一种磷石膏制备硫磺的装置及方法与流程

本发明涉及资源化利用及环境保护技术领域，尤其涉及一种磷石膏制备硫磺的装置及方法。

背景技术：

磷酸是生产高浓度磷复肥(如磷酸二铵、磷酸一铵、重钙、磷酸基复合肥等)的主要原料，制取1吨磷酸(以100％p2o5计)约产生磷石膏4.5～5.5吨(干基)。

2011年中国副产磷石膏6750万吨，目前磷石膏的排放量每年大约以5％～10％的速度增加，中国磷石膏累计堆存量已经超过30000万吨，但综合利用率还不足当年产量的20％。2012年，我国磷石膏堆存量接近4亿吨，对环境造成了极大的威胁。磷石膏的利用是一个世界性难题，其排放堆存给企业和自然界带来的问题已经引起人们的高度重视。同时，磷石膏堆存搁置造成的资源浪费与天然石膏的大量开采的矛盾日益突出，磷石膏资源化再利用势在必行。

磷石膏的综合利用技术开发的时间已有近40年。多年来，通过广大科研人员的不懈努力，磷石膏资源化利用技术的开发已有了进展，特别是近几年发展较快，主要应用途径包括磷石膏制硫酸联产水泥、水泥缓凝剂、石膏砖、砌块、纸面石膏板、建筑石膏粉、矿井采空区填充、生产硫酸钾、土壤改良剂以及硫酸铵联产石灰等。目前，国内虽建成了几条磷石膏制硫酸联产水泥的生产线，但由于能耗高、水泥质量差、煅烧温度高、难于操作和效益差等问题而难以推广。

因此，寻找新的磷石膏利用技术，对于磷复肥行业的可持续发展具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磷石膏制备硫磺的装置及方法，该装置能够实现将废弃的磷石膏制取硫磺并联产含磷土壤调理剂，为磷石膏的综合利用开辟了新途径。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种磷石膏制备硫磺的装置，包括磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2、配料贮槽3、球磨机4、斗式提升机5、硫磺反应回转窑6、换热器8、电除尘器9、硫磺冷却器10、冷却洗涤器11、尾气鼓风机13、燃烧器14和空气鼓风机15；所述磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2和配料贮槽3分别与球磨机4连通，所述球磨机4、斗式提升机5和硫磺反应回转窑6的窑头顺次连通；所述硫磺反应回转窑6的窑头与换热器8连通，所述换热器8、电除尘器9、硫磺冷却器10、冷却洗涤器11和尾气鼓风机13顺次连通，所述尾气鼓风机13的出口与所述燃烧器14连通，所述燃烧器14的出口与所述硫磺反应回转窑6的窑尾连通，所述空气鼓风机15的出口与所述燃烧器14连通。

优选的，还包括急冷器7，所述急冷器7与所述硫磺反应回转窑6的窑尾连通。

优选的，还包括洗涤泵12，所述洗涤泵12与所述冷却洗涤器11连通。

本发明提供了利用上述技术方案所述装置制备硫磺的方法，包括以下步骤：

将磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2和配料贮槽3中的磷石膏、还原剂和配料分别输送至球磨机4中进行粉磨，得到混合粉磨物料；

用斗式提升机5将所述混合粉磨物料输送至硫磺反应回转窑6内，进行分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气；

