節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，包括以下步驟：石膏生料A進入回轉(zhuǎn)窯在還原分解燃燒器加熱下進行還原分解；還原分解后的石膏生料A進入回轉(zhuǎn)窯礦化燒成段在礦化燒成燃燒器加熱下進行礦化燒成反應(yīng)。與現(xiàn)有的相比，本發(fā)明將現(xiàn)有由轉(zhuǎn)窯內(nèi)由一個區(qū)域完成的還原分解和水泥礦化燒成過程分為兩個區(qū)域完成，大幅度提高裝置的生產(chǎn)能力到2倍左右，同時由于生產(chǎn)量的提高，熱損失比率的降低，又帶來大幅度降低煤耗（30%以上）的效益，使生產(chǎn)平穩(wěn)，容易控制；提高了氣體中SO2濃度，利于硫酸的生產(chǎn)。達到了節(jié)約能源、大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少投資，經(jīng)濟和社會效益十分顯著等優(yōu)點。
【專利說明】節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)水泥的方法，特別涉及一種節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸是利用天然石膏，工業(yè)副產(chǎn)石膏(包括磷石膏、鹽石膏、脫硫石膏)，將其中的鈣代替石灰礦作為水泥生料，在回轉(zhuǎn)煅燒窯內(nèi)，在碳的還原和高溫的作用下發(fā)生分解反應(yīng)，將其主要成分CaSO4分解成CaO和SO2,并與其它配合原料進行礦化反應(yīng)，煅燒生成水泥的熟料，回轉(zhuǎn)窯尾氣經(jīng)過窯尾預(yù)熱器將原料預(yù)熱后進回轉(zhuǎn)窯，將熱量進行回收利用，排除的SO2氣體用于生產(chǎn)硫酸。
[0003]磷石膏是濕法磷化工生產(chǎn)磷肥和磷酸鹽時，磷礦中的鈣元素與硫酸反應(yīng)沉淀分離的副產(chǎn)物。2012年我國濕法磷肥生產(chǎn)約1500萬噸(P205%)，所產(chǎn)固體磷石膏達9000多萬噸之巨。磷石膏的大量排放不僅需要大筆的資金和土地建造堆場，還由于磷石膏經(jīng)雨水長期浸泡，其中的可溶性磷、氟等以水體為媒介向環(huán)境傳遞，引起土壤、水系、大氣的污染。如此龐大的工業(yè)廢副，按循環(huán)經(jīng)濟原則生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸。即將磷石膏中的鈣元素用于水泥生產(chǎn)，替代石灰石原料，減少了石灰礦的開采，不僅節(jié)約了鈣資源，而且減少了碳酸鈣分解是產(chǎn)生的二氧 化碳溫室氣體的排放；又將磷石膏中的硫酸元素同時生成硫酸并循環(huán)回磷酸裝置，做到硫資源的循環(huán)，節(jié)約了磷肥工業(yè)對硫資源的依賴，不失為一個最佳的循環(huán)經(jīng)濟的減量、再用的循環(huán)利用方法，做到了資源利用最大化的切實可效途徑。
[0004]隨著工業(yè)廢氣物脫硫裝置的運行，降低了排入大氣的SO2，但副產(chǎn)的脫硫石膏需進行消化處理，將其用于生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸，再回到工業(yè)循環(huán)利用中來，是解決脫硫石膏利用的有效途徑。
[0005]天然石膏在特定的經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)代替石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥和硫酸也具有經(jīng)濟效益和地方社會效益。
[0006]鹽石骨量雖小，同樣可作生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的原料或摻混原料。
[0007]石膏制水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸有著悠久的歷史，其主要化學(xué)反應(yīng)原理如下:
[0008]CaS04+2C=CaS+2C02 丨(I)
[0009]3CaS04+CaS=4Ca0+4S02 丨(2)
[0010]CaO+ (SiO2, A1203, Fe203)—硅酸鈣 + 鐵鋁酸鈣等⑶
[0011]CaS04+3CaS=4Ca0+4S (4)
[0012]C+02=C02 ? (5)
[0013]S+02=S02 ? (6)
[0014]上式反應(yīng)中，第一步，單質(zhì)炭做還原劑與四分之一量的硫酸鈣(CaSO4)進行深度還原反應(yīng)生成硫化鈣(CaS);第二步，生成的硫化鈣在于四分之三量的硫酸鈣(CaSO4)進行部分還原反應(yīng)，生成氧化鈣(CaO)和二氧化硫(SO2);第三步,生成氧化鈣(CaO)與娃(SiO2)、招(Al2O3) J^(Fe2O3)化合物進行礦化反應(yīng)，生成水泥熟料。通過質(zhì)量作用定律控制這三步反應(yīng)，即可收到很好的經(jīng)濟效果，接近其理論極限。
