CN115504495B - 一种循环利用尾气分解磷石膏的方法 - Google Patents
一种循环利用尾气分解磷石膏的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115504495B CN115504495B CN202211294625.4A CN202211294625A CN115504495B CN 115504495 B CN115504495 B CN 115504495B CN 202211294625 A CN202211294625 A CN 202211294625A CN 115504495 B CN115504495 B CN 115504495B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phosphogypsum
- gas
- tail gas
- concentration
- caso
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/02—Oxides or hydroxides
- C01F11/04—Oxides or hydroxides by thermal decomposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/48—Sulfur dioxide; Sulfurous acid
- C01B17/50—Preparation of sulfur dioxide
- C01B17/501—Preparation of sulfur dioxide by reduction of sulfur compounds
- C01B17/506—Preparation of sulfur dioxide by reduction of sulfur compounds of calcium sulfates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
本发明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***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。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环利用尾气分解磷石膏的方法。
背景技术
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。
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。
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:
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。
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。
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。
发明内容
本发明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。
为达到上述目的,采用技术方案如下:
一种循环利用尾气分解磷石膏的方法,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***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。
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。
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WSO2为8-15%;已知x为C与磷石膏中SO3的摩尔比;已知设定值WSO2、x,以及d0=(A0/21%)-A0,通过公式WSO2=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。
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。
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。
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:
xC+A0CO2→2xCO+(A0-x)CO2
CaSO4+CO→CaO+SO2+CO2
总反应式:CaSO4+xC+A0CO2→CaO+SO2+(2x-1)CO+(A0-x+1)CO2
以分解1mol的CaSO4为标准,则尾气中SO2浓度WSO2=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WSO2、x,以及d0=(A0/21%)-A0,通过公式WSO2=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。
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An,则惰性气体的量为dn=(A0/21%)-An,磷石膏中CaSO4分解的主要反应式为:
xC+AnCO2→2xCO+(An-x)CO2
CaSO4+CO→CaO+SO2+CO2
总反应式:CaSO4+xC+AnCO2→CaO+SO2+(2x-1)CO+(An-x+1)CO2
以分解1mol的CaSO4为标准,由于尾气经SO2回收利用制H2SO4时有O2参与反应,且温度为400-600℃,则尾气中剩余2x-1的CO也会与O2反应生成CO2,该过程中的CO浓度低,可看作被全部转化为CO2,可得到循环利用尾气后的关系式为:
An+1={(A0/21%)/[(A0/21%)+x]}*(An+x),n=0,1,2...
可进一步解得通项公式为:
An=(A0/21%)-[(A0/21%)-A0]*{(A0/21%)/[(A0/21%)+x]}^n,n=0,1,2...
则dn=[(A0/21%)-A0]*{(A0/21%)/[(A0/21%)+x]}^n,n=0,1,2...
当n=0时,An=A0,dn=d0=(A0/21%)-A0;当n→+∞时,An=A0/21%,dn=0。关系式表明循环利用尾气,会使尾气和通入气体中CO2的含量逐渐增加,惰性气体的含量逐渐减少,直至通入气体趋向于全部为CO2时达到平衡。
步骤(2)中所述碳质原料分为两部分的量可根据计算出的气体成分变化趋势进行调整,以分解1mol的CaSO4为标准,设CaSO4参与反应被分解的量为t,t∈[0,1],主要反应式为:
xC+AnCO2→2xCO+(An-x)CO2
