技術前沿

技術前沿

硫磺分解磷石膏制硫酸技術取得重大突破

開展大宗工業固廢綜合處理與資源化利用技術的研發,將引領工業節能減排,培育節能環保戰略新興產業。磷石膏是硫酸法萃取磷酸生產過程的副產品,也是以硫酸鈣為主要成分的大宗工業固廢。每生產1噸磷酸將產生4.5-5.5噸的磷石膏,其主要成分具有多種潛在用途的硫、鈣和石膏資源,又含有磷、氟、有機物、堿金屬元素、硅、鐵、鋁、鎂等對環境和綜合利用有害的雜質及放射性核素等。磷石膏的綜合利用現已被國家列為資源化重點工程,是國家重點支持的工業固廢處理項目。搞好磷石膏的綜合利用和無害化處理成為磷肥行業的重要任務,對于節約天然資源,保護生態環境,建設節約型社會,發展循環經濟和實現行業可持續發展都具有重要意義。

“十二五”期間,在加大已有先進成熟的磷石膏綜合利用技術推廣應用的同時,磷化工行業正在加快關鍵共性技術的研發,尤其是重點攻關化學分解法磷石膏綜合利用技術。磷石膏化學分解技術是提高磷石膏資源化利用率的有效途徑之一,但目前開發面臨著能耗高、投資大、工藝路線長、分解溫度高、經濟指標性差等眾多制約其推廣應用的難題。

四川宏達股份有限公司承擔的國家“863”計劃項目硫磺分解磷石膏制硫酸技術的研究與開發,由四川大學提供技術支撐,鄭州大學、昆明理工大學、西南科技大學參與研究,主要研究課題為:節能化煅燒β半水石膏技術、磷石膏低溫分解制高濃度SO2技術、氧化鈣殘渣高值化利用技術、磷石膏分解的關鍵設備、磷石膏制酸過程的系統集成及工程實施關鍵技術。

針對磷石膏分解溫度過高的問題,研究的焦點在于尋找合適的還原劑以代替傳統焦炭。四川大學的專利技術用硫磺作為新型還原劑分解磷石膏制硫酸的工藝路線是磷石膏在煅燒爐內經過節能化煅燒后,得到β半水石膏。在磷石膏分解設備中,β半水石膏用硫磺進行低溫分解,分解過程氧化-還原兩段操作,一段分解反應采用循環流化床,溫度為800-900℃。二段分解反應沿用傳統回轉窯,分解溫度為1100℃。β半水石膏分解為硫化鈣和SO2氣體,SO2氣體再經提濃,采用兩轉兩吸工藝直接制取硫酸。分解后的液硫和硫磺混合返回系統循環使用,硫磺殘渣氧化鈣可用作電廠脫硫劑,或高效利用其中的鈣資源制取飼料級磷酸氫鈣、高純氧化鈣、碳酸鈣晶須、硫鋁酸鹽水泥。

該項目自2011年10月科技部立項以來,解決了多項技術難題,取得了階段性成果。目前已經完成了重大工藝設備核心技術試驗研究,掌握了產業化關鍵技術,各項工藝指標和產品質量達到了預定要求。2013年12月項目通過了國家科技部組織的中期檢查,形成具有自主知識產權的硫磺低溫分解磷石膏制酸的關鍵技術,已申報了核心專利4項,同時取得了裝置核心發明專利權2項。項目將在2014年7月建成投運1萬噸/年磷石膏制酸工業試驗示范裝置。現已完成示范裝置的建設立項、用地審批、環評安評、場地“三通一平”等前期工作,設計方面完成了初步設計和設備選型,正在進行初步設計的內部評審工作,裝置計劃于2015年建成投產并通過國家驗收。

磷石膏的分解溫度降低,煙氣中SO2濃度就可以提高,則產品成本亦將會大幅降低,同時尾氣中SO2的排放量也可以得到顯著降低。經過兩年多的試驗驗證和初步設計分析測算,磷石膏制酸項目技術經濟優勢突出,工藝過程低碳節能,與一般硫磺制酸比較,噸酸成本低20%左右。硫磺價越高,兩者差值越大,經濟效益更為顯著。除磷石膏制酸聯產氧化鈣粉外,項目技術還具有廣闊的應用領域,還可結合生產高價值冶金爐料,大幅提升技術的市場競爭力。

現有焦炭還原磷石膏制硫酸在工程實施方面存在著多種問題,而硫磺還原磷石膏制酸為節能減排的新工藝,屬于資源循環型綠色技術,可降低環境污染,其產生的SO2濃度高,轉化吸收裝置投資低,具有良好的推廣應用前景。隨著我國磷礦的貧化和其中雜質含量的升高,磷酸生產副產的磷石膏還將進一步加大。通過新技術的應用,可以實現磷酸生產中的硫資源循環利用。作為磷石膏綜合利用的重要途徑,硫磺分解磷石膏制硫酸技術通過研發低成本的磷石膏制酸關鍵技術與裝備,建立自主創新的硫磺分解磷石膏制酸工藝路線,實現工業固廢以規模化消納和資源化利用為目標,進而循環利用磷石膏中硫鈣資源,有效解決了磷石膏的污染問題,可推動磷化工行業的可持續發展。

(張德)