CN101844748B - 用磷石膏制备高浓度SO2烟气与活性CaO的方法及分解炉 - Google Patents

用磷石膏制备高浓度SO2烟气与活性CaO的方法及分解炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用磷石膏制备高浓度SO2烟气与活性CaO的方法及分解炉，属于建材、工业固体废弃物资源化综合利用和化工技术领域。方法为：a.磷石膏经破碎烘干机与700℃的烟气混合，脱除全部游离水和部分结晶水，停留1～2s后进入气流干燥装置，与700℃的烟气进行热交换，进一步脱除剩余结晶水生成无水石膏；b.温度为40℃的无水石膏经旋风预热***将温度升至800℃后进入分解炉底部，在焦炭存在的900～1150℃的改进分解炉中分解反应；分解炉和第四级旋风预热器通过分料阀构成外部循环。固体物料经管式单筒冷却机冷却后送入石灰库；250～300℃的含高浓度SO2的烟气进入制酸装置。分解炉为改进分解炉。本发明具有工艺流程短、反应气氛易于控制、分解温度低、效率高、SO2烟气浓度高的优点。

Description

用磷石膏制备高浓度SO<sub>2</sub>烟气与活性CaO的方法及分解炉
技术领域：
本发明涉及一种用磷石膏制备高浓度SO2烟气与活性CaO的方法及分解炉，属于建材、工业固体废弃物资源化综合利用和化工技术领域。
背景技术：
国外在20世纪40年代就完成了硫酸钙的分解制酸和水泥熟料的烧成。进入上世纪80年代中期后，由于世界能源价格大幅度上升而硫磺价格大幅度下降及欧洲等地区水泥市场疲软，国外此类装置陆续关闭或停产。目前国外已无磷石膏制硫酸工业装置，相关技术开发也处于停滞状态。
在20世纪60年代，我国建材部门就在相关部门的配合下成立了专门的科研机构，承担了国家“六五”科技攻关，对石膏和磷石膏制取硫酸和水泥的技术进行专题研究。1986年在中试及考察国外技术的基础上，我国自行设计和建设了云南磷肥厂以磷石膏为原料年产6万吨硫酸、联产10万吨水泥的生产装置。经过多次试车及试生产修改，直到1993年***转入正常运行。1990年，山东省鲁北化工在学习云南磷肥厂磷石膏制硫酸、水泥技术的基础上，建设了以磷石膏为原料年产4万吨硫酸、6万吨水泥的生产装置(简称4-6工程)。该装置生产的硫酸、水泥均能达到设计能力，产品合格。现有的技术因要烧成水泥熟料，存在工艺复杂、投资大、规模小、生产控制难、产品质量不稳定、难以工业化应用的问题。
中国专利文献中用磷石膏制硫酸已有报道。公开号[CN 101318632A]公开了一种以悬浮态分解磷石膏制备硫酸联产石灰的方法，该方法利用锤式烘干破碎机将磷石膏烘干后送入分解炉分解产生SO2气体。但是，锤式烘干破碎机的热风来源于气体冷却器150-250℃的冷却热风，温度低，接触时间短，很难完全除去磷石膏中的结晶水和游离水。磷石膏未经预热直接进入分解炉，增加了分解炉的热负荷，缩短了物料在分解炉内的反应时间，分解效率较低，单位产品热耗高。第一、二级旋风预热器仅起到了分离的作用，没有起到换热的作用。该工艺在不加入焦炭的情况下，分解炉内温度在1200℃以上时磷石膏才开始分解，而此温度下磷石膏容易出现熔融状态，在分解炉内结坯，阻止磷石膏的继续分解。
我国是一个硫资源相对匮乏的国家，利用磷肥厂副产物磷石膏生产硫酸不但可弥补我国硫酸原料后备资源的不足；同时解决了磷石膏占用土地、污染环境的问题；硫酸又可用于磷肥厂生产磷酸，构成了良性循环；具有显著的社会效益和经济效益。
发明内容：
本发明的目的是克服现有磷石膏制酸技术中的缺陷，提供一种工艺流程短、反应气氛易于控制、磷石膏分解温度低、分解效率高、SO2烟气浓度高的用磷石膏制备高浓度SO2烟气与活性CaO的方法及分解炉。
本发明将现在水泥生产先进技术进行优化创新，应用于磷石膏处理，特别是利用水泥生产中的窑外分解技术，有效了降低磷石膏制硫酸能耗和分解问题。
本发明的用磷石膏制备高浓度SO2烟气和活性CaO的方法，包括干燥脱水、预热分解及石灰冷却工序，具体步骤为：
a.干燥脱水：原料磷石膏由取料皮带机定量送至破碎烘干机，来自热风炉的温度为700℃的热烟气在此与磷石膏混合，磷石膏打散的同时被热烟气加热脱除全部游离水和部分结晶水，停留1-2s后被热烟气带出破碎烘干机，进入管式气流干燥装置，在此与来自热风炉的700℃的热烟气热交换，脱除全部结晶水后生成无水石膏；通过旋风分离器和袋式收尘器收集后送入稳料仓储存2-4小时；
