[发明专利]一种磷石膏分解气联合湿法磷酸生产的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磷石膏的资源再利用领域，尤其涉及一种磷石膏分解气联合湿法磷酸生产的方法。

背景技术

磷石膏是高浓度磷肥生产的主要固体废物，我国磷化工产量已居世界第一位，2015年我国湿法磷酸生产约1500万吨(P₂O₅％)，副产磷石膏8000万吨，同时需要消耗硫酸产量4000万吨，位居世界第一位。

为了解决磷石膏大量堆积的问题，目前的处理方法一般是将磷石膏采用还原分解生产硫酸用于湿法磷酸的循环利用，这样可以减少湿法磷化工的磷石膏固废堆放和节约硫资源，是解决磷化工固废排放的有利途径；磷石膏分解的化学反应如下：

CaSO₄+2C＝CaS+2CO₂↑(1)

3CaSO₄+CaS＝4CaO+4SO₂↑(2)

按反应式(1)和(2)每1分子氧化硫气体中含有1/2的二氧化碳，且为了达到分解的温度还要以非硫物质(如碳)燃烧以提供热量，不仅造成气体组成的差异，且氧化硫浓度相对较低。

上述的磷石膏还原分解产生的氧化硫气体组成与传统的采用硫铁矿和硫磺焙烧或燃烧的氧化硫组成存在较大的差异。

具体而言，用于湿法磷酸生产原料的硫酸，是采用含硫原料如硫铁矿、硫磺经过空气中的氧进行焙烧与燃烧而氧化产生出SO₂气体，其生产原理为：

S+O₂＝SO₂(3)

产生的氧化硫气体再经过接触催化氧化将SO₂转化成SO₃，其生产原理为：

2SO₂+O₂＝2SO₃(4)

催化氧化得到的SO₃气体用水吸收得到硫酸，其生产原理为：

2SO₃+H₂O＝H₂SO₄(5)

按此生产原理，早期的硫酸生产采用一次转化一次吸收(即“一转一吸”)工艺方法，生产流程简单，不仅装置投资低，而且运行生产费用低；但按反应式(4)(5)进行的转化率与吸收率低，氧化硫的总转化率仅有95％，约有5％排除的尾气SO₂含量高，酸雾重(含SO₃高)，几乎被全部淘汰。现代的硫酸生产同样按反应式(4)(5)的生产原理，采用两次多段转化与两次吸收(即“初级吸收”和“末级吸收”)的所谓“两转两吸”工艺制取硫酸，其目的是将燃烧生成的SO₂经过两次多段催化转化成后，提高反应(4)式的转化效率，而两次吸收的目的同样是用浓硫酸提高转化后的SO₃气体的吸收效率，其氧化硫的总转化率达到99.2％。几乎达到国家尾气排放标准的800mg/m³，但因雾霾与环保的严峻形势，2015年国家尾气标准下降到400mg/m³,现有硫酸装置需要配套尾气脱硫装置。

因此，磷石膏还原分解产生的氧化硫气体若采用传统的“两转两吸”工艺生产硫酸，对比硫铁矿与硫磺焙烧与燃烧产生的氧化硫具有较大的差别与不足，存在的主要缺点如下：

一、因反应式(1)生产的二氧化碳气体的存在，氧化硫浓度相对较低且不稳定，在反应式(4)中的转化温度不够，影响反应速度，致使生产能力下降，需要配置电炉对气体进行加热升温，增加投资与生产费用；

二、磷石膏还原分解生产硫酸的硫资源循环生产装置中，投资最大的是硫酸装置，其装置费用包括4项：一是磷石膏还原分解气体的净化装置，除尘、酸洗或水洗；二是二氧化硫氧化成三氧化硫的两次多段转化装置规格增大与催化剂的用量增高；三是两次吸收的吸收塔装置规格增大；四是尾气同样需要进行脱硫装置的治理费用。

三、由于“两转两吸”装置规格的增大，投资费用增高，生产运行费用增加，尤其是系统阻力带来的硫酸风机功率增大，其生产成本体现在电费的增加；造成单位硫酸生产成本高于其它硫资源的生产成本，不利于磷石膏分解制酸的硫循环磷化工生产。