一種石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置的製作方法

2023-09-18 23:08:25 2

專利名稱：一種石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石膏生產硫酸和水泥的工藝，屬於硫酸、水泥行業的生產技術及 工業副產石膏廢渣資源綜合利用和環境保護治理領域。
背景技術：
石膏制硫酸和水泥技術的研究始於20世紀初。1916年，德國的繆勒和闊納 (Muller Kuhne)開發天然石膏制硫酸和水泥技術取得了成功，並建立了中試裝置；其後，英 國、德國、波蘭、奧地利、南非等相繼建成了以天然石膏、硬石膏和磷石膏為原料生產硫酸和 水泥裝置，並投入生產，其平均生產能力為日產硫酸和水泥各160噸。由於投資大、熱耗高、 運轉率低、經濟效益差的原因，國外的生產裝置在上世紀70年代先後停產。我國目前工業石膏年排放量已超過7000萬噸，並逐年增長。由於工業副產石膏中 含有有害物質，任意排放會造成嚴重的環境汙染；設置堆場，不僅佔地多、投資大、堆渣費用 高，而且對堆場的地質條件要求高，長期堆積會引起地表水及地下水的汙染。我國在總結國內外技術的基礎上，取得利用鹽石膏、磷石膏、天然石膏、脫硫石膏 制硫酸與水泥的成功，並在上世紀末建設8套生產裝置，最大的達到年產磷石膏制20萬噸 硫酸聯產30萬噸水泥的規模，成為世界石膏制酸技術較先進、規模最大的裝置。但是各裝 置都存在投資高、熱耗大、動力消耗大、經濟效益差的缺點，所以有的已停產。例如申請號為 200810139276. 2，名稱為一種石膏生產硫酸和水泥的改進生產工藝的專利申請中使用半水 石膏生產工藝，由於原料為二水石膏需要加熱到160°C以上的高溫烘乾才能得到半水石膏， 熱耗很大、裝置也比較的複雜，而且採用此工藝時迴轉窯極易結圈，運轉率低，投資高，熱耗 大，動力消耗大，經濟效益差。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是克服上述技術存在的熱耗大、經濟效益差的缺 陷，提供一種石膏制硫酸與水泥工藝，具有原料取材廣泛，能耗低，投資少、效益高，無廢水、 廢渣排放的優點。本實用新型的技術方案為一種石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，包括原料烘 幹裝置、輔料烘乾裝置、獨立粉磨裝置、機械攪拌均化倉、生料預熱裝置、迴轉窯、淨化乾燥 裝置、轉化裝置、硫酸吸收裝置，水泥磨製裝置，原料烘乾裝置和輔料烘乾裝置分別與相應 的獨立粉磨裝置連接，獨立粉磨裝置與機械攪拌均化倉連接，機械攪拌均化倉與生料預熱 裝置連接，生料預熱裝置與硫酸吸收裝置連接，其特徵在於，所述的機械攪拌均化倉為底部 機械攪拌卸料鋼筒均化倉，所述的原料烘乾裝置的熱源進口通過管道與硫酸吸收裝置的絕 幹尾氣出口連接。生料預熱裝置為2 5級複合或旋風預熱器。原料烘乾裝置為氣流懸浮烘乾機。所述的硫酸吸收裝置由上下球拱分隔為三部分，中部和下部是200 240°C的高溫吸收段，上部是85 110°C的低溫吸收段，在下部設有SO3進口和高溫硫酸出口，在中部 靠近低溫吸收段的地方設有高溫硫酸進口，在低溫吸收段的頂部設有低溫硫酸進口，在低 溫吸收段的底部設有低溫硫酸出口在硫酸吸收裝置的頂部設有除沫器，在除沫器上設有尾 氣出口，在低溫吸收段和高溫吸收段填充有耐酸填料，所述硫酸吸收裝置的外殼為圓筒形， 內襯耐酸襯裡。所述的高溫硫酸出口處設有蒸汽發生器。有益效果1、石膏烘乾採用二水工藝流程，烘乾設備採用氣流懸浮烘乾機，熱源採用硫酸吸 收裝置出來的70 85°C的絕幹尾氣即可將二水石膏中的游離水去掉。較傳統半水工藝流 程設備體積小、節省投資、生產能力大，節約30%總熱耗及20%的電耗。