CN115594428B - 一种磷石膏mvr干燥装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷石膏MVR干燥装置及方法，其中湿法磷酸装置含结晶水及游离水的磷石膏滤饼利用蒸汽冷凝液进行预热，预热后的磷石膏进入间接加热干燥器中使用蒸汽进行干燥，获得磷石膏粉末进入流化床干燥器中进一步干燥，其中流化床干燥器流化气与床层分布的换热器热源均为蒸汽，蒸汽由上述间接加热干燥器和流化床干燥器干燥脱水后产生的二次蒸汽利用蒸汽压缩机压缩后而来。本发明还提供了实现所述方法的系统装置，整个工艺过程核心为结合磷石膏滤饼脱水物理特性产生的蒸汽和冷凝液和机械式蒸汽再压缩技术（MVR）将磷石膏干燥后的二次蒸汽作为干燥脱水热源，实现了磷石膏低能耗的脱水干燥。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及一种磷石膏MVR干燥装置及方法。
背景技术
湿法磷酸生产过程产生大量的磷石膏，在我国的长江流域，包括贵州、重庆、湖北和安徽等地每年产生8000万吨以上的磷石膏，现有的累积堆存量超过了5亿吨。磷石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，其中的杂质分两大类：1、不溶性杂质如石英、未分解的磷灰石、不溶性P2O5、共晶P2O5、氟化物及氟、铝、镁的磷酸盐和硫酸盐。2、可溶性杂质如水溶性P2O5，溶解度较低的氟化物和硫酸盐。磷石膏中所含氟化物、游离磷酸、P2O5、磷酸盐等杂质是导致磷石膏在堆存过程中造成环境污染的主要因素。鉴于磷石膏堆存等产生的严重环境威胁，近几年推动磷石膏的综合利用，大幅度提高了磷石膏的实际应用。
磷石膏主要的用途包括：1、磷石膏建材，主要用于制备水泥缓凝剂、纸面石膏板、磷石膏砌块、石膏基砂浆、建材装饰材料和磷石膏路基材料等；2、磷石膏井下充填，主要是采用复合黄磷渣凝胶粉与磷石膏按照1:4的比例进行混合，混合物料加水进行再次混合胶结后用泵输送回矿山进行充填；3、磷石膏分解制备硫酸，是将磷石膏与焦炭粉进行混合，加入一定量的黏土等，进行高温分解，产生的固体为水泥熟料；产生的烟气经过净化、转化和吸收后可以获得硫酸。4、其他用途，包括利用磷石膏中酸性组分和微量元素中和、修复碱性土壤；利用磷石膏与碳酸铵或氯化钾等反应，获得硫酸铵或硫酸钾等产品。
在上述用途中，磷石膏作为原料生产建材产品和磷石膏分解制备硫酸和水泥等均需要磷石膏进行脱水干燥，其中来自湿法磷酸的磷石膏滤饼一般含有水分在35-40％，其中19％为结晶水，剩余为游离水，磷石膏滤饼常压状态下60℃开始脱除其中的游离水，温度升高至130-140℃脱除其中的1.5个结晶水，形成半水石膏。其中，每吨磷石膏滤饼脱除水分至半水石膏需要60-80kg标煤，需要先对磷石膏预热脱除游离水，形成干燥流动性较好的磷石膏粉，然后再流化状态下脱除结晶水，能源成本较高，在脱水过程中产生了100-105℃二次蒸汽及90-100℃冷凝液，其中冷凝液呈酸性，需要处理后才能返回锅炉系统，二次蒸汽温度较低，达不到脱除磷石膏结晶水温度，均被直接排放，浪费了大量热量。因此，如何将其中的水进行低成本脱除，将热量进行有效梯级利用，成为磷石膏作为原料生产建材和分解制备硫酸技术大规模应用的关键环节。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种磷石膏MVR脱水干燥的方法与系统装置，本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
