[0001] 本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种高温熔融气化炉制黄磷的系统。

[0002] 磷矿是生产磷酸与磷化工产品的基础原料。我国磷矿资源虽然多，但富矿少，P2O5>30％的仅占9.39％，大多为中低品位磷矿(P2O5<24％)。磷酸的生产方法分为湿法磷酸和热
法磷酸工艺。湿法磷酸工艺对磷矿品位要求高、产品浓度低于热法、杂质多。

[0003] 磷酸在国民经济中占有重要地位，磷酸及其各种磷酸盐广泛应用于农业、化工、食品、电子、医药等行业。而磷矿是生产磷酸与磷化工产品的基础原料，我国磷矿资源虽然多，但富矿少，已探明的磷矿石储量为66亿吨，其中磷矿石P2O5品位>30％的仅占9.39％，大多为中低品位磷矿。为充分利用我国中低品位磷矿，缓解高品位磷矿资源及能源的供求矛盾，满
足磷资源深度加工的需求，中低品位磷矿的加工利用成为磷资源加工领域的研究开发热点
之一。

[0004] 热法磷酸工艺生产的磷酸质量虽然好，但原料黄磷生产中电耗巨大、污染严重，导致生产成本偏高，从而制约其发展。为了降低热法磷酸的能耗，开发了窑法磷酸工艺，该工
艺具有用电少，不用硫，可利用中低品位磷矿等特点。目前研究的装置主要有两种，回转窑
和隧道窑，由于该工艺十分符合我国国情，许多科研单位对窑法磷酸工艺进行了研究，如长
沙矿冶研究院和南京化学工业公司等，虽然取得了不少成果，但由于存在诸多问题，至今尚
未大规模工业化。

[0005] 为降低热法磷酸的能耗，目前发展了一种新的高温熔融气化制备磷酸工艺，即将磷矿的还原和磷的氧化在气化炉内完成。高温熔融气化制磷酸工艺具有用电少、可利用中
低品位磷矿、不用硫的特点，十分符合我国富矿少、贫矿多的国情。该工艺将煤气化技术应
用于磷矿的还原反应，降低了磷矿的还原温度，通过导热板传热，将氧化、还原有效分区，并使氧化区产生的热量得到有效利用。

[0033] 为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0034] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

[0035] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0036] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0037] 实施例一

[0038] 图1示出了本申请较佳实施例(图1示出了本申请第一实施例)提供的一种高温熔融气化炉制黄磷的系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详
述如下：

[0039] 一种高温熔融气化炉制黄磷的系统，包括锁斗加压进料装置、高温熔融气化炉4、渣激冷罐6和渣锁斗7；

[0040] 锁斗加压进料装置用于将原料磷矿粉加压输送至高温熔融气化炉4；

[0041] 高温熔融气化炉4用于使磷矿粉进行气化反应并生成磷蒸汽，高温熔融气化炉4顶部设有磷蒸汽出口4.1和喷淋激冷装置，底部设有熔渣装置和熔渣出口4.8，喷淋激冷装置
用于对磷蒸汽进行喷淋激冷，激冷后的磷蒸汽通过磷蒸汽出口4.1排出高温熔融气化炉4，
熔渣装置用于将炉底磷矿粉灰渣熔化形成熔渣后从熔渣出口4.8排出高温熔融气化炉4；熔
渣装置使用的燃料气可以是天然气、液化石油气、或经处理后的粗煤气(热值要求≥
3
2000KCal/Nm)等，通过燃料气供给，将熔渣处的温度控制在1650～2000℃，保证落入到气
化炉底部固体物料(主要为灰渣)能完全熔化形成液流，并顺利排出气化炉。高温熔融气化
炉底部生成的熔融态灰渣经与气化炉底部出口相连的熔渣激冷装置激冷至160～250℃后，
再通过渣锁斗的排渣方式，将渣水混合物进一步冷却降温至50～80℃后排出。本发明的高
温熔融气化炉底部生成的熔融态灰渣经与气化炉底部出口相连的熔渣激冷装置激冷至160
～250℃后，再通过渣锁斗的排渣方式，将渣水混合物进一步冷却降温至50～80℃后排出。

