一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生產工藝的製作方法

2023-04-27 13:34:56

專利名稱：一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境保護治理和化工生產技術領域，涉及一種利用磷石膏分 解製備氧化鈣和二氧化硫的生產工藝。
背景技術：
我國是農業大國，每年需施用高濃度磷復肥約2000多萬噸，磷石膏是生 產溼法磷酸(溼法磷酸主要用於生產磷肥)過程中形成的廢渣，每生產一噸 溼法磷酸(以P2OOt)要產生4.5 5噸磷石膏廢渣，我國每年需生產溼法 磷酸800多萬噸，產生磷石膏廢渣4000萬噸左右，每年需新增堆放場地 2800hm2，由於磷石膏量大，組分複雜，磷石膏綜合利用一直是世界性難題。 同時由於磷石膏中含有少量磷、氟等雜質，這些雜質會通過雨水流到地下水 或附近流域，因此磷石膏長期堆放，不僅佔用大量土地，而且會因堆放場地 處理不規範對周邊環境產生汙染，更嚴重會產生潰壩事件。另一方面，我國 屬缺乏硫資源國家，為滿足十三億人口生活，必須生產大量糧食，每年需要 進口大量硫磺維持磷復肥生產，硫磺依賴國外進口程度太大，往往受制於國 外市場。
國內開展利用磷石膏制硫酸聯產水泥技術試驗已有近20年時間，技術試 驗本意是利用磷石膏制硫酸實行硫的循環利用，但收效不大，進展緩慢，分 析原因是工程投資大、尾氣中二氧化硫濃度低導致制硫酸部分設備偏大、水 泥標號較低限制了水泥的使用並且能耗高。近年來，國內許多企業大力實施磷石膏治理和綜合利用的探索，山東魯北集團開發的磷石膏產水泥和硫酸項 目，安徽銅陵化工集團開發磷石膏緩凝球、建築石膏板、紙面石膏板、土壤 改良劑技術，貴州宏福實業開發總公司及貴州開磷集團開發磷石膏緩凝球、 建築石膏板、紙面石膏板、磷石膏砌塊技術，儘管這些廠創造了許多成功經
驗，但由於磷石膏量太大，上述措施只能消耗10%左右磷石膏，每年排出90 %石膏仍需長期堆放，加之利用磷石膏制水泥及硫酸生產的水泥標號較低、 工程投資高、經濟效益差、水泥用途受限等原因，限制了該領域的發展，需 要繼續尋找磷石膏利用新途徑。

發明內容
本發明的目的是為解決現有技術中磷石膏廢渣的綜合利用度不高的不 足，提供一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生產工藝。氧化鈣可 作為工業原料，二氧化硫可以制硫酸，硫酸用於生產磷肥，從而實現硫的循 環利用。
本發明是按如下技術方案實現的
一種利用磷石膏分解製備氧化^和二氧化硫的生產工藝，是將磷石膏與 炭按照乾重為10 20: l的配比混合，造粒，製成粒徑為1 4mm的顆粒，顆 粒經乾燥脫水後投加到流化床分解爐內，使之與高溫爐氣直接接觸進行反應， 維持流化床分解爐內反應溫度在1000~1300°C，反應15 50分鐘，生成二氧 化硫氣體和氧化鈣。磷石膏中含有少量磷、氟等雜質因量少，留在氧化鈣中， 不影響氧化鈣使用。
其中，所述的磷石膏與焦炭乾燥後的重量比優選13 20: 1。 所述的磷石膏還可用脫硫石膏或天然石膏的任意一種或兩種代替。若為 兩種石膏混合物，其中兩種石膏的比例可為任意比例。所述的炭指煤炭與焦炭，優選焦炭。炭在配料前宜粉碎成粉末，其粒徑
一般控制在0.1 lmm。所述的磷石膏本身較細，打散即可。
所述的混合物料顆粒乾燥後的含水量控制在0~3%，此處0並非指顆粒 絕對不含水，而是指造粒後的顆粒乾燥後含水量接近於零，可忽略不計。
所述的流化床分解爐內高溫爐氣的氣流速度為1 4m/s。在煤氣發生爐中 產生的煤氣(如工廠有煤氣可不需新建煤氣發生爐，也可直接使用天然氣替 代煤氣)，進入到煤氣燃燒爐中燃燒產生高溫爐氣，並通過風機導入流化床分 解爐。由於焦炭與磷石膏反應生成氧化鈣和二氧化硫為還原反應，需吸收熱 量，高溫爐氣為此還原反應提供了熱量。同時高溫爐氣還為維持流化床分解 爐內的流化態操作提供了必須的氣流量。
所述的碳粉和磷石膏在流化床分解爐內反應的時間優選15~45分鐘。 所述的二氧化硫從流化床分解爐頂部排出，氧化鈣從流化床分解爐的沸 騰層排出。