本发明充分利用冷凝水对磷石膏进行预热，使磷石膏保持粉料状态，进入预干燥器，脱除游离水，形成流动性较好的磷石膏粉后再进入流化床，以流化床作为核心干燥设备，利用二次蒸汽压缩后的蒸汽压力保证磷石膏进行流化，设置间接加热器，将流化后的物料与内置换热器的蒸汽进行充分换热，而间接脱水干燥产生的二次蒸汽净化后通过压缩机对二次蒸汽压缩，获得温度高、压力热焓提升的蒸汽，持续输送至间接加热室作为加热热源，在增加一部分用电量的情况下，获得脱水干燥用的热源，循环利用。技术结合了流化床干燥的高效性和MVR节能优点，形成磷石膏MVR脱水干燥的新方法。
一种磷石膏MVR脱水干燥装置，所述装置包括磷石膏预热器，所述磷石膏预热器的出口与石膏预干燥器的入口连接，石膏预干燥器的出口与石膏提升机的入口连接，石膏提升机的出口与石膏流化床干燥器的入口连接，石膏流化床干燥器的气体出口与旋风除尘器的入口连接，石膏流化床干燥器固体排出脱水石膏，旋风除尘器的气体出口与低温电除尘器的气体入口连接，低温电除尘器的气体出口与蒸汽压缩机的入口连接，旋风除尘器与低温电除尘器下部固体出口排出脱水石膏，蒸汽压缩机的出口与蒸汽分配器连接。
优选地，所述蒸汽分配器出口分别与石膏预干燥器蒸汽夹套入口、石膏流化床干燥器的底部流化气入口、石膏流化床干燥器的蒸汽夹套蒸汽入口和低温电除尘器的蒸汽盘管连接，石膏流化床干燥器的蒸汽夹套蒸汽出口与流化床疏水器入口连接，流化床疏水器出口、石膏预干燥器蒸汽夹套出口和低温电除尘器蒸汽盘管出口与冷凝液收集槽入口连接，冷凝液收集槽出口与磷石膏预热器加热套入口连接。
优选地，所述石膏预干燥器与冷凝液收集槽之间设有干燥器疏水器，低温电除尘器与冷凝液收集槽之间设有除尘器疏水器。
一种磷石膏MVR脱水干燥的方法，所述方法包括以下步骤：
1)磷石膏进入磷石膏预热器，利用90-100℃蒸汽冷凝液作为热源，间接换热，将磷石膏滤饼(含水量35-40％wt，下同)从常温预热至60-70℃的同时，回收蒸汽冷凝液的热量，之后磷石膏被输送至石膏预干燥器，以机械压缩后的蒸汽作为热源进行预热，蒸汽温度135-140℃，石膏预干燥器采用间接换热，石膏预干燥器物料停留时间为1.0-1.5h，将磷石膏从含水量35-40％脱除至30-35％，磷石膏保持在粉体状态；
(2)步骤(1)将预干燥后的磷石膏粉输送至石膏流化床干燥器中，其中石膏流化床干燥器以机械压缩后的蒸汽作为流化气体和石膏流化床干燥器外加热套、内置干燥器换热器的干燥热源，使石膏流化床干燥器形成沸腾状态，磷石膏颗粒与石膏流化床干燥器外加热套、床中的换热器进行间接换热，石膏流化床干燥器温度120-135℃，换热器管内的蒸汽冷凝，形成蒸汽冷凝液与磷石膏预干燥系统的蒸汽冷凝液一起收集后作为磷石膏预热系统的热源，回收热量，得到干燥后的石膏；
(3)步骤(2)干燥产生的二次蒸汽及逸出的流化气体，进入后续的旋风除尘器进行初步的除尘，后进入低温电除尘器，将蒸汽中的粉末进行脱除，蒸汽粉尘量低于≤30mg/m3后进入蒸汽压缩机中进行压缩，蒸汽温度压缩至135-140℃，压力升高至0.20-0.25Mpa，返回磷石膏预干燥器和石膏流化床干燥器中。
优选地，所述步骤(1)中，磷石膏含水量wt％为35-40％。
优选地，所述步骤(1)中，磷石膏滤饼从常温预热至60-70℃。
优选地，所述步骤(1)中，预干燥采用间接换热，预干燥器物料停留时间 1.0-1.5h，将磷石膏从含水量降低至30-35％。
