專利名稱：以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)硫酸的生產(chǎn)方法，尤其是涉及一種以濕法磷酸固體殘渣——磷石膏為原料的工業(yè)硫酸的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
硫酸是基本的化工原料之一，大量用于磷肥過磷酸鈣、硫酸銨的生產(chǎn)，是生產(chǎn)各種硫酸鹽的主要原料。也用于生產(chǎn)塑料、人造絲、人造纖維、染料、油漆、制革、制藥等。在石油提煉、鋼鐵酸洗、有色金屬的冶煉及紡織印染、制革、煉焦行業(yè)也大量使用硫酸。在國防工業(yè)中制取硝化甘油、硝化纖維、三硝基甲苯炸藥以及原子能工業(yè)、火箭工業(yè)都需要大量使用硫酸。
磷石膏是用硫酸浸取磷礦石粉[Ca5F(PO)3]制取濕法磷酸后的不可避免的固體殘渣。其中90％以上的成分是水合硫酸鈣(CaSO4·H2O、CaSO4·1/2H2O)，比較純凈的硫酸鈣是白色的粉末，具有結(jié)晶水的石膏成塊狀，稱之為生石膏。因為磷石膏中含有一部分有機和無機帶色的雜質(zhì)，所以磷石膏呈深灰色或淺黃色，它幾乎不溶于硫酸、磷酸，當(dāng)加溫到1200-1400℃時，磷石膏極劇分解生成CaO和SO2，并吸收相應(yīng)的熱量，同時放出一部分的氧氣，由此可見，以磷石膏作為工業(yè)硫酸的生產(chǎn)原料是完全可行的。一方面，磷石膏中含有游離磷酸2-3％，過磷酸鈣2-3％，這部分成分易溶于水，有比較強的腐蝕性，長時間露天放置，由于雨水的沖洗滲透，磷含量逐漸減少，而堆垛下底端磷含量逐漸增高，正因為這部分成份易溶于水，容易滲透于土壤中和地下層，能夠污染地下水，并且破壞地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使地質(zhì)層松軟，嚴(yán)重時會造成局部地陷和下沉，在低凹地方形成沼澤地，稱為酸鈣松軟地，久晴不雨時，地表面呈現(xiàn)酸性鹽霜。另一方面，磷石膏中還含有約1-2％的P2O5，它主要是以Ca5F(PO4)3及磷酸氫鈣的形式存在，同時，磷石膏中還存在有CaSiF6和其它微量元素，這部分成分不易溶于水，且在磷石膏中的含量穩(wěn)定，不會因時間關(guān)系而發(fā)生變化。
目前，工業(yè)硫酸的生產(chǎn)多以硫鐵礦或硫磺為原料，也有通過硫化礦物脫硫過程副產(chǎn)硫酸的。以磷石膏作為生產(chǎn)工業(yè)硫酸的原料，與用硫精礦為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸，雖然在工藝流程上幾乎完全一樣，但通過該方法不但解決了濕法磷酸生產(chǎn)中磷石膏的處理難題，變廢為用，而且對于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也起到了十分重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決濕法磷酸生產(chǎn)中磷石膏的處理難題，提供一種以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于包括如下工藝步驟A、沸騰燃燒將磷石膏及占磷石膏重量20％的燃燒還原碳一并加入到1000～1100℃的沸騰爐中完全鍛燒，得到二氧化硫和二氧化碳爐氣及氧化鈣固體粉塵。
其化學(xué)反應(yīng)式如下
所述磷石膏的粒度為100～250目。
B、除塵降溫先用V型管式除塵器，將爐氣中的粉塵沉淀降低至1～5％，再經(jīng)兩級旋風(fēng)除塵器將粉塵進(jìn)一步降低為0.5～1％，同時將爐氣冷卻至400～450℃。
所述V型管式除塵器V型管的夾角小于30°，其內(nèi)外管之間為熱風(fēng)夾套。
