本发明专利技术涉及一种氢气还原分解磷石膏的方法，属于环境保护治理与化工生产技术及资源化领域。一种氢气还原分解磷石膏的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)原料预处理；2)按预处理后的磷石膏∶添加剂A∶添加剂B的质量配比＝80～100∶10～20∶1，选取预处理后的磷石膏、添加剂A和添加剂B，混合，得到混合料；3)将混合料送入振动流化床，在Ar气氛保护下升温至950～1050℃，然后通入H2，控制H2的体积浓度为1～5％，控制流化床内温度为950～1050℃，反应10～60min，反应过程中尾气经干燥后可作为制酸工艺生产硫酸的原料气。该方法物料不易结块和烧焦，降低过程能耗，尾气中SO2平均体积浓度高，分解率与脱硫率也大幅增长。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于环境保护治理与化工生产技术及资源化领域。
技术介绍
磷石膏是用硫酸分解磷矿制取磷酸过程中的副产物。磷酸是生产高浓度磷肥的主要原料，制取ItP2O5磷酸约副产物磷石膏5t。全世界磷石膏的年排放量超过2. 8亿吨，我国每年磷石膏的排放量超过2200万吨，而其利用率还不足总量的10%。堆放磷石膏不仅占用了大量土地，污染环境，而且给生产企业带来大的经济负担，磷石膏的综合利用已成为制约磷肥行业实现可持续发展的关键因素之一。目前，磷石膏在农业、建筑材料行业等行业均有应用。在工业方面，磷石膏制酸联产水泥是现今利用磷石膏的重要途径之一。这一技术主要利用磷石膏作水泥原料，将磷石膏高温分解，并将分解生成的Sh用于生产硫酸，CaO用于生产水泥。一直以来，业内认为磷石膏分解存在两种反应机理，一种是固固反应机理，一种是气固反应机理，据此采用的还原剂分别为焦炭、CO和H2。根据固固反应机理，Muller最先提出以焦碳作还原剂，掺加粘土、铁粉在中空回转窑内完成硫酸钙分解和水泥熟料煅烧过程， 在1916年由德国拜尔公司开发并建成实验性工厂。后来伦兹化学公司与克虏伯公司联合开发0. S. W-Krupp流程，将中空窑改进成立筒预热器回转窑生产工艺。我国从60年代初期进行磷石膏制酸联产水泥的研究，主要是利用焦炭为原料在回转窑里煅烧石膏进行生产。 但上述传统工艺采用焦炭等还原分解磷石膏制酸联产水泥，存在能耗高、炉气中S4浓度偏低、后续制酸成本高等缺点。基于气固反应理论，推动了流态化反应器的研究和发展，且气态还原剂得到大量应用。1968年美国Iowa州立大学和Keetfeeds公司联合研究开发了磷石膏流化床分解的新工艺，提出最早的磷石膏分解炉模型，这种流化床分解炉以天然气为燃料，提供不足量的空气燃烧产生还原气氛(⑶和压)。1985年，德国Lurgi公司推出一种循环流化床CFB，采用双气氛反应机理，以煤粉为燃料，并以不完全燃烧方式提供还原气氛(CO)，再提供足量O2对副产物进行氧化。1994年，南京化工大学开发设计出了复合循环流化床磷石膏分解炉(CFG)， 该分解炉燃料采用煤粉，还原气氛为⑶，进行了热模研究，未见工业推广。CN1884048A介绍了一种用高硫煤还原分解磷石膏的方法，采用一定化学含量的磷石膏，与硫含量> 3% 的高硫煤分别在100 110°C下烘干1. 5 2h，然后将干燥过的磷石膏和高硫煤以质量 20 1 2混合均勻送人反应炉，控制炉温800 1350°C，进行还原分解0. 5 2h，该法二氧化硫浓度高，使高硫煤资源得到合理利用。CN101456M2A介绍了一种一氧化碳还原分解磷石膏的方法，将预处理后的磷石膏与复合型外加剂按一定配比混合均勻物料，在温度为750 850°C，N2气氛下通入CO还原分解磷石膏，并使⑶与N2的体积流量比为1. 5 3 9，该法工艺简单，分解温度大大降低，具有较高的磷石膏分解率与脱硫率。CN1203833A 介绍了一种含铁、镍、镁、钠的复合化合物作为催化剂，还原分解脱硫废渣、磷石膏或天然石膏，当温度高于650°C时可把95%以上的硫酸钙还原为硫化钙，所得的硫化钙进一步转化为硫化钠，硫代硫酸钠或硫磺，该法降低了还原阶段所需温度，减少了能耗和设备的损耗， 并可得到多种产品有利于回收硫资源。但以上方法未见其工业化。较早进行吐还原分解磷石膏理论研究的是Grimchorov，主要探讨了利用热重法研究磷石膏在不同温度下的失重速率。但是其专门用于流化床分解的研究报道并未见到。因此，有必要对流化床中吐还原分解磷石膏这一方向进行研究。我国是一个天然气资源丰富的国家，四川盆地、陕甘林、塔里木盆地和青海等地区天然气可采储量大，将天然气部分氧化后可以得到氢气，并且部分氧化时可以放出大量的热量供磷石膏分解所用。