优选地，所述步骤(1)中，步骤(2)中，磷石膏流化的气速在0.1-0.20m/s，石膏流化床干燥器(4)温度120-135℃，干燥器物料停留时间1.0-1.5h。
优选地，所述步骤(1)中，步骤(2)中，干燥后的石膏含水量为7-11％，为二水石膏和半水石膏的混合物。
优选地，所述步骤(1)中，步骤(3)中，产生的二次蒸汽及逸出的流化气体，温度100-105℃，蒸汽粉尘量低于≤30mg/m3后进入蒸汽压缩机7中进行压缩至135-140℃，压力升高至0.20-0.25Mpa(表压，下同)。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明利用干燥后产生的蒸汽冷凝液，将磷石膏从常温加热至60℃，脱除部分游离水，使滤饼转变成粉态。
(2)本发明将干燥后产生的二次蒸汽进行机械压缩的措施，提高温度至 135-140℃，恰好达到了磷石膏脱除其中的1.5个结晶水的温度，实现磷石膏的脱水所需的能耗大幅度降低目标。
(3)本发明实现利用预热器，预干燥器及流化床干燥器实现热量的梯级利用。
(4)本发明以流化床作为核心干燥设备，充分利用蒸汽压缩后的蒸汽压力粉末物料进行流化，流化后的物料与内置换热器进行充分换热，大幅提高换热效率。
(5)经过过程模拟分析和实践，利用冷凝液预热磷石膏，可以有效利用脱水过程中产生的冷凝液余热，改善磷石膏状态，MVR技术将二次蒸汽进行压缩，每吨蒸汽的耗电量在120-130kw·h，相当于耗能103320～111930kcal/h(按照每kw·h电热量 861kcal核算)热量获得了600000kcal的蒸汽热源，能耗降低明显，按照电价1元/kw·h，蒸汽价格240元/吨核算，脱水干燥成本大幅下降。
附图说明
图1是一种磷石膏MVR脱水干燥的方法的工艺流程图；
图2是一种磷石膏MVR脱水干燥的方法的系统装置结构示意图；
其中：磷石膏预热器1；石膏预干燥器2；石膏提升机3；石膏流化床干燥器4，燥器壳体4-1，干燥器扩大段4-2，干燥器固体入口4-3，流化气入口4-4，干燥器锥底4-5，流化气分布板4-6，干燥器固体出口4-7，干燥器外加热套4-8，蒸汽夹套蒸汽入口4-9，蒸汽夹套蒸汽出口4-10，干燥器换热器4-11，换热器蒸汽入口4-12，换热器蒸汽出口4-13；旋风除尘器5；低温电除尘器6；蒸汽压缩机7；蒸汽分配器8；流化床疏水器9；干燥器疏水器10；除尘器疏水器11；冷凝液收集槽12。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例、附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
工艺流程主要包括以下步骤：
(1)磷石膏进入磷石膏预热器，利用90-100℃蒸汽冷凝液作为热源，间接换热，将磷石膏滤饼(含水量35-40％wt，下同)从常温预热至60-70℃的同时，回收蒸汽冷凝液的热量，之后磷石膏被输送至磷石膏预干燥器，以机械压缩后的蒸汽作为热源进行预热，蒸汽温度135-140℃，预干燥采用间接换热，将磷石膏从含水量35-40％脱除至30-35％，磷石膏保持在粉体状态。
(2)步骤(1)将预干燥后的磷石膏粉输送至流化床干燥器中，其中流化床干燥器以机械压缩后的蒸汽作为流化气体和干燥器外加热套、内置换热器的干燥热源，磷石膏流化的气速较低，保持气体流速在0.1-0.20m/s，使流化床干燥器形成沸腾状态，磷石膏颗粒与干燥器外加热套、床中的换热器进行间接换热，干燥器温度120-135℃，换热器管内的蒸汽冷凝，形成蒸汽冷凝液与磷石膏预干燥系统的蒸汽冷凝液一起收集后作为磷石膏预热系统的热源，回收热量，干燥后的石膏含水量为7-10％，为二水石膏和半水石膏的混合物。
