專(zhuān)利名稱(chēng)：一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，屬于環(huán)境保護(hù)治理，化工生產(chǎn)技術(shù)和水泥工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中排放出來(lái)的工業(yè)廢渣，其主要化學(xué)成分是 CaSO4 · 2H20，還有其它少量的SiO2, Al2O3，F(xiàn)e2O3，P2O5以及氟化物等雜質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)一噸磷酸大約產(chǎn)生4. 5 5. 5噸磷石膏。我國(guó)每年磷石膏的排放量超過(guò)2200萬(wàn)噸，其利用率不足10%。磷石膏的大量堆放不僅占有大量土地資源，污染大氣，水源以及土壤，而且造成了大量的硫資源浪費(fèi)，給企業(yè)帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，磷石膏的綜合利用成為制約磷酸行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。目前，國(guó)內(nèi)外將磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥作為磷石膏資源化綜合利用最有效的途徑之一。利用濕法磷酸所產(chǎn)生的廢產(chǎn)物一一磷石膏來(lái)制酸聯(lián)產(chǎn)水泥，磷石膏分解出來(lái)的氧化鈣用于制水泥，SO2用于制硫酸，制出來(lái)的硫酸再用于生產(chǎn)磷酸，實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)生產(chǎn)模式。磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥是將磷石膏、焦炭、粘土、礬土、頁(yè)巖等原料送入回轉(zhuǎn)窯煅燒，從回轉(zhuǎn)窯中出來(lái)的是水泥和尾氣，其中尾氣中的SO2經(jīng)凈化、干燥等工藝后用于制硫酸。1969年奧地利林茨化學(xué)公司建成了第一家利用磷石膏制硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的工廠(chǎng)，1982年我國(guó)山東魯北化工集團(tuán)公司建成磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥的示范裝置。事實(shí)證明，傳統(tǒng)工藝(無(wú)論是中空式還是帶立筒預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯)是可行的，但存在氣固換熱效率低，傳遞速率慢，故能耗高，水泥質(zhì)量差，產(chǎn)量低以及尾氣中SO2濃度低等弊端，因此這種傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)的需要難以大規(guī)模推廣使用。近年來(lái)由于流態(tài)化技術(shù)的發(fā)展和對(duì)磷石膏分解規(guī)律的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展對(duì)磷石膏流態(tài)化分解技術(shù)的研究。1968年美國(guó)衣阿華州立大學(xué)和KEETFEEDS公司聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)了磷石膏流化床分解的新工藝，該工藝是流化床溫度控制在1200°C，物料在爐內(nèi)停留 1 池后排出，分解氣體中SO2濃度可達(dá)12. 6%。1996年中國(guó)建材科學(xué)研究院水泥科學(xué)研究所采用流態(tài)化分解爐分解磷石膏的試驗(yàn)研究，在1000 1050°C下反應(yīng)分解磷石膏，分解率可達(dá)70%。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)磷石膏顆粒細(xì)微，屬于C類(lèi)顆粒，正常情況下很難流化，且流化時(shí)易出現(xiàn)溝流，節(jié)涌等現(xiàn)象，造成物料反應(yīng)不均，易結(jié)塊等問(wèn)題，因此使得反應(yīng)爐無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)。隨著流態(tài)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，快速流態(tài)床技術(shù)為發(fā)展的方向。1985年德國(guó) Lurgi公司推出一種循環(huán)流化床磷石膏分解爐并完成了中試。該裝置采用雙氣氛反應(yīng)機(jī)制， 物料反復(fù)經(jīng)過(guò)還原及氧化區(qū)，還依靠爐外循環(huán)，又分料器完成部分循環(huán)入爐反復(fù)分解過(guò)程， 以煤粉為燃料，并以不完全燃燒方式提供還原氣氛。由于磷石膏分解困難，在快速流態(tài)化分解過(guò)程中只有提高反應(yīng)溫度來(lái)提高分解率，這樣高溫使物料燒結(jié)，從而影響了生產(chǎn)的連續(xù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，該方法是將焦炭和通入氣體中的氧氣燃燒所產(chǎn)生的熱量直接供給磷石膏的分解所需要的熱量，減少了能量的傳遞損耗，且產(chǎn)物不易結(jié)塊。