CN102936101B - 利用石膏生产石灰和硫酸的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用石膏生产石灰和硫酸的方法及装置，装置包括石膏粉磨、鼓风机、换热设备、除尘设备、硫酸生产系统和石灰生产系统。石灰生产系统包括气力输送机、旋流预热器、贫氧燃烧室、分解室、旋流冷却器和石灰输送机。石膏经过石膏粉磨制成石膏粉，由气力输送机输送，经三级旋流预热器预热后到分解室，电石炉气经贫氧燃烧室贫氧燃烧产生高温气体进入分解室。预热后的石膏粉和含有CO的高温气体接触进行分解反应，分解气体经过冷却和净化除尘后到硫酸生产过程，固体分解物经分离和冷却后到石灰输送机。本发明通过硫酸生产系统和石灰生产系统结合，实现了利用石膏生产石灰和硫酸，充分利用副产资源，降低能量消耗，提高企业经济效益。

Description

利用石膏生产石灰和硫酸的方法及装置

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种生产硫酸和石灰的方法及装置，具体涉及一种利用副产石膏生产硫酸和石灰的方法及装置。

背景技术

石膏是发电厂、炼钢厂脱硫产生的废弃物料，石膏的主要成分是硫酸钙，一般作为建筑材料使用。由于石膏产量大，堆积如山，不仅占用土地，还会给环境带来污染，同时也是一种资源的浪费。利用石膏生产高活性石灰，可以继续用于发电厂脱硫，或用于钢铁脱硫和作造渣剂，变废为宝，使资源得到充分利用。石膏高温煅烧产生大量的SO₂，作硫酸生产的原料。制备硫酸的反应式为： ， 。用石膏生产硫酸比传统的硫酸生产方法简单并且环保。

硫酸钙高温下分解为氧化钙、二氧化硫和氧气，化学反应式为：CaSO4 = CaO + SO2 + -116860卡，温度为1400～1600℃。为加快反应速度，提高分解率，把物料破碎成粉料，粒度控制在50～100μm。小粒度石膏可在1400℃快速分解。

电石炉气燃烧温度高，利用电石炉气进行加热煅烧能够满足CaSO4的高温分解。电石炉气是还原性气体，主要成分为CO（76.58％），研究表明，在温度高于800℃时，在CO的作用下加CaSO4放出SO₂ ，化学反应式为：。利用相关的热力学数据，应用物理化学中热力学函数,从理论上可以得出CaSO4在CO的作用下，在839℃时开始发生分解反应。添加还原剂可以降低CaSO4的固硫率，提高CaSO4的分解率，降低分解温度。

按照气体固体比1m³含1.2kg CaSO4。电石炉尾气1m³重量1.15kg，CO含量在0.886kg。1.2kg CaSO4完全反应分解需要0.25kgCO。现在1m³电石炉尾气有0.886kgCO超出了反应需要的量，需要把CO浓度降低到0.25kg/m³，中间形成的差值0.886-0.25=0.636kg，0.636kg的CO就是需要加氧气进行燃烧掉的量。

授权公告号为CN101434390B的中国发明专利“公开一种用工业副产石膏生产电石和硫酸的方法，它是以工业副产石膏为原料，通过添加碳素材料，在埋弧式电炉中经900℃以上的高温反应，使工业副产石膏分解为二氧化硫气体和氧化钙;二氧化硫气体经收集和催化氧化后转变为三氧化硫，三氧化硫通过稀硫酸吸收后制得浓硫酸;氧化钙与碳素材料再经1800℃～2200℃的高温反应后制得电石;本发明采用工业副产石膏为主要原料，通过添加一定量的碳素原料来生产电石和硫酸，可实现工业副产石膏的资源化利用，从而“化害为利、变废为宝”，大大加快我国工业副产石膏的资源化利用进程。”。至今尚未发现利用工业副产石膏通过悬浮窑生产石灰和硫酸的专利和非专利技术文献。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供一种利用石膏生产石灰和硫酸的方法，通过煅烧方法使石膏分解为SO₂气体和CaO，通过分离和净化处理，SO₂气体用于生产硫酸，CaO作为石灰产品，充分利用资源，降低能源消耗。本发明的另一个特点是提供一种实现上述方法的装置。