[0042] 渣激冷罐6用于对高温熔融气化炉4底部排出的熔渣进行激冷，形成玻璃体渣；

[0043] 渣锁斗7用于收集渣激冷罐6排出的玻璃体渣。

[0044] 本发明锁斗加压进料装置目前已广泛用于干煤粉气流床气化技术中，易于实现对磷矿粉的加压给料，从而满足高温熔融气化炉的要求，且其工艺过程简单，操作稳定可靠。
锁斗加压进料装置包括磷矿粉仓1、磷矿粉锁斗2和磷矿粉给料罐3；磷矿粉仓1用于接收磷
矿粉并输送至磷矿粉锁斗2；磷矿粉锁斗2用于对磷矿粉加压并将高压磷矿粉输送至磷矿粉
给料罐3；磷矿粉给料罐3用于采用气流输送的方式将高压磷矿粉输送至高温熔融气化炉4。
加压载气可采用高压氮气，通过锁斗加压系统可实现对高温熔融气化炉进行加压给料。

[0045] 如图2、3所示，高温熔融气化炉4包括直径依次减小的顶段、中段和底段，顶段与中段之间通过第一变径段过渡连接，中段与底段之间通过第二变径段过渡连接。

[0046] 高温熔融气化炉4的内壁于第一变径段处设有环状分布的16～32个二次喷嘴接口，二次喷嘴接口上设有用于喷入气化剂的二次喷嘴4.3，二次喷嘴4.3向上倾斜设置，且二
次喷嘴4.3与高温熔融气化炉4的中轴线形成15～30°夹角。二次喷嘴进料为氧气和蒸汽混
合气化剂，二次喷嘴的主要作用是使从床层下部夹带的细小矿粒在二次气化剂的作用下，
进一步反应气化，并使矿粉在气化炉下部产生的挥发分和大分子有机物进一步裂解成一氧
化碳和磷蒸汽组分，使气化反应更加完全，从而提高气化炉的磷转化率和气化反应效率。

[0047] 高温熔融气化炉4的内壁于第二变径段处设有一个返料口4.6以及环状分布的6～12个一次喷嘴接口，一次喷嘴接口上设有用于喷入气化剂的一次喷嘴4.5，一次喷嘴4.5向
上倾斜设置，且一次喷嘴4.5与高温熔融气化炉4的中轴线形成30～60°夹角。一次喷嘴进料
为氧气和蒸汽混合气化剂，一次喷嘴的设置主要有两个作用：①是对进入气化炉的磷矿粉
进行有效的流化，使其能形成流化床，②是在通入气化剂的情况下，让磷矿粉与焦炭发生气
化反应，生成磷蒸汽。

[0048] 还包括高效旋风分离器5，高温熔融气化炉4的磷蒸汽出口4.1与高效旋风分离器5的入口连接，高效旋风分离器5输出净化的磷蒸汽，高效旋风分离器5底部通过返料管与返
料口4.6连接。高效旋风分离器5可将气化炉出口磷蒸汽中粒径大于5μm以上的粉尘分离下
来，分离效率可达99％以上。旋风分离器底部的返料管与高温熔融气化炉底部的返料口相
连接，旋风分离器分离下来的粉尘，经分离器底部的返料管全部返回至气化炉底部，与落入
到气化炉底部未完全反应的残渣和磷矿粉混合物一起通过高温熔融气化炉底部的熔渣装
置，进行高温气化和熔渣后，形成液态渣，排出气化炉。高温熔融气化炉生成的磷蒸汽经过
气化炉顶部的喷淋激冷装置和气化炉出口的高效旋风分离器除尘后，可将磷蒸汽中的粉尘
3
大部分除去，并将含尘浓度降低至≤50mg/Nm后，送下游工序进一步净化处理。

[0049] 高温熔融气化炉4于中段沿圆周方向均匀设有2～4个进料口4.4，进料口4.4与锁斗加压进料装置的出口连接，进料口4.4向下倾斜设置，且进料口4.4与高温熔融气化炉4的
中轴线形成45～90°夹角。进料为经过碾磨干燥后的矿粉，粒度要求100～6000μm，含水量要求≤10wt％(可根据实际气化磷矿的种类设定进入气化炉的具体含水量要求)。