将所述硫磺尾气送入换热器8中，将换热器8中部分硫磺尾气送入电除尘器9内进行除尘，再将所得除尘后的硫磺尾气送入硫磺冷却器10内进行冷却，分离得到硫磺和冷硫磺尾气；

将所述冷硫磺尾气送入冷却洗涤器11中，进行净化，得到冷净化硫磺尾气；

将所述冷净化硫磺尾气通过尾气鼓风机13送入换热器8中，与换热器8中剩余的硫磺尾气进行换热，直至所述冷净化硫磺尾气的温度升至250～300℃，得到热净化硫磺尾气；

将所述热净化硫磺尾气送入燃烧器14中与来自空气鼓风机15的空气混合，将所得混合气输送至硫磺反应回转窑6内进行燃烧，为所述分解还原反应供热。

优选的，所述还原剂为焦丁或无烟煤。

优选的，所述磷石膏与还原剂的质量比为100:21～22。

优选的，所述配料为锰矿粉、膨润土或菱镁矿粉，所述磷石膏与配料的质量比为1:0.05～0.1。

优选的，所述硫磺反应回转窑6的窑筒体的回转速度为1～2r/min。

优选的，将所述矿物物料送入急冷器7中进行冷却，得到土壤调理剂。

优选的，所述分解还原反应的温度为1150～1250℃，时间为40～60min。

本发明提供了一种磷石膏制备硫磺的装置和方法，本发明设计硫磺反应回转窑、急冷器、换热器、硫磺冷却器和冷却洗涤器，与现有设备(球磨机、斗式提升机、电除尘器和尾气鼓风机)共同组成磷石膏制备硫磺的装置相比，该装置能够以废弃的磷石膏为原料制备得到硫磺，并联产含磷土壤调理剂，实现资源化利用，而且为磷石膏的综合利用开辟了一条新途径；

本发明的装置及方法制备硫磺的过程无二次污染，为环境友好型的生产技术；

本发明的方案能够充分利用能源，能耗低，运行成本低，有较好的经济效益。

附图说明

图1为本发明磷石膏制备硫磺的装置结构示意图，其中，1-磷石膏贮槽；2-还原剂贮槽、3-配料贮槽；4-球磨机；5-斗式提升机；6-硫磺反应回转窑；7-急冷器；8-换热器；9-电除尘器、10-硫磺冷却器、11-冷却洗涤器、12-洗涤泵；13-尾气鼓风机、14-燃烧器；15-空气鼓风机。

具体实施方式

本发明提供了一种磷石膏制备硫磺的装置，包括磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2、配料贮槽3、球磨机4、斗式提升机5、硫磺反应回转窑6、换热器8、电除尘器9、硫磺冷却器10、冷却洗涤器11、尾气鼓风机13、燃烧器14和空气鼓风机15；所述磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2和配料贮槽3分别与球磨机4连通，所述球磨机4、斗式提升机5和硫磺反应回转窑6的窑头顺次连通；所述硫磺反应回转窑6的窑头与换热器8连通，所述换热器8、电除尘器9、硫磺冷却器10、冷却洗涤器11和尾气鼓风机13顺次连通，所述尾气鼓风机13的出口与所述燃烧器14连通，所述燃烧器14的出口与所述硫磺反应回转窑6的窑尾连通，所述空气鼓风机15的出口与所述燃烧器14连通。

作为本发明的一个实施例，所述磷石膏制备硫磺的装置还包括急冷器7，所述急冷器7与所述硫磺反应回转窑6的窑尾连通。

作为本发明的一个实施例，所述磷石膏制备硫磺的装置还包括洗涤泵12，所述洗涤泵12与冷却洗涤器11连通。

作为本发明的一个实施例，所述硫磺反应回转窑包括窑头、窑筒体和窑尾。作为本发明的一个实施例，所述窑头为固定式，所述窑头内衬耐火砖，所述窑头处设置有燃烧器；所述窑筒体为回转式，所述窑筒体由碳钢板制成，内衬耐火砖，所述窑筒体的回转速度优选为1～2r/min；所述窑尾为固定式，所述窑尾内衬耐火砖，所述窑尾处设置有进料器，所述进料器用于磷石膏、还原剂和配料的进料，所述进料器按各自的配比进料。

本发明提供了利用上述技术方案所述装置制备硫磺的方法，包括以下步骤：

将磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2和配料贮槽3中的磷石膏、还原剂和配料分别输送至球磨机4中进行粉磨，得到混合粉磨物料；

用斗式提升机5将所述混合粉磨物料输送至硫磺反应回转窑6内，进行分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气；

