复合还原剂还原分解磷石膏制取高浓度二氧化硫

采用高硫煤与煤矸石制备成复合还原剂还原分解磷石膏,研究了还原剂配方及粒度、n(C)/n(S)(生料中碳与三氧化硫物质的量比)、反应温度对炉气二氧化硫体积分数、磷石膏硫酸钙分解率和脱硫率的影响.结果表明:复合还原剂配方、反应温度、还原剂粒度对二氧化硫的体积分数都有影响.采用高硫煤与煤矸石的质量比为2∶ 1的复合还原剂,在n(C)/n(S)为0.7、还原剂粒径为111～122 μm、温度大于1 000 ℃时,二氧化硫体积分数可达16.02%,与采用单一高硫煤作为还原剂相比,二氧化硫体积分数能提高1.46%.采用复合还原剂工艺有利于降低反应温度,提高二氧化硫体积分数和磷石膏分解率及脱硫率,可为煤矸石、磷石膏综合利用开发一条新途径.     

硫酸亚铁还原热分解过程的研究

以炉气中SO_2浓度及硫酸亚铁的脱硫率为指标,探究了不同硫酸亚铁水合物、煤炭种类、C/S值(物料中C与S的摩尔比)和温度对热裂解过程的影响。结果表明,硫酸亚铁水合物先脱水再分解,其脱水产生水蒸气汇入生成炉气中,冲淡炉气中SO_2的浓度。当反应温度为800℃、C/S为1时,FeSO_4·H_2O分解产生的炉气里SO_2质量分数可达11. 12%,其脱硫率大于99%,煅烧后固相物铁质量分数大于60%,能够满足作为制备硫酸合格原料气和炼铁厂合格铁精粉原料的要求。     

炭化稻壳催化分解磷石膏技术工艺研究

以炭化稻壳作为一体化还原剂和催化剂分解磷石膏制硫酸,同时加入一定量去除炭质成分的稻壳灰,调控体系中二氧化硅和炭的比例,研究二氧化硅和炭的比例[m(Si O2)∶m(C)]以及反应温度对磷石膏物相变化以及脱硫率的影响。结果表明:增大二氧化硅与炭的比例以及升高反应温度均可促进磷石膏分解生成二氧化硫;当二氧化硅与炭的比例为7∶1、反应温度为1 050℃时,体系脱硫率达到最大值80.92%。     

硫磺分解磷石膏制硫酸技术进展及推广应用

针对磷石膏资源化利用课题,开展了硫磺低温分解磷石膏制高浓度SO_2技术、氧化钙残渣的高值化利用技术及磷石膏制酸过程的系统集成及工程实施关键技术研究。硫磺分解磷石膏过程的动力学试验研究结果表明:一段反应温度为650℃,反应停留时间为1 h,反应产物可达到二段物料配比;二段反应温度为1 100℃,磷石膏分解率大于98%,系统脱硫率大于96%。氧化钙残渣配以铝矾土、磷石膏在1 250℃/60 min下可烧制成高品质的硫铝酸盐水泥熟料;采用氯化铵浸取脱硫钙渣碳酸化制备高纯度碳酸钙,残渣中钙浸取率为85.62%,硅脱除率达到95.30%,所得轻质碳酸钙产品纯度达98.90%,达到涂料用优等品指标要求。建立万吨级硫磺低温分解磷石膏制硫酸示范装置,实现了磷石膏转化率99%、分解温度为1 050℃、窑气φ(SO_2)高达12.2%的工艺指标。     

循环流化床中高硫煤还原分解磷石膏中试研究

通过利用高硫煤作为还原剂在自行设计的循环流化床中试装置中对磷石膏进行了高温热分解实验,随着反应温度的升高,磷石膏的分解率与脱硫率升高,磷石膏的分解率达到97%的反应时间逐渐减少.而且在还原性气氛增加的情况下,反应时间会减少.还原性气氛越强,磷石膏的分解率越高,反之,则磷石膏的脱硫率越低,说明磷石膏在弱还原性气氛下分解是较为有利的.     

磷石膏流态化分解与甲烷燃烧反应热量耦合研究

在振动流化床中对磷石膏分解与甲烷催化燃烧热量耦合强化磷石膏分解过程进行了研究。考察了反应温度、碳硫摩尔比、甲烷浓度、物料高径比、气体流量和反应时间对磷石膏分解率、脱硫率以及产生气体SO2浓度的影响。实验表明,强化磷石膏分解反应适宜的耦合条件为:反应温度1 030℃,气体流量140 mL/min,φ(CH4)4%,碳硫摩尔比1.0,物料高径比4.8,反应时间60 min,磷石膏分解率和脱硫率分别达到95.42%和85.62%,SO2体积分数达到17.86%。     