本发明利用石膏生产石灰和硫酸的过程为：石膏由石膏粉磨制成粒度为50～60μm的石膏粉末，进入预热室预热再由气力输送机输送，经过三级旋流预热器预热后到分解室，电石炉气经贫氧燃烧室贫氧燃烧产生高温气体从气体入口进入分解室，高温气体的温度为1700±50℃，高温气体中CO含量为 47.4%（v）。预热后的石膏粉末和高温气体接触进行分解反应，分解反应的温度为1300～1450℃，反应时间为1～2秒。分解产物经旋风分离器（6）进行分离，分解气体预热石膏粉末原料后经过冷却和除尘后到硫酸生产系统（7）生产硫酸，固体分解物经三级旋流冷却器冷却后由石灰输送机输送出装置。

硫酸生产过程为分解气体净化后分离出的SO₂在催化剂五氧化二钒的作用下氧化成SO₃，反应温度为 500℃，用98%的硫酸吸收SO₃为发烟硫酸。

本发明利用石膏生产石灰和硫酸的装置，包括石灰粉磨、石膏预热器、1号鼓风机、冷却风换热器、除尘设备、硫酸生产系统和石灰生产系统。石灰生产系统包括气力输送机、旋风分离器、原料预热设备、贫氧燃烧室、分解室、石灰冷却设备、石灰输送机和尾气换热系统。原料预热设备为第一旋流预热器、第二旋流预热器和第三旋流预热器，石灰冷却设备为一级旋流冷却器、二级旋流冷却器和三级旋流冷却器，除尘设备包括布袋除尘器、1号引风机、2号引风机和除尘器。各旋流预热器出口和各旋流冷却器物料出口设有回转卸料阀。石膏料仓通过石膏预热器连接到石膏粉磨，石膏粉磨通过气力输送机连接尾气换热系统，尾气换热系统通过布袋除尘器和1号引风机连接到硫酸生产系统，尾气换热系统连接到第一旋流预热器的进料口。第一旋流预热器的气体出口与尾气换热系统连接，第一旋流预热器物料出口连接到第二旋流预热器的进料口。第二旋流预热器气体出口与第一旋流预热器进料口连接，物料出口与第三旋流预热器的进料口连接。第三旋流预热器气体出口与第二旋流预热器的进料口连接，物料出口通过回转卸料阀与分解室物料入口连接。贫氧燃烧室连接到分解室的进气口，分解室的出料口连接到旋风分离器的进料口。旋风分离器的气体出口连接到第三旋流分离器的进料口，物料出口连接到一级旋流冷却器的进料口。一级旋流冷却器的气体出口通过冷却风换热器、除尘器连接到2号引风机入口，物料出口连接到二级旋流冷却器的进料口。二级旋风冷却器的气体出口连接到一级旋流冷却器的进料口，物料出口连接到三级旋流冷却器的进料口。三级旋流冷却器气体出口连接到二级旋流冷却器的进料口，出料口连接到石灰输送机。

尾气换热系统包括1号换向阀、2号换向阀、第一蓄热器、第二蓄热器、3号换向阀和4号换向阀。第一蓄热器、第二蓄热器分别设有石膏粉入口、气体出口、石膏粉出口和气体入口。第一旋流预热器的气体出口通过3号换向阀分别与第一蓄热器和第二蓄热器的气体入口连接，3号鼓风机通过4号换向阀分别与第一蓄热器和第二蓄热器的气体入口连接。气力输送机连接到第一蓄热器和第二蓄热器的的石膏粉入口，石膏粉出口连接到第一旋流预热器的进料口。第一蓄热器通过1号换向阀分别与布袋除尘器和贫氧燃烧室的燃料喷嘴连接，第二蓄热器通过2号换向阀分别与布袋除尘器和贫氧燃烧室的燃料喷嘴连接。

旋流预热器的工作原理是根据旋风除尘器的工作原理，含物料的旋转气流沿器壁自圆简体呈螺旋状由上向下至圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由旋流预热器的排气管排出。

本发明通过石膏粉磨、气力输送机与硫酸生产系统和石灰生产系统结合，实现了利用副产石膏生产石灰和硫酸。生产过程中将石膏粉预热后在分解室分解，分解产生的SO₂到硫酸生产系统生产硫酸，分解产生的CaO冷却后作为活性石灰产品，充分利用了发电厂和钢铁厂副产石膏资源，变废为宝，减少副产物堆放占用生产场地和对自然环境的污染。