採用二水石膏為原 料，二水石膏的穩定性好，不結塊，只要將原料中所含的游離水烘乾到< 5%即可，不需象半 水工藝一樣加熱到160°C以上高溫。由於每噸硫酸排出3. 2 3. 6噸70 85°C的絕幹尾 氣，要消耗二水石膏1. 5噸，折合含游離水20%石膏1. 8噸，如烘乾至含游離水5%時應去 掉水份0. 22噸。用3. 2 3. 6噸70 85°C的絕幹尾氣在氣流烘乾機烘去0. 22噸游離水 是可行的。2.生料製備採用底部機械攪拌卸料鋼筒均化倉，石膏無需粉磨即可與輔料均化成 合格生料，降低了 30%的動力消耗及投資。3.採用2 5級複合預熱裝置分解石膏生料新技術，與傳統窯相比，系統熱耗降低 30%，增大生產能力、節省裝置投資、使用二水石膏生料。4. 一般的半水石膏工藝生料分解溫度達800 1200°C，在分解帶未完全分解的 石膏進入燒成帶，使分解帶和燒成帶重合，因石膏熔點低易造成迴轉窯在燒成帶結圈，運轉 率低。生料添加0. 5-3%的CaCl2或Na2SO4降低石膏分解溫度100 150°C，提高分解速度 20 30%，使分解帶和燒成帶分開，在分解帶石膏完全分解後進入燒成帶，防止迴轉窯結 圈，提高運轉周期。5.硫酸幹吸工序採用低溫回收技術，硫酸吸收裝置分兩段吸收，出塔酸溫下部是 200 230°C的高溫吸收段，上部是80 110°C的低溫吸收段，在高溫吸收段的高溫硫酸出 口設蒸汽發生器，相比通常的硫酸吸收塔每噸硫酸可產蒸汽0. 4 0. 5噸，向外提供熱能並 可發電，提高經濟效益。6.利用本實用新型與同規模廠家採用傳統方法投資降低25 40% ；熱耗降低 30%;電耗降低20%。成本降低25 30%。

圖1為本實用新型的各設備連接示意圖。其中，1為輔料烘乾裝置，2為原料分離器，3為風機，4為原料烘乾裝置，5為生料預 熱裝置，6為淨化乾燥裝置，7為轉化裝置，8為硫酸吸收裝置，9為迴轉窯，10為水泥磨製裝 置，11為機械攪拌均化倉，12輔料分離器。圖2為硫酸吸收裝置結構示意圖。 其中，8-1為SO3進口，8-2為高溫硫酸出口，8_3為高溫硫酸進口，8_4為低溫硫酸 出口，8-5為低溫硫酸進口，8-6為尾氣出口，8-7為除沫器，8-8為填料，8_9為耐酸襯裡。
具體實施方式
如圖1所示，含有游離水的工業副產二水石膏和由硫酸吸收裝置8出來的70 85°C的低溫絕幹尾氣共同進入原料烘乾裝置4內由低溫絕幹尾氣將二水石膏中的游離水 烘乾，得到游離水< 5% wt的二水石膏作為原料使用，不須粉磨，如用天然石膏因含游離水 小則用烘乾磨直接烘乾至游離水< 5%並粉磨成粉狀。原料烘乾裝置4可以選擇氣流懸浮 烘乾機。乾燥後的二水石膏經原料分離器2分離至機械攪拌均化倉11中，廢氣經風機3排 空。黏土和還原劑加入到輔料烘乾裝置1中，熱源採用迴轉窯9的出來的燒成餘熱或熱煙 氣接觸進行表面散熱烘乾至水份< 10% wt。或者採用沸騰爐提供熱源也可以，沸騰爐以煤 為燃料，排出的灰渣可以用作水泥的添加劑。黏土、還原劑烘乾粉磨後經輔料分離器12分 離也進入機械攪拌均化倉11中。機械攪拌均化倉11最好採用底部機械攪拌均化形式。廢 氣經風機3排空。以烘乾的二水石膏為主要原料、黏土、還原劑為輔助原料，CaCl2或Na2SO4 為添加劑在底部機械攪拌均化倉11中配製成生料。機械攪拌均化倉11配製好的生料加入 到生料預熱裝置5與迴轉窯9出來的高溫尾氣預熱並脫去結晶水後進入迴轉窯9內分解煅 燒，燒出的熟料和混合材一起進入水泥磨製裝置10中製造成水泥產品。生料預熱裝置5可 以採用多級複合預熱器窯進行預熱。生料中石膏的結晶水和含有的游離水在預熱器中脫除 並加熱，進入迴轉窯9分解煅燒，在添加劑的作用下，生料在700 1050°C完全分解出SO2, 固相在1200 1450°C煅燒成為水泥熟料，磨製成水泥。含10 14. 