一种磷石膏振动流态化分解方法技术

本发明专利技术涉及一种磷石膏振动流态化分解的方法。一种磷石膏振动流态化分解方法，其特征在于它包括如下步骤：１）磷石膏预处理；２）复合型外加剂的制备；３）复合型外加剂与磷石膏粉料按质量配比为１∶７混合均匀，得到混合料；４）设备的准备；５）还原分解：混合料送入窑外均匀流态化分解炉，在Ａｒ气氛保护下升温至８５０～１１００℃，然后以５～５０ｍＬ／ｍｉｎ的流量通入ＣＯ，并使ＣＯ与Ａｒ的体积流量比为１∶（２～１９），控制温度为８５０～１１００℃，启动振动能量载入装置。该方法物料不易结块，流化质量好，流化气速低，尾气中ＳＯ２浓度高，粉尘含量低，过程能耗降低，有利于工业大规模连续生成，还可以降低硫酸生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磷石膏振动流态化分解的方法，属于环境保护治理与化工生产技 术领域。
技术介绍
磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的固体废渣，目前磷石膏主要采用露天堆放的 方式而弃之。磷石膏的大量堆存，不仅侵占了土地资源，而且由于风雨侵蚀很容易造成大 气、土壤和水资源的污染。同时，磷石膏也是宝贵的硫资源，可以用于生产硫酸。据介绍， 2007年我国磷石膏排放量约为5000万吨，且随着高浓度磷复肥产量的提高，磷石膏排放量 逐步增加，我国现存磷石膏堆存量累计已超过1亿吨，对环境构成了巨大威胁。磷石膏制酸联产水泥工艺是磷石膏资源化利用的有效途经，其工艺特点是磷石膏 中的硫酸钙被还原分解成CaO和SO2，前者用于生产水泥，后者用于生产硫酸并返回到湿法 磷酸生产工段，从而实现硫资源的循环利用。它是在中空式回转窑内完成硫酸钙分解和水 泥熟料煅烧过程的，但能耗较高，后经发展改造成带立筒预热器的回转窑生产工艺，称之为 0. S. W-Krupp流程。二十世纪50年代，德国首先用磷石膏为原料生产硫酸和水泥，并于1967 年建成第一套磷石膏制酸联产水泥的装置，日产350吨硫酸。我国从上世纪50年代开始天然石膏制酸技术的研究工作，并于上世纪60年代初 在苏州光华水泥厂和北京琉璃河水泥厂进行回转窑煅烧石膏的试验。1978年，山东无棣硫 酸厂(现鲁北化工总厂)等单位开始进行磷石膏制硫酸联产水泥的技术研究，1982年自行 设计建成以磷石膏为原料的年产7500吨硫酸和1万吨水泥生产装置。1984年原国家科委 安排云南磷肥厂磷石膏制硫酸和水泥的试验任务，1986年建成年产10万吨硫酸和10万吨 水泥的工业装置。二十世纪80年代，山东省鲁北化工总厂建成年产4万吨硫酸和6万吨水 泥的生产装置(简称4-6工程)，我国在“八五”期间对“4-6工程”进行了推广，总共建成 了 7套磷石膏制酸联产水泥示范装置。实践证明传统的磷石膏制酸联产水泥工艺技术是成熟可靠的，但能耗过高使得上 述生产装置难以为继。从分析该工艺的技术特点不难发现，磷石膏分解是一个高吸热的过 程，而回转窑则是热效率较低的装置，对于热量需求不大的水泥烧成过程是比较合适的， 但不能适应磷石膏分解的需要。因此，流化床反应器成为磷石膏分解的趋势。1954年，美 国Iowa州立大学根据磷石膏分解特点，提出预分解流程，即在流化床中用CO还原分解磷 石膏，并将流化床分为还原区和氧化区，旨在降低回转窑热负荷。1968年美国Iowa州立 大学和Keetfeeds公司联合提出磷石膏流化床分解新工艺，将流化床分解炉分成上下两个 床层，均以低速流态化操作，下层流化床进行燃烧及分解反应，上层流化床则用于预热物 料。物料加入上层流化床经层间物料溢流管流入下层流化床，分解之后物料经下层溢流管 排出。以天然气为燃料，提供不足量的空气燃烧产生还原气氛。分解流化床温度控制在 1200°C，产生的S02气体浓度在8 16%，系统有余热回收利用时S02气浓可达16%，当无 余热回收利用时，其S02气浓偏低，一般仅在8%左右。我国在二十世纪60年代开始进行流化床分解磷石膏研究工作，南化公司研究院 采用鼓泡流化床作为磷石膏分解炉，但因磷石膏高温结渣与粘结现象严重，试验未取得成 功。原南京化工学院硅酸盐工程研究所于1990年承接了国家“八五”重点攻关项目“磷石 膏分解新技术研究”，提出了一种适合于磷石膏分解的新型流化床，即同时具备气氛分区及 循环流化两个特征，床内还原区采用分段进风及锥体结构相结合，以达到延长反应时间及 稳定流态化的效果。新型干法水泥生产实践表明，生料颗粒尺寸在18-42微米，传统磷石膏 制酸联产水泥过程中原料磷石膏的尺寸在这个范围内，属于C型流态化颗粒，即难于流化 或流化质量较差，也就是不适宜低速流态化操作。随着流态化技术的发展，快速流化床技术成为发展的方向。1985年德国Lurgi公 司开发出循环流化床分解炉，将磷石膏分解和水泥熟料烧成过程分别置于流化床分解炉和 回转窑中完成，分解炉采用双气氛反应机制，物料反复经过还原及氧化区。以煤粉为燃料， 并以不完全燃烧方式提供还原气氛。氧化气氛则依靠外加二次空气实现，成品由分料器 排出。在热模装置上分解炉的操作温度为1000°C，磷石膏分解率达99%，SO2气体浓度达 15%。前苏联在磷石膏流化床分解研究方面做了大量工作，其主要的研究思路是在同一流 化床内控制弱还原气氛以较高的温度分解。弱还原气氛是由燃料不完全燃烧提供，一般选 取燃烧空气比例系数为0. 