所述旋風(fēng)除塵器分為兩級，第一級為風(fēng)冷降溫式，第二級為循環(huán)水夾套式，且其內(nèi)壁由耐腐蝕的不銹鋼材料制成。
C、爐氣的洗滌用稀磷酸和濃度為10～50％的稀硫酸的混合液，于填料塔中將爐氣中的粉塵充分洗凈，至爐氣中的粉塵率降至0.001％以下。
D、干燥爐氣將經(jīng)洗滌后的爐氣通入加有濃度為98％的硫酸填料洗滌干燥塔中，使洗滌干燥后爐氣的含水率低于0.001％，且溫度降至常溫，同時98％的硫酸自身變成了93％的硫酸。
所述填料洗滌干燥塔內(nèi)壁由搪呋鑭樹脂制成。
所述洗滌干燥塔中98％的硫酸的流量為50m3/h，壓力為2Kg/cm2。
E、第一次轉(zhuǎn)化將上述經(jīng)步驟A～D處理過的爐氣加熱至300～350℃后，再輸入加有V2O5觸媒的轉(zhuǎn)化塔中使SO2被轉(zhuǎn)化為SO3。
所述轉(zhuǎn)化塔內(nèi)的觸媒設(shè)置為重量相等的三層。
所述步驟E中爐氣的加熱轉(zhuǎn)化采用以下兩種方法中的任意一種方法一用煤或電力對爐氣輸氣管道進(jìn)行加熱，并保持爐氣的溫度為300～350℃后輸入轉(zhuǎn)化塔中。
方法二先將轉(zhuǎn)化用空氣用98％的硫酸脫水后，再經(jīng)鼓風(fēng)機鼓入步驟B所述旋風(fēng)除塵器的夾套內(nèi)，此時轉(zhuǎn)化用空氣被加熱至300～350℃，同時將該熱空氣直接送入轉(zhuǎn)化塔中即可將SO2轉(zhuǎn)化為SO3。
F、第一次吸收將步驟E轉(zhuǎn)化塔中的SO3通入步驟D的洗滌干燥塔中，使SO3被濃度為93％的硫酸吸收即得成品工業(yè)硫酸。
G、第二次轉(zhuǎn)化將第一次未轉(zhuǎn)化吸收完的爐氣送入裝有V2O5觸媒的第二轉(zhuǎn)化塔中，并通過安裝在第二轉(zhuǎn)化塔下方的換熱器使轉(zhuǎn)化溫度維持為440℃。
所述第二轉(zhuǎn)化塔的底部為換熱器，觸媒直接放在換熱器的上方。
H、第二次吸收與第一次吸收方式一樣。
I、尾氣處理經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化和兩次吸收后，爐氣中SO2含量為1000～2000PPm，未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需將尾氣通入裝有10％NaOH溶液的洗滌塔經(jīng)洗滌后方可排放。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明不但為工業(yè)硫酸生產(chǎn)提供了不用花錢的原料，而且還解決了濕法磷酸生產(chǎn)中所產(chǎn)生的固體殘渣磷石膏無法處理的難題，極大地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，真是一舉兩得；同時，本發(fā)明還具有成本低，工藝流程成熟的特點。
具體實施例方式
以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸，它是以年產(chǎn)3～5萬噸成品工業(yè)硫酸為產(chǎn)量依據(jù)，并經(jīng)現(xiàn)有的3萬噸硫酸廠改造而成，其工藝步驟如下A、沸騰燃燒將磷石膏及占磷石膏重量20％的燃燒還原碳一并加入到1000～1100℃的沸騰爐中完全鍛燒，得到二氧化硫和二氧化碳爐氣及氧化鈣固體粉塵。
其化學(xué)反應(yīng)式如下
所述磷石膏的粒度為100～250目。
所述的燃燒還原碳即為煤粉。
B、除塵降溫先用V型管式除塵器，將爐氣中的粉塵沉淀降低至1～5％，再經(jīng)兩級旋風(fēng)除塵器將粉塵進(jìn)一步降低為0.5～1％，同時將爐氣冷卻至400～450℃。