将所述硫磺尾气送入换热器8中，将换热器8中部分硫磺尾气送入电除尘器9内进行除尘，再将所得除尘后的硫磺尾气送入硫磺冷却器10内进行冷却，分离得到硫磺和冷硫磺尾气；

将所述冷硫磺尾气送入冷却洗涤器11中，进行净化，得到冷净化硫磺尾气；

将所述冷净化硫磺尾气通过尾气鼓风机13送入换热器8中，与换热器8中剩余的硫磺尾气进行换热，直至所述冷净化硫磺尾气的温度升至250～300℃，得到热净化硫磺尾气；

将所述热净化硫磺尾气送入燃烧器14中与来自空气鼓风机15的空气混合，将所得混合气输送至硫磺反应回转窑6内进行燃烧，为所述分解还原反应供热。

本发明将磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2和配料贮槽3中的磷石膏、还原剂和配料分别输送至球磨机4中进行粉磨，得到混合粉磨物料。在本发明中，所述磷石膏与还原剂的质量比优选为100:21～22；所述配料优选为锰矿粉、膨润土或菱镁矿粉，所述磷石膏与配料的质量比优选为1:0.05～0.1，更优选为1:0.06～0.08。在本发明中，所述粉磨物料的粒径优选为160目以下，更优选为50目～100目。

得到混合粉磨物料后，本发明用斗式提升机5将所述粉磨物料输送至硫磺反应回转窑6内，进行分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气。本发明优选通过硫磺反应回转窑的窑头加入所述粉磨物料，然后利用燃烧气在燃烧器4燃烧提供热量，利用硫磺反应回转窑的倾斜度和其自身的转动，所述粉磨物料向窑尾移动，当温度升至1150～1250℃时，进行磷石膏的分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气。

在分解还原反应过程中，磷石膏与还原剂进行如下两步反应：

第一步caso4+2c＝cas+2co2

第二步3cas+caso4＝4cao+2s2

总反应2caso4+4c+o2＝2cao+s2+4co2

在本发明中，所述硫磺反应回转窑优选在微正压(200pa～300pa)条件下运行，在运行过程中不会吸入外部空气，即在隔绝空气的还原环境下进行磷石膏的分解还原反应。

在本发明中，所述矿物物料的主要成分为cao、sio2和mgo，具备土壤调理剂的特性，本发明优选将所述矿物物料进入急冷器7中冷却至50℃以下，经筛分、包装，得到土壤调理剂。

在分解还原反应过程中，本发明所使用的碳(还原剂)过量，剩余的碳会与分解还原反应过程中生成的二氧化碳再次反应生成一氧化碳，在硫磺反应回转窑的窑尾产生含有co和硫磺的尾气，称为硫磺尾气。

得到矿物物料和硫磺尾气后，本发明将所述硫磺尾气送入换热器8中，将换热器8中部分硫磺尾气送入电除尘器9内进行除尘，再将所得除尘后的硫磺尾气送入硫磺冷却器10内进行冷却，分离得到硫磺和冷硫磺尾气。在本发明中，所述除尘后的尾气中含尘量小于20mg/m³。在本发明中，所述硫磺冷却器为立式列管型，管外为冷却水，管内为除尘后的尾气，所述除尘后的尾气被冷却至80℃以下(冷硫磺尾气)，其中的硫蒸气被冷凝成为粉状硫磺，所述粉状硫磺从硫磺冷却器底部排出，得到硫磺产品。本发明优选使用质量浓度为8～10％的氨水洗涤所述冷硫磺尾气，脱除尾气中的so2，并回收从硫磺冷却器随尾气带出的硫磺。

得到硫磺和冷硫磺尾气后，本发明将所述冷硫磺尾气送入冷却洗涤器11中，进行净化，得到冷净化硫磺尾气；将所述冷净化硫磺尾气通过尾气鼓风机13送入换热器8中，与换热器8中剩余的硫磺尾气进行换热，直至所述冷净化硫磺尾气的温度升至250～300℃，得到热净化硫磺尾气。在本发明中，所述冷硫磺尾气的温度为35～40℃，经过换热后，所述剩余的硫磺尾气的温度下降至220～250℃，换热后得到的热净化硫磺尾气的温度为250～300℃。本发明优选根据窑头温度的需要自动定量进入尾气鼓风机的硫磺尾气与剩余的硫磺尾气的比例。