[0015]1915年，德國人MUller以碳作還原劑，在石膏中加入A1202、Fe203、SiO2在高溫下分解，分解的CaO與加入的氧化物反應(yīng)形成水泥熟料，分解出的SO2氣體用于生產(chǎn)硫酸。后來KUhne在此基礎(chǔ)上研究并投入工業(yè)生產(chǎn)，1916年德國拜耳(Bayer)燃料公司在德國建成石膏制硫酸與水泥工廠，并于1931年轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。這就是被稱為MUller-KUller (M-K法)法或拜耳“Bayer”法石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸工藝的第一代技術(shù)。
[0016]1968年奧地利林茨化學(xué)公司，使用第一代技術(shù)(M-K法)，并采用磷石膏代替天然石膏在日產(chǎn)200t的硫酸裝置上運行成功。為了降低能源消耗，于1972年在回轉(zhuǎn)窯尾部增加立筒預(yù)熱器，收到了很好的節(jié)能效果，可降低熱耗15%-20%，這就是被稱之為Osw-KPupp (0-K法)法石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的第二代技術(shù)。
[0017]盡管第二代技術(shù)采用窯外預(yù)熱，將煅燒分解尾氣中的顯熱進行了利用，其生產(chǎn)裝置煤耗仍然高，尾氣中SO2氣體濃度低，裝置生產(chǎn)效率低下。每生產(chǎn)一公斤水泥熟料，優(yōu)秀的水泥生產(chǎn)商能耗指標(biāo)為2926KJ/Kg熱量，其中熟料形成熱1600-1800KJ/Kg熱量，約占能耗的65%。而無水石膏分解需要1879.26KJ/Kg熱量，按其所生成每公斤水泥熟料的氧化鈣計，僅是其碳酸鈣 分解熱耗的1.7倍，而實際總的能耗卻要高到3-4倍。
[0018]石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的反應(yīng)原理如下:
[0019]CaS04+2C=CaS+2C02 丨(I)
[0020]3CaS04+CaS=4Ca0+4S02 丨(2)
[0021]CaO+ (SiO2, A1203，F(xiàn)e203)—硅酸鈣 + 鐵鋁酸鈣等(3)
[0022]CaS+S02=CaS04+S2 (4)
[0023]為此，中國專利ZL93111274.5提出的“石膏窯外分解工藝與裝置”的發(fā)明方法，試圖借鑒石灰石生產(chǎn)水泥的方法以解決磷石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸現(xiàn)有技術(shù)存在能耗高、經(jīng)濟效益不足的困難。其結(jié)果經(jīng)失敗而告終，放棄專利權(quán)。原因有如下:一是因磷石膏還原分解的溫度(1200°C以上)遠高于碳酸鈣的分解溫度(800°C左右)，需要窯外分解爐在更高的溫度下進行；二是因碳酸鈣在沸騰分解時，僅需要氣-固界面反應(yīng)，只要溫度達到就會分解，移走石灰石中C02就可使反應(yīng)進行下去，而磷石膏分解需要炭與石膏的固-固界面反應(yīng)，在化學(xué)動力學(xué)上有本質(zhì)的差別；三是因加入的固體炭與磷石膏固體顆粒之間在沸騰時，彼此界面分離，還未達到分解溫度，固體炭已與熱空氣中的氧燃燒；四是因采用控制分解氣體的還原氣氛，造成深度還原，產(chǎn)生上述反應(yīng)式(4)的結(jié)果得到升華硫，再以反應(yīng)式(6)的進行氧化，即增加了還原炭的用量，又多消耗大量空氣，造成反應(yīng)氣體中SO2濃度大幅降低；五是窯外分解爐采用沸騰分解方式，顆粒的特性隨著分解的進行發(fā)生較大的變化，流體流場變化及顆粒在爐壁和管道發(fā)生粘接，很快堵塞裝置，致使操作無法進行；六是不能用沸騰床(流化床)還原分解石膏硫酸鈣這一特性物質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明的目的就在于提供一種節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，該節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法大幅度提高裝置的生產(chǎn)能力到2倍左右，同時由于生產(chǎn)量的提高，熱損失比率的降低，又帶來大幅度降低煤耗(30%以上)的效益，使生產(chǎn)平穩(wěn)，容易控制；提_ 了氣體中S02濃度，利于硫酸的生廣。[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，將現(xiàn)有由轉(zhuǎn)窯內(nèi)由一個區(qū)域完成的還原分解和水泥礦化燒成過程分為兩個區(qū)域完成，可大幅度提高裝置的生產(chǎn)能力到2倍左右，同時由于生產(chǎn)量的提高，熱損失比率的降低，又帶來大幅度降低煤耗(30%以上)的效益，使生產(chǎn)平穩(wěn)，容易控制；提高了氣體中SO2濃度，利于硫酸的生產(chǎn)。達到了節(jié)約能源、大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少投資，經(jīng)濟和社會效益十分顯著等優(yōu)點。