tCaSO4+tCO→tCaO+tSO2+tCO2
总反应式:tCaSO4+xC+AnCO2→tCaO+tSO2+(2x-t)CO+(An-x+t)CO2
可得随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,各气体量和浓度的计算式为:
CO量=2x-t;
CO浓度=(2x-t)/(t+2x-t+An-x+t+dn)={[3x+(A0/21%)]/[t+x+(A0/21%)]}-1;
CO2量=An-x+t;
CO2浓度=(An-x+t)/(t+2x-t+An-x+t+dn)=1-{[2x+(A0/21%)-An]/[t+x+(A0/21%)]};
SO2量=t;
SO2浓度=t/(t+2x-t+An-x+t+dn)=1-{[x+(A0/21%)]/[t+x+(A0/21%)]};
惰性气体量dn=(A0/21%)-An;
惰性气体浓度=dn/(t+2x-t+An-x+t+dn)=[(A0/21%)-An]/[t+x+(A0/21%)];
P(CO)/P(CO2)=(2x-t)/(An-x+t)=[(An+x)/(t+An-x)]-1。
此时可算得气氛中CO浓度的变化趋势,其CO浓度初始值会高于10%,随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,CO浓度逐渐降低,因此可根据此处算得的CO浓度变化趋势,将碳质原料分为两部分,先加入第一部分从而使CO浓度初始值低于10%,之后根据每批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,利于CaSO4朝着CaO的方向分解和脱硫,循环利用尾气次数足够多后,CO2浓度提高,P(CO)/P(CO2)也会低于0.20,更加利于CaSO4朝着CaO的方向分解和脱硫,并抑制CaSO4朝着CaS的方向分解,提高磷石膏的脱硫率。
本发明中CaSO4分解的反应式如下:
实际情况中以反应1和反应2为主,反应3和反应4为次,均为吸热的可逆反应。低CO浓度、高CO2浓度可以较大程度抑制反应3的发生。
反应1在900-1100℃下的化学平衡常数K=c2(CO)/c(CO2)较大,分别为3.597*10、1.395*102、4.408*102,分解CaSO4所需的C可近似看成最初能够完全与CO2反应生成CO,之后循环利用尾气使CO2浓度提高会使反应1正向进行得更加完全。
虽然理论上0.5mol的C通过反应1和反应2足够使1mol的CaSO4分解脱硫,但考虑到反应2为可逆反应且会伴随部分反应3发生,实际上会有CO剩余且CaSO4达不到分解脱硫的要求,因而CaSO4分解到一定程度后需要有富余的CO促使反应2继续进行,从而达到CaSO4的高分解脱硫率,因此碳质原料中C与磷石膏中SO3的摩尔比为0.5-0.8合适,过高会提高CO浓度和P(CO)/P(CO2)从而发生反应3。
相对于现有技术,本发明有益效果如下:
采用本发明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同时实现了磷石膏分解气氛所需CO浓度、P(CO)/P(CO2)以及尾气中SO2浓度的调控,使磷石膏朝着CaO的方向分解,并且减少了碳质原料的用量和CO2排放量,进一步实现了磷石膏分解的工业化应用。
附图说明
图1:本发明实现循环利用尾气分解磷石膏的工艺图。
图2:x=0.7且WSO2=12%,循环利用尾气足够多,各气体浓度的变化曲线。
图3:x=0.7且WSO2=12%,循环利用尾气足够多,P(CO):P(CO2)的变化曲线。
图4:x=0.6且WSO2=12%,循环利用尾气足够多,各气体浓度的变化曲线。
图5:x=0.6且WSO2=12%,循环利用尾气足够多,P(CO):P(CO2)的变化曲线。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案,但不作为对本发明保护范围的限制。
具体实施方式中提供了一种循环利用尾气分解磷石膏的方法,参照附图1所示:
(1)先按照每批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浓度计算通入气体的量;
(2)磷石膏按批次全部从主入料口进入还原炉;将分解每批磷石膏所需的碳质原料分为两部分,第一部分碳质原料全部与磷石膏从主入料口进入还原炉或者全部从次入料口进入还原炉,第二部分碳质原料根据每批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;将分解每批磷石膏所需的通入气体全部从进气口通入;在还原炉中进行磷石膏的分解;
(3)将前一批磷石膏分解完后所产生的尾气经过SO2回收利用制H2SO4的处理,然后作为下一批磷石膏分解时所需的通入气体使用,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。
具体地,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。
具体地,步骤(1)中所述通入气体的量,按照完全燃烧后的空气进行计算,该燃烧后的空气中惰性气体为d0(占79%),CO2为A0(占21%);设磷石膏中CaSO4分解的主要反应式为:
xC+A0CO2→2xCO+(A0-x)CO2
CaSO4+CO→CaO+SO2+CO2
总反应式:CaSO4+xC+A0CO2→CaO+SO2+(2x-1)CO+(A0-x+1)CO2
以分解1mol的CaSO4为标准,则尾气中SO2浓度WSO2=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WSO2、x,以及d0=(A0/21%)-A0,通过公式WSO2=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。
具体地,步骤(3)中所述循环利用尾气,其是经过SO2回收利用后的尾气继续按照步骤(1)算得通入气体的量从进气口通入,使下一批磷石膏分解后的尾气中SO2浓度不变,多余的气体则排入大气中。
具体地,步骤(3)中所述通入气体,其气体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An,则惰性气体的量为dn=(A0/21%)-An,磷石膏中CaSO4分解的主要反应式为:
xC+AnCO2→2xCO+(An-x)CO2
CaSO4+CO→CaO+SO2+CO2
总反应式:CaSO4+xC+AnCO2→CaO+SO2+(2x-1)CO+(An-x+1)CO2
以分解1mol的CaSO4为标准,由于尾气经SO2回收利用制H2SO4时有O2参与反应,且温度为400-600℃,则尾气中剩余2x-1的CO也会与O2反应生成CO2,该过程中的CO浓度低,可看作被全部转化为CO2,可得到循环利用尾气后的关系式为:
An+1={(A0/21%)/[(A0/21%)+x]}*(An+x),n=0,1,2...
