CN101602518A

CN101602518A - 一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺

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Publication number: CN101602518A
Application number: CNA2009101812513A
Authority: CN
Inventors: 陈德兴; 赵启成; 孙国超; 丁德成; 俞向东
Original assignee: Sinopec Nanjing Design Institute
Current assignee: Sinopec Nanjing Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2009-12-16

Abstract

本发明属于环境保护治理和化工生产技术领域，涉及一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺。本工艺是将磷石膏与炭按照干重为10～20∶1的配比混合，造粒，制成粒径为1～4mm的颗粒，颗粒经干燥脱水后投加到流化床分解炉内，使之与高温炉气直接接触进行反应，维持流化床分解炉内反应温度在1000～1300℃，反应15～50分钟，生成二氧化硫气体和氧化钙。本发明不仅可以解决磷石膏废渣综合利用问题，排出尾气中SO₂含量高可用来生产硫酸，副产的氧化钙可以用在建筑、道路、水产养殖等多个行业，符合科学发展观的要求，并且本发明提供的工艺较之利用磷石膏制硫酸联产水泥大幅节省了投资和耗电量。

Description

一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺

技术领域

本发明属于环境保护治理和化工生产技术领域，涉及一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺。

背景技术

我国是农业大国，每年需施用高浓度磷复肥约2000多万吨，磷石膏是生产湿法磷酸(湿法磷酸主要用于生产磷肥)过程中形成的废渣，每生产一吨湿法磷酸(以P₂O₅计)要产生4.5～5吨磷石膏废渣，我国每年需生产湿法磷酸800多万吨，产生磷石膏废渣4000万吨左右，每年需新增堆放场地2800hm²，由于磷石膏量大，组分复杂，磷石膏综合利用一直是世界性难题。同时由于磷石膏中含有少量磷、氟等杂质，这些杂质会通过雨水流到地下水或附近流域，因此磷石膏长期堆放，不仅占用大量土地，而且会因堆放场地处理不规范对周边环境产生污染，更严重会产生溃坝事件。另一方面，我国属缺乏硫资源国家，为满足十三亿人口生活，必须生产大量粮食，每年需要进口大量硫磺维持磷复肥生产，硫磺依赖国外进口程度太大，往往受制于国外市场。

国内开展利用磷石膏制硫酸联产水泥技术试验已有近20年时间，技术试验本意是利用磷石膏制硫酸实行硫的循环利用，但收效不大，进展缓慢，分析原因是工程投资大、尾气中二氧化硫浓度低导致制硫酸部分设备偏大、水泥标号较低限制了水泥的使用并且能耗高。近年来，国内许多企业大力实施磷石膏治理和综合利用的探索，山东鲁北集团开发的磷石膏产水泥和硫酸项目，安徽铜陵化工集团开发磷石膏缓凝球、建筑石膏板、纸面石膏板、土壤改良剂技术，贵州宏福实业开发总公司及贵州开磷集团开发磷石膏缓凝球、建筑石膏板、纸面石膏板、磷石膏砌块技术，尽管这些厂创造了许多成功经验，但由于磷石膏量太大，上述措施只能消耗10％左右磷石膏，每年排出90％石膏仍需长期堆放，加之利用磷石膏制水泥及硫酸生产的水泥标号较低、工程投资高、经济效益差、水泥用途受限等原因，限制了该领域的发展，需要继续寻找磷石膏利用新途径。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中磷石膏废渣的综合利用度不高的不足，提供一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺。氧化钙可作为工业原料，二氧化硫可以制硫酸，硫酸用于生产磷肥，从而实现硫的循环利用。

本发明是按如下技术方案实现的：

一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，是将磷石膏与炭按照干重为10～20∶1的配比混合，造粒，制成粒径为1～4mm的颗粒，颗粒经干燥脱水后投加到流化床分解炉内，使之与高温炉气直接接触进行反应，维持流化床分解炉内反应温度在1000～1300℃，反应15～50分钟，生成二氧化硫气体和氧化钙。磷石膏中含有少量磷、氟等杂质因量少，留在氧化钙中，不影响氧化钙使用。