硫磺分解磷石膏制硫化钙工艺研究

研究了以硫磺为还原剂分解磷石膏得到硫化钙产物的方法。在热力学研究的基础上,考察了反应温度、反应时间、硫磺物质的量分数和二氧化硫物质的量分数对硫磺分解磷石膏的影响。通过实验得出优化工艺条件:反应温度为800℃、反应时间为2 h、硫磺(以S1计)物质的量分数为40%。在该条件下磷石膏的分解率达到98%以上。同时证明了二氧化硫对反应有明显的抑制作用。借助X射线衍射(XRD)对磷石膏分解产物进行物相解析,结果表明所得产物主要为硫化钙。     

n(CaS)/n(CaSO4)对不同钙硅比磷石膏模拟生料煅烧脱硫的影响

为探究磷石膏分解副产物CaS与CaSO₄的配比在磷石膏联产水泥过程中对磷石膏脱硫的影响，先以纯石膏代替磷石膏，研究n(CaS)/n(CaSO₄)和煅烧温度对不同钙硅比煅烧生料物相的影响和该条件下磷石膏的脱硫率，研究发现：随着n(CaS)/n(CaSO₄)的增大和煅烧温度的升高，CaSO₄衍射峰强度下降；但随着钙硅比的增大，样品脱硫率下降。以纯石膏为原料，在n(CaS)/n(CaSO₄)=3∶1、1 300℃空气气氛中煅烧1 h的条件下，模拟生料硫酸钙峰强最低，钙硅比为1∶1、2∶1和3∶1的样品SO₃质量分数分别为4.90%、8.54%和11.12%;以磷石膏为原料的样品脱硫率优于纯石膏，在相同条件下，钙硅比为1∶1、2∶1和3∶1的样品SO₃质量分数分别为0.64%、1.43%和1.79%。试验结果表明，在以磷石膏为原料生产水泥的过程中，将CaS作为还原剂和降低水泥钙硅比，有助于磷石膏脱硫。     

不同气氛对硫铁矿和硫酸亚铁反应的影响研究

研究了硫铁矿分解硫酸亚铁的固-固反应,通过HSC热力学软件模拟和实际实验研究考察了含二氧化硫气氛和含氧气氛对硫铁矿分解硫酸亚铁的影响。热力学研究结果表明,二氧化硫对反应无明显影响,氧会增加硫酸亚铁的完全分解温度。实验研究表明,二氧化硫会降低原料脱硫率,但进一步增大二氧化硫浓度不会进一步影响原料脱硫率,这与热力学研究结果有差异,是因为HSC软件未考虑反应平衡;氧气浓度越高,原料脱硫率越低,主要因为氧气消耗掉部分还原剂硫铁矿。     

磷石膏热分解制备二氧化硫和氧化钙研究

在氮气氛下研究了碳还原分解磷石膏制备二氧化硫和氧化钙的反应特性,用烟气分析仪分析析出的气体成分,用X射线衍射仪（XRD）分析热分解固体样品。考察了煤颗粒尺寸、原料配比和反应温度对磷石膏热分解的影响。得到磷石膏热分解制备二氧化硫和氧化钙的最佳条件：煤粒径小于150 μm,碳与硫酸钙物质的量比为0.8,反应温度为1 000 ℃。在此条件下,可以得到二氧化硫最大体积分数为12.5%的分解炉气,分解固体样品中氧化钙质量分数达到65.32%,可以用作水泥原料或二氧化碳吸收剂。     

不同气氛对硫化钙和磷石膏反应的影响研究*

硫化钙与磷石膏之间的固-固反应,以生成氧化钙和二氧化硫的反应为优势反应,同时反应中存在许多副反应。考虑到实际工业生产情况,在高温管式炉中,控制硫化钙与硫酸钙物质的量比为1.2∶3,在氮气、二氧化硫混合气氛基础上,逐步引入二氧化碳、一氧化碳、氧气等气氛,研究外加气氛对磷石膏分解率的影响。结果表明,不同的气氛对固-固反应有不同的影响。高物质的量分数的二氧化硫和氧气会抑制反应,使得磷石膏分解率大幅度降低;一氧化碳可以促进磷石膏的分解;二氧化碳的存在对反应几乎没有影响。     

高硫煤还原磷石膏制SO_2

在N2气氛下研究了高硫煤还原磷石膏的热分解反应特性,利用烟气分析仪分析析出的气体成分。研究了不同颗粒尺寸的高硫煤对磷石膏分解的影响,结果表明,高硫煤颗粒尺寸在97—147μm有利于磷石膏分解制SO2的反应。研究还发现原料摩尔比对磷石膏的反应历程有显著的影响,当摩尔比为1∶1.96时,磷石膏还原分解的固体产物有CaS和CaO;当摩尔比降为1∶1.18时,固体产物中CaO大量增加,而仅有少量CaS存在;当摩尔比降到1∶0.98时,固体产物中除了CaO和CaS外,还发现了未反应完的CaSO4。所以摩尔比在1∶1.18时有利于高硫煤还原磷石膏制SO2。     

