一种循环利用尾气分解磷石膏的方法技术

本发明专利技术公开了一种循环利用尾气分解磷石膏的方法，按照所要处理磷石膏的量配入所需的碳质原料，再按照尾气中所需达到的SO2浓度计算含CO2气体的通入量；一部分碳质原料与全部磷石膏同时从主入料口进入还原炉，剩下部分碳质原料根据磷石膏在还原炉中的反应停留时间从次入料口均匀进入还原炉；含CO2气体从进气口通入；在还原炉中进行磷石膏的分解；磷石膏分解完后所产生的尾气经过SO2回收利用系统制H2SO4，然后作为下一批磷石膏分解时所需的含CO2气体使用，如此循环利用尾气，直至通入气体趋向于全部为CO2时达到平衡。时达到平衡。时达到平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种循环利用尾气分解磷石膏的方法


[0001]本专利技术涉及一种循环利用尾气分解磷石膏的方法。

技术介绍

[0002]磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，磷石膏的组成比较复杂，除水合硫酸钙以外，还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等，其中氟和有机质的存在对磷石膏的资源化利用影响最大，堆放会占用大量土地，并会对水资源和土地资源造成污染。据中国磷肥工业协会统计，2020年磷石膏年排放总量约7500
‑
8000万吨，虽有很多行业尝试使用磷石膏，但利用率低，国内堆存量已达6亿多吨，世界达60亿多吨，磷石膏的资源化和安全高效利用，对解决堆放处理带来的环境污染、资源浪费问题具有重要意义。
[0003]磷石膏代替石灰石作为CaO源生产水泥熟料是解决磷石膏资源化利用的一个具有挑战和意义的方向，可以使熟料中的CaO主要由磷石膏提供，提高磷石膏的利用率，减少石灰石在水泥生产中的二氧化碳排放问题。市场上应用广泛的硅酸盐水泥熟料对SO3含量具有严苛的要求，但CaSO4相对于CaCO3而言，其需要在更高的温度下才能完全分解并脱硫，为了节约能源，使磷石膏生料在分解时不至于熔融产生堵塞，因此需要提供还原气氛使磷石膏在900
‑
1100℃的低温环境下分解并脱硫。
[0004]还原气氛的控制是分解磷石膏的关键，磷石膏分解会发生的主要反应式如下：
[0005][0006][0007][0008][0009][0010][0011]磷石膏在900
‑
1100℃的低温环境下分解并脱硫主要依靠反应4的进行，反应5对磷石膏的脱硫不利，反应6需要在1200℃以上进行且速度较慢，CaS会在后续煅烧熟料的高温条件下被氧化为CaO和CaSO4以及进行反应6的固
‑
固反应从而释放出SO2对熟料的煅烧产生不利影响。大量文献及研究表明还原气氛中CO浓度低于10％时主要发生反应4，CO浓度高于10％时则主要发生反应5，还原势P(CO)/P(CO2)也会影响各反应的进行，P(CO)/P(CO2)低于0.20时主要发生反应4，P(CO)/P(CO2)高于0.20时则主要发生反应5，同时，CaSO4发生分解使气氛中SO2浓度过高也会抑制反应4的发生，但为了使尾气中的SO2更易回收制得H2SO4，因而尾气中SO2浓度应在8％以上。
[0012]为了营造CO浓度低于10％的还原气氛以及使P(CO)/P(CO2)低于0.20，让CaSO4朝着CaO的方向分解，各类研究中均采用了气氛瓶，通过对碳质原料、O2、CO、CO2、惰性气体的控制达到气氛条件，但是，实际生产中不可能使用价格昂贵的气氛瓶，而只能使用碳质原料和空气营造还原气氛，C可看成先发生反应1后发生反应3，空气可看作O2占21％，惰性气体占
79％，仅靠碳质原料和空气会使碳质原料的用量增加并增加了CO2排放量，且无法同时满足气氛条件所要求的CO浓度、P(CO)/P(CO2)以及尾气中的SO2浓度。
[0013]如何利用实际生产中现有的低价原料和气体从而减少碳质原料用量、减少CO2排放量并实现磷石膏分解气氛的完美调控成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0014]本专利技术目的在于提供一种循环利用尾气分解磷石膏的方法，利用实际生产中现有的低价原料和气体，减少碳质原料用量和CO2排放量，并实现磷石膏分解气氛所需的CO浓度、P(CO)/P(CO2)，同时保证尾气中的SO2浓度更易回收制得H2SO4。
[0015]为达到上述目的，采用技术方案如下：
