[发明专利]用磷石膏制备高浓度SO2烟气与活性CaO的方法及分解炉

说明书

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年系统转入正常运行。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℃的烟气在此与磷石膏混合，磷石膏打散的同时被热风加热脱除全部游离水和部分结晶水，停留1-2s后被热风带出破碎机，进入管式气流干燥装置，在此与来自热风炉的700℃的高温烟气热交换，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系统，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；分解炉中上部通入来自管式单筒冷却机的冷却热风，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：3CaSO₄+C→2CaO+2SO₂↑+CO₂↑；分解后的物料由900℃的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系统并进入制酸装置；