流化床分解爐內操作溫度最好控制在1000 1300°C,如操作溫度過高易 導致爐內物料高溫熔融結疤，無法維持正常生產，如操作溫度過低磷石膏還 原率低，氧化鈣中未分解磷石膏含量高，影響氧化鈣產品質量，排出尾氣中 二氧化硫含量低，影響硫酸產量。同時由於爐內溫度較高，爐內氣體分布板 及風帽可以採用耐高溫的金屬或非金屬材料。
在實際的工業生產過程中，本發明可通過如下流程實施磷石膏和焦炭 粉分別經失重秤精確計量後，按一定重量比由鬥式提升機加入混合機均勻混 合，利用高度差流入到雙螺旋造粒機內造粒，再進入轉筒烘乾機內進行乾燥 脫水，乾燥後的混合物料含水量控制在3%以下，乾燥物料連續、均勻、定 量加到流化床分解爐內，與高溫爐氣直接接觸，維持流化床分解爐內反應溫度和物料反應時間，生成二氧化硫氣體從流化床分解爐頂排除，氧化韓從流 化床分解爐的沸騰層均勻連續排出。 本發明的有益效果-
開發利用磷石膏製取氧化鈣和二氧化硫技術，不僅可以解決磷石膏廢渣 綜合利用問題，製取的二氧化硫可用來生產硫酸，副產的氧化鈣可以用在建 築、道路、水產養殖、汙水處理、冶金、水泥製造等多個行業。我國每年消
耗氧化鈣3000多萬噸。生產氧化鈣一般靠碳酸鈣分解，而碳酸鈣主要由開山 挖石提供，過度開採對山體植被和安全造成較大破壞，利用磷石膏替代碳酸 鈣生產氧化鈣可以減輕對生態破壞，改善生態環境，可以大力發展循環經濟， 符合科學發展觀的要求。
本技術是採用流化床分解爐沸騰焙燒磷石膏分解工藝路線，在流化床分 解爐內利用炭還原分解磷石膏，產生固體物料氧化鈣，爐內排出氣體中含有 8~12%S02 (體積百分比)，可以製成硫酸或其他硫製品。流化床分解爐作為 反應核心設備，具有傳熱效果好、生產強度大，排出尾氣中S02含量高的特 佔。
本發明所述工藝與國內採用磷石膏制水泥分解設備一一水泥窯排出尾氣 中802含量只有7.5%左右相比(體積比)，在相同生產能力條件下，可以縮
小後續裝置(如硫酸裝置)生產設備規格，節省工程投資。此外，建設同規
模利用磷石膏分解制硫酸裝置、聯產水泥部分電耗為200度/噸酸，而本發明 利用磷石膏分解制硫酸裝置、聯產氧化鈣部分電耗僅為125度/噸酸，可見利 用本發明所述工藝分解磷石膏制硫酸聯產氧化鈣較之現有技術在制硫酸的同 時聯產水泥大大節省了耗電量。
通過簡易物料衡算，利用本發明所述的工藝每分解1噸磷石膏(幹基)可生產300公斤氧化鈣和500公斤硫酸，如年處理40萬噸磷石膏可生產12 萬噸石灰和20萬噸98%硫酸，如按生石灰250元/噸，硫酸400元/噸計，焦 炭粉800元/噸計，每年增加產值U億元，考慮折舊和公用工程消耗，每年 新增利潤約4000萬元 5000萬元，經濟效益良好。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
圖1是本發明用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的工藝流程圖。
其中1為流化床分解爐，2為風機，3為煤氣燃燒爐
具體實施例方式
實施例1
1座2萬噸/年磷石膏分解裝置裝置(以分解幹基磷石膏計)，由1條生
產線組成，其工藝如圖l所示，主要設備如下
(1) 造粒機(Q=2700kg/h，碳鋼外殼)
(2) 轉筒乾燥機D=1200mm L=8000mm 碳鋼
(3) 煤氣燃燒爐Q=260xl04kcal/h
(4) 流化床分解爐 2700kg/h ， D=l560mm
(5) 煤氣發生爐爐膛直徑1.4米，燃煤量800公斤/小時。
0.2mm粒度左右磷石膏和焦炭粉分別經失重秤精確計量後，按照乾燥後 重量比為20: 1的配比由鬥式提升機加入混合機均勻混合，再流入到雙螺旋 造粒機內造粒，形成2mm左右大小粒狀物料，進入轉筒烘乾機內進行乾燥 脫水，乾燥後的混合物料含水量控制在3%以下，乾燥物料連續、均勻、定 量加到分解爐內(磷石膏加料量2.7噸/小時，焦炭粉的加料量0.135噸/ 小時)，使之與氣流速度為3m/s的高溫爐氣直接接觸，維持爐內反應溫度在1250。C反應40分鐘，生成的二氧化硫氣體(體積百分比為11%)從爐頂排 出，氧化鈣從沸騰層均勻連續排出。
本裝置每小時可生產800公斤氧化鈣和1000公斤二氧化硫，每小時耗 電200度，年產值450 600萬元，年利潤200-350萬元，工程投資650萬元。 實施例2