[0026]作為優(yōu)選，所述還原分解燃燒器從回轉(zhuǎn)窯窯尾伸入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)；所述礦化燒成燃燒器從回轉(zhuǎn)窯窯頭伸入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。
[0027]作為優(yōu)選，所述還原分解段石膏生料A溫度為1000-1300°C，最好為1100-1250°C;所述窯尾的氣體中O2含量為0-1.5%，最好在1.0;所述礦化反應(yīng)段石膏生料A溫度為1250-1450°C，最好為 1350-1450°Co
[0028]作為優(yōu)選，所述還原分解段石膏生料A溫度為1100-1250°C;所述窯尾的氣體中O2含量為0-1.5%，最好在1.0 ;所述礦化反應(yīng)段石膏生料A溫度為1350-1450°c。
[0029]作為優(yōu)選，所述熟料C進入冷卻機用冷風(fēng)進行冷卻到65_120°C。。
[0030]作為優(yōu)選，所述還原分解燃燒器和礦化燒成燃燒器均為組合燃燒器，所述組合燃燒器由噴煤風(fēng)機和助燃風(fēng)機組成。 [0031]作為優(yōu)選，所述石膏為磷石膏、天然石膏、熱電廠脫硫石膏或硫酸法鈦白廢酸處理石骨。
[0032]作為優(yōu)選，所述懸浮預(yù)熱器進氣溫度為600_950°C，出氣溫度為300_400°C。
[0033]作為優(yōu)選，所述懸浮預(yù)熱器為750_850°C，出氣溫度為300_350°C。。
[0034]作為優(yōu)選，所述的含SO2的石膏分解氣體，經(jīng)過凈化后用常規(guī)的煙氣生產(chǎn)硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品。
[0035]本發(fā)明的反應(yīng)原理為:兩個燃燒器分別提供還原分解段熱量和礦化燒成段熱量，形成兩個無縫串接的高溫區(qū)，更好的完成還原分解和礦化反應(yīng)，使窯的截面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷提高到2倍左右，可使同徑回轉(zhuǎn)窯的供熱量提高到2倍范圍內(nèi)?？墒寡b置生產(chǎn)能力大幅提高到2倍左右，使燒成用煤大幅度降低。而且兩個燃燒器分別控制其助燃空氣量，更好的完成還原分解和礦化反應(yīng)，提高反應(yīng)氣體濃度和水泥熟料質(zhì)量。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0037]現(xiàn)有技術(shù)由于使用一個燃燒器從一個截面上噴煤，受截面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷的限制，因此轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)能低，而當(dāng)使用兩個燃燒器后，產(chǎn)生兩倍的截面熱負(fù)荷，輸入的熱量可提高到2倍左右，更好地將還原分解與水泥礦化燒成的作用分開，便于生產(chǎn)按反應(yīng)機理(I)與(3)進行各自充分反應(yīng)，極大地提高了轉(zhuǎn)窯還原、分解、煅燒過程中的切面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷到2倍左右，裝置單位產(chǎn)能提高到2.0倍左右，大幅度降影響生產(chǎn)成本的低投資固定費用。
[0038]本發(fā)明用懸浮預(yù)熱窯進行氣固熱交換，回收尾氣中帶走的顯熱；并獨到的采用兩個燃燒器從回轉(zhuǎn)窯的兩端分別為還原分解和礦化反應(yīng)提供熱量，在同樣的窯徑內(nèi)，極大地提高了轉(zhuǎn)窯還原、分解、煅燒過程中的切面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷到2倍左右，可將提供熱量數(shù)量提高到2倍左右，同時將還原分解段與礦化段分開，分別控制兩個燃燒器的助燃空氣量，將現(xiàn)有由一個轉(zhuǎn)窯完成的還原與分解和水泥礦化燒成過程中互相制衡的矛盾分開，將現(xiàn)有由轉(zhuǎn)窯內(nèi)由一個區(qū)域完成的還原分解和水泥礦化燒成過程分為兩個區(qū)域完成，可大幅度提高裝置的生產(chǎn)能力到2倍左右，同時由于生產(chǎn)量的提高，熱損失比率的降低，又帶來大幅度降低煤耗(30%以上)的效益，使生產(chǎn)平穩(wěn)，容易控制；提高了氣體中S02濃度，利于硫酸的生產(chǎn)。達到了節(jié)約能源、大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少投資，經(jīng)濟和社會效益十分顯著等優(yōu)點。