本发明余热得到充分利用：利用分解气体通过旋流预热器对原料石膏粉进行预热；用冷却石灰产品的热风，通过冷却风换热器为硫酸生产预热空气；通过尾气换热系统把尾气中的热量进行回收利用降低了装置的能量消耗，有利于提高企业的经济效益。

石膏粉预热采用三级旋流预热器，旋流预热器中悬浮状态的石膏粉与分解室排出的高温气流充分混合，气固两相接触面积大，传热效率高，传热快，解决了石膏粉快速换热、快速分解的问题。石灰冷却采用三级旋流冷却器，具有传热效率高、传热快的优点，有利于石灰粉快速冷却。电石炉气在贫氧燃烧室不完全燃烧，既为硫酸钙的煅烧提供热量，同时准确控制CO的浓度，有利于石膏粉生成CaO分解反应，加快分解速率。

附图说明

图1为本发明利用石膏生产石灰和硫酸的装置的流程示意图；

图2为尾气换热系统示意图。

其中：

1—1号引风机、2—布袋除尘器、3—3号鼓风机、4—尾气换热系统、5—第二旋流预热器、6—旋风分离器、7—硫酸生产系统、8—石膏粉磨、9—气力输送机、10—2号引风机、11—除尘器、12—冷却风换热器、13—2号鼓风机、14—1号鼓风机、15—第一旋流预热器、16—回转卸料阀、17—第三旋流预热器、18—分解室、19—阀门、20—一级旋流冷却器、21—贫氧燃烧室、22—二级旋流冷却器、23—三级旋流冷却器、24—石灰输送机、25—石膏预热器、26—1号换向阀、27—第一蓄热器、28—第二蓄热器、29—2号换向阀、30—3号换向阀、31—4号换向阀、32—石膏粉入口、33—气体出口、34—石膏粉出口、35—气体入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明利用石膏生产石灰和硫酸的装置如图1所示，包括石灰粉磨8、石膏预热器25、1号鼓风机14、2号鼓风机13、3号鼓风机3、冷却风换热器12、除尘设备、硫酸生产系统7和石灰生产系统。石灰生产系统包括气力输送机9、石膏预热器25、旋风分离器6、原料预热设备、贫氧燃烧室21、分解室18、石灰冷却设备、石灰输送机24和尾气换热系统4。尾气换热系统4包括1号换向阀26、第一蓄热器27、第二蓄热器28、2号换向阀29、3号换向阀30、4号换向阀31。第一旋流预热器15的气体出口通过3号换向阀30分别与第一蓄热器和第二蓄热器连接，第一蓄热器和第二蓄热器分别通过1号换向阀26和2号换向阀29分别与布袋除尘器2和贫氧燃烧室连接。3号鼓风机3通过4号换向阀分别与第一蓄热器和第二蓄热器连接。电石炉气管路连接到贫氧燃烧室的燃料喷嘴。原料预热设备为第一旋流预热器15、第二旋流预热器5和第三旋流预热器17，石灰产品冷却设备为一级旋流冷却器20、二级旋流冷却器22和三级旋流冷却器23，除尘设备包括布袋除尘器2、1号引风机1、2号引风机10和除尘器11。各旋流预热器出口和各旋流冷却器物料出口设有回转卸料阀16。如图2所示，所述尾气换热系统4包括1号换向阀26、2号换向阀29、第一蓄热器27、第二蓄热器28、3号换向阀30和4号换向阀31。第一蓄热器27、第二蓄热器28分别设有石膏粉入口32、气体出口33、石膏粉出口34和气体入口35。第一旋流预热器15的气体出口通过3号换向阀30分别与第一蓄热器和第二蓄热器的气体入口35连接，3号鼓风机3通过4号换向阀分别与第一蓄热器和第二蓄热器的气体入口35连接。气力输送机9连接到第一蓄热器和第二蓄热器的石膏粉入口32，石膏粉出口34连接到第一旋流预热器15的进料口。第一蓄热器通过1号换向阀26分别与布袋除尘器2和贫氧燃烧室21的燃料喷嘴连接，第二蓄热器通过2号换向阀29分别与布袋除尘器2和贫氧燃烧室21的燃料喷嘴连接。石膏料仓通过石膏预热器25连接到石膏粉磨8，石膏粉磨通过气力输送机9连接尾气换热系统4，尾气换热系统4通过布袋除尘器2和1号引风机1连接到硫酸生产系统，尾气换热系统4连接到第一旋流预热器15的进料口，第一旋流预热器的气体出口与尾气换热系统4连接，第一旋流预热器15物料出口连接到第二旋流预热器5的进料口。第二旋流预热器气体出口与第一旋流预热器进料口连接，物料出口与第三旋流预热器17的进料口连接。第三旋流预热器气体出口与第二旋流预热器的进料口连接，物料出口通过回转卸料阀连接到分解室物料入口。贫氧燃烧室21连接到分解室的进气口，分解室的出料口连接到旋风分离器6的进料口。旋风分离器的气体出口连接到第三旋流预热器17的进料口，物料出口连接到一级旋流冷却器20的进料口。一级旋流冷却器的气体出口通过冷却风换热器12、除尘器11连接到2号引风机入口，2号引风机连接到排放系统，物料出口连接到二级旋流冷却器22的进料口。二级旋风冷却器的气体出口连接到一级旋流冷却器的进料口，物料出口连接到三级旋流冷却器23的进料口。三级旋流冷却器气体出口连接到二级旋流冷却器的进料口，出口连接到石灰输送机24。1号鼓风机连接到三级旋流冷却器的进料口。2号鼓风机的出口通过冷却风换热器12连接到硫酸生产系统7。