所述V型管式除塵器V型管的夾角為25°，其內(nèi)外管之間為熱風(fēng)夾套；V型管的內(nèi)直徑為Φ1200mm，外徑為Φ2200mm。
所述旋風(fēng)除塵器分為兩級，第一級為風(fēng)冷降溫式，第二級為循環(huán)水夾套式，且其內(nèi)壁由耐腐蝕的不銹鋼材料制成，直徑為Φ1200mm，高6000mm，內(nèi)芯為Φ800mm，高4500mm，厚度為δ10，成錐底落地式樣。
C、爐氣的洗滌用稀磷酸和濃度為10～50％的稀硫酸的混合液，于填料塔中將爐氣中的粉塵充分洗凈，至爐氣中的粉塵率降至0.001％以下。
D、干燥爐氣將經(jīng)洗滌后的爐氣通入加有濃度為98％的硫酸填料洗滌干燥塔中，使洗滌干燥后爐氣的含水率低于0.001％，且溫度降至常溫，同時98％的硫酸自身變成了93％的硫酸。
所述填料洗滌干燥塔內(nèi)壁由搪呋鑭樹脂制成，其容積比常規(guī)硫酸廠的容積增大了40％所述填料洗滌干燥塔中98％的硫酸的流量為50m3/h，壓力為2Kg/cm2。
E、第一次轉(zhuǎn)化將上述經(jīng)步驟A～D處理過的爐氣加熱至300～350℃后，再輸入加有V2O5觸媒的轉(zhuǎn)化塔中使SO2被轉(zhuǎn)化為SO3。
所述轉(zhuǎn)化塔內(nèi)的觸媒設(shè)置為三層，每層裝入20噸觸媒。
所述步驟E中爐氣的加熱轉(zhuǎn)化采用以下方法先將轉(zhuǎn)化用空氣用98％的硫酸脫水后，再經(jīng)鼓風(fēng)機鼓入步驟B所述旋風(fēng)除塵器的夾套內(nèi)，此時轉(zhuǎn)化用空氣被加熱至300～350℃，同時將該熱空氣直接送入轉(zhuǎn)化塔中即可將SO2轉(zhuǎn)化為SO3。
F、第一次吸收將步驟E轉(zhuǎn)化塔中的SO3通入步驟D的洗滌干燥塔中，使SO3被濃度為93％的硫酸吸收即得成品工業(yè)硫酸。
G、第二次轉(zhuǎn)化將第一次未轉(zhuǎn)化吸收完的爐氣送入裝有V2O5觸媒的第二轉(zhuǎn)化塔中，并通過安裝在第二轉(zhuǎn)化塔下方的換熱器使轉(zhuǎn)化溫度維持為440℃。
所述第二轉(zhuǎn)化塔的底部為換熱器，觸媒直接放在換熱器的上方。
H、第二次吸收與第一次吸收方式一樣。
I、尾氣處理經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化和兩次吸收后，爐氣中SO2含量為1000～2000PPm，未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需將尾氣通入裝有10％NaOH溶液的洗滌塔經(jīng)洗滌后方可排放。尾氣煙囪用Φ500的PVC管，高度至少在35-50m。
權(quán)利要求
1.以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于包括如下工藝步驟A、沸騰燃燒將磷石膏及占磷石膏重量20％的燃燒還原碳一并加入到1000～1100℃的沸騰爐中完全鍛燒，得到二氧化硫和二氧化碳爐氣及氧化鈣固體粉塵；B、除塵降溫先用V型管式除塵器，將爐氣中的粉塵沉淀降低至1～5％，再經(jīng)兩級旋風(fēng)除塵器將粉塵進(jìn)一步降低為0.5～1％，同時將爐氣冷卻至400～450℃；C、爐氣的洗滌用稀磷酸和濃度為10～50％的稀硫酸的混合液，于填料塔中將爐氣中的粉塵充分洗凈，至爐氣中的粉塵率降至0.001％以下；D、干燥爐氣將經(jīng)洗滌后的爐氣通入加有濃度為98％的硫酸填料洗滌干燥塔中，使洗滌干燥后爐氣的含水率低于0.001％，且溫度降至常溫，同時98％的硫酸自身變成了93％的硫酸；所述填料洗滌干燥塔內(nèi)壁由搪呋鑭樹脂制成；E、第一次轉(zhuǎn)化將