磷石膏循环流化床煅烧分解工艺可行性分析

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0546

摘要/Abstract

摘要：

磷酸制备过程中副产的磷石膏为工业固废，将其用于制硫酸联产钙基材料是可持续发展的技术路线。提出了磷石膏煤循环流化床煅烧分解制硫酸联产钙基材料工艺，从流程的质能平衡以及不同工况下煤煅烧磷石膏分解脱硫性能方面验证了工艺的可行性。热力学计算结果表明：该工艺能够实现自热运行，煤煅烧磷石膏分解和脱硫生成CaO，O₂/H₂O和O₂/CO₂是合适的流化和氧化介质，反应器出口干气SO₂体积分数最高可达33%，适合硫酸生产；还原性-弱氧化性气氛的过度能够实现磷石膏在1 100 ℃下的分解和脱硫，低于现有磷石膏分解工艺温度；在1 100 ℃、磷石膏/煤质量比为4∶1、O₂体积分数为1%的O₂/CO₂或O₂/H₂O反应条件下，固体残渣的主要成分为CaO、CaO·CaSiO₃。该研究结果初步表明磷石膏循环流化床煅烧分解制硫酸联产钙基材料工艺可行。

关键词: 磷石膏, 钙基材料, 分解脱硫, 循环流化床

Abstract:

Phosphogypsum produced from phosphoric acid production，as industrial solid wastes，can be used for the production of sulfuric acid and calcium based materials，which is a sustainable technological route.The process of phosphogypsum decomposition in the coal-fired circulating fluidized bed to produce sulfuric acid and calcium-based materials after granulation was presented.The feasibility of the process was verified from the aspects of the mass energy balance of the process and the decomposition desulfurization performance of phosphogypsum calcined from coal under different working conditions.Thermodynamic calculation results showed that the process could realize self heating operation.CaO was generated from the decomposition and desulfurization of calcined phosphogypsum.O₂/H₂O and O₂/CO₂ were suitable fluidization and oxidation media.The volume fraction of SO₂ in the dry gas at the reactor outlet could reach 33%，which was suitable for sulfuric acid production.The excessive reducing weak oxidizing atmosphere could realize the decomposition and desulfurization of phosphogypsum at 1 100 ℃，which was lower than the existing decomposition process temperature of phosphogypsum.Under the reaction conditions of 1 100 ℃，phosphogypsum/coal mass ratio of 4∶1，O₂/CO₂ or O₂/H₂O with 1% O₂ volume fraction，the main components of solid residue were CaO，CaO·CaSiO₃.The research results preliminarily showed that the technology of phosphogypsum calcination and decomposition by circulating fluidized bed to produce sulfuric acid and calcium based materials was feasible.

Key words: phosphogypsum, calcium-based materials, decomposition and desulphurization, circulating fluidized bed

中图分类号:

TQ126.3

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图/表 13

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参考文献 14

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工况	磷石膏/ g	煤/ g	反应气	温度/ ℃	时长/ min
1	1	—	5.5 mL/min CO，177 mL/min N₂	1 100	30
2	1	—	5.5 mL/min CO，177 mL/min N₂	1 100	60
3	1	—	11 mL/min CO，355 mL/min N₂	1 100	30
4	1	—	16.5 mL/min CO，533 mL/min N₂	1 100	30
5	1	0.1	90 mL/min N₂	1 100	30
6	1	0.25	90 mL/min N₂	1 100	30
7	1	0.25	90 mL/min CO₂	1 100	30
8	1	0.25	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 100	30
9	1	0.25	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 000	30
10	1	0.25	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 050	30
11	1	0.25	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 100	20
12	1	0.25	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 100	40
13	1	0.25	4 mL/min O₂，396 mL/min N₂	1 100	30
14	1	0.2	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 100	30
15	1	0.222	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 100	30
16	1	0.286	4 mL/min O₂，396 mL/min CO₂	1 100	30

工况条件	气化介质	磷石膏量/ （t∙d^-1）	反应温度/ ℃	生成烟气量/ （m³∙s^-1）	煤耗量/ （t∙d^-1）	氧耗量/ （t∙d^-1）	反应器出口 φ（SO₂）/ %（干气）	反应器出口 φ（CO）/ %	反应器出口 φ（H₂）/ %	反应器出口 φ（CO₂）/ %	反应器出口 φ（H₂O）/ %	反应器出口 φ（O₂）/ %
未干燥含结晶水	50% O₂+50% CO₂	1 000	1 100	60.12	241.03	412.15	15.96	1.11	0.28	56.93	29.02	0.37
干燥脱水	50% O₂+50% CO₂	1 000	1 100	36.37	182.11	295.01	20.49	0.71	0.05	70.02	9.03	0.45
干燥脱水	空气	1 000	1 100	84.93	227.63		8.39	0.75	0.09	19.26	4.74	0.06
干燥脱水	50% O₂+50% H₂O	1 000	1 100	35.03	174.36	279.32	33.17	0.59	0.33	36.61	42.00	0.47

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