CN217264855U - 一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，包括前端给料组件、中间炉法反应组件以及后端硫酸制备组件，中间炉法反应组件包括炉法反应器，炉法反应器包括还原区与氧化区，所述还原区设置有一次空气进口、燃烧气进口以及固体物料进口，所述氧化区设置有二次空气进口，所述一次空气进口连接有一次空气装置；本实用新型还公开了一种基于磷石膏炉法的硫酸生产工艺。与现有技术相比，本实用新型通过一次风、二次风和燃气装置，使还原区和氧化区格隔离完全，以保证磷石膏的燃烧还原反应能在独立的还原区进行。本实用新型提高联瑞磷石膏的分解率达到98％，同时使排出的SO2浓度达到6‑15％，为硫酸及水泥生产打下来坚实基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工产品加工技术领域，特别涉及一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸工业的副产物，每生产1吨磷(以P2O5计算)约产生4.5～ 5.5吨磷石膏。据统计，我国全年生产磷肥约1669.93万吨，而历年来磷石膏的堆放量累计超过3亿，企业每年为此花费大量的经费用于建设渣场及其运行管理。同时磷石膏含未分解磷矿、硫化物、氟化物等杂质，大量堆放会带来环境问题，污染土壤、大气和水体。
现有的磷石膏综合利用技术主要有3类，一是将磷石膏制成石膏粉、石膏板、石膏砌块等石膏建材制品；二是将磷石膏制成水泥缓凝剂；三是分解磷石膏制硫酸联产水泥，但由于大都天然石膏资源丰富且磷石膏品质不高并含有磷、氟、硫化物等杂质，因此作为水泥缓凝剂和石膏建材制品消耗的磷石膏量相当有限；而磷石膏制硫酸联产水泥工艺流程复杂、设备繁多、能耗高、经济效益不高，因此国内磷石膏制硫酸联产水泥技术推广缓慢。目前，磷石膏的综合利用率只有30％，磷石膏的利用如制备建筑材料缺乏经济适用的预处理工艺，依然存在着提纯困难、能耗高等缺陷。磷石膏制硫酸联产水泥技术存在着生产过程复杂、能耗高、投资大、分解率低、生产规模小的难题。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，以解决现有技术利用磷石膏生产硫酸中产生的硫酸钙分解率低，二氧化硫浓度低，以及生产消耗能耗过高等技术性缺陷。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，包括前端给料组件、中间炉法反应组件以及后端硫酸制备组件，所述中间炉法反应组件包括炉法反应器，所述炉法反应器包括还原区与氧化区，所述还原区设置有一次空气进口、燃烧气进口以及固体物料进口，所述氧化区设置有二次空气进口，所述一次空气进口连接有一次空气装置，所述燃烧气进口连接有燃烧气装置，所述固体物料进口连接前端给料组件的物料出口，所述二次空气进口连接有二次空气装置，所述氧化区上部设置有SO2气体出口，所述SO2气体出口连接后端硫酸制备组件的气体进口。
优选地，所述前端给料组件包括磷石膏的脱水烘干机，前端给料组件同时包括三组分别破碎磷石膏、焦炭、硅石的破碎磨粉机和单料料仓，各组的破碎磨粉机的物料出口连接对应的单料料仓，所述单料料仓的物料出口均连接将原料均匀混合的混合机，所述混合机的出料口连接造粒机，所述造粒机的出料口连接将原料预热至200-400℃的预热器，所述预热器的出料口连接混合料仓，所述混合料仓的出料口通过连续给料器连接至还原区的固体物料进口，所述脱水烘干机的物料出口对应磷石膏破碎磨粉机的进口。
优选地，所述后端硫酸制备组件包括将SO2气体转化为SO3的净化系统、接触室以及吸收塔、成品料仓，所述净化系统的进气口连接氧化区的SO2气体出口，所述净化系统设置有文氏管、泡沫塔和电除雾器，所述吸收塔的进气口连接接触室的SO3出气口，所述吸收塔的出液口通过管道连接成品料仓。
优选地，所述燃烧气装置内设置有气体分布器、流量计、调节阀，所述一次空气装置与二次空气装置均设置有气体分布器、流量计、调节阀以及风机，所述调节阀均同时连接一个外部PLC控制器，所述连续给料器设置有称重传感器与变频电机，所述变频电机与外部PLC控制器连接，称重传感器与变频电机构成一个闭环控制的失重秤。