b.预热分解：经稳料仓储存后的温度降为40℃的无水石膏通过皮带称精确计量后从一级旋风预热器与二级旋风预热器的连接风管进入预热分解***，依次经一级、二级、三级旋风预热器，将温度升至800℃后进入分解炉底部，在焦炭存在的900～1150℃的环境中发生分解反应，其中焦炭按照C/S摩尔比0.5～0.75计量喷入分解炉还原区下部；分解炉中上部通入热空气，构成弱氧化气氛，抑制单质硫的生成及CaS残存，物料在分解炉内自形成内部循环，分解炉内平均气流速度为5m/s，无水石膏停留时间为2～3s，分解反应为：2CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑；分解后的物料由900℃的热烟气带入第四级旋风预热器反应并气固分离，分解炉与第四级旋风预热器通过分料阀构成外部循环；250～300℃的含高浓度SO2的烟气依次往上流动出预热***并进入制酸装置；
c.石灰冷却：出分解***的温度为900℃的活性CaO经管式单筒冷却机冷却至85℃后送入石灰库；活性CaO经管式单筒冷却机冷却后500～600℃的冷却热风经过计量调节送入分解炉充分利用。
用于上述方法中的的分解炉，由上、中、下三部分构成；其特征在于：分解炉(12)上部设置有分解产物出口(23)和第一热风进口(24)；分解炉(12)中部设置有燃料进口(25)、焦炭进口(28)及物料进口(29)；分解炉(12)下部设置有第二热风进口(26)和高压冷风进口(27)。
本方法中所用设备除分解炉为改进外，其余设备为市场购买或自制。
本发明具有工艺流程短、反应气氛易于控制、磷石膏分解温度低、分解效率高、SO2烟气浓度高的优点。经高温烧出的CaO能直接作为商品出售或制成建材产品销售。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图示意图。图中标记：
1、皮带秤；2、破碎烘干机；3、气流干燥装置；4、旋风收尘器；5、引风机；6、布袋除尘器；7、稳料仓；8、皮带秤；9、一级旋风预热器；10、二级旋风预热器；11、三级旋风预热器；12、分解炉；13、四级旋风预热器；14、分料阀；15、冷却机；16、石灰库；17、焦炭仓；18、圆盘计量秤；19、煤粉仓；20、圆盘计量称；21、引风机；22、电除尘器。
图2为本发明的工艺所用分解炉的结构示意图。图中标记：
12、分解炉；23、分解产物(料或气)出口；24、第一热风进口；25、燃料进口；26、第二热风进口；27、高压冷风进口；28、焦炭进口；29、物料进口。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不仅限于实施例。本实施例中所用设备除分解炉为改进外，其余设备为市场购买。
本方法的工艺过程为：
将堆棚中的磷石膏经计量后直接加入破碎烘干机2中，与来自热风炉的700℃的热烟气混合，停留1～2秒后进入管式气流干燥装置3，瞬时脱除游离水和结晶水。经旋风收尘器4和布袋除尘器6分离后的固体物料全部进入四级旋风预热器9、10、11、13预热至800℃后从物料进口29进入分解炉12。煤粉从燃料进口25喷入分解炉12，高压冷风从进口27进入分解炉12，冷却热风从第二热风进口26进入分解炉12。无水石膏在900或1000或1150℃的温度下分解得到SO2烟气和CaO固体。其中焦炭按照C/S摩尔比0.5或0.65或0.75计量喷入焦炭进口28；分解炉12上部第一热风进口24通入来自冷却机15的冷却热风，构成弱氧化气氛，抑制单质硫的生成及CaS残存。物料在分解炉12内自形成内部循环，分解炉12内平均气流速度为5m/s，无水石膏停留时间为2或3s，分解反应为：2CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑。分解后的物料由900℃的热烟气带入第四级旋风预热器13反应并气固分离，分解炉12与第四级旋风预热器13通过分料阀14构成外部循环。气固分离后温度为250或300℃的体积含量大于12％的SO2烟气依次往上从分解产物出口23流动出预热***进入制酸装置；温度为900℃的CaO固体从分解产物出口23出预热***后经管式单筒冷却机15冷却至85℃温度后直接送入石灰库16。活性CaO经管式单筒冷却机冷却后500或600℃的冷却热风经过计量调节送入分解炉充分利用。
本方法的磷石膏分解率大于95％，脱硫率大于85％，固体产物中CaO含量大于75％，其中活性CaO能直接用于建材等行业。