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，其特征在于它包括如下步驟1)以磷石膏與焦炭按照干重(重量)比為(5 35) 1，選取磷石膏和焦炭；按添加劑的加入量為磷石膏重量的12. 5%，選取添加劑；將磷石膏、焦炭和添加劑混合均勻， 得到混合料；2)將混合料投入到振動(dòng)流化床中，在通入氬氣條件下，振動(dòng)流化床程序升溫到 800 1100°C (升溫速率為0. 1 100°C /min)，升至800 1100°C后關(guān)閉氬氣，同時(shí)通入流速為0. 0004 0. 008m/s的空氣(氧氣的體積濃度為0. 1 21 % )，控制振動(dòng)流化床內(nèi)溫度保持在800 1100°C，反應(yīng)10 60min (生成二氧化硫和氧化鈣)，反應(yīng)過(guò)程中用氣相色譜進(jìn)行尾氣中Sh的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，產(chǎn)生的尾氣中的平均濃度到14%以上，分解率達(dá)到80% 以上。所述的磷石膏為是濕法磷酸所產(chǎn)生的磷石膏或天然石膏。所述的磷石膏為預(yù)處理后的磷石膏；預(yù)處理方法為將磷石膏在溫度90 120°C 下干燥，脫去游離水，然后在溫度450 700°C下烘干，脫去結(jié)晶水，過(guò)40 200目篩，得到預(yù)處理后的磷石膏。所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0240 70 %，F(xiàn)e2O3 5 20 %，CaO 5 25 %，MgO 2 10 %，Al2O3 10 25 %，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%，各組份均勻混合后過(guò)80目篩，得到添加劑。本發(fā)明的有益效果是1.采用焦炭作為還原劑，把焦炭燃燒所放出來(lái)的熱量和磷石膏分解所需要的熱量耦合起來(lái)，也就是將焦炭燃燒放出的熱量直接用于磷石膏分解，減少了熱量的傳遞損耗，有效的降低了能耗，提高磷石膏的分解率(分解率可達(dá)到80%以上)，且產(chǎn)物不易結(jié)塊，且有利于工業(yè)化操作；解釋放熱和吸熱直接傳熱效率高。2.在分解過(guò)程中為避免流化時(shí)易出現(xiàn)溝流，節(jié)涌等現(xiàn)象，于是引入了振動(dòng)能量; 通過(guò)引入振動(dòng)能量，提高了磷石膏的分解率和脫硫率，有效避免了流化不均，高溫易結(jié)塊， 結(jié)疤，燒焦等難題，并且降低了流化氣速，從而大大提高了尾氣中SO2濃度，降低了尾氣中粉塵含量，有利于工業(yè)大規(guī)模連續(xù)生成，以及降低硫酸生產(chǎn)的設(shè)備投資。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。圖中1為振動(dòng)流化床，GC為氣相色譜。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1 1)取預(yù)處理后的磷石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為13 1加入混合均勻，得到混合料；所述的預(yù)處理后的磷石膏；預(yù)處理方法為將磷石膏在溫度110°C下干燥，脫去游離水，然后在溫度650°C下烘干，脫去結(jié)晶水，過(guò)80目篩，得到預(yù)處理后的磷石膏；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0250%, Fe2O3 10%, CaO 20%, MgO 8%, Al2O3 12%，各組份均勻混合后過(guò) 80 目篩，得到添加劑。2)將混合料投入振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至1020°C (升溫速率為17°C /min)，升至1020°C后關(guān)閉Ar，同時(shí)通入流速為0. 00175m/s的空氣，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在1020°C，反應(yīng)lh，尾氣中SO2平均含量達(dá)到14. 17%,自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到80. 94%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。本方法將焦炭和通入氣體中的氧氣燃燒所產(chǎn)生的熱量直接供給磷石膏的分解所需要的熱量，減少了能量的傳遞損耗，其分解率達(dá)到80. 94%，說(shuō)明該方法能有效的降低能
^^ ο分解率指試樣中CaSO4已經(jīng)分解成主副產(chǎn)物CaO，CaS的部分占有原有CaSO4量 (或按殘留與分解CaSO4量計(jì))的百分率。實(shí)施例2 1)取預(yù)處理后的磷石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為13 1加入混合均勻，得到混合料；所述的預(yù)處理后的磷石膏；預(yù)處理方法為將磷石膏在溫度110°C下干燥，脫去游離水，然后在溫度650°C下烘干，脫去結(jié)晶水，過(guò)80目篩，得到預(yù)處理后的磷石膏；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0240%, Fe2O3 17%, CaO 20%, MgO 6%, Al2O3 17%，各組份均勻混合后過(guò) 80 目篩，得到添加劑。