[0039]名詞術(shù)語解釋
[0040]本發(fā)明中，如無特別說明，％均指重量百分比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】第二代技術(shù)工藝流程示意圖
[0042]圖2為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0044]實施例1
[0045]如圖1所示，將經(jīng)過干燥脫水后的磷石膏與還原劑焦炭和其它磨粉后的輔助材料按生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的質(zhì)量要求確定配比后進行配粉，以此作為石膏生料A (主要化學(xué)成分組成:Si028.68%, Fe2O30.86%, Al2O3L 70%, Ca029.51%, MgO0.29%, S0342.23%, P2O50.61%,F_0.10%, C3.78%)，然后以每小時投入量87000公斤投入懸浮預(yù)熱器I中，與從回轉(zhuǎn)窯2出來的850°C分解熱氣體，經(jīng)過懸浮預(yù)熱器I進行熱交換使物料溫度升到750°C，而從懸浮預(yù)熱器I熱交換后氣體溫度降到310°C。每小時產(chǎn)出170051Nm3還原分解氣體B，其成分組成見表一O
[0046]表一、還原分解氣體B組成表
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，包括以下步驟: 將石膏生料A送入懸浮預(yù)熱器中進行逆流熱交換；所述石膏生料A包括石膏和焦炭； 加熱后的石膏生料A進入回轉(zhuǎn)窯在還原分解燃燒器加熱下進行還原分解；還原分解生成還原分解后的石膏生料A和還原分解氣體B ;還原分解后的石膏生料A進入回轉(zhuǎn)窯礦化燒成段在礦化燒成燃燒器加熱下進行礦化燒成反應(yīng)，反應(yīng)生成熟料C ； 還原分解氣體B進入硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生成硫酸產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述還原分解燃燒器從回轉(zhuǎn)窯窯尾伸入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)；所述礦化燒成燃燒器從回轉(zhuǎn)窯窯頭伸入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述還原分解段石膏生料A溫度為1000-1300°C，最好為1100-1250°C ;所述窯尾的氣體中O2含量為0-1.5%，最好在1.0 ;所述礦化反應(yīng)段石膏生料A溫度為1250-1450°C，最好為1350-1450°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述還原分解段石膏生料A溫度為1100-1250°C ;所述窯尾的氣體中O2含量為0-1.5%，最好在1.0 ;所述礦化反應(yīng)段石膏生料A溫度為1350-1450°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述熟料C進入冷卻機用冷風(fēng)進行冷卻到65-120°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述還原分解燃燒器和礦化燒成燃燒器均為組合燃燒器，所述組合燃燒器由噴煤風(fēng)機和助燃風(fēng)機組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述石膏為磷石膏、天然石膏、熱電廠脫硫石膏或硫酸法鈦白廢酸處理石膏。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述懸浮預(yù)熱器進氣溫度為600-950°C，出氣溫度為300-400°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述懸浮預(yù)熱器為750-850°C，出氣溫度為300-350°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能降耗的石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法，其特征在于:所述的含SO2的石膏分解氣體，經(jīng)過凈化后用常規(guī)的煙氣生產(chǎn)硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品。
【文檔編號】C01B17/74GK103964715SQ201410070462
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】龔家竹 申請人:龔家竹