[0050] 高温熔融气化炉4的内壁于底段设有1～3层沿环向分布的燃料气喷嘴4.7，共3～9个。当每层设置3个燃料气喷嘴4.7时，在同一水平面上成正三角形均布。燃料气喷嘴4.7用
于向颅内输入燃料气，燃料气喷嘴4.7沿与高温熔融气化炉4的中轴线45～90°夹角的方式
斜向下插入气化炉内。

[0051] 喷淋激冷装置设置于高温熔融气化炉4的内壁顶部，喷淋激冷装置包括沿磷蒸汽出口4.1成呈环状分布的6～12个激冷喷头4.2，激冷喷头4.2与高温熔融气化炉4的中轴线
形成15～45°夹角。喷淋激冷装置为两相流雾化喷射装置，两相流的液相采用加压锅炉给
水，气相采用加压过热蒸汽，可将气化炉生成的磷蒸汽在气化炉出口处激冷至450～850℃
后再送出气化炉。所述两相流的锅炉给水和过热蒸汽的压力均比气化炉正常操作压力高
0.5～1.5MPa。本发明通过所述喷淋激冷装置，可将磷蒸汽中可能携带的熔融态磷矿粉灰渣
激冷成凝固态，并让其返回至气化炉内，使未完全反应的磷矿粉进一步反应，可减少出气化
炉磷蒸汽的灰渣及其残炭的夹带。

[0052] 高温熔融气化炉4内气化操作压力为0.1～4.5MpaG，高温熔融气化炉内的反应温度是通过控制进入气化炉的磷矿粉、焦炭、氧气和蒸汽的进料流量和比例来控制，通过合理
的调节，控制气化炉内的反应温度在1000～1600℃，通过控制一次喷嘴和二次喷嘴进入的
氧气和蒸汽的流速，控制磷矿粉在气化炉内的反应停留时间在20～90s，保证气化反应效
果。

[0053] 本系统的工作过程如下：

[0054] 将原料磷矿经过破碎和碾磨干燥至粒度为100～6000μm，含水分≤10wt％的合格磷矿粉后，送入到磷矿粉仓1中，并由此进入到磷矿粉锁斗2中进行加压，采用高压氮气或高
压二氧化碳气体，通过磷矿粉锁斗2加压系统将磷矿粉加压至0.1～5.0MPaG后，由输送载气
(氮气/二氧化碳)经由磷矿粉给料罐3和进料口4.4送入到高温熔融气化炉4内进行气化反
应。

[0055] 进入到高温熔融气化炉4中的磷矿粉被从一次喷嘴4.5喷入的气化剂(氧气/蒸汽)流化，形成流化床，磷矿粉与气化剂在流化状态下发生一系列的燃烧和气化反应，生成的粗
磷蒸汽夹带磷矿粉上升，在高温熔融气化炉4中部变径处再次被从气化炉中部二次喷嘴通
入的气化剂二次流化和发生进一步的气化反应，使由进料口进入的磷矿粉充分气化生成磷
蒸汽，并沿气化炉流化上升至气化炉顶部，在气化炉顶部被设置的喷淋激冷装置由喷淋口
喷出的激冷介质(锅炉水/蒸气)进行喷淋激冷至450～850℃后，由气化炉顶部出口离开气
化炉。

[0056] 气化炉内的反应温度可通过控制进入气化炉的磷矿粉、焦炭粉、气化剂(氧气和蒸汽)的进料流量和比例来控制，通过合理调节，控制气化炉内的反应温度在1000～1600℃，
并通过控制一次喷嘴和二次喷嘴进入的氧气和蒸汽的流速，控制磷矿粉在气化炉内的反应
停留时间在20～90s，保证气化反应效果。

[0057] 气化炉顶部的喷淋激冷装置可将磷蒸汽中可能携带的熔融态磷矿粉灰渣激冷成凝固态，并让其返回至气化炉内，使磷蒸汽中夹带的未完全反应的磷矿粉进一步反应，可减
少出气化炉磷蒸汽的灰渣及其残炭夹带，同时提高气化反应的磷转化率。

[0058] 从气化炉顶部出口出来的磷蒸汽进入到与气化炉相连的高效旋风分离器5进行旋风除尘。该高效旋风分离器5可将气化炉出口磷蒸汽中粒径大于5μm以上的粉尘分离下来，
分离效率可达99％以上。气化炉生成的磷蒸汽经过气化炉顶部的喷淋激冷装置和气化炉出
口的高效旋风分离器5除尘后，可将磷蒸汽中的粉尘大部分除去，并将含尘浓度降低至≤
3
50mg/Nm后，送下游工序进一步净化处理。