可进一步解得通项公式为:
An=(A0/21%)-[(A0/21%)-A0]*{(A0/21%)/[(A0/21%)+x]}^n,n=0,1,2...
则dn=[(A0/21%)-A0]*{(A0/21%)/[(A0/21%)+x]}^n,n=0,1,2...
当n=0时,An=A0,dn=d0=(A0/21%)-A0;当n→+∞时,An=A0/21%,dn=0。关系式表明循环利用尾气,会使尾气和通入气体中CO2的含量逐渐增加,惰性气体的含量逐渐减少,直至通入气体趋向于全部为CO2时达到平衡。
具体地,步骤(2)中所述碳质原料分为两部分,其特征在于碳质原料分为两部分的量可根据计算出的气体成分变化趋势进行调整,以分解1mol的CaSO4为标准,设CaSO4参与反应被分解的量为t,t∈[0,1],主要反应式为:
xC+AnCO2→2xCO+(An-x)CO2
tCaSO4+tCO→tCaO+tSO2+tCO2
总反应式:tCaSO4+xC+AnCO2→tCaO+tSO2+(2x-t)CO+(An-x+t)CO2
可得随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,各气体量和浓度的计算式为:
CO量=2x-t;
CO浓度=(2x-t)/(t+2x-t+An-x+t+dn)={[3x+(A0/21%)]/[t+x+(A0/21%)]}-1;
CO2量=An-x+t;
CO2浓度=(An-x+t)/(t+2x-t+An-x+t+dn)=1-{[2x+(A0/21%)-An]/[t+x+(A0/21%)]};
SO2量=t;
SO2浓度=t/(t+2x-t+An-x+t+dn)=1-{[x+(A0/21%)]/[t+x+(A0/21%)]};
惰性气体量dn=(A0/21%)-An;
惰性气体浓度=dn/(t+2x-t+An-x+t+dn)=[(A0/21%)-An]/[t+x+(A0/21%)];
P(CO)/P(CO2)=(2x-t)/(An-x+t)=[(An+x)/(t+An-x)]-1。
此时可算得气氛中CO浓度的变化趋势,其CO浓度初始值会高于10%,随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,CO浓度逐渐降低,因此可根据此处算得的CO浓度变化趋势,将碳质原料分为两部分,先加入第一部分从而使CO浓度初始值低于10%,之后根据每批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,利于CaSO4朝着CaO的方向分解和脱硫,循环利用尾气次数足够多后,CO2浓度提高,P(CO)/P(CO2)也会低于0.20,更加利于CaSO4朝着CaO的方向分解和脱硫,并抑制CaSO4朝着CaS的方向分解,提高磷石膏的脱硫率。
实施例1
以分解1mol的CaSO4为标准,当设定x=0.7且WSO2=1/(1+2x-1+A0-x+1+d0)=12%时,以及d0=(A0/21%)-A0,可得:
A0=1.393,d0=5.2403,通入气体量=A0+d0=6.6333;
可进一步解得通项公式为:
An=6.6333-5.2403*(6.6333/7.3333)^n,n=0,1,2...
则dn=5.2403*(6.6333/7.3333)^n,n=0,1,2...