2)將混合料置于振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至1020°C (升溫速率為20 V /min)，當(dāng)達(dá)到1020 °C時(shí)通入流速為0. 00175m/s的氣體，其中氧氣的體積濃度為 10%，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在1020°C，反應(yīng)lh，尾氣中SO2平均含量達(dá)到14. 36%,自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到81. 44%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。本方法將焦炭和通入氣體中的氧氣燃燒所產(chǎn)生的熱量直接供給磷石膏的分解所需要的熱量，減少了能量的傳遞損耗，其分解率達(dá)到81. 44%，該方法有效的降低能耗。實(shí)施例3 1)取預(yù)處理后的磷石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為13 1加入混合均勻，得到混合料；所述的磷石膏為預(yù)處理后的磷石膏；預(yù)處理方法為將磷石膏在溫度90°C下干燥，脫去游離水，然后在溫度450°C下烘干，脫去結(jié)晶水，過(guò)40目篩，得到預(yù)處理后的磷石膏；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0260%, Fe2O3 5%, CaO 15%, MgO 10%, Al2O3 10%，各組份均勻混合后過(guò) 80 目篩，得到添加劑；2)將混合料投入到振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至1020°C (升溫速率為17V /min)，當(dāng)達(dá)到1020°C時(shí)通入流速為0. 00175m/s的氣體，其中氧氣的體積濃度為 1%，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在1020°C，反應(yīng)lh，尾氣中平均含量達(dá)到14. 75%,自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到84. 49%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。而本方法將焦炭和通入氣體中的氧氣燃燒所產(chǎn)生的熱量直接供給磷石膏的分解所需要的熱量，減少了能量的傳遞損耗，其分解率達(dá)到84. 49%，有效的降低能耗。實(shí)施例4 1)天然石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為的重量比為5 1加入混合均勻，得到混合料；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0245%, Fe2O3 20%, CaO 15%, MgO 7%, Al2O3 13%，各組份均勻混合后過(guò) 80 目篩，得到添加劑。2)將混合料投入振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至800°C (升溫速率為 450C /min)，升至800°C后關(guān)閉Ar，同時(shí)通入流速為0. 0004m/s的空氣，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在800°C，反應(yīng)lOmin，尾氣中SO2平均含量達(dá)到3%，自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到21. 70%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。實(shí)施例5 1)天然石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為35 1加入混合均勻，得到混合料；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0265%, Fe2O3 10%, CaO 5%, MgO 10%, Al2O3 10%，各組份均勻混合后過(guò) 80 目篩，得到添加劑。2)將混合料投入振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至1100°C (升溫速率為35°C /min)，升至1100°C后關(guān)閉Ar，同時(shí)通入流速為0. 008m/s的空氣，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在1100°C，反應(yīng)lh，尾氣中平均含量達(dá)到5%，自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到37. 25%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。實(shí)施例6 1)天然石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為13 1加入混合均勻，得到混合料；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0255%, Fe2O3 14%, CaO 18%, MgO 2%, Al2O3 11 各組份均勻混合后過(guò) 80 目篩，得到添加劑。