設備同實施例l，其他條件如下-
0.6mm粒度左右磷石膏和焦炭分別經失重秤精確計量後，按照乾燥後重 量比為16: 1的配比由鬥式提升機加入混合機均勻混合，再流入到雙螺旋造 粒機內造粒，形成lmm左右大小粒狀物料，進入轉筒烘乾機內進行乾燥脫 水，乾燥後的混合物料含水量控制在3%以下，乾燥物料連續、均勻、定量 加到分解爐內(磷石膏加料量2.8噸/小時，焦炭的加料量0.175噸/小時)， 使之與氣流速度為2m/s的高溫爐氣直接接觸，維持爐內反應溫度在U5(TC 反應20分鐘，生成的二氧化硫氣體(體積百分比為11%)從爐頂排出，氧 化鈣從沸騰層均勻連續排出。 .
本裝置每小時可生產800公斤氧化鈣和1000公斤二氧化硫，每小時耗電200 度，年產值450-600萬元，年利潤200-300萬元，工程投資650萬元。 本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1、一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生產工藝，其特徵在於將磷石膏與炭按照乾重為10～20∶1的配比混合，造粒，製成粒徑為1～4mm的顆粒，顆粒經乾燥脫水後投加到流化床分解爐內，使之與高溫爐氣直接接觸進行反應，維持流化床分解爐內反應溫度在1000～1300℃，反應15～50分鐘，生成二氧化硫氣體和氧化鈣。
2、 根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的磷石膏與炭按照乾重為13 20: 1的配比混合。
3、 根據權利要求1和2所述的一種利用磷石膏分解製備氧化l丐和二氧化硫 的生產工藝，其特徵在於所述的磷石膏還可用脫硫石膏或天然石膏的任意一 種或兩種代替。
4、 根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的炭指煤炭或焦炭。
5、 根據權利要求4所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的炭指焦炭。
6、 根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的混合物料顆粒乾燥後的含水量控制在0~3%。
7、 根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的流化床分解爐內高溫爐氣的氣流速度為l~4m/s。
8、 根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的高溫爐氣由煤氣燃燒爐產生。
9、 根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化f丐和二氧化硫的生產工藝，其特徵在於所述的碳粉和磷石膏在流化床分解爐內反應的時間為15-45分鐘。
10、根據權利要求1所述的一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生 產工藝，其特徵在於所述的二氧化硫從流化床分解爐頂部排出，所述的氧化 鈣從流化床分解爐的沸騰層排出。
全文摘要
本發明屬於環境保護治理和化工生產技術領域，涉及一種利用磷石膏分解製備氧化鈣和二氧化硫的生產工藝。本工藝是將磷石膏與炭按照乾重為10～20∶1的配比混合，造粒，製成粒徑為1～4mm的顆粒，顆粒經乾燥脫水後投加到流化床分解爐內，使之與高溫爐氣直接接觸進行反應，維持流化床分解爐內反應溫度在1000～1300℃，反應15～50分鐘，生成二氧化硫氣體和氧化鈣。本發明不僅可以解決磷石膏廢渣綜合利用問題，排出尾氣中SO2含量高可用來生產硫酸，副產的氧化鈣可以用在建築、道路、水產養殖等多個行業，符合科學發展觀的要求，並且本發明提供的工藝較之利用磷石膏制硫酸聯產水泥大幅節省了投資和耗電量。
文檔編號C01B17/50GK101602518SQ20091018125
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月21日 優先權日2009年7月21日
發明者丁德成, 俞向東, 孫國超, 趙啟成, 陳德興 申請人:中國石化集團南京設計院