可算得循环利用SO2吸收后的尾气次数n与气氛的关系,如表1所示,可知循环次数增加后,引入的C使CaSO4分解所生成的CO2逐渐取代了气氛中的惰性气体,8.3333mol的尾气中1mol的SO2被吸收利用制H2SO4且剩余的CO转化为CO2,此时尾气剩余7.3333mol,然后其中的6.6333mol作为分解下一个1molCaSO4的通入气体使用,多余的0.7mol气体则排入大气中,循环次数达到足够多后,通入的气体基本全为CO2,每1molCaSO4分解所产生的CO2排放量(即C的使用量)为0.7mol。
表1 x=0.7且WSO2=12%,循环利用SO2吸收后的尾气次数n与气氛的关系。
以分解1mol的CaSO4为标准,设CaSO4参与反应被分解的量为t,t∈[0,1],可得随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,各气体量和浓度的关系式为:
CO量=1.4-t;
CO浓度=(1.4-t)/(t+1.4-t+An-0.7+t+dn)=[8.7333/(t+7.3333)]-1;
CO2量=An-0.7+t;
CO2浓度=(An-0.7+t)/(t+1.4-t+An-0.7+t+dn)=1-[(8.0333-An)/(t+7.3333)];
SO2量=t;
SO2浓度=t/(t+1.4-t+An-0.7+t+dn)=1-[7.3333/(t+7.3333)];
惰性气体量dn=6.6333-An;
惰性气体浓度=dn/(t+1.4-t+An-0.7+t+dn)=(6.6333-An)/(t+7.3333);
P(CO)/P(CO2)=(1.4-t)/(An-0.7+t)=[(An+0.7)/(t+An-0.7)]-1。
当循环利用尾气的次数足够多达到平衡时,An=6.6333,根据计算结果绘制随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,各气体浓度、P(CO):P(CO2)的变化曲线,分别如图2、图3所示。由于分解CaSO4时的初始CO浓度为19.09%、初始P(CO):P(CO2)为0.2360,较高,之后随着CaSO4逐渐分解呈近似线性的关系CO浓度降低至4.80%、P(CO):P(CO2)降低至0.0577。因此可采取的方法为碳质原料先只加一部分,降低初始CO浓度和初始P(CO):P(CO2),然后均匀添加剩余的碳质原料。
本实施例碳质原料的使用方法根据设定的磷石膏在还原炉中反应的停留时间进行换算,以分解1mol的CaSO4为标准,先加入碳质原料中的0.3mol,通入全部循环利用的尾气6.6333mol,然后根据反应停留时间的一半均匀添加另外0.4mol的碳质原料。通过此方法可以更好的使气氛稳定在一个适合CaSO4分解脱硫的范围内。
实施例2
以分解1mol的CaSO4为标准,当设定x=0.6且WSO2=1/(1+2x-1+A0-x+1+d0)=12%时,以及d0=(A0/21%)-A0,可得:
A0=1.414,d0=5.3193,通入气体量=A0+d0=6.7333;
可进一步解得通项公式为:
An=6.7333-5.3193*(6.7333/7.3333)^n,n=0,1,2...
则dn=5.3193*(6.7333/7.3333)^n,n=0,1,2...
