[發明專利]一種磷石膏振動流態化分解方法

有效

• 申請號: 201010223874.5
• 申請日: 2010-07-14
• 公開（公告）號: CN101891407A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 劉少文;冉祥蘭;吳元欣;郭文濤;陳升
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C04B7/24
• 分類號: C04B7/24;C01B17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種磷石膏振動流態化分解的方法，屬于環境保護治理與化工生產技術領域。

背景技術

磷石膏是濕法磷酸生產過程中產生的固體廢渣，目前磷石膏主要采用露天堆放的方式而棄之。磷石膏的大量堆存，不僅侵占了土地資源，而且由于風雨侵蝕很容易造成大氣、土壤和水資源的污染。同時，磷石膏也是寶貴的硫資源，可以用于生產硫酸。據介紹，2007年我國磷石膏排放量約為5000萬噸，且隨著高濃度磷復肥產量的提高，磷石膏排放量逐步增加，我國現存磷石膏堆存量累計已超過1億噸，對環境構成了巨大威脅。

磷石膏制酸聯產水泥工藝是磷石膏資源化利用的有效途經，其工藝特點是磷石膏中的硫酸鈣被還原分解成CaO和SO₂，前者用于生產水泥，后者用于生產硫酸并返回到濕法磷酸生產工段，從而實現硫資源的循環利用。它是在中空式回轉窯內完成硫酸鈣分解和水泥熟料煅燒過程的，但能耗較高，后經發展改造成帶立筒預熱器的回轉窯生產工藝，稱之為O.S.W-Krupp流程。二十世紀50年代，德國首先用磷石膏為原料生產硫酸和水泥，并于1967年建成第一套磷石膏制酸聯產水泥的裝置，日產350噸硫酸。

我國從上世紀50年代開始天然石膏制酸技術的研究工作，并于上世紀60年代初在蘇州光華水泥廠和北京琉璃河水泥廠進行回轉窯煅燒石膏的試驗。1978年，山東無棣硫酸廠(現魯北化工總廠)等單位開始進行磷石膏制硫酸聯產水泥的技術研究，1982年自行設計建成以磷石膏為原料的年產7500噸硫酸和1萬噸水泥生產裝置。1984年原國家科委安排云南磷肥廠磷石膏制硫酸和水泥的試驗任務，1986年建成年產10萬噸硫酸和10萬噸水泥的工業裝置。二十世紀80年代，山東省魯北化工總廠建成年產4萬噸硫酸和6萬噸水泥的生產裝置(簡稱4-6工程)，我國在“八五”期間對“4-6工程”進行了推廣，總共建成了7套磷石膏制酸聯產水泥示范裝置。

實踐證明傳統的磷石膏制酸聯產水泥工藝技術是成熟可靠的，但能耗過高使得上述生產裝置難以為繼。從分析該工藝的技術特點不難發現，磷石膏分解是一個高吸熱的過程，而回轉窯則是熱效率較低的裝置，對于熱量需求不大的水泥燒成過程是比較合適的，但不能適應磷石膏分解的需要。因此，流化床反應器成為磷石膏分解的趨勢。1954年，美國Iowa州立大學根據磷石膏分解特點，提出預分解流程，即在流化床中用CO還原分解磷石膏，并將流化床分為還原區和氧化區，旨在降低回轉窯熱負荷。1968年美國Iowa州立大學和Keetfeeds公司聯合提出磷石膏流化床分解新工藝，將流化床分解爐分成上下兩個床層，均以低速流態化操作，下層流化床進行燃燒及分解反應，上層流化床則用于預熱物料。物料加入上層流化床經層間物料溢流管流入下層流化床，分解之后物料經下層溢流管排出。以天然氣為燃料，提供不足量的空氣燃燒產生還原氣氛。分解流化床溫度控制在1200℃，產生的SO2氣體濃度在8～16％，系統有余熱回收利用時SO2氣濃可達16％，當無余熱回收利用時，其SO2氣濃偏低，一般僅在8％左右。

我國在二十世紀60年代開始進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為磷石膏分解爐，但因磷石膏高溫結渣與粘結現象嚴重，試驗未取得成功。原南京化工學院硅酸鹽工程研究所于1990年承接了國家“八五”重點攻關項目“磷石膏分解新技術研究”，提出了一種適合于磷石膏分解的新型流化床，即同時具備氣氛分區及循環流化兩個特征，床內還原區采用分段進風及錐體結構相結合，以達到延長反應時間及穩定流態化的效果。新型干法水泥生產實踐表明，生料顆粒尺寸在18-42微米，傳統磷石膏制酸聯產水泥過程中原料磷石膏的尺寸在這個范圍內，屬于C型流態化顆粒，即難于流化或流化質量較差，也就是不適宜低速流態化操作。