其中，所述的磷石膏与焦炭干燥后的重量比优选13～20∶1。

所述的磷石膏还可用脱硫石膏或天然石膏的任意一种或两种代替。若为两种石膏混合物，其中两种石膏的比例可为任意比例。

所述的炭指煤炭与焦炭，优选焦炭。炭在配料前宜粉碎成粉末，其粒径一般控制在0.1～1mm。所述的磷石膏本身较细，打散即可。

所述的混合物料颗粒干燥后的含水量控制在0～3％，此处0并非指颗粒绝对不含水，而是指造粒后的颗粒干燥后含水量接近于零，可忽略不计。

所述的流化床分解炉内高温炉气的气流速度为1～4m/s。在煤气发生炉中产生的煤气(如工厂有煤气可不需新建煤气发生炉，也可直接使用天然气替代煤气)，进入到煤气燃烧炉中燃烧产生高温炉气，并通过风机导入流化床分解炉。由于焦炭与磷石膏反应生成氧化钙和二氧化硫为还原反应，需吸收热量，高温炉气为此还原反应提供了热量。同时高温炉气还为维持流化床分解炉内的流化态操作提供了必须的气流量。

所述的碳粉和磷石膏在流化床分解炉内反应的时间优选15～45分钟。

所述的二氧化硫从流化床分解炉顶部排出，氧化钙从流化床分解炉的沸腾层排出。

流化床分解炉内操作温度最好控制在1000～1300℃，如操作温度过高易导致炉内物料高温熔融结疤，无法维持正常生产，如操作温度过低磷石膏还原率低，氧化钙中未分解磷石膏含量高，影响氧化钙产品质量，排出尾气中二氧化硫含量低，影响硫酸产量。同时由于炉内温度较高，炉内气体分布板及风帽可以采用耐高温的金属或非金属材料。

在实际的工业生产过程中，本发明可通过如下流程实施：磷石膏和焦炭粉分别经失重秤精确计量后，按一定重量比由斗式提升机加入混合机均匀混合，利用高度差流入到双螺旋造粒机内造粒，再进入转筒烘干机内进行干燥脱水，干燥后的混合物料含水量控制在3％以下，干燥物料连续、均匀、定量加到流化床分解炉内，与高温炉气直接接触，维持流化床分解炉内反应温度和物料反应时间，生成二氧化硫气体从流化床分解炉顶排除，氧化钙从流化床分解炉的沸腾层均匀连续排出。

本发明的有益效果：

开发利用磷石膏制取氧化钙和二氧化硫技术，不仅可以解决磷石膏废渣综合利用问题，制取的二氧化硫可用来生产硫酸，副产的氧化钙可以用在建筑、道路、水产养殖、污水处理、冶金、水泥制造等多个行业。我国每年消耗氧化钙3000多万吨。生产氧化钙一般靠碳酸钙分解，而碳酸钙主要由开山挖石提供，过度开采对山体植被和安全造成较大破坏，利用磷石膏替代碳酸钙生产氧化钙可以减轻对生态破坏，改善生态环境，可以大力发展循环经济，符合科学发展观的要求。

本技术是采用流化床分解炉沸腾焙烧磷石膏分解工艺路线，在流化床分解炉内利用炭还原分解磷石膏，产生固体物料氧化钙，炉内排出气体中含有8～12％SO₂(体积百分比)，可以制成硫酸或其他硫制品。流化床分解炉作为反应核心设备，具有传热效果好、生产强度大，排出尾气中SO₂含量高的特点。

本发明所述工艺与国内采用磷石膏制水泥分解设备——水泥窑排出尾气中SO₂含量只有7.5％左右相比(体积比)，在相同生产能力条件下，可以缩小后续装置(如硫酸装置)生产设备规格，节省工程投资。此外，建设同规模利用磷石膏分解制硫酸装置、联产水泥部分电耗为200度/吨酸，而本发明利用磷石膏分解制硫酸装置、联产氧化钙部分电耗仅为125度/吨酸，可见利用本发明所述工艺分解磷石膏制硫酸联产氧化钙较之现有技术在制硫酸的同时联产水泥大大节省了耗电量。