因此，为流化床中氢气还原分解磷石膏的工艺提供了有利的条件，使硫资源得到了循环利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法可降低过程能耗，尾气中SA平均体积浓度高，分解率与脱硫率也大幅增长。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是，其特征在于它包括如下步骤1)原料预处理将磷石膏原料在温度600 650°C下烘120 150分钟(烘干)， 脱除结晶水，冷却破碎后过200目筛(上海标准筛)，得到预处理后的磷石膏，备用；2)按预处理后的磷石膏添加剂A 添加剂B的质量配比=80 100 10 20 1，选取预处理后的磷石膏、添加剂A和添加剂B，混合，得到混合料；所述的添加剂A的成分及质量百分数为Si0269 80%，Al2O3IO 16%，Fe2O3 5 7%，Ca0 1 3%，Mg0 2 5%，各成分(组分)所占质量百分数之和为100% ；添加剂B的成分及质量百分数为=SiO2IO 20%,A12035 7%,Fe20337 ~ 50%, Ca020 30%，Mg05 6%，各成分(组分)所占质量百分数之和为100% ；3)将混合料送入振动流化床，在Ar气氛保护下升温至950 1050°C，然后通入 H2 (氢气是在振动流化床中还原分解磷石膏)，控制H2的体积浓度为1 5 %，控制流化床内温度为950 1050°C，反应10 60min (反应IOmin时，尾气中的峰值体积浓度高达 10 45. 67 % )，反应过程中尾气经干燥后可作为制酸工艺生产硫酸的原料气，并且能提高磷石膏的分解率与脱硫率(分解率是指磷石膏中CaSO4已经分解成主副产物CaO、CaS的部分占原有CaSO4量的百分率；脱硫率是指磷石膏中CaSO4中S转化为的百分率)。步骤1)中磷石膏原料的结晶水含量为19. 02 23. 49% (湿基)，附着水含量为 0.0099 0. 167% (湿基)，磷石膏的颗粒尺寸D5tl = 13. 57 μ m ；步骤3)中通入H2的速率为1. IX Kr4 4. 38X ΙθΛι/s。湿基含水量=物料中所含水的质量/ (物料中所含水的质量+物料中所含干物质的质量)X100%。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，以氢气为还原气，反应中尾气中SO2体积浓度峰值范围为10 45. 67%，体积浓度平均值为8.56% M. 73% (尾气中SO2平均体积浓度高)，完全可以满足制酸工艺生产硫酸的需求，并降低硫酸生产成本。且反应过程粉尘含量低。2、采用氢气为还原剂，有效降低反应温度，进而降低过程能耗(根据热力学计算， 采用氢气还原反应能耗较传统工艺可降低7% )，且为资源丰富的天然气在磷石膏分解方面的应用奠定基础。3、无振动条件下，氢气相当于在固定流化床中还原分解磷石膏，其分解率与脱硫率分别为12. 90%和12. 35% ；而在振动流化床中，磷石膏的分解率与脱硫率最高可达 98. 78%和 84. 24%。4.物料不易结块和烧焦。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图；图中1为振动流化床，2为气相色谱。具体实施例方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容并不仅仅局限于下面的实施例。实施例1 ，它包括如下步骤1)原料预处理原料为磷石膏，磷石膏原料的结晶水含量为19. 02 23. 49% (湿基)，附着水含量为0. 0099 0. 16本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢气还原分解磷石膏的方法，其特征在于它包括如下步骤1)原料预处理将磷石膏原料在温度600 650°C下烘120 150分钟，脱除结晶水， 冷却破碎后过200目筛，得到预处理后的磷石膏，备用；2)按预处理后的磷石膏添加剂A添加剂B的质量配比=80 100 10 20 1， 选取预处理后的磷石膏、添加剂A和添加剂B，混合，得到混合料；所述的添加剂A的成分及质量百分数为Si0269 80%，Al2O3IO 16%，Fe2O3 5 7%, CaO 1 3%，Mg0 2 5%，各成分所占质量百分数之和为100%;添加剂B的成分及质量百分数为=SiO2IO 20%，Al2035 7 0Z0，Fe20337 50%， Ca020 30%，Mg05...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘少文，陈升，吴元欣，贾辉，郭文涛，包传平，
申请(专利权)人：武汉工程大学，黄冈师范学院，
类型：发明
国别省市：
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