优选地，所述炉法反应器内壁设置有耐火隔热层。
优选地，所述炉法反应器的固渣出口对接用于生产水泥的回转窑炉，同时回转窑炉所排气体通过管道连接预热器。
优选地，所述炉法反应器中的反应温度设置在1280-1600℃，通过调节一次空气装置和二次空气装置中的调节阀和风机来控制进入炉法反应器中的空气速度以及流量，将炉法反应器中的还原区和氧化区分隔开。
本实用新型还提供了一种基于磷石膏炉法的硫酸生产工艺，包括以下步骤：
1)原料粉碎、混合：将磷石膏送入脱水烘干机脱水后与焦炭以及硅石，由抓斗送入各自的破碎磨粉机中进行破碎磨细，制成粒度<0.2mm的细粉颗粒，磨细后的磷石膏、焦炭、硅石分别送入各自的单料料仓中，在各自单料料仓按配制比例经称量后进入混合机中进行均匀混合；
2)造粒、给料：混合好后的混合料再送入造粒机中造粒，造粒后的料进入预热器中预热至200-400℃后送入混合料仓和连续给料器中，连续给料器通过失重秤按设定进料流量输送原料进入炉法反应器中进行还原、氧化反应：
炉法反应器中所进行的化学反应为：
2CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑
CaSO4+2C→CaS+2CO2↑
CaS+3CaSO4→4CaO+4SO2↑
2P2+5O2→2P2O5；
3)SO2气体制备：连续给料器通过炉法反应器的固体物料进口将混合物料送入炉内还原区，一次空气装置定量向还原区通入空气，燃烧气装置定量向还原区通入燃气，所述燃气与空气内的氧气燃烧提供磷石膏还原的能量，所述燃气与空气内的氧气燃烧构成的火焰区域形成独立的还原区，还原反应产物SO2 在火焰高压的作用下上浮由炉体上方出口排出，在氧化区内二次空气装置通入定量空气，使还原反应中剩余的原料残渣进行氧化燃烧，氧化热通过热辐射向下传递并利用于还原反应中；
4)硫酸的制备：物料在炉法反应器中完成反应后生成的SO2气体经文氏管、泡沫塔、电子除雾进行降温、除尘、去杂完成后进入接触室，并在接触室内由五氧化钒进行催化反应生成SO3,后经吸收塔吸收水合产生硫酸，进入成品料仓，完成硫酸的制备过程。
优选地，所述步骤4)后还包括将炉法反应器内的固渣制作水泥的工艺，具体为：炉法反应器内还原区的固体反应残渣由炉体下方残渣出料口排出，进入回转窑炉并由配料口输送相应配料，经回转窑炉在1300-1450℃煅烧后得水泥熟料，水泥熟料输入成品料仓，同时炉气可通过回转窑炉上方气体出口进入预热器中，回收热能。
优选地，所述一次空气装置、二次空气装置、燃烧气装置以及失重秤分别通过外部PLC控制器控制使用。
与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：
本实用新型的基于磷石膏炉法的硫酸生产系统及生产工艺，通过一次风、二次风和燃气装置，使还原区和氧化区格隔离完全，以保证磷石膏的燃烧还原反应能在独立的还原区进行，提高了磷石膏的分解率。另该反应器在氧化区通入二次空气，可使残余气体和残余原料进行氧化燃烧，使氧化热传递至还原区进行利用，降低了能耗和生产成本，同时降低残渣中的杂质含量并提高最终产物的质量。该工作方式能提高磷石膏的分解率达到98％，同时使排出的SO2浓度达到6-15％，为硫酸及水泥生产打下来坚实基础；
本实用新型炉法反应器，其底部结构可采用能产生高限速，使进入物质呈悬浮态以及流态化，防止结块，同时提升了反应效率；
本实用新型炉法反应器，其技术能大幅提升磷石膏的分解率以及反应传热效率。与现有技术相比，能降低30％的热能和40％的电能消耗。同时该装置易与现有的硫精砂生产硫酸生产线兼容，投资小，维修成本低。
附图说明
图1为本实用新型基于磷石膏炉法的硫酸生产系统的设备布局图。
