[发明专利]静态还原法分解磷石膏制硫酸、发电联产水泥的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及化工、建材、固体废弃物综合利用技术领域，具体地说是静态还原法分 解磷石膏制硫酸、发电联产水泥的方法及设备。

背景技术

目前工业制硫酸的原料多样，但主要还是硫磺及硫铁矿制硫酸的方法。随着硫资源的 日益减少，研究者开始寻找更好的替代资源。水泥工业是资源消耗和能耗都非常高的产业， 还会产生大量的二氧化碳使人类的生存环境日益恶化。

磷石膏作为一种数量庞大、污染环境严重的固体废弃物如何将其资源化一直是国内外 学者密切关注和研究的课题。目前用磷石膏生产硫酸联产水泥被一致认为是最合理并能从 根本上解决磷石膏问题的方法，它不但可为硫酸工业、水泥工业提供廉价资源，还能大幅 降低水泥生产的二氧化碳排放量。

石膏制硫酸联产水泥的生产方法1916年由德国雷弗库生(Leverkusen)地区的拜耳 (Bayer)染料工厂提出，至今已有九十多年了。但至目前为止磷石膏制硫酸联产水泥的生产 工艺至今仍未能较好地实施，仍然存在许多问题急待解决。

而迄今为止，分解磷石膏制硫酸工艺只有中空窑分解磷石膏制硫酸工艺和新型干法预 热分解磷石膏制酸工艺两种。

(一)中空窑分解磷石膏制硫酸工艺分析

中空窑分解磷石膏制硫酸工艺流程图如图1所示：磷石膏、碳和其他外加剂按比例配 好后，经烘干粉磨后在回转窑中分解，窑气经冷却用于制硫酸，排除的渣作为水泥熟料。

我国山东鲁北化工总厂的PSC系统采用同样的方法分解磷石膏制酸。磷石膏与焦炭、 黏土等辅助材料经烘干，配制成生料，送入回转窑内进行分解、煅烧。生成的熟料(锅炉 炉渣)粉磨为水泥产品；生成的含SO₂窑气经净化、干燥，转化为SO₃，吸收制得硫酸。

以上使用中空长回转窑用磷石膏制酸方法，实践证明不能很好达到预期目标。主要存 在以下技术问题：

(1)磷石膏分解温度高(1100℃～1300℃)，分解时间长，而水泥熟料烧成在1250℃～ 1280℃即开始出现液相。因此，在磷石膏尚未完全分解时，窑内已开始出现液相，包裹磷 石膏、阻止其分解。

(2)磷石膏直接配制生料，由于水泥生料中含有多种杂质，极易形成低共融矿物， 窑内还原气氛等因素会经常使磷石膏在回转窑内结圈现象，能耗高、投资大且生产规模小、 产量低；

(3)煤的充分燃烧和优质熟料的形成，需氧化气氛；而磷石膏分解又需还原气氛， 在同一窑体中这是一对难以调和的矛盾，生产控制难度大，熟料质量差且波动大，整个工 艺流程控制变得复杂、难于调控。

(4)水泥烧成温度高(1450℃)，所需气体量大，废气温度高，能耗高、工艺过程复杂， 设备投资大，生产成本增加。

(二)新型干法预热分解磷石膏制酸工艺分析

针对长回转窑分解磷石膏的缺陷，目前人们对采用水泥窑外预热分解技术分解磷石膏 制得硫酸的方法十分热衷。此技术提出的主要依据是磷石膏在窑外预热分解可以避免磷石 膏在回转窑内结圈，影响窑的正常生产；另外还可以利用热烟气预热生料，提高系统热效 率。其工艺流程如图2所示。但该工艺也存在着明显的缺点：

(1)分解炉温度不宜高于1000℃，否则会产生结皮堵塞。而磷石膏的完全分解温度 要达到1300℃左右，这是一对难于解决的矛盾。并且使预热器和分解炉频繁发生堵塞，水 泥窑外分解技术难以应用。

(2)在回转窑中，SO₂分解温度高，导致回转窑结圈，影响生产。

(3)SO₂在预热器中易重新凝结于物料上，回到回转窑中，干扰窑炉的正常生产。

发明内容

本发明的目的是针对上述两种工艺的缺陷，提供一种静态还原法分解磷石膏制硫酸、 发电联产水泥的方法及设备。此方法克服了传统的回转窑分解技术和新型干法窑外分解技 术的不足，实现了磷石膏的高效分解制取硫酸和联产水泥。

本发明通过对比现有磷石膏制硫酸工艺，提出了一种新的磷石膏制酸联产水泥并发电 新工艺。

磷石膏制酸联产水泥原理：

磷石膏在900～1200℃下，与碳作用会发生还原分解反应，反应式如下：

2CaSO₄+C＝＝2CaO+2SO₂↑+CO₂↑