用磷石膏製備高濃度SO₂煙氣與活性CaO的方法及分解爐的製作方法

2023-05-24 22:25:46 1

專利名稱：用磷石膏製備高濃度SO2煙氣與活性CaO的方法及分解爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用磷石膏製備高濃度S02煙氣與活性CaO的方法及分解爐，屬於 建材、工業固體廢棄物資源化綜合利用和化工技術領域。
背景技術：
國外在20世紀40年代就完成了硫酸鈣的分解制酸和水泥熟料的燒成。進入上世 紀80年代中期後，由於世界能源價格大幅度上升而硫磺價格大幅度下降及歐洲等地區水 泥市場疲軟，國外此類裝置陸續關閉或停產。目前國外已無磷石膏制硫酸工業裝置，相關技 術開發也處於停滯狀態。在20世紀60年代，我國建材部門就在相關部門的配合下成立了專門的科研機構， 承擔了國家「六五」科技攻關，對石膏和磷石膏製取硫酸和水泥的技術進行專題研究。1986 年在中試及考察國外技術的基礎上，我國自行設計和建設了雲南磷肥廠以磷石膏為原料年 產6萬噸硫酸、聯產10萬噸水泥的生產裝置。經過多次試車及試生產修改，直到1993年系 統轉入正常運行。1990年，山東省魯北化工在學習雲南磷肥廠磷石膏制硫酸、水泥技術的 基礎上，建設了以磷石膏為原料年產4萬噸硫酸、6萬噸水泥的生產裝置(簡稱4-6工程)。 該裝置生產的硫酸、水泥均能達到設計能力，產品合格。現有的技術因要燒成水泥熟料，存 在工藝複雜、投資大、規模小、生產控制難、產品質量不穩定、難以工業化應用的問題。中國專利文獻中用磷石膏制硫酸已有報導。公開號[CN 101318632A]公開了一 種以懸浮態分解磷石膏製備硫酸聯產石灰的方法，該方法利用錘式烘乾破碎機將磷石膏 烘乾後送入分解爐分解產生so2氣體。但是，錘式烘乾破碎機的熱風來源於氣體冷卻器 150-250°C的冷卻熱風，溫度低，接觸時間短，很難完全除去磷石膏中的結晶水和游離水。磷 石膏未經預熱直接進入分解爐，增加了分解爐的熱負荷，縮短了物料在分解爐內的反應時 間，分解效率較低，單位產品熱耗高。第一、二級旋風預熱器僅起到了分離的作用，沒有起到 換熱的作用。該工藝在不加入焦炭的情況下，分解爐內溫度在1200°C以上時磷石膏才開始 分解，而此溫度下磷石膏容易出現熔融狀態，在分解爐內結坯，阻止磷石膏的繼續分解。我國是一個硫資源相對匱乏的國家，利用磷肥廠副產物磷石膏生產硫酸不但可彌 補我國硫酸原料後備資源的不足；同時解決了磷石膏佔用土地、汙染環境的問題；硫酸又 可用於磷肥廠生產磷酸，構成了良性循環；具有顯著的社會效益和經濟效益。

發明內容
本發明的目的是克服現有磷石膏制酸技術中的缺陷，提供一種工藝流程短、反應 氣氛易於控制、磷石膏分解溫度低、分解效率高、so2煙氣濃度高的用磷石膏製備高濃度so2 煙氣與活性CaO的方法及分解爐。本發明將現在水泥生產先進技術進行優化創新，應用於磷石膏處理，特別是利用 水泥生產中的窯外分解技術，有效了降低磷石膏制硫酸能耗和分解問題。本發明的用磷石膏製備高濃度S02煙氣和活性CaO的方法，包括乾燥脫水、預熱分解及石灰冷卻工序，具體步驟為a.乾燥脫水原料磷石膏由取料皮帶機定量送至破碎烘乾機，來自熱風爐的溫度為700°C的煙氣在此與磷石膏混合，磷石膏打散的同時被熱風加熱脫除全部游離水和部 分結晶水，停留l_2s後被熱風帶出破碎機，進入管式氣流乾燥裝置，在此與來自熱風爐的 700°C的高溫煙氣熱交換，脫除全部結晶水後生成無水石膏。通過旋風分離器和袋式收塵器 收集後送入穩料倉儲存2-4小時；b.預熱分解經穩料倉儲存後的溫度降為40°c的無水石膏通過皮帶稱精確計量 後從一級旋風預熱器與二級旋風預熱器的連接風管進入預熱分解系統，依次經一級、二級、 三級旋風預熱器，將溫度升至800°C後進入分解爐底部，在焦炭存在的900 1150°C的環境 中發生分解反應，其中焦炭按照C/S摩爾比0. 