一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方法

2023-05-27 16:28:11 1

專利名稱：一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方法
技術領域：
本發明涉及一種硫酸和水泥的化工生產工藝，特別涉及釆用硫酸鈣生 產硫酸和水泥熟料的生產工藝。
背景技術：
磷石膏是化工生產中用硫酸分解磷礦產生的廢料，其數量極大，處理
不當對環境影響很大，國際上大部分釆取掩埋方式，我國因硫資源缺乏， 多年來一直有人致力於開發磷石膏聯產水泥工藝，按照這種工藝，生產磷
酸產生的廢料磷石膏用來生產水泥和硫酸，硫酸又用來生產磷酸，反覆循 環，幾乎沒有廢料，但由於這項技術本身的複雜性，在生產實際的推廣應
用上還存在大量的問題。從國外情況來看，早在1916年，國外就有利用 中空迴轉窯生產水泥和硫酸的實例，但因熱耗較高，因此這種工藝現已基 本處於淘汰狀態，上世紀六十年代，隨著水泥幹法生產工藝技術的發展， 國際上普遍採用低熱耗的窯尾預熱技術和低耗高效的窯外分解技術生產普 通水泥，在此背景下，奧地利的林茨公司開發研製了立簡預熱器作為熱交 換裝置，原料磷石膏經一次烘乾後即與輔助原料混合，然後進入立簡預熱 器預熱後進窯分解煅燒，與原有工藝相比，可降低熱耗，但由於生產控制 困難，氣體中S02含量不穩定等原因，發展緩慢，近年來，由於流態化技 術和水泥窯外分解技術的啟發以及對磷石膏分解規律的進一步認識，國內 外對磷石膏流化床分解新技術、新工藝產生了濃厚的興趣，作了大量的工
作。我國應用石膏分解聯產水泥和硫酸這項技術起步較晚，目前成熟的技 術是將烘乾後的粉狀物料與其它原料配合經粉磨進入中空迴轉窯進行分解 煅燒，窯內氣氛難以控制，容易產生窯中氧含量偏高等問題，會使原料中 加入的碳部分地與氧發生燃燒反應，造成磷石膏分解反應所需的碳不足， 分解率和脫硫率降低。另外中空迴轉窯因其傳熱效果差，煤高耗，在我國 水泥行業已屬淘汰工藝。從生產現狀來看，現有裝置均不是很理想，主要
反映在以下幾個方面1.現有生產方式都是將硫酸鈣在弱氧化氣氛或還原-氧化雙氣氛下直接分解成S02和氧化鈣，實際分解溫度都在IOO(TC以上， 分離設備中的耐火材料壽命難於達到工業化要求，選取困難，至今沒有產 業化的窯外分解裝置投產。2.現有生產工藝中硫酸鈣還原分解和氧化均在 一個分解爐或窯中進行，操作條件控制複雜，穩定性差不易實現，操作和 管理難度大。3.難以實現大型化生產。分析以上幾方面問題，其主要原因 在於生產流程長，設備多，能耗高，投資大，生產成本高；磷石膏分解反 應條件的控制難度大。
中國專利申請號93111274. 5和0011329. 1與本發明相近，其生產工藝 是將磷石膏烘乾成粉料後與其它輔助原料混合粉磨製得生料粉，經二級預 熱器加熱，進入循環流化床分解爐中分解後經偏錐式無內簡旋風器分離， 20%的物料進入迴轉窯製得熟料，80%的物料返回循環流化床分解爐中進行
循環；後者是將溼磷石膏烘乾成粉料後與其它輔助原料粉磨後製得的料粉 混合，經四級預熱器加熱，進入迴轉窯進行分解製得S02氣體和熟料；現有
文獻資料及以上工藝中為得到較高的脫硫率，石膏分解中伴隨生成硫化鈣 的反應都作為副反應進行抑制，因生產硫化鈣的反應為放熱反應，為抑制其反應的發生，都是通過提高分解反應控制溫度來進行抑制的。

發明內容
本發明的目的旨在克服現有技術的缺陷，提供一種能降低反應溫度， 提高石膏脫硫率且反應條件易於控制的硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的 方法。
本發明所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方法，其步驟如
下
a. 將硫酸鈣經懸浮預熱器預熱；
b. 將預熱後的硫酸鈣置於反應器中，加入燃煤，在貧氧條件下燃燒產 生C0、 112中的一種或二種，以C0、 H2中的一種或二種作為還原劑進行還原 反應，將硫酸鈣還原為硫化錦；
c. 還原反應所得產物為硫化鉀及未反應的硫酸鉤混合物，還原反應產 物經旋風分離器所固分離；
d. 分離後的還原反應產物進入另一反應裝置，在反應裝置中硫化鉤和 硫酸錦發生反應製得S02和水泥熟料。
步驟b所述的反應器為柱式懸浮反應器。
步驟b所述的還原劑的含量為3-10%,反應溫度為600—IOO(TC。 步驟d所述的返回步驟b反應器的物料量為總物料量的0—98%,其餘 物料進入迴轉窯反應器中。
步驟c所述的旋風分離器的出口溫度在105(TC以下。
步驟d所述的反應裝置為水泥迴轉窯或柱式懸浮反應器中的一種。
步驟d所述的反應裝置內的反應溫度為900-120(TC。
步驟d中控制硫酸鈣與硫化鈣的摩爾比為6: l — l: 6。 步驟d中的化學反應為 CaS+202 —CaS04 2CaS+302 —2Ca0+2S02 CaS+3CaS04 —4Ca0+4S02t
本發明所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方法，是一種以 硫酸鈣為主要成份的物質，如天然石膏、磷石膏、脫硫石膏、氟石膏等化學 石膏，以通過控制空氣加入量和煤量，使燃煤在貧氧條件下不能完全充分燃 燒而產生CO、 H2,用得到的C0、 H2作為還原劑，控制反應在還原劑含量3 -10%的還原氣氛下進行，將硫酸鈣在高溫狀態下還原分解，再在另一反應 器中發生反應製得S02氣體用於生產硫酸，固體用於生產水泥熟料的生產新 工藝。該工藝可使磷石膏還原分解爐溫度降至100(TC以下，易於釆用水泥 生產成熟的窯外分解設備，反應器氣氛無嚴格控制要求，生產過程穩定， 可以實現大規模生產。本發明使生產流程簡化，降低生產控制難度，使磷石 膏的大量利用成為可能。