本发明利用石膏生产石灰和硫酸的过程为：石膏原料经石膏粉磨8磨粉，由石膏粉磨制成粒度为50～100μm石膏粉末进入石膏预热器25预热，石膏粉末由气力输送机9输送，通过三级旋流预热器预热后到分解室18。3号鼓风机3鼓出的助燃空气经尾气换热系统4换热后到贫氧燃烧室21，与电石炉气混合进行贫氧燃烧，产生1700℃的高温气体，高温气体中含有47.4 %（v）CO。高温烟气从气体入口进入分解室，与预热后的石膏粉末接触进行分解反应，反应时间为1.5秒，分解反应的温度为1500℃。分解反应产物经旋风分离器6分离，分离出的气体经过三级预热器预热石膏粉末原料后经尾气换热系统4、布袋除尘器2和1号引风机1到硫酸生产系统7生产硫酸。分离出的固体分解物经过三级旋流冷却器冷却后由石灰输送机输送出装置。1号鼓风机14为三级旋流冷却器提供冷却风，冷却石灰后的热空气经冷却风换热器12、除尘器11、2号引风机10到排风系统排放。2号鼓风机13鼓出的新鲜空气经冷却风换热器12换热后到硫酸生产系统作氧化空气。第一旋流预热器15气体出口排除的热尾气通过3号换向阀30交替进入尾气换热系统4中的两台换热器。首先加热1号换热器中的粉料，粉料加热到600-700℃后首先一部分进入第一旋流预热器15的进料口继续进行预热，余下的热料把3号风机送入的空气通过3号换向阀30进行预热，预热好的空气作为贫氧燃烧室的助燃空气。同时热尾气通过3号换向阀30进入2号换热器对物料进行预热，热尾气被冷却后经过除尘器进入硫酸生产系统。通过上述步骤1号换热器和2号换热器通过换向阀交替进行热交换。

硫酸生产过程为常规生产方法，分解气体净化后分离出的SO₂在催化剂五氧化二钒的作用下氧化成SO₃，反应温度为 500℃，用98%的硫酸吸收SO₃为发烟硫酸。

Claims (5)

1.一种利用石膏生产石灰和硫酸的方法，过程为：石膏由石膏粉磨(8)制成粒度为50～100μm的石膏粉末，其特征是：所述石膏粉末由气力输送机(9)输送，经过三级旋流预热器预热后到分解室(18)，电石炉气经贫氧燃烧室(21)贫氧燃烧产生高温气体从气体入口进入分解室，所述高温气体的温度为1700±50℃，所述高温气体中CO的体积分数为47.4％；预热后的石膏粉末和高温气体接触进行分解反应，分解反应的温度为1200～1450℃，反应时间为1～2秒；分解产物经旋风分离器(6)进行分离，分解气体预热石膏粉末原料后经过冷却和除尘后到硫酸生产系统(7)生产硫酸，固体分解物经三级旋流冷却器冷却后由石灰输送机输送出装置。