5% SO2的氣相採用酸 洗淨化、兩轉兩吸、低位餘熱回收製成硫酸。分解的含氣體經生料預熱裝置5與生料換 熱降溫後進入淨化乾燥裝置6中降溫除塵後進入轉化裝置7內，轉化成S03。然後進入 硫酸吸收裝置8中與淨化乾燥裝置6中產生的稀酸製造成硫酸產品，反應放出的熱量為副 產蒸汽，副產蒸汽發電供熱。該發明較其它方法節約熱耗30 %，節約電耗20 %，節約投資25 40 %，成本降低 25 30%，防止迴轉窯結圈，提高運轉率，無廢水、廢渣排放，經濟效益顯著。這其中主要 改進就是原料採用了二水石膏直接配製成生料，所需的烘乾溫度由硫酸吸收裝置8出來的 70 85°C的絕幹尾氣就能完成，其他過程為常規生產過程。下面更具體的進行說明1、原料(1)石膏以CaSO4為主要成分的天然或工業副產石膏，包括鹽石膏、磷石膏、天然石膏、脫 硫石膏、鈦石膏、氟石膏、檸檬石膏等，均可作為製取硫酸和水泥熟料的主要原料。要求 SO3 彡 32% wt, CaO 彡 29% wt、Si02 彡 8. 0% wt、P205 < 2% wt、F < 0. 35% wt。(2)還原劑在分解過程中做CaSO4分解的還原劑。用焦炭、石油焦、無煙煤等均可，要求 C ^ 60% wt、揮發性成分Vad < 6% wt。也可以用工業硫磺替代，尾氣濃度還可提高。(3)黍佔土用來補充SiA等熟料形成所需成分，要求SiA彡60% wt。2、原料烘乾(1) 二水工藝流程的確定傳統生產方法都採用半水工藝，本實用新型採用二水工藝，二水石膏穩定性好，不結塊，烘乾熱耗低，並且使用熱源是制硫酸的絕幹尾氣，省去加熱到160°C以上的高溫烘乾 的熱耗，並降低投資。因此本實用新型確定採用二水工藝流程。(2)烘乾流程說明石膏烘乾在原料烘乾裝置4中進行，可以選擇採用氣流懸浮烘乾機進行烘乾。石 膏在烘乾機內與來自硫酸吸收裝置8的70 85°C的絕幹尾氣接觸，使游離水份蒸發，得到 含游離水< 5% wt的二水石膏。還原劑、黏土等輔助材料進輔料烘乾裝置1中，與迴轉窯9出來的燒成餘熱或熱煙 氣接觸烘乾至水分< 10% wt。輔料烘乾裝置也可以採用沸騰爐提供熱源，沸騰爐以煤為燃 料，排出的灰渣用作水泥的添加劑。3、生料製備生料製備採用微機配料、在線分析。經計量後的還原劑、黏土等輔助材料一起粉磨 到細度要求0. 08mm方孔篩篩餘10% wt以下後，與經計量的二水石膏一起進入底部帶攪拌 卸料的鋼筒制的機械攪拌均化倉11內均化後成為用來分解煅燒的生料，在配料同時加入 0. 5 3%的CaCl2或Na2S04。工業副產石膏不用粉磨細度達到要求，使用天然石膏時因遊 離水含量小則用烘乾磨粉磨。生料要求(1)石灰飽和係數KH = (CaO-1. 18P205_0. 35Fe203_l· 65Α1203)/2· 8Si02 = 1· 0士0· 1(2)矽酸率η = SiO2/ (Al203+Fe203) = 3· 7 士0· 5(3)鐵率(或鋁率)P = Al2O3A^2O3 = 2. 5 士 0. 3(4) C/S03 (摩爾比)=0. 70 0. 80(5)平均粒度< 60 μ m。4、預熱、分解、煅燒石膏制硫酸聯產水泥的關鍵設備是預熱、分解、煅燒裝置。生料預熱裝置5可以採 用2-5級複合或旋風預熱器一般用3級預熱器較佳、三或四風道煤槍和靜電收塵器等新工 藝和設備的相互組合再與迴轉窯結合，更有利於石膏脫水、生料煅燒，能夠確保迴轉窯9所 產生的窯氣中SO2濃度為10 14.5%。如燒成用煤採用高硫煤，不但可降低成本，還有利 於提高窯氣SO2濃度。均化後的生料經計量後入預熱裝置5的第一級旋風預熱器的進氣管內，經撒料板 分散後被熱氣流攜帶到第一級預熱器內進行氣固分離，氣體由出風管經引風機排出、經電 收塵器除塵後進入硫酸系統，固體則進入第二級預熱器的進氣管內，經撒料板分散後被熱 氣流攜帶到第二級預熱器內。這樣，物料依次經過各級預熱器，最後經末級預熱器預熱到 550 750°C後，進入迴轉窯9內分解、煅燒。分解反應式為加熱