图中：炉法反应器1，还原区2，氧化区3，一次空气进口4，燃烧气进口5，固体物料进口6，二次空气进口7，一次空气装置8，燃烧气装置9，二次空气装置10，SO2气体出口11，脱水烘干机12，破碎磨粉机13，单料料仓14，混合机15，造粒机16，连续给料器17，预热器18，接触室19，吸收塔20、成品料仓21，文氏管22、泡沫塔23，电除雾器24，混合料仓25，流量计26、调节阀27，风机28，外部PLC控制器29，回转窑炉30，水泥成品料仓31。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，包括前端给料组件、中间炉法反应组件以及后端硫酸制备组件，所述中间炉法反应组件包括炉法反应器1，所述炉法反应器1包括还原区2与氧化区3，所述还原区1设置有一次空气进口4、燃烧气进口5以及固体物料进口6，所述氧化区3设置有二次空气进口7，所述一次空气进口4连接有一次空气装置8，所述燃烧气进口5连接有燃烧气装置9，所述固体物料进口6连接前端给料组件的物料出口，所述二次空气进口7连接有二次空气装置10，所述氧化区3上部设置有SO2气体出口11，所述SO2气体出口11连接后端硫酸制备组件的气体进口。
所述前端给料组件包括磷石膏的脱水烘干机12，前端给料组件同时包括三组分别破碎磷石膏、焦炭、硅石的破碎磨粉机13和单料料仓14，各组的破碎磨粉机13的物料出口连接对应的单料料仓14，所述单料料仓14的物料出口均连接将原料均匀混合的混合机15，所述混合机15的出料口连接造粒机16，所述造粒机16的出料口连接将原料预热至200-400℃的预热器18，所述预热器18 的出料口连接混合料仓25，所述混合料仓25的出料口通过连续给料器17连接至还原区2的固体物料进口6，所述脱水烘干机12的物料出口对应磷石膏破碎磨粉机13的进口。
所述后端硫酸制备组件包括将SO2气体转化为SO3的净化系统、接触室19 以及吸收塔20、成品料仓21，所述净化系统的进气口连接氧化区3的SO2气体出口11，所述净化系统设置有文氏管22、泡沫塔23和电除雾器24，所述吸收塔20的进气口连接接触室19的SO3出气口，所述吸收塔20的出液口通过管道连接成品料仓21。
所述燃烧气装置9内设置有气体分布器、流量计26、调节阀27，所述一次空气装置8与二次空气装置10均设置有气体分布器、流量计26、调节阀27以及风机28，所述调节阀27均同时连接一个外部PLC控制器29，所述连续给料器17设置有称重传感器与变频电机，所述变频电机与外部PLC控制器29连接，称重传感器与变频电机构成一个闭环控制的失重秤。
所述炉法反应器1内壁设置有耐火隔热层，耐火隔热层用于避免炉内的热量向炉外辐射，由于在炉法反应器1中完成还原和氧化反应，而还原反应是吸热反应，热量大都由燃烧气装置提供的燃气燃烧提供，氧化反应是放热反应，所述炉法反应器1中氧化反应区域内的热量会通过辐射的方式将近一半的热量传递至还原区供还原反应利用，从而可大大减少燃气的消耗。
所述炉法反应器1的固渣出口对接用于生产水泥的回转窑炉30，同时回转窑炉30所排气体通过管道连接预热器18，炉法反应器1出来的固渣中硫、氟等元素含量极少，所述回转窑炉30生产出的水泥质量较高，可直接应用于工业建设。
所述炉法反应器1中的反应温度设置在1280-1600℃，通过调节一次空气装置8和二次空气装置10中的调节阀27和风机28来控制进入炉法反应器1中的空气速度以及流量，将炉法反应器中1的还原区2和氧化区3分隔开，极大提高了磷石膏脱硫的效率，同时进入炉法反应器中1的还原区2的混合原理为悬浮态以及流态化，进一步提高了脱硫的效率。
本实用新型还提供了一种基于磷石膏炉法的硫酸生产工艺，包括以下步骤：
1)原料粉碎、混合：将磷石膏送入脱水烘干机脱水后与焦炭以及硅石，由抓斗送入各自的破碎磨粉机中进行破碎磨细，制成粒度<0.2mm的细粉颗粒，磨细后的磷石膏、焦炭、硅石分别送入各自的单料料仓中，在各自单料料仓按配制比例经称量后进入混合机中进行均匀混合；
2)造粒、给料：混合好后的混合料再送入造粒机中造粒，造粒后的料进入预热器中预热至200-400℃后送入混合料仓和连续给料器中，连续给料器通过失重秤按设定进料流量输送原料进入炉法反应器中进行还原、氧化反应：
炉法反应器中所进行的化学反应为：
2CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑
CaSO4+2C→CaS+2CO2↑
CaS+3CaSO4→4CaO+4SO2↑
2P2+5O2→10P2O5；