生物质蜂窝煤燃烧过程SO2排放及灰渣特性研究

以生物质和高硫煤为原料 ,制成了蜂窝状民用生物质复合蜂窝煤 .在一个固定床燃烧实验台上对这种复合蜂窝煤的燃烧特性进行了研究 ,对燃烧过程的 SO2 浓度进行了在线检测 .结果表明 ,生物质的加入能明显减少高硫煤燃烧过程中的 SO2 排放 ,且随着生物质的加入 ,SO2 的排放浓度减小 .并对不含生物质的蜂窝煤和生物质含量为 2 0 %的复合蜂窝煤的燃烧灰渣进行了XRD,SEM分析和比较 ,结果表明 ,生物质复合蜂窝煤灰渣中的 Ca SO4含量比一般蜂窝煤的要高 ,说明生物质能改善蜂窝煤的固硫性能 ,SEM的分析结果表明 ,生物质复合蜂窝煤的灰渣比传统蜂窝煤灰渣具有更发达的微观孔隙结构 ,这种优良的孔隙结构有利于固硫反应的进行 ,进一步讨论了生物质蜂窝煤具有高固硫性能的机制     

用磷石膏和不溶性含钾岩石制备钾钙肥的初步研究

利用磷石膏和不溶性含钾岩石为主要原料,在无烟煤为还原剂的条件下,经高温煅烧制备出钾钙肥;同时磷石膏中的硫酸钙分解释放出SO2,SO2可作为制备硫酸的原料气.对影响钾钙肥制备和硫酸钙分解的因素,如无烟煤的加入量、磷石膏加入量、烧结温度、烧结时间等进行了研究,得到了制备钾钙肥和分解硫酸钙的优化条件.     

煤燃烧时形态硫的析出及钙基添加剂的作用

在固定床反应器上进行了大同烟煤以及添加钙基固硫剂的样品在不同氧气浓度、不同升温速率下的燃烧实验.对所得到的SO₂逸出曲线采用Gaussian拟合,得到了各形态硫燃烧形成SO₂的温度范围以及影响形态硫逸出的反应条件.结果表明：随着升温速率增加,各形态硫燃烧释放SO₂的温度向高温区移动.氧气浓度升高,各形态硫燃烧释放SO₂的温度提前,而且它们之间的温度间隔缩小.加入的钙基添加剂中,CaO和Ca(OH)₂具有较高的固硫能力,而CaCO₃由于与SO₂反应困难,在低温阶段没有固硫效果;相反,由于它的催化作用,在低温阶段甚至促进了SO₂的释放.机械搅拌法和超声搅拌法加入的Ca (OH)₂由于高分散性,表现出比机械混合更好的固硫效果,其中超声的作用尤其明显.实验证明,固硫中间体CaSO₃在进一步燃烧形成CaSO₄的过程中会释放出一定量的SO₂.     

Reductive decomposition of phosphogypsum with high-sulfur-concentration coal to SO2 in an inert atmosphere

In this study, using high-sulfur-concentration coal as a reducer, we have carried out the thermal decomposition of phosphogypsum to produce SO₂ in a nitrogen atmosphere at different conditions. Scanning electron microscopy and XRD-ray diffraction were used to analyze the solid products and the output gas consisting of mainly SO₂ was analyzed with gas analyzers. Both experiment results and theoretical analysis indicated that the optimum conditions to produce SO₂ were a mole ratio C:CaSO₄ = 1.2:1 and a decomposition temperature about 1000 °C. Under optimum conditions, the maximum SO₂ concentration was 7.6 vol.%, which can be used to produce sulfuric acid. The CaO concentration of the product was 57.13%, which can be recycled to be an alternative CaO sorbent or a raw material of cement. The conversion of phosphogypsum to sulfur dioxide was 92.2%, and the desulfurization rate of phosphogypsum was 95.16%.     

An efficient methodology for utilization of K-feldspar and phosphogypsum with reduced energy consumption and CO2 emissions

The issues of reducing CO2 emissions, sustainably utilizing natural mineral resources, and dealing with industrial waste offer challenges for sustainable development in energy and the environment. We propose an efficient methodology via the co-reaction of K-feldspar and phosphogypsum for the extraction of soluble potassium salts and recovery of SO2 with reduced CO2 emission and energy consumption. The results of characterization and reactivity evaluation indicated that the partial melting of K-feldspar and phosphogypsum in the high-temperature co-reaction significantly facilitated the reduction of phosphogypsum to SO2 and the exchange of K+(K-feldspar) with Ca2+(CaSO4 in phosphogypsum). The reaction parameters were systematical y investigat-ed with the highest sulfur recovery ratio of~60%and K extraction ratio of~87.7%. This novel methodology possesses an energy consumption reduction of~28%and CO2 emission reduction of~55%comparing with the present typical commercial technologies for utilization of K-feldspar and the treatment of phosphogypsum.     

磷石膏和硫化钙反应过程的熔融特性研究

为探讨影响磷石膏分解制硫酸生产过程中回转窑内结皮、结圈和粘结堵塞等问题的主导因素,以磷石膏和硫化钙为原料,采用微机灰熔融性测定仪研究了不同添加剂和反应气氛对CaSO4和CaS固-固反应中熔融软化温度(ST)的影响。结果表明,提高磷石膏制硫酸反应中熔融软化温度的有效添加剂是高岭土和SO2、CO2、N2的混合气氛,而起助熔作用的添加剂是SiO2、AlPO4、FePO4.2H2 O、Na2 SiF6等。