[0059] 高效旋风分离器5底部的返料管与气化炉底部的返料口相连接，旋风分离器分离下来的粉尘，经分离器底部的返料管全部返回至气化炉底部，与气化炉内底部落下的未完
全反应的残渣和磷矿粉混合物一起通过气化炉底部的熔渣装置，进行高温气化和熔渣后，
形成液态渣，从气化炉底部的熔渣出口排出气化炉。气化炉底部的熔渣装置设有燃料气喷
嘴口，燃料气经由燃料气喷嘴口喷入燃烧，所使用的燃料气可以是天然气、液化石油气、或
3
经处理后的磷蒸汽(热值要求≥2000KCal/Nm)等，通过燃料气供给，将气化炉底部熔渣处
的温度控制在1650～2000℃，保证落入到气化炉底部的固体物料(主要为灰渣和未完全反
应的磷矿粉)能完全熔化形成液流，并顺利排出气化炉。从气化炉底部出口排出的熔融态
渣，落入到与气化炉底部相连的的渣激冷罐6进行激冷至160～250℃后，再通过渣锁斗的排
渣方式，将渣水混合物进一步冷却降温至50～80℃后排出气化系统。

[0060] 原料磷矿粉在气化炉内，与气化剂发生反应生成高温磷蒸汽，气化炉内气化反应压力0.1～4.5MpaG。本发明气化炉为高温熔融气化炉，与传统流化床气化炉的主要区别在
于，本发明气化炉经过有效设置，气化炉内的反应从下往上可分为四个不同区域：

[0061] ①气化炉底部熔渣区：利用气化炉底部带燃料气喷嘴的熔渣装置产生的高温将未完全反应的残碳和反应剩下的灰渣熔融形成液态熔渣，再经气化炉底部渣激冷罐6激冷后
形成玻璃体渣后排出气化炉系统，该区域平均温度可达1650℃以上；

[0062] ②气化炉中下部的一次燃烧氧化气化区：磷矿粉经气化炉中下部原料进口进入，被从气化炉下部经一次喷嘴口喷入的气化剂流化，从而形成流化床，在此区域，磷矿粉与一
次气化剂迅速发生燃烧氧化反应和气化反应，生成磷蒸汽、一氧化碳，反应温度控制在1000
～1600℃；

[0063] ③气化炉中上部的二次气化区：一次燃烧还原气化区生成的磷蒸汽夹带着磷矿粉灰渣沿气化炉体流化上升，在气化炉中上部与由二次喷嘴口喷入的气化剂发生二次气化反
应，生成以一氧化碳和黄磷为主的磷蒸汽，该区域反应温度控制在1000～1600℃；

[0064] ④气化炉顶部的激冷除尘区：经一次和二次反应生成的磷蒸汽上升至气化炉顶部，被气化炉顶部设置的喷淋激冷装置喷淋激冷，可将磷蒸汽中可能携带的熔融态磷矿粉
灰渣激冷成凝固态，并让其返回至气化炉内，使未完全反应的磷矿粉进一步反应，可减少出
气化炉磷蒸汽的灰渣及其残炭的夹带，提高气化反应的碳转化率，通过控制喷淋介质流量，
控制该区域温度在450～850℃。

[0065] 原料磷矿粉经过以上四个反应区域后，生成了以一氧化碳和黄磷为主的磷蒸汽，而气化炉内的反应温度主要是通过控制进入气化炉的磷矿粉、焦炭粉、氧气和蒸汽的进料
流量和比例来控制，通过合理的调节，控制气化炉内的反应温度在1000～1600℃，控制磷矿
粉在气化炉内的反应停留时间在20～90s，可保证气化炉内P2O5充分还原形成磷蒸汽。

[0066] 经本发明生成的磷蒸汽溶于水支撑黄磷，还可送后续工序进行氧化反应器处理后，可送往下游装置用于燃烧发电或供热、化工产品生产、制氢和制取液体燃料等。

[0067] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改
或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本申请的保护范围之内。