(3)步骤(2)干燥产生的二次蒸汽及逸出的流化气体，温度100-105℃进入后续的旋风除尘器进行初步的除尘，后进入低温电除尘器，将蒸汽中的粉末进行脱除，蒸汽粉尘量低于≤30mg/m3后进入蒸汽压缩机中进行压缩，蒸汽温度压缩至 135-140℃，压力升高至0.20-0.25Mpa(表压，下同)，返回磷石膏预干燥器和流化床干燥器中。
本发明具体实施例采用如图2所示一种磷石膏MVR脱水干燥的方法的系统装置，所述系统装置包括：1磷石膏预热器；2石膏预干燥器；3石膏提升机；4石膏流化床干燥器由4-1干燥器壳体，4-2干燥器扩大段，4-3干燥器固体入口，4-4 流化气入口，4-5干燥器锥底，4-6流化气分布板，4-7干燥器固体出口，4-8干燥器外加热套，4-9蒸汽夹套蒸汽入口，4-10蒸汽夹套蒸汽出口，4-11干燥器换热器，4-12换热器蒸汽入口，4-12换热器蒸汽出口；5旋风除尘器；6低温电除尘器；7蒸汽压缩机。其中，螺旋预热器1的出口与石膏预干燥器2的入口连接，石膏预干燥器2的出口与石膏提升机3的入口连接，石膏提升机3的液体出口与石膏流化床干燥器4的入口连接，石膏流化床干燥器4的气体出口与旋风除尘器5 的入口连接，石膏流化床干燥器4固体排出脱水石膏，旋风除尘器5的气体出口与低温电除尘器6的气体入口连接低温电除尘器6的气体出口与蒸汽压缩机7的入口连接，旋风除尘器5与低温电除尘器6下部固体出口排出脱水石膏，与蒸汽压缩机7的出口与石膏预干燥器2蒸汽夹套入口，石膏流化床干燥器4(底部流化气入口4-4、蒸汽夹套蒸汽入口4-9、)和低温电除尘器6蒸汽盘管连接。
本发明所采用磷石膏来自宜都兴发化工有限公司，其主要组分组成如下表1所示。
表1
| 成分 | CaSO4 | P2O5 | SiO2 | H2O | F | Al2O3 | Others |
| 组成wt％ | 53-57 | 0.5-1.0 | 4.5-7.0 | 35-40 | 0.3-0.5 | 0.2-0.4 | 0.5-1.0 |
含水量较高，需要干燥至粉状才能进入流化床中加热。
实施例1
先将系统通入100-105℃补充蒸汽，缓慢启动蒸汽压缩机，系统产生一定的蒸汽冷凝液后，将磷石膏1000Kg(原石膏)，加入预热器中利用蒸汽冷凝液(90℃)，将磷石膏滤饼预热至65℃(预热石膏)，调整蒸汽压缩机，将压缩后蒸汽压力调整至0.25Mpa，温度140℃，通入石膏预干燥器和流化床干燥器外加热套、干燥器换热器中，将磷石膏输送至石膏预干燥器，干燥时间1.0h，形成粉末，含水量降低至30％后(干燥石膏)输送至流化床干燥器中进行脱水干燥，流化床床体温度 135℃，压力为-500Pa(表压)，物料在流化床中停留1h后进入固体出口，获得脱水石膏，石膏总含水量减低至8.0％，对各阶段磷石膏分析如下表2：
表2
由表2可知，通过三段脱水方式可以有效降低磷石膏中水分，达到单独用其他热源加热的效果。
实施例2