3)SO2气体制备：连续给料器通过炉法反应器的固体物料进口将混合物料送入炉内还原区，一次空气装置定量向还原区通入空气，燃烧气装置定量向还原区通入燃气，所述燃气与空气内的氧气燃烧提供磷石膏还原反应的能量，所述燃气与空气内的氧气燃烧构成的火焰区域形成独立的还原区，还原反应产物 SO2在火焰高压的作用下上浮由炉体上方出口排出，在氧化区内二次空气装置通入定量空气，使还原反应中剩余的原料残渣进行氧化燃烧，氧化热通过热辐射向下传递并利用于还原反应中；
4)硫酸的制备：物料在炉法反应器中完成反应后生成的SO2气体经文氏管、泡沫塔、电子除雾进行降温、除尘、去杂完成后进入接触室，并在接触室内由五氧化钒进行催化反应生成SO3,后经吸收塔吸收水合产生硫酸，进入成品料仓，完成硫酸的制备过程。
优选地，所述步骤4)后还包括将炉法反应器内的固渣制作水泥的工艺，具体为：炉法反应器内还原区的固体反应残渣由炉体下方残渣出料口排出，进入回转窑炉并由配料口输送相应配料，经回转窑炉在1300-1450℃煅烧后得水泥熟料，水泥熟料输入成品料仓，同时炉气可通过回转窑炉上方气体出口进入预热器中，回收热能。
优选地，所述一次空气装置、二次空气装置、燃烧气装置以及失重秤分别通过外部PLC控制器控制使用。
实施例一
本磷石膏炉法硫酸生产系统，包括：磷石膏的脱水烘干机12、破碎磨粉机 13和单料料仓14；焦炭的破碎磨粉机13和单料料仓14；硅石的破碎磨粉机13 和单料料仓14，将各种原料均匀混合的混合机15、造粒机16、连续给料器17，还原反应与氧化反应均在炉法反应器1中进行，产生的SO2气体依次经净化系统(文氏管22、泡沫塔23、电除雾器24)、接触室19、吸收塔20后进入成品料仓21。固体残渣经回转窑炉30制备水泥后进入水泥成品料仓31。
使用时，磷石膏由烘干机12脱水后与焦炭、硅石，由抓斗送入料仓，然后再送入各自的破碎磨粉机13中进行破碎磨细，磨细后的磷石膏、焦炭、硅石分别送入各自单料料仓14中，在这里按配制比例要求经称量后进入混合机15中进行均匀混合，混合好后的料再送入造粒机15中造粒，造粒后的料进入预热器 18加热至250℃左右，后进入混合料仓和连续给料器17中，连续给料器17是一个失重称量系统，物料按设定要求连续进入炉法反应器1中进行反应。
炉法反应器1中所进行的化学反应为：
2CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑
CaSO4+2C→CaS+2CO2↑
CaS+3CaSO4→4CaO+4SO2↑
2P2+5O2→10P2O5；
炉法反应器1温度控制在1280-1320℃，其所需的热量由燃烧气装置9、一次空气装置8、二次空气装置10提供，其中炉法反应器1底部通入的一次空气和炉法反应器1中部通入二次空气温度为300℃左右，完成反应后生成的SO2气体后经文氏管22、泡沫塔23和电除雾器24进行降温、除尘、去杂，然后进入接触室19由五氧化钒进行催化反应生成SO3,后经吸收塔20吸收水合产生硫酸，进入成品料仓21。同时炉法反应器1完成反应后生成的氧化钙等残渣(水泥半熟料)由残渣出口通入回转窑炉30，另加入相应配料，在1350-1450℃中，烧结 30分钟后产出水泥熟料并进入水泥成品料仓31，同时回转窑炉30产生的气体经窑炉气体出口通入预热器18回收热能，促进能源回收利用。
综合本实用新型的系统设备构造以及生产工艺可知。本实用新型的基于磷石膏炉法的硫酸生产系统及生产工艺，通过一次风、二次风和燃气装置，使还原区和氧化区格隔离完全，以保证磷石膏的燃烧还原反应能在独立的还原区进行，提高了磷石膏的分解率。另该反应器在氧化区通入二次空气，可使残余气体和残余原料进行氧化燃烧，使氧化热传递至还原区进行利用，降低了能耗和生产成本，同时降低残渣中的杂质含量并提高最终产物的质量。该工作方式能提高磷石膏的分解率达到98％，同时使排出的SO2浓度达到6-15％，为硫酸及水泥生产打下来坚实基础。
Claims (5)