得到热净化硫磺尾气后，本发明将所述热净化硫磺尾气送入燃烧器14中与来自空气鼓风机15的空气混合，将所得混合气输送至硫磺反应回转窑6内进行燃烧，为所述分解还原反应供热。本发明优选将所述热净化硫磺尾气加压至5kpa后送入燃烧器，与来自空气鼓风机15的空气混合进行燃烧，以满足硫磺反应回转窑所需热量。在本发明中，所述燃烧器所需的热净化硫磺尾气用量由硫磺反应回转窑的窑头燃烧温度自动控制，所述燃烧器中的空气用量优选由硫磺尾气中的氧含量自动控制，所述硫磺尾气中氧含量优选控制在1％以下，以保持系统在还原态下运行。

在本发明中，所述热净化硫磺尾气与空气通过燃烧器在硫磺反应回转窑中进行燃烧，称为燃烧烟气，当燃烧烟气温度达到1150～1250℃，达到磷矿粉的高温分解、还原温度，磷石膏进行分解还原反应，产生含有硫磺和co的可燃气体，称为硫磺尾气，由于在还原时消耗了热量，消耗热量后剩余的硫磺尾气的热量用来对磷石膏进行加热、升温、逐步消耗热量后的硫磺尾气温度为600～650℃，然后对硫磺尾气进行换热、冷却、除硫等措施回收硫磺，净化硫磺尾气返回燃烧作为热源。在本发明中，所述粉磨物料在硫磺反应回转窑窑内的停留时间优选为40～60min，即为分解还原反应的总时间，磷石膏的分解率可达到80％～85％以上。

以还原剂的用量控制窑尾排出的硫磺尾气中co含量在8～10％范围内，返回窑头作为燃烧气用。

图1为本发明磷石膏制备硫磺的装置结构示意图，现结合图1对本发明提供的磷石膏制备硫磺的方法进行说明：首先将磷石膏贮槽1、还原剂贮槽2和配料贮槽3中的磷石膏、还原剂和配料分别输送至球磨机4中进行粉磨，得到粉磨物料；然后用斗式提升机5将所述粉磨物料输送至硫磺反应回转窑6内，利用燃烧器14进行燃烧气的燃烧供热，使得磷石膏进行分解还原，得到矿物物料和硫磺尾气，所述矿物物料经过急冷器7冷却后得到土壤调理剂产品；所述硫磺尾气进入换热器8中，其中的部分硫磺尾气进入电除尘器9中进行除尘，经除尘后的尾气进入硫磺冷却器10进行冷却，分离得到硫磺产品和冷硫磺尾气；所述冷硫磺尾气进入冷却洗涤器11进行洗涤，得到冷净化硫磺尾气；所述冷净化硫磺尾气经过尾气鼓风机13进入换热器8中，与换热器8中的剩余硫磺尾气进行换热，得到热净化硫磺尾气；所述热净化硫磺尾气与来自空气鼓风机15的空气混合进入燃烧器14，进行燃烧，产生的热量对硫磺反应回转窑进行供热，继续进行磷石膏的分解还原反应。

下面结合实施例对本发明提供的磷石膏制备硫磺的装置及方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

年处理磷石膏7500吨，从磷石膏贮槽1加入磷石膏1000kg/h，从还原剂贮槽2加入焦丁220kg/h，从配料贮槽3加入锰矿粉100kg/h，通过计量称进入球磨机4内，进行粉磨，直至物料粉碎至160目以下，得到粉磨物料；用斗式提升机5将所述粉磨物料送入硫磺反应回转窑6窑头而进入硫磺反应回转窑6内进行分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气，所述矿物物料从硫磺反应回转窑的窑尾进入急冷器7冷却至50℃以下，得到含磷、钙、锰土壤调理剂；

所述硫磺尾气(温度600～650℃)从硫磺反应回转窑的窑头进入换热器8与来自尾气鼓风机13的冷净化硫磺尾气进行换热，冷净化硫磺尾气温度升高至250～300℃，所述热硫磺尾气温度下降至220～250℃，进入电除尘器9内进行精除尘，除尘后的尾气进入硫磺冷却器10冷却至80℃以下，分离出硫磺，分离后得到的尾气进入冷却洗涤器11，用氨水进行洗涤，所得冷净化硫磺尾气用尾气鼓风机13加压至5kpa，送出尾气900m³/h，进入换热器8进行换热，温度升至250～300℃进入燃烧器14，与来自空气鼓风机15的空气混合在燃烧器内进行燃烧供热。