先将系统通入100-105℃补充蒸汽，缓慢启动蒸汽压缩机，系统产生一定的蒸汽冷凝液后，将磷石膏1000Kg(原石膏)，加入石膏预热器中利用蒸汽冷凝液 (95℃)，将磷石膏滤饼预热至65℃(预热石膏)，调整蒸汽压缩机，将压缩后蒸汽压力调整值0.20Mpa，温度135℃，通入石膏预干燥器和流化床干燥器的干燥器外加热套、干燥器换热器中，将磷石膏输送至石膏预干燥器，干燥时间1.0h，形成粉末，含水量降低至31％(干燥石膏)后输送至流化床干燥器中进行脱水干燥，流化床床体温度129℃，压力为-500Pa(表压)，物料在流化床中停留1.0h 后进入固体出口，获得脱水石膏，石膏总含水量减低至11.0％，分析如下表3：
表3
通过对比实施例1和实施例2表明，在相同的停留时间下，保持预热器中冷凝液温度，预热脱水效果相当，降低蒸压压缩蒸汽温度后，预干燥器和流化床中蒸汽温度降低，脱水效果降低，说明产生的二次蒸汽能减少补充蒸汽用量。
实施例3
调整蒸汽压缩机，将压缩后蒸汽压力调整值0.25Mpa，温度140℃，通入石膏预干燥器和流化床干燥器的干燥器外加热套、干燥器换热器中，将1000Kg磷石膏 (原石膏)输送至石膏预干燥器，干燥时间1.5h，含水量降低至30％后(干燥石膏)输送至流化床干燥器中进行脱水干燥，流化床床体温度135℃，压力为-500Pa (表压)，物料在流化床中停留1.0h后进入固体出口，获得脱水石膏，石膏总含水量减低至10.2％，分析如下表4：
表4
通过对比实施例1和实施例3表明，没有用蒸汽冷凝液预热，在相同的蒸汽温度条件下，需要延长停留时间才能达到相当的脱水效果，说明蒸汽冷凝液的余热可有效脱除磷石膏中游离水，改善磷石膏状态。
实施例4
先将系统通入100-105℃补充蒸汽，缓慢启动蒸汽压缩机，系统产生一定的蒸汽冷凝液后，将磷石膏1000Kg(原石膏)，加入石膏预热器中利用蒸汽冷凝液 (95℃)，将磷石膏滤饼预热至60℃(预热石膏)，调整蒸汽压缩机，将压缩后蒸汽压力调整值0.25Mpa，温度140℃，通入石膏预干燥器和流化床干燥器的干燥器外加热套、干燥器换热器中，将磷石膏输送至石膏预干燥器，干燥时间1.0h，形成粉末，含水量降低至30％后(干燥石膏)输送至流化床干燥器中进行脱水干燥，流化床床体温度135℃，压力为-500Pa(表压)，物料在流化床中停留1.0h 后进入固体出口，获得脱水石膏，石膏总含水量减低至7.0％，分析如表5。
表5
| 成分组成wt％ | CaSO4 | P2O5 | SiO2 | H2O | F | Al2O3 | Others | 停留时间/h |
| 原石膏 | 57.25 | 0.72 | 5.60 | 35 | 0.51 | 0.32 | 0.60 | |
| 预热石膏 | 59.25 | 0.72 | 5.67 | 32 | 0.50 | 0.29 | 0.57 | 0.5 |
| 干燥石膏 | 62.02 | 0.75 | 6.12 | 30 | 0.56 | 0.32 | 0.69 | 1.0 |
| 脱水石膏 | 81.3 | 0.81 | 9.0 | 7.0 | 0.62 | 0.45 | 0.82 | 1.0 |
由表5可知，对比实施例1和实施例4，降低原石膏水分，保持各段加热温度和停留时间，脱水效率相当，最终水分7.0％，主要为半水石膏，因为该温度条件下只能达到半水磷石膏，如果要变成无水磷石膏，需要将温度升高至磷石膏完全脱去结晶水的温度230℃。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种磷石膏MVR脱水干燥的方法，其特征在于，所述方法用到的装置包括磷石膏预热器（1），所述磷石膏预热器（1）的出口与石膏预干燥器（2）的入口连接，石膏预干燥器（2）的出口与石膏提升机（3）的入口连接，石膏提升机（3）的出口与石膏流化床干燥器（4）的入口连接，石膏流化床干燥器（4）的气体出口与旋风除尘器（5）的入口连接，石膏流化床干燥器（4）固体排出脱水石膏，旋风除尘器（5）的气体出口与低温电除尘器（6）的气体入口连接，低温电除尘器（6）的气体出口与蒸汽压缩机（7）的入口连接，旋风除尘器（5）与低温电除尘器（6）下部固体出口排出脱水石膏，蒸汽压缩机（7）的出口与蒸汽分配器（8）连接；