1.一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，其特征在于：包括前端给料组件、中间炉法反应组件以及后端硫酸制备组件，所述中间炉法反应组件包括炉法反应器，所述炉法反应器包括还原区与氧化区，所述还原区设置有一次空气进口、燃烧气进口以及固体物料进口，所述氧化区设置有二次空气进口，所述一次空气进口连接有一次空气装置，所述燃烧气进口连接有燃烧气装置，所述固体物料进口连接前端给料组件的物料出口，所述二次空气进口连接有二次空气装置，所述氧化区上部设置有SO2气体出口，所述SO2气体出口连接后端硫酸制备组件的气体进口，所述前端给料组件包括磷石膏的脱水烘干机，前端给料组件同时包括三组分别破碎磷石膏、焦炭、硅石的破碎磨粉机和单料料仓，各组的破碎磨粉机的物料出口连接对应的单料料仓，所述单料料仓的物料出口均连接将原料均匀混合的混合机，所述混合机的出料口连接造粒机，所述造粒机的出料口连接将原料预热至200-400℃的预热器，所述预热器的出料口连接混合料仓，所述混合料仓的出料口通过连续给料器连接至还原区的固体物料进口，所述脱水烘干机的物料出口对应磷石膏破碎磨粉机的进口。
2.如权利要求1所述的基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，其特征在于，所述后端硫酸制备组件包括将SO2气体转化为SO3的净化系统、接触室以及吸收塔、成品料仓，所述净化系统的进气口连接氧化区的SO2气体出口，所述净化系统设置有文氏管、泡沫塔和电除雾器，所述吸收塔的进气口连接接触室的SO3出气口，所述吸收塔的出液口通过管道连接成品料仓。
3.如权利要求2所述的基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，其特征在于，所述燃烧气装置内设置有气体分布器、流量计、调节阀，所述一次空气装置与二次空气装置均设置有气体分布器、流量计、调节阀以及风机，所述调节阀均同时连接一个外部PLC控制器，所述连续给料器设置有称重传感器与变频电机，所述变频电机与外部PLC控制器连接，称重传感器与变频电机构成一个闭环控制的失重秤。
4.如权利要求3所述的基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，其特征在于，所述炉法反应器内壁设置有耐火隔热层。
5.如权利要求3所述的基于磷石膏炉法的硫酸生产系统，其特征在于，所述炉法反应器的固渣出口对接用于生产水泥的回转窑炉，同时回转窑炉所排气体通过管道连接预热器。
Priority Applications (1)
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| CN202123164316.9U CN217264855U (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统 |
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| CN202123164316.9U CN217264855U (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN217264855U true CN217264855U (zh) | 2022-08-23 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114148993A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-08 | 杭州亚太化工设备有限公司 | 一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统以及生产工艺 |
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2021
- 2021-12-16 CN CN202123164316.9U patent/CN217264855U/zh active Active
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| CN114148993A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-08 | 杭州亚太化工设备有限公司 | 一种基于磷石膏炉法的硫酸生产系统以及生产工艺 |
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