5 0. 75計量噴入分解爐還原區下部；分解 爐中上部通入來自管式單筒冷卻機的冷卻熱風，構成弱氧化氣氛，抑制單質硫的生成及CaS 殘存，物料在分解爐內自形成內部循環，分解爐內平均氣流速度為5m/s，無水石膏停留時間 為2 3s，分解反應為3CaS04+C — 2Ca0+2S02丨+C02丨；分解後的物料由900°C的煙氣帶 入第四級旋風預熱器反應並氣固分離，分解爐與第四級旋風預熱器通過分料閥構成外部循 環；250 300°C的含高濃度S02的煙氣依次往上流動出預熱系統並進入制酸裝置；C.石灰冷卻出分解系統的溫度為900°C的活性CaO經管式單筒冷卻機冷卻至 85°C後送入石灰庫；活性CaO經管式單筒冷卻機冷卻後500 600°C的冷卻熱風經過計量 調節送入分解爐充分利用。本方法的磷石膏分解率大於95%，脫硫率大於85%，煙氣中302氣體的體積含量 大於12%，固體產品中CaO含量大於75%。用於上述方法中的分解爐，由上、中、下三部分構成；其中分解爐(12)上部設置 有分解產物出口(23)和熱風進口(24)；分解爐(12)中部設置有燃料進口(25)、焦炭進口 (28)及物料進口(29)；分解爐(12)下部設置有熱風進口(26)和高壓冷風進口(27)。本方法中所用設備除分解爐為改進外，其餘設備為市場購買或自製。本發明具有工藝流程短、反應氣氛易於控制、磷石膏分解溫度低、分解效率高、S02 煙氣濃度高的優點。經高溫燒出的CaO能直接作為商品出售或製成建材產品銷售。


圖1為本發明的工藝流程圖示意圖。圖中標記1、皮帶秤；2、破碎烘乾機；3、氣流乾燥裝置；4、旋風收塵器；5、引風機；6、布袋除 塵器；7、穩料倉；8、皮帶秤；9、一級旋風預熱器；10、二級旋風預熱器；11、三級旋風預熱器； 12、分解爐；13、四級旋風預熱器；14、分料閥；15、冷卻機；16、石灰庫；17、焦炭倉；18、圓盤 計量秤；19、煤粉倉；20、圓盤計量稱；21、引風機；22、電除塵器。圖2為本發明的工藝所用分解爐的結構示意圖。圖中標記12、分解爐；23、分解產物(料或氣)出口 ；24、熱風進口 ；25、燃料進口 ；26、熱風進 口 ；27、高壓冷風進口 ；28、焦炭進口 ；29、物料進口。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但不僅限於實施例。本實施例中所用設備除分解爐為改進外，其餘設備為市場購買。本方法的工藝過程為將堆棚中的磷石膏經計量後直接加入破碎烘乾機2中，與來自熱風爐的700°C的 煙氣混合，停留1 2秒後進入管式氣流乾燥裝置3，瞬時脫除游離水和結晶水。經旋風收塵 器4和布袋除塵器6分離後的固體物料全部進入四級旋風預熱器9、10、11、13預熱至800°C 後從物料進口 29進入分解爐12。煤粉從燃料進口 25噴入分解爐12，高壓冷風從進口 27進 入分解爐12，冷卻熱風從熱風進口 26進入分解爐12。無水石膏在900或1000或1150°C的溫 度下分解得到S02煙氣和CaO固體。其中焦炭按照C/S摩爾比0. 5或0. 65或0. 75計量噴入 焦炭進口 28;分解爐12上部熱風進口 24通入來自冷卻機15的冷卻熱風，構成弱氧化氣氛， 抑制單質硫的生成及CaS殘存。物料在分解爐12內自形成內部循環，分解爐12內平均氣流 速度為5m/s，無水石膏停留時間為2或3s，分解反應為3CaS04+C — 2Ca0+2S02丨+C02個。 分解後的物料由900°C的煙氣帶入第四級旋風預熱器13反應並氣固分離，分解爐12與第四 級旋風預熱器13通過分料閥14構成外部循環。氣固分離後溫度為250或300°C的體積含 量大於12%的502煙氣依次往上從分解產物出口 23流動出預熱系統進入制酸裝置；溫度為 900°C的CaO固體從分解產物出口 23出預熱系統後經管式單筒冷卻機15冷卻至85°C溫度 後直接送入石灰庫16。活性CaO經管式單筒冷卻機冷卻後500或600°C的冷卻熱風經過計 量調節送入分解爐充分利用。本方法的磷石膏分解率大於95 %，脫硫率大於85 %，固體產物中CaO含量大於 75 %，其中活性CaO能直接用於建材等行業。