可算得循环利用SO2吸收后的尾气次数n与气氛的关系,如表2所示,可知循环次数增加后,引入的C使CaSO4分解所生成的CO2逐渐取代了气氛中的惰性气体,8.3333mol的尾气中1mol的SO2被吸收利用制H2SO4且剩余的CO转化为CO2,此时尾气剩余7.3333mol,然后其中的6.7333mol作为分解下一个1molCaSO4的通入气体使用,多余的0.6mol气体则排入大气中,循环次数达到足够多后,通入的气体基本全为CO2,每1molCaSO4分解所产生的CO2排放量(即C的使用量)为0.6mol。
表2 x=0.6且WSO2=12%,循环利用SO2吸收后的尾气次数n与气氛的关系。
以分解1mol的CaSO4为标准,设CaSO4参与反应被分解的量为t,t∈[0,1],可得随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,各气体量和浓度的关系式为:
CO量=1.2-t;
CO浓度=(1.2-t)/(t+1.2-t+An-0.6+t+dn)=[8.5333/(t+7.3333)]-1;
CO2量=An-0.6+t;
CO2浓度=(An-0.6+t)/(t+1.2-t+An-0.6+t+dn)=1-[(7.9333-An)/(t+7.3333)];
SO2量=t;
SO2浓度=t/(t+1.2-t+An-0.6+t+dn)=1-[7.3333/(t+7.3333)];
惰性气体量dn=6.7333-An;
惰性气体浓度=dn/(t+1.2-t+An-0.6+t+dn)=(6.7333-An)/(t+7.3333);
P(CO)/P(CO2)=(1.2-t)/(An-0.6+t)=[(An+0.6)/(t+An-0.6)]-1。
当循环利用尾气的次数足够多达到平衡时,An=6.7333,根据计算结果绘制随着1mol的CaSO4逐渐参与反应被分解,各气体浓度、P(CO):P(CO2)的变化曲线,分别如图4、图5所示。由于分解CaSO4时的初始CO浓度为16.36%、初始P(CO):P(CO2)为0.1957,较高,之后随着CaSO4逐渐分解呈近似线性的关系CO浓度降低至2.40%、P(CO):P(CO2)降低至0.0280。因此可采取的方法为碳质原料先只加一部分,降低初始CO浓度和初始P(CO):P(CO2),然后均匀添加剩余的碳质原料。
本实施例碳质原料的使用方法根据设定的磷石膏在还原炉中反应的停留时间进行换算,以分解1mol的CaSO4为标准,先加入碳质原料中的0.3mol,通入全部循环利用的尾气6.7333mol,然后根据反应停留时间的一半均匀添加另外0.3mol的碳质原料。通过此方法可以更好的使气氛稳定在一个适合CaSO4分解脱硫的范围内。
对比例1
每次通入气体都采用空气(O2占21%,其他看作惰性气体),不进行尾气的循环利用,以分解1mol的CaSO4为标准,设碳质原料中C与磷石膏中SO3的摩尔比为x0+x,首先C与空气中的全部O2反应生成CO2,然后多余的C与CO2反应生成CO,主要反应式为:
x0C+x0O2→x0CO2
xC+x0CO2→2xCO+(x0-x)CO2
CaSO4+CO→CaO+SO2+CO2
总反应式:CaSO4+(x0+x)C+x0O2→CaO+SO2+(2x-1)CO+(x0-x+1)CO2
空气中O2量为x0,惰性气体量d0=(x0/21%)-x0;
当设定x=0.7且WSO2=1/(1+2x-1+x0-x+1+d0)=12%时,可得:
x0=1.393,d0=5.2403,通入气体量=x0+d0=6.6333;
此时气氛的变化情况与实施例1相同,但每分解1mol的CaSO4所需C的物质量为x0+x=1.393+0.7=2.093mol。
以分解1mol的CaSO4为标准,对比例1中每次通入气体都采用空气(O2占21%,其他看作惰性气体),不进行尾气的循环利用,为了达到和实施例1未循环利用尾气时同样的气氛条件,其C的用量为2.093mol,明显高于实施例1中的0.7mol;尾气全部排入大气中的CO2排放量为2.093mol,也明显高于实施例1中的0.7mol;原因为尾气中SO2浓度为12%时需要通入气体的量较多,空气中的O2占比有21%,较高,此时通入气体全部使用空气会使O2的量过高,从而明显增加C的用量,尾气全部排入大气中使得CO2得不到利用,从而明显增加CO2排放量。
大量文献的研究中因采用了惰性气体气氛瓶从而降低O2的浓度或采用了CO2气氛瓶排除O2需消耗更多C的影响,但实际生产不允许使用价格昂贵的气氛瓶,在采用实施例1、实施例2中循环利用尾气的方法后,CO浓度、SO2浓度的变化趋势保持不变,CO2浓度则逐渐增加,直至通入气体趋向于全部为CO2时达到平衡,此时CO2浓度的增加且P(CO)/P(CO2)的降低进一步利于CaSO4朝着CaO的方向分解和脱硫,并抑制CaSO4朝着CaS的方向分解,提高磷石膏的脱硫率。
其次,实施例1、实施例2通过将碳质原料分为两部分加入还原炉的方法,先加入第一部分从而使CO浓度初始值低于10%,之后根据每批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,同时P(CO)/P(CO2)在0.20以下,尾气中SO2浓度保持在12%。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (3)
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;碳质原料中C与磷石膏中SO3的摩尔比为x,x=0.5-0.8;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WSO2为8-15%;已知x为C与磷石膏中SO3的摩尔比;已知设定值WSO2、x,以及d0=(A0/21%)-A0,通过公式WSO2=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;
(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;其中,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;
(3)磷石膏分解完后所产生的尾气经过SO2回收利用***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。