CaSO4CH2O---CaS04+2H20 (在預熱器中完成)
700-1050°C2CaS04+C--- 2Ca0+2S02 丨 +CO2 丨(在 CaCl2 或 Na2SO4 作用下分解帶完成)生成的CaO與物料中的Si02、A1203、Fe2O3等進入燒成帶，發生礦化反應，形成水泥 熟料，煅燒反應式為12Ca0+2Si02+2Al203+Fe203 — 3Ca0 · Si02+2Ca0 · Si02+3Ca0 · Al203+4Ca0 · Al2O3 · Fe2O3水泥熟料經冷卻機冷卻後送水泥熟料庫，生成的含SO2為10 14. 5 %的窯氣自窯 尾(700 900°C )進入末級預熱器，依次經中間的預熱器後到第一級旋風預熱器與加入的 生料逆流接觸，進行熱交換後，自第一級旋風預熱器排出O20 280°C )，由熱引風機經電 收塵器送入硫酸系統。水泥熟料中各氧化物並不是以單獨的狀態存在，而是以兩種或兩種以上的氧化物 結合成化合物(通稱礦物)存在。因此，在水泥生產過程中控制各氧化物之間的比例，比控 制氧化物的含量更為重要，更能表示出水泥的性能及對煅燒的影響。水泥熟料控制指標要 求如下①石灰飽和係數KH = (CaO-O. 35Fe203_l· 65Α1203_0· 70S03-0. 78CaS-fCa0_l· 18P205) /2. 8Si02=0.84 士 0.5②矽酸率η = SiO2/ (Al203+Fe203) = 3· 4士0· 4③鐵率(或鋁率)P = Al2O3A^2O3 = 2. 0 士 0. 3④CaS < 2%, SO3 < 2%, fCaO < 2%,MgO < 2%。SO2氣體和水泥熟料都在迴轉窯9內生成。既要製得含量高的窯氣，又要製得 符合水泥要求的熟料。除了嚴格控制生料的配比外，還必須嚴格控制窯內氣氛。在窯內呈 還原氣氛時，易形成單質硫和CaS，單質硫會堵塞硫酸設備。當呈氧化氣氛時，CaSO4分解不 完全，出現低熔物、迴轉窯易出現結圈現象。所以，窯內氣氛一般氧體積含量控制在0. 4 1. 5%, CO 彡 0. 5%。5、硫酸製取硫酸製取的主要工藝過程與申請號為200810139276. 2，名稱為一種石膏生產硫酸 和水泥的改進生產工藝的專利申請中所採用的方法一致。在這一工序中，本實用新型主要對於申請號為200810139276. 2，名稱為一種石膏 生產硫酸和水泥的改進生產工藝的專利申請中的硫酸吸收工序進行了改進。由轉化工段來 的含SO3的第一次轉化氣進入硫酸吸收裝置8中分兩段吸收，下部是高溫吸收，上部是低溫 吸收，都用98% wt濃度的硫酸循環噴淋吸收，製得硫酸。由圖3所示，所述的硫酸吸收裝置 8由上下球拱分隔為三部分，中部和下部是200 M0°C的高溫吸收段，上部是85 110°C 的低溫吸收段，在下部設有SO3進口 8-1和高溫硫酸出口 8-2，在中部靠近低溫吸收段的地 方設有高溫硫酸進口 8-3，在低溫吸收段的頂部設有低溫硫酸進口 8-5，在低溫吸收段的底 部設有低溫硫酸出口 8-4在硫酸吸收裝置的頂部設有除沫器8-7，在除沫器上設有尾氣出口 8-6，在低溫吸收段和高溫吸收段填充有耐酸填料8-8，所述硫酸吸收裝置8的外殼為圓 筒形，內襯耐酸襯裡8-9。所述的高溫硫酸出口 8-2處設有蒸汽發生器。含SO3氣體經SO3進口 8-1進入硫酸吸收裝置8與從高溫硫酸進口 8_3進入的硫 酸接觸生成濃度更濃溫度更高的硫酸，硫酸從高溫硫酸出口 8-2進入蒸汽發生器生成副產 蒸汽同時降溫後經泵打入高溫硫酸進口 8-3，吸收後的氣體進入硫酸吸收裝置8的上部，與 低溫硫酸進口 8-5、低溫硫酸出口 8-4接觸再吸收成硫酸。