上述經(jīng)步驟A～D處理過的爐氣加熱至300～350℃后，再輸入加有V2O5觸媒的轉(zhuǎn)化塔中使SO2被轉(zhuǎn)化為SO3；所述轉(zhuǎn)化塔內(nèi)的觸媒設(shè)置為重量相等的三層；F、第一次吸收將步驟E轉(zhuǎn)化塔中的SO3通入步驟D的洗滌干燥塔中，使SO3被濃度為93％的硫酸吸收即得成品工業(yè)硫；G、第二次轉(zhuǎn)化將第一次未轉(zhuǎn)化吸收完的爐氣送入裝有V2O5觸媒的第二轉(zhuǎn)化塔中，并通過安裝在第二轉(zhuǎn)化塔下方的換熱器使轉(zhuǎn)化溫度維持為440℃；所述第二轉(zhuǎn)化塔的底部為換熱器，觸媒直接放在換熱器的上；H、第二次吸收與第一次吸收方式一樣；I、尾氣處理經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化和兩次吸收后，爐氣中SO2含量為1000～2000PPm，未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需將尾氣通入裝有10％NaOH溶液的洗滌塔經(jīng)洗滌后方可排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于所述V型管式除塵器V型管的夾角小于30°，其內(nèi)外管之間為熱風(fēng)夾套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于所述磷石膏的粒度為100～250目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于所述旋風(fēng)除塵器分為兩級，第一級為風(fēng)冷降溫式，第二級為循環(huán)水夾套式，且其內(nèi)壁由耐腐蝕的不銹鋼材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于所述洗滌干燥塔中98％的硫酸的流量為50m3/h，壓力為2Kg/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以磷石膏為原料生產(chǎn)工業(yè)硫酸的方法，其特征在于所述步驟E中爐氣的加熱轉(zhuǎn)化采用以下兩種方法中的任意一種方法一用煤或電力對爐氣輸氣管道進(jìn)行加熱，并保持爐氣的溫度為300～350℃后輸入轉(zhuǎn)化塔中；方法二先將轉(zhuǎn)化用空氣用98％的硫酸脫水后，再經(jīng)鼓風(fēng)機鼓入步驟B所述旋風(fēng)除塵器的夾套內(nèi)，此時轉(zhuǎn)化用空氣被加熱至300～350℃，同時將該熱空氣直接送入轉(zhuǎn)化塔中即可將SO2轉(zhuǎn)化為SO3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以濕法磷酸固體殘渣——磷石膏為原料的工業(yè)硫酸的生產(chǎn)方法，它包括如下工藝步驟A.沸騰燃燒；C.爐氣的洗滌；D.干燥爐氣；E.第一次轉(zhuǎn)化；G.第二次轉(zhuǎn)化；H.第二次吸收；I.尾氣處理；本發(fā)明不但為工業(yè)硫酸生產(chǎn)提供了不用花錢的原料，而且還解決了濕法磷酸生產(chǎn)中所產(chǎn)生的固體殘渣磷石膏無法處理的難題，極大地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，同時，本發(fā)明還具有成本低，工藝流程成熟的特點。
文檔編號C01B17/00GK1724338SQ20051002109
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者陳萬華 申請人:什邡市鴻升化工有限公司