[0016]一种循环利用尾气分解磷石膏的方法，包括以下步骤：
[0017](1)按照所要处理磷石膏的量配入所需的碳质原料，再按照尾气中所需达到的SO2浓度计算含CO2气体的通入量；
[0018](2)一部分碳质原料与全部磷石膏同时从主入料口进入还原炉，剩下部分碳质原料根据磷石膏在还原炉中的反应停留时间从次入料口均匀进入还原炉；含CO2气体从进气口通入；在还原炉中进行磷石膏的分解；
[0019](3)磷石膏分解完后所产生的尾气经过SO2回收利用系统制H2SO4，然后作为下一批磷石膏分解时所需的含CO2气体使用，如此循环利用尾气，直至通入气体趋向于全部为CO2时达到平衡。
[0020]按上述方案，步骤(1)中所述碳质原料为普通煤、高硫煤、焦炭中的一种或多种；碳质原料中C与磷石膏中SO3的摩尔比为x，x＝0.5
‑
0.8。
[0021]按上述方案，步骤(1)中所述含CO2气体为完全燃烧后的空气，其中惰性气体含量为d0，CO2含量为A0；设定尾气中SO2浓度W
SO2
为8
‑
15％；已知x为C与磷石膏中SO3的摩尔比；已知设定值W
SO2
、x，以及d0＝(A0/21％)
‑
A0，通过公式W
SO2
＝1/(1+2x
‑
1+A0‑
x+1+d0)算得含CO2气体的通入量(A0+d0)和A0、d0的值。
[0022]按上述方案，步骤2中先加入一部分碳质原料使CO浓度初始值低于10％，之后根据磷石膏在还原炉中的反应停留时间均匀加入第二部分，从而使CO浓度保持在10％以下。
[0023]按上述方案，步骤(3)中经过SO2回收利用后的尾气继续按照步骤(1)计算通入量从进气口通入，使下一批磷石膏分解后的尾气中SO2浓度不变，多余的气体排入大气中。
[0024]步骤(1)中以含CO2气体的量为完全燃烧后的空气计算，其中惰性气体为d0(占79％)，CO2为A0(占21％)；设磷石膏中CaSO4分解的主要反应式为：
[0025]xC+A0CO2→
2xCO+(A0‑
x)CO2[0026]CaSO4+CO
→
CaO+SO2+CO2[0027]总反应式：CaSO4+xC+A0CO2→
CaO+SO2+(2x
‑
1)CO+(A0‑
x+1)CO2[0028]以分解1mol的CaSO4为标准，则尾气中SO2浓度W
SO2
＝1/(1+2x
‑
1+A0‑
x+1+d0)，为了使尾气中的SO2更易回收制得H2SO4，因而尾气中SO2浓度应在8％以上，最终已知设定值W
SO2
、x，以及d0＝(A0/21％)
‑
A0，通过公式W
SO2
＝1/(1+2x
‑
1+A0‑
x+1+d0)算得含CO2气体的通入量(A0+d0)和A0、d0的值。
[0029]步骤(3)中尾气成分的变化趋势可按如下进行计算，设循环利用尾气的次数为n，
通入气体中CO2的量设为A
n
，则惰性气体的量为d
n
＝(A0/21％)
‑
A
n
，磷石膏中CaSO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种循环利用尾气分解磷石膏的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)按照所要处理磷石膏的量配入所需的碳质原料，再按照尾气中所需达到的SO2浓度计算含CO2气体的通入量；(2)一部分碳质原料与全部磷石膏同时从主入料口进入还原炉，剩下部分碳质原料根据磷石膏在还原炉中的反应停留时间从次入料口均匀进入还原炉；含CO2气体从进气口通入；在还原炉中进行磷石膏的分解；(3)磷石膏分解完后所产生的尾气经过SO2回收利用系统制H2SO4，然后作为下一批磷石膏分解时所需的含CO2气体使用，如此循环利用尾气，直至通入气体趋向于全部为CO2时达到平衡。2.如权利要求1所述循环利用尾气分解磷石膏的方法，其特征在于步骤(1)中所述碳质原料为普通煤、高硫煤、焦炭中的一种或多种；碳质原料中C与磷石膏中SO3的摩尔比为x，x＝0.5
‑
0.8。3.如权利要求1所述循环利用尾气分解磷石膏的方法，其特征在于步骤(1)中所述含CO2气体为完全燃烧后的空气，其中惰性气体含量为d0，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李叶青，张克昌，余松柏，孙航，
申请(专利权)人：华新水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：