通过简易物料衡算，利用本发明所述的工艺每分解1吨磷石膏(干基)，可生产300公斤氧化钙和500公斤硫酸，如年处理40万吨磷石膏可生产12万吨石灰和20万吨98％硫酸，如按生石灰250元/吨，硫酸400元/吨计，焦炭粉800元/吨计，每年增加产值1.1亿元，考虑折旧和公用工程消耗，每年新增利润约4000万元～5000万元，经济效益良好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的工艺流程图。

其中1为流化床分解炉，2为风机，3为煤气燃烧炉

具体实施方式

实施例1

1座2万吨/年磷石膏分解装置装置(以分解干基磷石膏计)，由1条生产线组成，其工艺如图1所示，主要设备如下：

(1)造粒机(Q＝2700kg/h，碳钢外壳)

(2)转筒干燥机D＝1200mm L＝8000mm 碳钢

(3)煤气燃烧炉Q＝260×10⁴kcal/h

(4)流化床分解炉2700kg/h，D＝1560mm

(5)煤气发生炉炉膛直径1.4米，燃煤量800公斤/小时。

0.2mm粒度左右磷石膏和焦炭粉分别经失重秤精确计量后，按照干燥后重量比为20∶1的配比由斗式提升机加入混合机均匀混合，再流入到双螺旋造粒机内造粒，形成2mm左右大小粒状物料，进入转筒烘干机内进行干燥脱水，干燥后的混合物料含水量控制在3％以下，干燥物料连续、均匀、定量加到分解炉内(磷石膏加料量：2.7吨/小时，焦炭粉的加料量：0.135吨/小时)，使之与气流速度为3m/s的高温炉气直接接触，维持炉内反应温度在1250℃反应40分钟，生成的二氧化硫气体(体积百分比为11％)从炉顶排出，氧化钙从沸腾层均匀连续排出。

本装置每小时可生产800公斤氧化钙和1000公斤二氧化硫，每小时耗电200度，年产值450～600万元，年利润200～350万元，工程投资650万元。

实施例2

设备同实施例1，其他条件如下：

0.6mm粒度左右磷石膏和焦炭分别经失重秤精确计量后，按照干燥后重量比为16∶1的配比由斗式提升机加入混合机均匀混合，再流入到双螺旋造粒机内造粒，形成1mm左右大小粒状物料，进入转筒烘干机内进行干燥脱水，干燥后的混合物料含水量控制在3％以下，干燥物料连续、均匀、定量加到分解炉内(磷石膏加料量：2.8吨/小时，焦炭的加料量：0.175吨/小时)，使之与气流速度为2m/s的高温炉气直接接触，维持炉内反应温度在1150℃反应20分钟，生成的二氧化硫气体(体积百分比为11％)从炉顶排出，氧化钙从沸腾层均匀连续排出。

本装置每小时可生产800公斤氧化钙和1000公斤二氧化硫，每小时耗电200度，年产值450～600万元，年利润200～300万元，工程投资650万元。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1、一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于将磷石膏与炭按照干重为10～20∶1的配比混合，造粒，制成粒径为1～4mm的颗粒，颗粒经干燥脱水后投加到流化床分解炉内，使之与高温炉气直接接触进行反应，维持流化床分解炉内反应温度在1000～1300℃，反应15～50分钟，生成二氧化硫气体和氧化钙。

2、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的磷石膏与炭按照干重为13～20∶1的配比混合。

3、根据权利要求1和2所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的磷石膏还可用脱硫石膏或天然石膏的任意一种或两种代替。

4、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的炭指煤炭或焦炭。

5、根据权利要求4所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的炭指焦炭。

6、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的混合物料颗粒干燥后的含水量控制在0～3％。

7、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的流化床分解炉内高温炉气的气流速度为1～4m/s。

8、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的高温炉气由煤气燃烧炉产生。

9、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的碳粉和磷石膏在流化床分解炉内反应的时间为15～45分钟。

10、根据权利要求1所述的一种利用磷石膏分解制备氧化钙和二氧化硫的生产工艺，其特征在于所述的二氧化硫从流化床分解炉顶部排出，所述的氧化钙从流化床分解炉的沸腾层排出。