所述方法包括以下步骤：
S1磷石膏进入磷石膏预热器（1），利用蒸汽冷凝液作为热源，间接换热，将磷石膏滤饼从常温预热至60-70℃的同时，回收蒸汽冷凝液的热量，之后磷石膏被输送至石膏预干燥器（2），以机械压缩后的蒸汽作为热源进行预热，蒸汽温度135-140℃，石膏预干燥器（2）采用间接换热，将磷石膏从含水量35-40%脱除至30-35%，磷石膏保持在粉体状态；
S2步骤S1将预干燥后的磷石膏粉输送至石膏流化床干燥器（4）中，其中石膏流化床干燥器（4）以机械压缩后的蒸汽作为流化气体和石膏流化床干燥器（4）外加热套、内置干燥器换热器（4-11）的干燥热源，使石膏流化床干燥器（4）形成沸腾状态，磷石膏颗粒与石膏流化床干燥器（4）外加热套、床中的换热器进行间接换热，换热器管内的蒸汽冷凝，形成蒸汽冷凝液与磷石膏预干燥系统的蒸汽冷凝液一起收集后作为磷石膏预热系统的热源，回收热量，得到干燥后的石膏含水量为7-11%，为二水石膏和半水石膏的混合物；
S3步骤S2干燥产生的二次蒸汽及逸出的流化气体，进入后续的旋风除尘器（5）进行初步的除尘，后进入低温电除尘器（6），将蒸汽中的粉末进行脱除进入蒸汽压缩机（7）中进行压缩返回磷石膏预干燥器和石膏流化床干燥器（4）中；
完成磷石膏的MVR脱水干燥。
2.根据权利要求1所述的磷石膏MVR脱水干燥的方法，其特征在于，所述蒸汽分配器（8）出口分别与石膏预干燥器（2）蒸汽夹套入口、石膏流化床干燥器（4）的底部流化气入口（4-4）、石膏流化床干燥器（4）的蒸汽夹套蒸汽入口（4-9）和低温电除尘器（6）的蒸汽盘管连接，石膏流化床干燥器（4）的蒸汽夹套蒸汽出口（4-10）与流化床疏水器（9）入口连接，流化床疏水器（9）出口、石膏预干燥器（2）蒸汽夹套出口和低温电除尘器（6）蒸汽盘管出口与冷凝液收集槽（12）入口连接，冷凝液收集槽（12）出口与磷石膏预热器（1）加热套入口连接。
3.根据权利要求1所述的磷石膏MVR脱水干燥的方法，其特征在于，所述石膏预干燥器（2）与冷凝液收集槽（12）之间设有干燥器疏水器（10），低温电除尘器（6）与冷凝液收集槽（12）之间设有除尘器疏水器（11）。
4.根据权利要求1所述磷石膏MVR脱水干燥的方法，其特征在于：所述步骤S1中，石膏预干燥器（2）采用间接换热，预干燥器物料停留时间1.0-1.5 h。
5.根据权利要求1所述磷石膏MVR脱水干燥的方法，其特征在于：所述步骤S1中，步骤S2中，磷石膏流化的气速在0.1-0.20 m/s，石膏流化床干燥器（4）温度120-135℃，干燥器物料停留时间1.0-1.5h。
6.根据权利要求1所述磷石膏MVR脱水干燥的方法，其特征在于：所述步骤S1中，步骤S3中，产生的二次蒸汽及逸出的流化气体，温度100-105℃，蒸汽粉尘量低于≤30 mg/m3后进入蒸汽压缩机（7）中进行压缩至135-140℃，压力升高至0.20-0.25 Mpa。
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