、
圖l為本發明工藝流程圖。
圖中，1 -迴轉窯，2 -窯尾風管，3-分解爐，4、 10-三次風管，5、 12-噴煤管，6、旋風式預熱器，7、 8-旋風分離器，9-烘乾破碎機，11-磷石膏加入口。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步的說明，但不限於實施例。 實施實例1:
將溼法磷酸生產中得到的堆於渣場的磷石膏，如含外在水分9-13%的 磷石膏，直接從加料口 11中加入水泥廠熟料燒成中常用的迴轉錘式烘乾破 碎機，與來自分解爐3和迴轉窯1的950-100(TC的廢氣經管道及預熱器6 進行熱交換後進入旋風分離器7，分離後的物料進入分解爐3中，在加入 燃煤燃燒，並通過燃煤和空氣的加入量來調節還原劑CO的體積比含量為 4-6%，在600-95(TC下，將硫酸^還原分解為硫化鉤；同時通過對分解爐 中溫度的調節，控制旋風分離器8分離後的固體物料中硫酸鈣與硫化鈣的 摩爾比為6: l—4: 1，經旋風分離器8分離後的固體物料全部進入迴轉窯1 內，在900-1150'C反應得到S02氣體和Ca0,固體物料經進一步升高溫度分 解並在1300—145(TC發生反應得到水泥熟料。出分解爐和迴轉窯的氣體經 懸浮預熱器和烘乾破碎機與原料進行熱交換，氣體溫度降低到120-20(TC， 經除塵、除溼淨化、補充空氣調節氧硫比並乾燥後進入轉化器，經催化氧 化為SO"用濃酸吸收得到硫酸。其流程見附圖l。 實施實例2:
將實施實例l中，經旋風分離器8分離後的固體物料，按總料量的20 一50。/。返回反應器進行循環，其餘進入迴轉窯1的分配比例控制，其它同實 施實例1。
實施實例3:
在實施實例1中，通過對分解爐中溫度的調節，將分解爐中的硫酸鈣 80%以上還原為硫化鈣，通過從旋風式預熱器6中引出部分物料加入迴轉 窯，實現進入迴轉窯的固體物料中硫酸鈣與硫化鈣的摩爾比為6:1—4:1， 其它同實施實例1。
權利要求
1、一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方法，其特徵在於，其步驟如下a.將硫酸鈣經懸浮預熱器預熱；b.將預熱後的硫酸鈣置於反應器中，加入燃煤，在貧氧條件下燃燒產生CO、H2中的一種或二種，以CO、H2中的一種或二種作為還原劑進行還原反應，將硫酸鈣還原為硫化鈣；c.還原反應所得產物為硫化鈣、氧化鈣及未反應的硫酸鈣混合物，還原反應產物經旋風分離器進行氣固分離；d.分離後的還原反應產物進入另一反應裝置，在反應裝置中硫化鈣和硫酸鈣發生反應製得SO2和水泥熟料。
2、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於，步驟b所述的反應器為柱式懸浮反應器。
3、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於，步驟b所述的還原劑的含量為3-10%，反應溫度為 600—IOO(TC。
4、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於步驟d中，控制分離器分離後的固體產物中返回步驟b反 應器的物料量為總物料量的0—98%，其餘物料進入迴轉窯反應器中。
5、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於，步驟c所述的旋風分離器的出口氣體溫度在105(TC以下。
6、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於，步驟d所述的反應裝置為水泥迴轉窯或柱式懸浮反應器 中的一種或二種。
7、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於，步驟d所述的反應裝置內的反應溫度為900-1450°C。
8、 根據權利要求1所述的一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方 法，其特徵在於，步驟d中控制硫酸錦與硫化努的摩爾比為6:1 —1: 6。
全文摘要
一種硫酸鈣分解生產硫酸和水泥熟料的方法涉及一種硫酸和水泥的化工生產工藝，本發明的步驟如下a.將硫酸鈣經懸浮預熱器預熱；b.將預熱後的硫酸鈣置於反應器中，加入燃煤，在貧氧條件下燃燒產生CO、H2中的一種或二種，以CO、H2中的一種或二種作為還原劑進行還原反應，將硫酸鈣還原為硫化鈣；c.還原反應所得產物為硫化鈣、氧化鈣及未反應的硫酸鈣混合物，還原反應產物經旋風分離器進行氣固分離；d.分離後的還原反應產物進入另一反應裝置，在反應裝置中硫化鈣和硫酸鈣發生反應製得SO2和水泥熟料。本發明生產過程穩定，可以實現大規模生產。且生產流程簡化。
文檔編號C01B17/50GK101172582SQ20071006627
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月12日 優先權日2007年10月12日
發明者李天榮 申請人:雲南雲天化國際化工股份有限公司