通过计算，实施例1所述方法年产硫磺粉1200吨，含磷、钙、锰土壤调理剂5600～5700吨。

实施例2

年处理磷石膏25000吨，从磷石膏贮槽1加入磷石膏3300kg/h，从还原剂贮槽2加入焦丁720kg/h，从配料贮槽3加入膨润土300kg/h，通过计量称进入球磨机4内，粉碎至160目以下，得到粉磨物料，将所述粉磨物料用斗式提升机5送入硫磺反应回转窑6窑头而进入硫磺反应回转窑6内进行分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气，所述矿物物料从窑尾进入急冷器7冷却至50℃以下，得到含磷、钙、锰土壤调理剂。

所述硫磺尾气(温度600～650℃)从硫磺反应回转窑的窑头进入换热器与来自尾气鼓风机的冷净化硫磺尾气进行换热，冷净化硫磺尾气温度升高至250～300℃，所述热硫磺尾气温度下降至220～250℃，进入电除尘器9内进行精除尘，除尘后的尾气进入硫磺冷却器10冷却至80℃以下，分离出硫磺，分离后得到的尾气进入冷却洗涤器11，用氨水进行洗涤，所得冷净化硫磺尾气用尾气鼓风机13加压至5kpa，送出尾气3000m³/h，进入换热器8进行换热，温度升至250～300℃进入燃烧器14，与来自空气鼓风机15的空气混合在燃烧器内进行燃烧供热。

通过计算，实施2所述方法年产硫磺粉4000吨，含磷、钙、锰土壤调理剂19000～21000吨。

实施例3

年处理磷石膏50000吨，从磷石膏贮槽1加入磷石膏6600kg/h，从还原剂贮槽2加入焦丁1440kg/h，从配料贮槽3加入菱镁矿粉500kg/h，通过计量称进入球磨机4内，粉碎至160目以下，得到粉磨物料，将所述粉磨物料用斗式提升机5送入硫磺反应回转窑6窑头而进入硫磺反应回转窑6内进行分解还原反应，得到矿物物料和硫磺尾气，所述矿物物料从窑尾进入急冷器7冷却至50℃以下，得到含磷、钙、镁土壤调节剂。

所述硫磺尾气(温度600～650℃)从硫磺反应回转窑的窑头进入换热器与来自尾气鼓风机的冷净化硫磺尾气进行换热，冷净化硫磺尾气温度升高至250～300℃，所述热硫磺尾气温度下降至220～250℃，进入电除尘器9内进行精除尘，除尘后的尾气进入硫磺冷却器10冷却至80℃以下，分离出硫磺，分离后得到的尾气进入冷却洗涤器11，用氨水进行洗涤，所得冷净化硫磺尾气用尾气鼓风机13加压至5kpa，送出尾气6000m³/h，进入换热器8进行换热，温度升至250～300℃进入燃烧器14，与来自空气鼓风机15的空气混合在燃烧器内进行燃烧供热

通过计算，实施例3所述方法年产硫磺粉8000吨，含磷、钙、镁土壤调理剂42000～44000吨。

由以上实施例可知，本发明提供了一种磷石膏制备硫磺的装置及方法，本发明独创硫磺反应回转窑、急冷器、换热器、硫磺冷却器和冷却洗涤器，与现有设备(球磨机、斗式提升机、电除尘器和尾气鼓风机)共同组成磷石膏制备硫磺的装置，该装置能够以废弃的磷石膏为原料制备得到硫磺，并联产含磷土壤调理剂，实现资源化利用，而且为磷石膏的综合利用开辟了一条新途径；本发明的装置及方法制备硫磺的过程无二次污染，为环境友好型的生产技术；本发明的方案能够充分利用能源，能耗低，运行成本低，有较好的经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。