Claims (2)

1.一种用磷石膏制备高浓度SO2烟气和活性CaO的方法，其特征在于：方法包括干燥脱水、预热分解及石灰冷却工序；具体如下：
a.干燥脱水：原料磷石膏由取料皮带机定量送至破碎烘干机，来自热风炉的温度为700℃的热烟气在此与磷石膏混合，磷石膏打散的同时被热烟气加热脱除全部游离水和部分结晶水，停留1-2s后被热烟气带出破碎烘干机，进入管式气流干燥装置，在此与来自热风炉的700℃的热烟气热交换，脱除全部结晶水后生成无水石膏；通过旋风分离器和袋式收尘器收集后送入稳料仓储存2-4小时；
b.预热分解：经稳料仓储存后的温度降为40℃的无水石膏通过皮带称精确计量后从一级旋风预热器与二级旋风预热器的连接风管进入预热分解***，依次经一级、二级、三级旋风预热器，将温度升至800℃后进入分解炉底部，在焦炭存在的900～1150℃的环境中发生分解反应，其中焦炭按照C/S摩尔比0.5～0.75计量喷入分解炉还原区下部；分解炉中上部通入热空气，构成弱氧化气氛，抑制单质硫的生成及CaS残存，物料在分解炉内自形成内部循环，分解炉内平均气流速度为5m/s，无水石膏停留时间为2～3s，分解反应为：2CaSO4+C→2CaO+2SO2↑+CO2↑；分解后的物料由900℃的热烟气带入第四级旋风预热器反应并气固分离，分解炉与第四级旋风预热器通过分料阀构成外部循环；250～300℃的含高浓度SO2的烟气依次往上流动出预热***并进入制酸装置；
c.石灰冷却：出分解***的温度为900℃的活性CaO经管式单筒冷却机冷却至85℃后送入石灰库；活性CaO经管式单筒冷却机冷却后500～600℃的冷却热风经过计量调节送入分解炉充分利用。
2.用于权利要求1所述方法中的的分解炉，由上、中、下三部分构成；其特征在于：分解炉(12)上部设置有分解产物出口(23)和第一热风进口(24)；分解炉(12)中部设置有燃料进口(25)、焦炭进口(28)及物料进口(29)；分解炉(12)下部设置有第二热风进口(26)和高压冷风进口(27)。
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