2)將混合料投入到振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至1100°C (升溫速率為30°C /min)，當(dāng)達(dá)到1100°C時(shí)通入流速為0. 008m/s的氣體，其中氧氣的體積濃度為 21%，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在1100°C，反應(yīng)lh，尾氣中SO2平均含量達(dá)到13.4%，自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到90. 15%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。而該方法將焦炭和通入氣體中的氧氣燃燒所產(chǎn)生的熱量直接供給磷石膏的分解所需要的熱量，減少了能量的傳遞損耗，其分解率達(dá)到90. 15%，有效的降低能耗。
實(shí)施例7:1)石膏粉500g，加入添加劑的量為磷石膏重量的12. 5%，再按磷石膏和焦炭的重量比為13 1加入混合均勻，得到混合料；所述的添加劑由Si02、Fe203、Ca0、Mg0和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) Si0243%,Fe2O3 5%,CaO 25%,MgO 2%,Al2O3 25%，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為 100%, 各組份均勻混合后過(guò)80目篩，得到添加劑。2)將混合料投入到振動(dòng)流化床中，在A(yíng)r氣氛保護(hù)下程序升溫至1100°C (升溫速率為100°C /min)，當(dāng)達(dá)到1100°C時(shí)通入流速為0. 008m/s的氣體，其中氧氣的體積濃度為 21%，控制反應(yīng)爐內(nèi)溫度保持在1100°C，反應(yīng)lh，尾氣中S02平均含量達(dá)到13.4%，自然冷卻后測(cè)得磷石膏的分解率達(dá)到90. 15%，且產(chǎn)物中無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象。本發(fā)明所列舉的各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)的上下限、區(qū)間取值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，其特征在于它包括如下步驟1)以磷石膏與焦炭按照干重比為(5 35) 1，選取磷石膏和焦炭；按添加劑的加入量為磷石膏重量的12. 5%，選取添加劑；將磷石膏、焦炭和添加劑混合均勻，得到混合料；2)將混合料投入到振動(dòng)流化床中，在通入氬氣條件下，振動(dòng)流化床升溫到800 1100°C，升至800 1100°C后關(guān)閉氬氣，同時(shí)通入流速為0. 0004 0. 008m/s的空氣，控制振動(dòng)流化床內(nèi)溫度保持在800 1100°C，反應(yīng)10 60min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，其特征在于所述的磷石膏為是濕法磷酸所產(chǎn)生的磷石膏或天然石膏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，其特征在于所述的磷石膏為預(yù)處理后的磷石膏；預(yù)處理方法為將磷石膏在溫度90 120°C 下干燥，脫去游離水，然后在溫度450 700°C下烘干，脫去結(jié)晶水，過(guò)40 200目篩，得到預(yù)處理后的磷石膏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，其特征在于所述的添加劑由Si02、Fe2O3^ CaO, MgO和Al2O3制備而成，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù) SiO2 40 70%，F(xiàn)e2O3 5 20%，CaO 5 25%，MgO 2 10%，Al2O3 10 25%，各組份所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100%，各組份均勻混合后過(guò)80目篩，得到添加劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法。一種通過(guò)反應(yīng)熱量耦合振動(dòng)流態(tài)化分解磷石膏的方法，其特征在于它包括如下步驟1)以磷石膏與焦炭按照干重比為(5～35)∶1，選取磷石膏和焦炭；按添加劑的加入量為磷石膏重量的12.5％，選取添加劑；將磷石膏、焦炭和添加劑混合均勻，得到混合料；2)將混合料投入到振動(dòng)流化床中，在通入氬氣條件下，振動(dòng)流化床升溫到800～1100℃，升至800～1100℃后關(guān)閉氬氣，同時(shí)通入流速為0.0004～0.008m/s的空氣，控制振動(dòng)流化床內(nèi)溫度保持在800～1100℃，反應(yīng)10～60min。該方法能有效的降低能耗，提高磷石膏的分解率，且產(chǎn)物不易結(jié)塊。
文檔編號(hào)B09B3/00GK102320640SQ20111023561
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者劉少文, 包傳平, 吳元欣, 賈輝, 郭文濤, 陳升 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué), 黃岡師范學(xué)院