203851. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés foszforpentoxid és foszforsav előállítására a readcióhő hasznosításával
1 HU 203 851 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés foszforpentoxid és foszforsav előállítására a reakcióhő hasznosításával. A 0 046 865 A2 sz. európai szabadalmi bejelentésből már ismert olyan eljárás foszforpentoxid előállítására, ahol elemi foszfort levegő segítségével elégetnek, és energiatakarékosság céljából a reakcióhőt hasznosítják. Az említett eljárásra jellemző, hogy a foszfort szárított, 5-0,01 g/m3 vizet tartalmazó levegővel égetik el olyan égőkamrában, amelynek fémfalai üreges hűtőrendszerként vannak kiképezve, és a hűtőrendszerben a reakcióhő hordozójaként alkalmas folyadékot, illetve folyadék-gőz-keveréket (1-150). Hr Pa nyomáson és 150-500 'C hőmérsékleten körfolyamatban vezetnek; jellemző továbbá, hogy a hűtőrendszerben keletkező gőzt folyamatosan elvezetik és megfelelő mennyiségű friss vízzel pótolják, és az égőkamrából távozó forró P205-gőzt kondenzálják vagy feldolgozzák. A cirkuláltatott hűtőfolyadék előnyösen víz. Az égőkamra falai, illetve a hűtőrendszer rozsdamentes acélból készülhet. A hűtőrendszer előnyösen közvetlenül egymáshoz hegesztett csövekből álló fémes csőfalként van kiképezve, például membrános csőfalként. Az egyes csövek függőlegesen vagy vízszintesen lehetnek elrendezve. Az égőkamrából távozó foszforpentoxid gőz hőmérséklete 300-1000 *C; a gőz foszforsavvá dolgozható fel. Az elemi foszfor elégetésekor keletkező reakcióhő visszanyerésére a 0 037 735 sz. európai szabadalmi bejelentés ismertet eljárást, amely szerint az ultrafoszforsav (molekulánként legalább 3 foszforatomot tartalmazó, víz:P205= 0-1 arányú foszforsav; vö.: A. V. Slack: „Phosphoric Acid”, 1. kötet, II. rész, 1968, 486-488. old.) előállítására a foszfort víz jelenlétében égetik el. A foszforpentoxidot tartalmazó termékáram csőkígyó mellett halad el, és a csőkígyó külső hőmérsékletét hőközvetítő folyadék 100-900 ’C-on tartja. A 79 84 890 sz. publikált japán szabadalmi bejelentés olyan berendezést ismertet, amelyben égető kemencében folyékony foszfort száraz levegővel foszforpentoxiddá égetnék, 2000 ‘C-ot meghaladó hőmérsékleten. A kemence falát csövekből álló hűtőrendszer veszi körül, így a reakcióterméket 800-1000 °C-ra hűtik. Az említett japán leírás mutatja, hogy a hűtőközeg a kemencefalat körfolyamatban áramolja át, és a körfolyamatba gőzleválasztó van beiktatva. Egy járulékos másik, párhuzamosan kapcsolt hűtőkör az égető kemence felső, keskenyedő tartományát hűtio. A 196 574 lsz. magyar szabadalmi leírás tárgya eljárás és berendezés foszforpentoxid előállítására a reakcióhő hasznosítása mellett. Az ott leírt berendezés égőkamrája hengeralakú tartály, magassága és átmérője közötti arány 2,5:1 és 5:1 között változhat. A köralakú fenéklemezen az égő axiálszimmetrikusan van elrendezve, így a hőátadó felületek lerakódásmentesek maradnak, illetve csak csekély mennyiségű, egyenletes lerakódás képződik. A leírt példa szerint a hőhordozóként szereplő víz az égési folyamatban felszabaduló hő 65%-át veszi fel az acél csőfalakon át; a víz részben elpárolog. A találmány célja a reakcióhő hasznosításának javítása volt. A találmány szerinti eljárás lehetővé teszi a reakcióhő még teljesebb hasznosítását, különösen akkor, ha a reakciógázban lévő foszforpentoxidot közvetlenül foszforsavvá akarjuk feldolgozni. A találmány tárgya tehát eljárás foszforpentoxid és foszforsav előállítására elemi foszfor rozsdamentes acélból készült égőkamrában szárított levegővel történő elégetése útján, a reakcióhő hasznosítása mellett, ahol az égőkamra fala üreges hűtőrendszerként van kiképezve, amelyben hőhordozóként vizet vagy vízgőz-elegyet 100-370 °C-on és (1-220). 105 Pa nyomáson cirkuláltatunk és a htőrendszerben keletkezett gőzt folyamatosan elvezetjük és megfelelő mennyiségű sómentesített friss vízzel pótoljuk, és az égőkamrából távozó gőznemű foszforpentoxidot kondenzáljuk és foszforsavban elnyeletjük. Az eljárásra jellemző, hogy az égőkamrából 500-1000 *C hőmérséklettel kilépő gáznemű foszforpentoxid hőtartalmának egy részét egy első hőcserélőben az elemi foszfor elégetésére szükséges száraz levegő 70-300 °C-ra való előmelegítésére hasznosítjuk; hogy a hőcserélőből gáz alakjában kiáramló foszforpentoxidot egy további hőcserélőben a sómentesített gáztalanított friss hűtővíz 50-200 ‘C- ra történő előmelegítésére használjuk; és végül a hűtőrendszerből távozó vízgőzt az égőkamra felső tartományában elhelyezett hőcserélőn keresztül vezetve a gáznemű foszforpentoxid hőtartalmával állandó nyomás mellett 400-600 *C-ra felhevítjük, és adott esetben a gőznemű foszforpentoxid foszforsavban történő abszorbeáltatása útján kapott forró, tömény foszforsavval a sómentesített friss vizet 40-80 *C-ra melegítjük. Előnyösen hőhordozóként teljesen sómentesített, gáztalanított, 0,01-0,1 mg/1 oxigéntartalmú és 0,01- 0,5 mg/1 klórtartalmú vizet alkalmazunk. A találmányhoz berendezés is tartozik a fenti eljárás megvalósítására, mely berendezés a folyékony sárga foszfor és a száraz levegő szállítását szolgáló vezetékekkel ellátott, rozsdamentes acélból készült égőkamrából áll, és az égőkamra fala üreges hűtőrendszerként van kiképezve, a hűtőrendszerhez gőzelválasztó kapcsolódik, és az égőkamrából kiinduló termékvezetékhez abszorpciós torony csatlakozik, amelynek szivattyúval és hűtővel ellátott foszforsav-cirkuláltató vezetéke van. A találmány szerinti berendezésre jellemző, hogy a termékgáz-vezetékben első hőcserélő és második hőcserélő helyezkedik el; az első hőcserélőből az előmelegített levegőt az égőkamrába szállító csővezeték indul; hogy a friss vizet szállító vezeték csövek és puffertartály közbeiktatásával kapcsolatban áll a második hőcserélővel; hogy az abszorpciós toronyhoz tartozó cirkuláltató vezetékben harmadik hőcserélő helyezkedik el, amelyen keresztül a friss vizet szállító, a gőzelválasztóhoz kapcsolódó vezeték halad. A berendezést az alábbiakban a mellékelt vázlatos rajz segítségével közelebbről ismertetjük. A rozsdamentes acélból készült, hengeralakú 1 égőkamrát, amelynek magassága és átmérője közötti arány 2,5:1 és 5:1 közötti érték, egymáshoz hegesztett függőleges csövekből álló 2 fal határolja körül, ame-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