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(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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211294625.4A CN115504495B (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种循环利用尾气分解磷石膏的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211294625.4A CN115504495B (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种循环利用尾气分解磷石膏的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115504495A CN115504495A (zh) | 2022-12-23 |
CN115504495B true CN115504495B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=84510755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211294625.4A Active CN115504495B (zh) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 一种循环利用尾气分解磷石膏的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115504495B (zh) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101708826A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-05-19 | 四川大学 | 一种用硫磺还原分解磷石膏的方法 |
CN103466675A (zh) * | 2013-09-03 | 2013-12-25 | 昆明理工大学 | 一种磷石膏的分解方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103072949B (zh) * | 2012-12-07 | 2015-07-15 | 云天化集团有限责任公司 | 一种流态化床层还原分解磷石膏制备硫化钙的方法 |
FI3713872T3 (fi) * | 2017-11-22 | 2023-10-20 | Ocp Sa | Fosfokipsin hajotusmenetelmä |
CN115108744A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-09-27 | 华新水泥股份有限公司 | 一种磷石膏分解联产水泥工艺 |
CN115073030B (zh) * | 2022-07-13 | 2023-03-14 | 华新水泥股份有限公司 | 一种磷石膏脱硫联产水泥工艺 |
-
2022
- 2022-10-21 CN CN202211294625.4A patent/CN115504495B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101708826A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-05-19 | 四川大学 | 一种用硫磺还原分解磷石膏的方法 |
CN103466675A (zh) * | 2013-09-03 | 2013-12-25 | 昆明理工大学 | 一种磷石膏的分解方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115504495A (zh) | 2022-12-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111559879B (zh) | 一种硫磺气体还原石膏制硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法 | |
CN109607491B (zh) | 一种脱硫灰制备硫酸的方法 | |
CN102502524B (zh) | 一种由硫酸钙和硫磺生产二氧化硫的方法 | |
CN109809456B (zh) | 一种煤气化协同石膏煅烧联产氧化钙和硫磺的***及方法 | |
CN111995264B (zh) | 一种石膏还原氧化循环煅烧联产生石灰及硫的工艺及*** | |
CN109626339B (zh) | 一种石膏制备硫酸的方法 | |
CN109928415B (zh) | 一种石膏煅烧回收碳酸钙和硫磺的***及方法 | |
CN101244811B (zh) | 一种提高分解硫酸钙制酸工艺中so2浓度的方法 | |
WO2022237528A1 (zh) | 一种基于碳减排的生石灰制备工艺及*** | |
CN113603126B (zh) | 一种利用工业副产物石膏制备氧化钙的方法 | |
CN111574080B (zh) | 硫磺气体还原石膏制贝利特硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法 | |
CN115180846B (zh) | 一种磷石膏脱硫制备硫铝酸钙改性硅酸盐水泥熟料的工艺 | |
CN111498811A (zh) | 一种石膏煅烧协同co耦合炭热还原的工艺及装置 | |
CN113307519A (zh) | 硫等离子体流还原石膏制水泥联产硫酸的方法 | |
CN207619279U (zh) | 一种采用消化热生料进行脱硫的*** | |
CN105152141B (zh) | 一种石膏制酸热工工艺及装置 | |
CN115073030A (zh) | 一种磷石膏脱硫联产水泥工艺 | |
CN103072949A (zh) | 一种流态化床层还原分解磷石膏制备硫化钙的方法 | |
CN115504495B (zh) | 一种循环利用尾气分解磷石膏的方法 | |
CN111574079B (zh) | 气体硫磺和高硫铝土矿协同还原石膏制硫铝酸盐水泥联产硫酸的方法 | |
CN111977616A (zh) | 脱硫灰和脱硫石膏的协同处理方法及协同处理*** | |
CN101357773A (zh) | 一种降低磷石膏分解温度的方法 | |
CN115108744A (zh) | 一种磷石膏分解联产水泥工艺 | |
CN111453702B (zh) | 一种固定床回收工业副产硫钙渣中硫的方法 | |
CN205023854U (zh) | 一种石膏制酸热工装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |