日益緊缺，磷礦與硫酸的價(jià)格攀升，加之該法酸解后要排除大量磷石膏，因此，采用濕法生產(chǎn)磷酸的許多工廠也日益艱難。熱法磷酸是以電熱法生產(chǎn)的黃磷為原料，經(jīng)燃燒制得五氧化二磷，五氧化二磷經(jīng)水合后制得磷酸。熱法磷酸純度高，但是由于電熱法生廣黃憐能耗極尚，因此廣品的成本$父尚。
[0004]中國(guó)列入國(guó)家統(tǒng)計(jì)的磷礦石儲(chǔ)量為168億噸，但大多數(shù)磷礦難以選別，含磷量大于30%的富礦只有11.2億噸，中低品位的磷礦石約占90%，且含磷量洗浴26%的低品位磷礦約占50%。根據(jù)中國(guó)目前磷礦的消耗速度，富礦將在十年左右逐漸枯竭，磷礦資源面臨貧乏。
[0005]為了開發(fā)一種能耗較低，并且適用于中低品位磷礦的生產(chǎn)方法，中國(guó)專利CN101214939 A公開了一種燃燒動(dòng)力波制備五氧化二磷的方法。該專利的基本原理是將磷礦、磷礦還原劑和燃料炭等原料以粉體形式懸浮在還原性或弱氧化性氣氛空間，進(jìn)行還原性燃燒反應(yīng)，在燃燒動(dòng)力過(guò)程中，還原性燃燒的前沿波面向外部空間擴(kuò)展，外部空間的氧化性流體也在向還原空間方向移動(dòng)，在接觸處形成了一個(gè)過(guò)渡性介面，呈相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡。其基本思想是利用流體燃燒動(dòng)力過(guò)程產(chǎn)生的波面，將還原空間與氧化空間相對(duì)隔離，熱輻射穿越波面加熱還原反應(yīng)空間，以實(shí)現(xiàn)高效還原反應(yīng)與傳熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磷礦與五氧化二磷的高效轉(zhuǎn)化。該發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的五氧化二磷生產(chǎn)工藝相比，可以充分利用中低品位磷礦，以較低的能耗和生產(chǎn)成本生產(chǎn)五氧化二磷，進(jìn)而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)磷酸。但是，該發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中存在如下缺陷:
[0006](1)燃燒過(guò)程中動(dòng)力波力量不足，無(wú)法將磷礦、磷礦還原劑和燃料炭等原料托起懸浮在還原性或弱氧化性氣氛空間；
[0007](2)燃燒動(dòng)力波界面不明顯，不能將還原空間與氧化空間相對(duì)隔離；
[0008](3)燃燒過(guò)程中沿爐壁粘流的熔融態(tài)物質(zhì)，易造成排渣孔堵塞，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)。
[0009]另外，該專利技術(shù)使用的反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理，存在如下設(shè)計(jì)缺陷:
[0010](1)燒嘴有16個(gè)，分上、中、下三層布置，上層燒嘴布置在氧化區(qū)，而氧化區(qū)為放熱反應(yīng)，是不需要再進(jìn)行加熱的，燒嘴布置在該區(qū)域，1650°C的高溫極易將燒嘴燒壞，而且造成燃料的浪費(fèi)；
[0011 ] (2) 二次空氣進(jìn)口管位置不合理，二次空氣是用于磷的氧化，將二次空氣進(jìn)口管布置在進(jìn)料口下方的還原區(qū)，難以形成氧化區(qū)。
[0012]再有中國(guó)專利CN 102616759 A公開了一種利用流化床反應(yīng)器制備磷酸的工藝及其裝置，并具體公開了該流化床反應(yīng)器包括有外殼、內(nèi)殼、燃燒室、旋風(fēng)分離器和水化循環(huán)酸吸收裝置，外殼的內(nèi)表面和內(nèi)殼的外表面構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的氧化區(qū)；內(nèi)殼的內(nèi)部設(shè)置有氣體分布器和流化還原反應(yīng)區(qū)，其中流化還原反應(yīng)區(qū)頂部設(shè)置有磷礦混合粒料進(jìn)料口和還原區(qū)反應(yīng)氣體產(chǎn)物出口，底部為靠近氣體分布器上方的爐渣出料口 ；燃燒室底部設(shè)置有流體介質(zhì)氣體進(jìn)口、燃料及空氣入口和控制閥門和燃燒器噴嘴；旋風(fēng)分離器上設(shè)置有與流化還原反應(yīng)區(qū)相通的吹出物料回流口，其頂部為P2、C0等氣體出口 ；外殼的底部設(shè)置有P2、C0等氣體進(jìn)口和富氧空氣進(jìn)口，頂部設(shè)置有與水化循環(huán)酸吸收裝置相連的？205、0)2等氣體出口 ；P2、CO等氣體出口和P2、CO等氣體進(jìn)口通過(guò)外部保溫管路連接。該發(fā)明雖然在對(duì)比文件1的基礎(chǔ)之上將氧化區(qū)和還原區(qū)通過(guò)內(nèi)殼相對(duì)隔離，明確劃分了氧化區(qū)和還原區(qū)，解決了窯法磷酸工藝中分區(qū)難的問(wèn)題；將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于磷礦的還原反應(yīng)，避免了還原區(qū)因局部溫升過(guò)快，出現(xiàn)物料燒融結(jié)圈、賭料現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。但是該發(fā)明仍然存在以下缺陷:首先，對(duì)比文件2需要依靠不斷通入氮?dú)鈦?lái)實(shí)現(xiàn)流化作用，才能將還原區(qū)的氣體產(chǎn)物送至氧化區(qū)，不能通過(guò)裝置固有的結(jié)構(gòu)特征實(shí)現(xiàn)流化，而且氮?dú)獾耐ㄈ霟o(wú)疑增加了成本。其次，為了將還原反應(yīng)區(qū)生成的反應(yīng)氣體產(chǎn)物P2、C0和吹出的顆粒物料進(jìn)行分離，還在還原區(qū)頂部專門設(shè)置旋風(fēng)分離器，增加了裝置的復(fù)雜程度，同時(shí)也增加了成本。再者，該專利的氣體分布器呈平面結(jié)構(gòu)，若在氣體分布器上沉積了較多的固體顆粒，平面狀的氣體分布器難以承受其重力而易造成斷裂，并且爐渣口設(shè)置在氣體分布器上方，平面結(jié)構(gòu)的氣體分布器也不利于爐渣的順利排出，而且，燃燒過(guò)程中通過(guò)平面狀的氣體分布器的動(dòng)力不足，難以將還原反應(yīng)區(qū)的礦石托起而均勻分散在整個(gè)還原區(qū)，使得進(jìn)入的礦石大多沉積在還原反應(yīng)區(qū)的中下部，還原效果不理想，并且進(jìn)入的礦石容易對(duì)氣體分布器造成堵塞，影響反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。最后，根據(jù)該發(fā)明說(shuō)明書附圖2或3的記載，爐渣出料口設(shè)置在氣體分布器的上方，十分不利于爐渣的順利排出，容易在氣體分布器上堆積。
[0013]中國(guó)專利CN 101214939 A和中國(guó)專利CN 102616759 A及其結(jié)合均沒(méi)有給出一種在不需要設(shè)置額外構(gòu)件和流體介質(zhì)、僅通過(guò)反應(yīng)爐本身就夠就實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、反應(yīng)效果好的連續(xù)式流化反應(yīng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明一方面提供了一種用于連續(xù)流化反應(yīng)器的噴射拱，其特征在于，所述噴射拱以將所述流化反應(yīng)器分隔成分別用于燃料燃燒和物料反應(yīng)的兩個(gè)腔室的方式設(shè)置在所述流化反應(yīng)器內(nèi)，所述噴射拱的表面布置有至少一個(gè)用于將燃燒氣體從所述燃燒腔高速噴入所述反應(yīng)腔的長(zhǎng)條形噴流通道，所述至少一個(gè)噴流通道在所述噴射拱表面的整體分布形態(tài)以形成噴射出的燃燒氣體在中心區(qū)域流速高、周側(cè)區(qū)域流速低的方式設(shè)置，使得高溫高流速燃燒氣體將物料以懸浮狀態(tài)托舉在反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)，并且在燃燒氣體通過(guò)所述噴射拱噴出后外界空氣自然地從所述燃燒腔底部吸入，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)。
[0015]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述噴射拱以與所述流化反應(yīng)器的燃燒頭構(gòu)成所述燃燒腔且所述噴射拱與所述燃燒頭之間的間距滿足燃燒腔內(nèi)燃燒火焰的外焰大致處于所述噴射拱附近的方式設(shè)置。所述燃燒頭的表面上設(shè)置有多個(gè)均勻布置的噴孔，使得燃料氣體與進(jìn)入到所述燃燒腔內(nèi)的空氣均勻混合。
[0016]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述噴射拱設(shè)置在所述流化反應(yīng)器的約1/3位置處，使得通過(guò)所述噴射拱劃分出的反應(yīng)腔內(nèi)能形成至少兩個(gè)反應(yīng)區(qū)。
[0017]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述噴射拱凸出的最高部分為一個(gè)點(diǎn)或一條線，并且所述噴射拱與所述流化反應(yīng)器的腔體結(jié)構(gòu)保持形狀匹配。
[0018]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，至少一個(gè)噴流通道在所述噴射拱表面所占的總面積和每個(gè)噴流通道的尺寸大小以燃燒腔內(nèi)燃料和空氣燃燒膨脹后所需燃燒氣體的流速進(jìn)行設(shè)置。
[0019]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，至少一個(gè)噴流通道設(shè)置在所述噴射拱中間的凸起部分，所述凸起部分的幾何中心線與所述流體反應(yīng)器的軸線重合，并且所述至少一個(gè)噴流通道的整體分布形狀與所述噴射拱的形狀相匹配。
[0020]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述噴射拱為表面曲率均勻的拱形結(jié)構(gòu)，并且所述噴射拱各處厚度均一；或者，所述噴射拱為表面曲率非均勻的拱形結(jié)構(gòu)，并且所述噴射拱各處厚度均一；或者，所述噴射拱為表面曲率均勻的拱形結(jié)構(gòu)，并且所述噴射拱各處厚度非均一；或者，所述噴射拱為表面曲率非均勻的拱形結(jié)構(gòu)，并且所述噴射拱各處厚度非均一。
[0021]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述噴射拱一體成型在所述流化反應(yīng)器的內(nèi)壁上并且所述噴射拱以耐火磚或耐火材料以預(yù)制拱的方式制成，并且在所述噴射拱與所述流化反應(yīng)器內(nèi)壁的交界處設(shè)置有排渣口，所述排