[发明专利]一种磷石膏振动流态化分解方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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O.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℃，产生的SO2气体浓度在8～16％，系统有余热回收利用时SO2气浓可达16％，当无余热回收利用时，其SO2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。