[发明专利]利用石膏制取三氧化硫的方法及其设备系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种三氧化硫制备方法，具体是一种利用石膏制取三氧化硫的方法及其设备系统。

背景技术

磷石膏、氟石膏是磷化工的废弃物，长期以来一直没有得到有效的处理和利用，现已定性成为“危险废物”。而现有技术中制备三氧化硫的方法，常用硫磺、二氧化硫(CN1384805)、发烟硫酸(ZL85109395)等为原料。而利用磷石膏或氟石膏制备三氧化硫的方法未见报道。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，克服已有技术所存在的不足，提供一种以磷石膏或氟石膏(也包括普通石膏)为原料，制取三氧化硫的新技术。

本发明需要解决的另一技术问题是，提供一个能够有效运行的以磷石膏或氟石膏(也包括普通石膏)为原料，制取三氧化硫的设备系统。

本发明所述的石膏为普通石膏、磷石膏或氟石膏。其中磷石膏(主要成分是CaSO₄·2H₂O含量在60％以上)是生产磷肥的废渣，是用硫酸和磷矿石反应，湿法生产磷酸时所产生的废渣；氟石膏是用萤石(CaF₂)与硫酸(H₂SO₄)制取氢氟酸(HF)过程中的废渣；石膏粉是指天然石膏矿中开采所得的原材料，经过粉碎后，加工成无水石膏、半水石膏或未经加工的原始矿粉等。

本发明利用石膏制取三氧化硫的方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)复分解反应：在密封反应釜(1)中，含水率为20％～80％的石膏浆加入碳酸氢铵，或石膏加入碳化氨水，充分搅拌反应，得到硫酸铵水溶液和碳酸钙；

石膏(干量)∶碳酸氢铵的摩尔比为1∶1～3；

石膏(一般为粉状)∶碳化氨水的摩尔比为1∶1～3。

(2)脱水处理：对步骤(1)得到的混合物进行固液分离，得到碳酸钙副产品和硫酸铵水溶液；

(3)浓缩处理：对步骤(2)得到的硫酸铵水溶液进行蒸发浓缩，使硫酸铵水溶液成为结晶硫酸铵(固态)；

(4)混合、蒸氨处理：在步骤(3)得到的硫酸铵中加入氧化铁，硫酸铵和氧化铁的摩尔比为1∶0.1～1，在混料器里充分混合后，进入加热炉I中150℃～300℃温度下反应，得到固态硫酸铁和氨气(或成为副产品，或可被循环使用)；

(5)还原分解反应：将步骤(4)得到的硫酸铁在加热炉II中加热进行还原分解反应，到硫酸铁分解温度后开始分解，得到三氧化硫气体产品和氧化铁(可被循环使用)。

步骤(1)石膏浆也可以是磷石膏或氟石膏经水洗得到，石膏浆的含水率为20％～80％。

本发明以石膏粉或废弃磷石膏、氟石膏水洗后的浆状物为原料，和碳酸氢铵或碳化氨水发生复分解反应，生成硫酸铵和碳酸钙，反应式分别如下：

和碳酸氢铵反应：

CaSO₄·2H₂O+2NH₄HCO₃→CaCO₃+CO₂+(NH₄)₂SO₄+3H₂O

或和碳化氨水反应：

CaSO₄·2H₂O+(NH₃·H₂O+NH₄OH)+CO₂→CaCO₃+(NH₄)₂SO₄+3H₂O。

其中的碳酸钙经脱水、烘干后形成副产品；硫酸铵经脱水、浓缩结晶后，再与氧化铁混合、进行蒸氨处理，生成硫酸铁并释放氨气，反应式如下：

3(NH₄)₂SO₄+Fe₂O₃→Fe₂(SO₄)₃+6NH₃+3H₂O。

得到的硫酸铁再进行还原分解反应，加热到分解温度，生成氧化铁和三氧化硫，反应式如下：

Fe₂(SO₄)₃→Fe₂O₃+3SO₃。