2.根据权利要求1所述的利用石膏生产石灰和硫酸的方法，其特征是：所述硫酸生产过程为分解气体净化后分离出的SO₂在催化剂五氧化二钒的作用下氧化成SO₃，反应温度为500℃，用98％的硫酸吸收SO₃为发烟硫酸。

3.一种利用石膏生产石灰和硫酸的装置，包括硫酸生产系统(7)和石灰生产系统，其特征是：所述石灰生产系统包括气力输送机(9)、原料预热设备、旋风分离器(6)、贫氧燃烧室(21)、分解室(18)、石灰冷却设备、石灰输送机(24)和尾气换热系统(4)；所述原料预热设备包括第一旋流预热器(15)、第二旋流预热器(5)和第三旋流预热器(17)，所述石灰冷却设备包括一级旋流冷却器(20)、二级旋流冷却器(22)和三级旋流冷却器(23)，所述除尘设备包括布袋除尘器(2)、1号引风机(1)、2号引风机和除尘器(11)；旋风分离器出口、各旋流预热器下端物料出口设有回转卸料阀(16)；石膏料仓通过石膏预热器(25)连接到石膏粉磨(8)，石膏粉磨通过气力输送机(9)连接尾气换热系统(4)，尾气换热系统(4)通过布袋除尘器(2)和1号引风机(1)连接到硫酸生产系统，尾气换热系统(4)连接到第一旋流预热器(15)的进料口，第一旋流预热器的气体出口与尾气换热系统(4)连接，第一旋流预热器(15)物料出口连接到第二旋流预热器(5)的进料口；第二旋流预热器的气体出口与第一旋流预热器进料口连接，物料出口与第三旋流预热器(17)的进料口连接；第三旋流预热器气体出口与第二旋流预热器的进料口连接，物料出口通过回转卸料阀(16)连接到分解室(18)物料入口；所述贫氧燃烧室(21)连接到分解室(18)的进气口，分解室的出料口连接到旋风分离器(6)的进料口；旋风分离器的气体出口连接到第三旋流预热器的进料口，物料出口连接到一级旋流冷却器(20)的进料口；一级旋流冷却器的气体出口通过冷却风换热器(12)、除尘器(11)连接到2号引风机入口，物料出口连接到二级旋流冷却器(22)的进料口；二级旋风冷却器的气体出口连接到一级旋流冷却器的进料口，物料出口连接到三级旋流冷却器(23)的进料口；三级旋流冷却器气体出口连接到二级旋流冷却器的进料口，出料口连接到石灰输送机(24)，1号鼓风机连接到三级旋流冷却器的进料口。

4.根据权利要求3所述的利用石膏生产石灰和硫酸的装置，其特征是：所述尾气换热系统(4)包括1号换向阀(26)、2号换向阀(29)、第一蓄热器(27)、第二蓄热器(28)、3号换向阀(30)和4号换向阀(31)；所述第一蓄热器(27)、第二蓄热器(28)分别设有石膏粉入口(32)、气体出口(33)、石膏粉出口(34)和气体入口(35)；第一旋流预热器(15)的气体出口通过3号换向阀(30)分别与第一蓄热器和第二蓄热器的气体入口(35)连接，3号鼓风机(3)通过4号换向阀分别与第一蓄热器和第二蓄热器的气体入口(35)连接；气力输送机(9)连接到第一蓄热器和第二蓄热器的的石膏粉入口(32)，石膏粉出口(34)连接到第一旋流预热器(15)的进料口；第一蓄热器通过1号换向阀(26)分别与布袋除尘器(2)和贫氧燃烧室(21)的燃料喷嘴连接，第二蓄热器通过2号换向阀(29)分别与布袋除尘器(2)和贫氧燃烧室(21)的燃料喷嘴连接。

5.根据权利要求3所述利用石膏生产石灰和硫酸的装置，其特征是：所述装置设有2号鼓风机(13)，所述2号鼓风机的出口通过冷却风换热器(12)连接到硫酸生产系统(7)。