旋流流化床强化磷石膏还原分解反应过程研究

o Phosphogypsum is a solid waste from the process for phosphate fertilizer production, which has been stacked and resulted in environmental pollution for a long time. One of its effective utilizations is the production for sulfuric acid and cement and the process energy consumption was so high due to the low heat and mass transfer efficiency in a rotary kiln. This program is to develop a rotational fluidized bed to intencify phosphogypsum decomposition reaction for the sulfic acid and cement production. First, the fluidization characteristics of phosphogypsum particles is respectively investigated in a rotational fluidized bed with 700mm diameter by the measurement of the pressure drop in the dense phase regime, particle concentration and particle velocity. The efects of entrance size, particle properties and operating conditions on particles distribution and velocity along the bed axle and radial direction will be examined. Second, an experimental study on the heat transfer characteristics between gas and solid phase in a rotational fluidized bed will be performed. Phosphogypsum, coke and reaction additives is to be used as bed material in the heat transfer test. The gas temperatures at the inlet and outlet and the bed temperatur is measured with thermocouples. The influences of bed thickness, particle diameter, the characteristics of bed material, gas inlet size and gas velocity on the heat transfer between gas and particles will be examined. Finally, the effects of the above factors on phosphogypsum decomposition reaction will be implemented so that the reaction intensification mechanism will be announced.

磷石膏是湿法磷酸生产排放的固体废渣，长期露天堆放成为行业发展的瓶颈问题。磷石膏分解制酸联产水泥是其资源化利用的有效途径，但传统过程是在回转窑中进行磷石膏分解的，因气固传质传热效率低导致过程能耗高。本项目提出采用旋流流化床分解磷石膏，通过U型压差计和PV-4A型颗粒浓度速度测定仪测定固体颗粒在床层中的分布特性，考察气体入口尺寸、磷石膏颗粒性质、反应添加剂以及操作条件对流化特性的影响，并对实验数据进行关联处理。然后进行传热系数测定，以K型热电偶测定床层温度分布，在一定假设条件下根据热量平衡原理获得传热系数方程，进而考察旋流流化床结构、固体颗粒性质和操作条件对传热特性的影响规律，获得旋流流化床气固两相传热准则方程。在此基础上进行磷石膏分解反应，与前面实验获得的流化与传热特性相关联，揭示旋流流态化强化磷石膏分解反应过程的机理，最终达到强化和调控磷石膏分解的目的，为工业过程提供基础数据和科学基础。

磷石膏是湿法磷酸生产排放的固体废渣，长期露天堆放成为行业发展的瓶颈问题。磷石膏分解制酸联产水泥是其资源化利用的有效途径，但传统过程是在回转窑中进行磷石膏分解的，因气固传质传热效率低导致过程能耗高。新型干法水泥技术则是以悬浮预热和窑外预分解技术为核心，大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，以其技术先进性、设备可靠性、生产适应性和工艺性能优良等特点，促进水泥工业向大型化进一步发展，也是实现水泥工业现代化的必经之路。其中悬浮预热系统的主要设备是旋风分离器，要提高分离器的分离效率、改进结构和优化尺寸,必须深入地研究旋风分离器内颗粒浓度的分布。但是颗粒在其中的运动规律极为复杂，并且颗粒浓度场的测量实验方法也不尽理想，所以迄今为止，旋风分离器内测量颗粒浓度场的研究很少。.本项目采用12电极的ECT电容层析法测量磷石膏在旋风分离器中的流态化行为，主要了考察固气比以及入口风速对磷石膏颗粒在旋风分离器中的浓度分布特性的影响，并对实验数据进行关联处理，从而得到磷石膏在旋风分离器中的浓度分布。实验结果显示，在不同条件下，磷石膏颗粒在旋风分离器中的断面平均浓度径向分布规律一致，即靠近管壁处颗粒浓度远高于中心颗粒浓度。当风速一定时，随着固气比增大，磷石膏颗粒在旋风分离器中断面颗粒平均浓度增大。当固气比一定时，随着风速增大，磷石膏颗粒在旋风分离器中断面颗粒平均浓度增大。在一定固气比范围内，磷石膏在旋风分离器中的浓度分布趋势并无太大改变，只影响其数值大小，但分离效率随着固气比的增加而增大，但当固气比增大到一定值以后，分离效率有所下降，固气比在1kg/m3～2kg/m3之间时分离器的性能达到最佳。