含SO3氣體經兩段吸收SO3後經 除沫器8-7除去酸沫從尾氣出口 8-6排出。硫酸吸收裝置8內放置兩層耐酸填料8-8由球 拱支撐，外殼用鋼板卷制，內襯耐酸襯裡8-9。以下結合具體實施例來進一步的說明。在以下實施例中，所用的二水基石膏都是 使用的硫酸吸收塔出來的70 85°C的絕幹尾氣進行烘乾，得到游離水含量< 5% wt的二 水石膏，然後與黏土和還原劑以及CaCl2或Na2SO4 —起混合均化為生料。實施例1 (以磷石膏做原料)1、主要原料磷石膏、粘土、焦炭、煤的成分如下(1)磷石膏(二水基)主要化學成分
權利要求1.一種石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，包括原料烘乾裝置G)、輔料烘乾裝置 (1)、獨立粉磨裝置、機械攪拌均化倉(11)、生料預熱裝置(5)、迴轉窯(9)、淨化乾燥裝置 (6)、轉化裝置(7)、硫酸吸收裝置(8)，水泥磨製裝置(9)，原料烘乾裝置(4)和輔料烘乾裝 置(1)分別與相應的獨立粉磨裝置連接，獨立粉磨裝置與機械攪拌均化倉連接，機械攪拌 均化倉與生料預熱裝置連接，生料預熱裝置與硫酸吸收裝置連接，其特徵在於，所述的機械 攪拌均化倉為底部機械攪拌卸料鋼筒均化倉，所述的原料烘乾裝置的熱源進口通過管道與 硫酸吸收裝置的絕幹尾氣出口連接。
2.如權利要求1所述石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，其特徵在於，生料預熱裝置 為2 5級複合或旋風預熱器。
3.如權利要求1所述石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，其特徵在於，原料烘乾裝置 為氣流懸浮烘乾機。
4.如權利要求1所述石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，其特徵在於，所述的硫酸吸 收裝置(8)由上下球拱分隔為三部分，中部和下部是200 M0°C的高溫吸收段，上部是 85 110°C的低溫吸收段，在下部設有SO3進口(8-1)和高溫硫酸出口(8-2)，在中部靠近低 溫吸收段的地方設有高溫硫酸進口(8-3)，在低溫吸收段的頂部設有低溫硫酸進口(8-5)， 在低溫吸收段的底部設有低溫硫酸出口(8-4)在硫酸吸收裝置的頂部設有除沫器(8-7)， 在除沫器上設有尾氣出口(8-6)，在低溫吸收段和高溫吸收段填充有耐酸填料(8-8)，所述 硫酸吸收裝置(8)的外殼為圓筒形，內襯耐酸襯裡(8-9)。
5.如權利要求4所述石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，其特徵在於，所述的高溫硫 酸出口(8- 處設有蒸汽發生器。
專利摘要本實用新型涉及一種石膏制硫酸與水泥的改進生產裝置，原料包括二水石膏、黏土和還原劑，經過原料烘乾、獨立粉磨、機械攪拌均化、生料預熱窯分解煅燒、窯氣酸洗淨化、SO2乾燥、兩轉兩吸工藝、水泥磨製過程製得硫酸和水泥產品，其特徵在於，採用二水石膏工藝，原料烘乾採用由硫酸吸收塔出來的70～85℃的絕幹尾氣烘乾得到游離水含量＜5％wt的二水石膏，然後與黏土和還原劑在CaCl2或Na2SO4的存在下直接均化為生料。本工藝使熱耗降低30％，電耗降低20％，投資降低25～40％，成本降低25～30％。本實用新型克服了傳統方法電耗高、熱耗高、投資大、運轉率低等缺點，並每噸硫酸副產0.4～0.5噸蒸汽，經濟效益顯著。
文檔編號C01B17/74GK201896071SQ20102059803
公開日2011年7月13日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者劉飛, 呂天寶 申請人:南京創能電力科技開發有限公司