[发明专利]一种利用磷石膏制备高浓度二氧化硫烟气的系统及其工艺

说明书

本发明公开了一种利用磷石膏制备高浓度二氧化硫烟气的系统及其工艺，涉及磷石膏资源化利用技术领域。通过磷石膏、燃煤配比和返料控制，实现一段还原产物中硫化钙与硫酸钙比率的精细控制。一段还原采用干法净化，即以石灰石(或氧化钙)粉、尿素固定和脱除煤炭燃烧或磷石膏焙烧产生的SOsubgt;2/subgt;、Hsubgt;2/subgt;S、NOsubgt;x/subgt;、SOsubgt;3/subgt;、酸雾、氟等有害成分。二段氧化焙烧不再加燃煤，仅以硫化钙自身氧化放热等体系热量即可维持系统热平衡和反应温度，达到提高SOsubgt;2/subgt;烟气纯度和浓度的目的，省去了二段氧化焙烧烟气和一段循环还原尾气的湿法水洗或酸洗净化工序，满足烟气分解磷矿浆或制硫酸转化器进气要求或尾气排放要求，大大缩短了流程，降低投资、能耗、生产成本。

技术领域

本发明涉及磷石膏资源化利用技术领域，具体涉及一种利用磷石膏制备高浓度二氧化硫烟气的系统及其工艺。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产的副产物，采用二水物工艺生产1吨磷酸(P₂O₅计)，副产4-5吨二水磷石膏，其主要成分是二水硫酸钙。目前，绝大部分磷石膏作为一般固废在专用渣场堆置，渣场建设占地大、防渗要求高、投资大，运营费用高，且存在环保风险。近年来，国家和地方出台了一系列磷石膏利用方面的政策，对磷石膏利用率提出了越来越高的要求。为实现磷复肥行业的持续健康发展，可利用磷石膏制备高浓度二氧化硫气体，用于生产硫酸和湿法磷酸，同时副产烧渣。其中，硫酸循环用于磷酸和磷复肥生产；副产烧渣可作为一种具有活性的胶凝材料、化工原料等，可用于水泥、建材、化工等行业，从而实现磷石膏中硫、钙资源的循环利用和高效利用，具有实用价值和重要意义。

上述工艺可以通过一段法或两段法来实现。一段法技术是在同一个窑、炉中，同时完成煤炭对磷石膏的还原分解及其还原产物的氧化焙烧两个主要过程。CN11377625A中公开了一种磷石膏循环流化床还原焙烧综合利用工艺及装置，在流化床密相区下部加入煤料和磷石膏，在一次风作用下进行还原反应，二次风从密相区上部进入，对还原后的物料进行氧化，但是存在以下问题：(1)在同一个设备中，氧化气氛与还原气氛难以兼顾、难以控制，容易出现偏氧化气氛导致磷石膏分解率下降以及偏还原气氛煤炭燃烧不全，还会产生较多一氧化碳和升华硫气体进入后系统导致工艺和安全问题；(2)生产过程中，煤炭燃烧产生大量二氧化碳、水等有害杂质成分以及磷石膏焙烧产生的氟化物等，且显著稀释了窑、炉烟气中的二氧化硫浓度，难以满足硫酸装置转化工序对于烟气纯度以及二氧化硫浓度等方面的较严要求，故单段法工艺需要设置流程繁长的焙烧烟气净化工序，对烟气进行水洗或酸洗净化，净化后又需进行干燥后，才能进入硫酸装置转化系统生产硫酸，其工艺流程繁长，投资大，能耗及生产成本高，且水洗、酸洗净化产生的洗涤液易带来新的环保问题。

目前，已有的两段法技术，是将煤炭对磷石膏的还原分解制备硫化钙与硫酸钙的混合物以及混合物的氧化焙烧过程分开进行，解决了一段法工艺存在的前述问题(1)，但在第二段对混合物进行氧化焙烧时，还要再次加入煤炭，燃烧时产生较多二氧化碳、水等，同样存在烟气有害杂质成分多，且显著稀释烟气中二氧化硫浓度等问题，故现有两段法工艺，同样需要设置流程繁长的水洗或酸洗净化工序，一是对还原段烟气进行净化后，才能达标排放，二是对焙烧段烟气进行除杂净化，再进行干燥后，才能进入硫酸装置转化系统生产硫酸，其工艺流程繁长，投资大，能耗及生产成本高，且水洗、酸洗净化产生的洗涤液易带来新的环保问题。

可以看出，无论是一段法还是两段法，现有技术中存在的以上问题和缺陷，严重制约着磷石膏制备高浓度、较高纯度的二氧化硫烟气，进而制备硫酸技术的发展和应用，成为亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。除非另有说明，本发明所述及的各种气体组分的百分率均为体积百分率，各种固体组分的百分率均为质量百分率。