權利要求
一種用磷石膏製備高濃度SO2煙氣和活性CaO的方法，其特徵在於方法包括乾燥脫水、預熱分解及石灰冷卻工序；具體如下a.乾燥脫水原料磷石膏由取料皮帶機定量送至破碎烘乾機，來自熱風爐的溫度為700℃的煙氣在此與磷石膏混合，磷石膏打散的同時被熱風加熱脫除全部游離水和部分結晶水，停留1-2s後被熱風帶出破碎機，進入管式氣流乾燥裝置，在此與來自熱風爐的700℃的高溫煙氣熱交換，脫除全部結晶水後生成無水石膏；通過旋風分離器和袋式收塵器收集後送入穩料倉儲存2-4小時；b.預熱分解經穩料倉儲存後的溫度降為40℃的無水石膏通過皮帶稱精確計量後從一級旋風預熱器與二級旋風預熱器的連接風管進入預熱分解系統，依次經一級、二級、三級旋風預熱器，將溫度升至800℃後進入分解爐底部，在焦炭存在的900～1150℃的環境中發生分解反應，其中焦炭按照C/S摩爾比0.5～0.75計量噴入分解爐還原區下部；分解爐中上部通入熱空氣，構成弱氧化氣氛，抑制單質硫的生成及CaS殘存，物料在分解爐內自形成內部循環，分解爐內平均氣流速度為5m/s，無水石膏停留時間為2～3s，分解反應為3CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑；分解後的物料由900℃的煙氣帶入第四級旋風預熱器反應並氣固分離，分解爐與第四級旋風預熱器通過分料閥構成外部循環；250～300℃的含高濃度SO2的煙氣依次往上流動出預熱系統並進入制酸裝置；c.石灰冷卻出分解系統的溫度為900℃的活性CaO經管式單筒冷卻機冷卻至85℃後送入石灰庫；活性CaO經管式單筒冷卻機冷卻後500～600℃的冷卻熱風經過計量調節送入分解爐充分利用。
2.用於權利要求1所述方法中的的分解爐，由上、中、下三部分構成；其特徵在於分解 爐(12)上部設置有分解產物出口(23)和熱風進口(24)；分解爐(12)中部設置有燃料進 口(25)、焦炭進口(28)及物料進口(29)；分解爐(12)下部設置有熱風進口(26)和高壓冷 風進口(27)。
全文摘要
本發明涉及一種用磷石膏製備高濃度SO2煙氣與活性CaO的方法及分解爐，屬於建材、工業固體廢棄物資源化綜合利用和化工技術領域。方法為a.磷石膏經破碎烘乾機與700℃的煙氣混合，脫除全部游離水和部分結晶水，停留1～2s後進入氣流乾燥裝置，與700℃的煙氣進行熱交換，進一步脫除剩餘結晶水生成無水石膏；b.溫度為40℃的無水石膏經旋風預熱系統將溫度升至800℃後進入分解爐底部，在焦炭存在的900～1150℃的改進分解爐中分解反應；分解爐和第四級旋風預熱器通過分料閥構成外部循環。固體物料經管式單筒冷卻機冷卻後送入石灰庫；250～300℃的含高濃度SO2的煙氣進入制酸裝置。分解爐為改進分解爐。本發明具有工藝流程短、反應氣氛易於控制、分解溫度低、效率高、SO2煙氣濃度高的優點。
文檔編號C01F11/04GK101844748SQ20101017451
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月18日 優先權日2010年5月18日
發明者付蓉, 俞國昇, 葉貽恆, 向超, 杜子林, 楊光, 趙加強, 趙國彬 申請人:雲南創興建材新技術有限公司