76 0.86，控制反应温度在1100°C 1200°C，SO2气体浓度达 8%。由于硫酸钙分解较碳酸钙困难，在快速流态化分解磷石膏的过程中，一方面通过提高 反应温度来提高分解率，另一方面通过设置循环流化床来增加反应时间以提高分解率。但 高温会使物料烧结而影响生产的连续性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法物料不易结块， 尾气中SO2浓度高。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是一种磷石膏振动流态化分解方 法，其特征在于它包括如下步骤1)磷石膏预处理将磷石膏在温度为120°C下干燥2h，脱去游离水，然后在温度 650°C下烘干，脱去结晶水，破碎，过80目筛，得到磷石膏粉料，磷石膏粉料的颗粒尺寸为 10 50微米；2)复合型外加剂的制备按各组份所占质量百分数为=SiO2 40 70%，Fe203 5 20%,CaO 5 25%，MgO 2 10%,Al2O3 10 25%，各组份所占质量百分数之和为100%， 选取 SiO2、Fe2O3、CaO、MgO 和 Al2O3 ；各组分均过 80 目筛；将 SiO2、Fe2O3、CaO、MgO 和 Al2O3 混 合，得到复合型外加剂；3)复合型外加剂与磷石膏粉料按质量配比为1 7混合均勻，得到混合料；4)设备的准备将窑外均勻流态化分解炉设置在振动能量载入装置(即振动装 置)上，振动能量载入装置的振动参数为功率0. 12 3. 7KW，电压380V，频率为20 90Hz，振幅为 50 2000 μ m ；5)还原分解混合料送入窑外均勻流态化分解炉，在Ar气氛保护下升温至850 1100°C，然后以5 50mL/min的流量通入⑶，并使CO与Ar的体积流量比为1 (2 19)， 控制温度为850 1IOO0C，启动振动能量载入装置(即输入振动能量来调节流化质量，振幅为50 2000 μ m)，反应过程中用气相色谱进行尾气中SO2的在线监测，以检测不到SO2气 体为反应结束条件。所述的磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的固体废渣。本专利技术提出采用振动流化床(窑外均勻流态化分解炉+振动能量载入装置)分解 磷石膏，由于磷石膏属于C类流化颗粒即细颗粒或粘性颗粒，聚团的生成与链接严重影响 流态化质量，振动能明显改善其流化质量，因此低速流态化操作可以满足磷石膏分解的要 求，并且使得产生的气体S02浓度较高，便于后续硫酸生产成本的降低和环境质量的改善。本专利技术的有益效果是1.本专利技术以预处理后的磷石膏为原料，以一定的配方要求添加复合型添加剂，以 一氧化碳为还原气，通过振动能量的载入调节流化质量，在振动的窑外均勻流态化分解炉 中将磷石膏分解，生成含二氧化硫的气体和适宜进行水泥烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷石膏振动流态化分解方法，其特征在于它包括如下步骤：　　１）磷石膏预处理：将磷石膏在温度为１２０℃下干燥２ｈ，脱去游离水，然后在温度６５０℃下烘干，脱去结晶水，破碎，过８０目筛，得到磷石膏粉料，磷石膏粉料的颗粒尺寸为１０～５０微米；２）复合型外加剂的制备：按各组份所占质量百分数为：ＳｉＯ↓［２］　４０～７０％，Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］　５～２０％，ＣａＯ　５～２５％，ＭｇＯ　２～１０％，Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］　１０～２５％，各组份所占质量百分数之和为１００％，选取ＳｉＯ↓［２］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＣａＯ、ＭｇＯ和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］；各组分均过８０目筛；将ＳｉＯ↓［２］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＣａＯ、ＭｇＯ和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］混合，得到复合型外加剂；　　３）复合型外加剂与磷石膏粉料按质量配比为１∶７混合均匀，得到混合料；　　４）设备的准备：将窑外均匀流态化分解炉设置在振动能量载入装置上，振动能量载入装置的振动参数为：功率０．１２～３．７ＫＷ，电压３８０Ｖ，频率为２０～９０Ｈｚ，振幅为５０～２０００μｍ；　　５）还原分解：混合料送入窑外均匀流态化分解炉，在Ａｒ气氛保护下升温至８５０～１１００℃，然后以５～５０ｍＬ／ｍｉｎ的流量通入ＣＯ，并使ＣＯ与Ａｒ的体积流量比为１∶（２～１９），控制温度为８５０～１１００℃，启动振动能量载入装置，反应过程中用气相色谱进行尾气中ＳＯ↓［２］的在线监测，以检测不到ＳＯ↓［２］气体为反应结束条件。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少文，冉祥兰，吴元欣，郭文涛，陈升，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]