CN112744793A - 一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置及其热裂解方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置及其热裂解方法，所述的热裂解系统装置包括反应单元，所述反应单元的进料口分别独立连接石膏进料单元和过热蒸汽进料单元，所述反应单元的出料口分别独立连接氧化钙出料单元和硫磺出料单元；所述的反应单元包括热裂解炉。本发明利用过热蒸汽激发活化热裂解石膏，大幅降低硫酸钙分解温度，实现石膏低温分解，采用热裂解炉替代传统的回转窑，提高了石膏热解效率，有效避免了回转窑会出现的物料熔融结疤现象。

Description

一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置及其热裂解 方法

技术领域

本发明属于石膏利用技术领域，涉及一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置及其热裂解方法。

背景技术

随着我国工业化进程加快，各种工业副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、钛石膏等)产量持续增加，工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏。主要包括脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏等，随着国内环保标准的提高，已成为行业的难题。其中磷石膏年排放量约8千万吨，累积堆存量超过5亿吨，已经成为威胁长江生态的头号污染源，脱硫石膏的年排放量大约7550万吨，累积堆存量约1.3亿吨，在西部地区成为环保难题；钛白行业每生产1吨钛白粉，副产4～5吨钛石膏，每年高达700万吨以上，成为制约行业发展的难题。

工业副产石膏中硫酸钙含量通常高达70％以上，颗粒较细，粒径分布范围小，一般在20～60μm，级配不均；晶体生长相对天然石膏较差，加之杂质成分影响，导致熟石膏粉力学性能、流变性能较差，应用受限。工业副产石膏用途包括水泥添加剂、石膏板、石膏砌块、石膏砂浆等，其中水泥添加剂是最大宗的用户，每年5000～6000万吨，作为水泥混凝剂使用，一般发电企业均配套有水泥粉磨站，直接消纳粉煤灰与脱硫石膏，加之脱硫石膏纯度高，含水量低，在南方缺乏天然石膏地区作为石膏板原料，因此脱硫石膏利用率较高，在70％以上。石膏板每年需求量30～50亿平米，需要石膏量2000～3000万吨，大多使用天然石膏，一部分使用脱硫石膏、氟石膏及磷石膏等。由于工业副产石膏含有有害杂质，加之含水高、组成不稳定，导致生产的建材产品有异味、易变形、霉变及泛碱泛盐等，市场接受度差，发生多起事故。工业副产石膏中磷石膏产量最大，利用率低不到30％，多用在石膏充填、水泥添加剂和石膏板中，基本无高端用户，加之磷石膏多集中在云南、贵州、湖北、重庆及四川等地，产量集中，石膏建材附加值低，市场辐射半径小，严重制约了当地石膏建材产品市场的扩展。

虽然部分可代替天然石膏得到应用，但消纳量有限，大量工业副产石膏变成废渣，只能堆存处理。以磷石膏为例，我国每年产生超过7000万吨，利用率不足40％，累计堆存已超过7亿吨。工业副产石膏堆存，不仅占用大量土地，更带来巨大的环境生态隐患。石膏富含硫钙资源，我国硫磺严重依赖进口，年进口量已超过1000万吨；石灰石煅烧分解制备氧化钙，不仅消耗大量石灰石资源，更因放出大量二氧化碳，明显与现行“二氧化碳减排”、“碳中和”理念背道而驰。

将工业副产石膏进行高温分解制备硫酸技术无疑是彻底解决石膏问题的核心技术之一，尤其是在磷肥行业，分解后的硫酸可以直接回用，形成硫酸循环。但是，石膏分解技术目前存在能耗高、操作困难及二氧化硫浓度低，生产硫酸的成本无法与硫磺制酸竞争，严重限制了技术的发展，加之现有硫酸制备装置一般为硫磺制酸，石膏分解制备硫酸装置很难与硫磺制酸装置衔接，更进一步限制了石膏制酸技术的推广应用。

CN1340456A提出了一种石膏分解工艺及装置，利用四级旋风预热器进行热交换，利用回转窑进行煅烧分解制备二氧化硫，同时得到水泥熟料；该工艺和装置属于石膏传统高温分解，存在易形成熔体，窑内结疤，操作困难等问题；该工艺和装置产出二氧化硫，无法与硫酸制酸流程直接衔接，产品水泥存在市场容量问题。

CN101798067A提出了一种化学石膏分解装置，该装置采用多级逆流换热预热器进行石膏脱水，利用分解炉将石膏分解成二氧化硫和氧化钙，二氧化硫再进一步制备成硫酸；该装置不再采用回转窑，提出了石膏分解制备氧化钙，但气体转化还是走的二氧化硫制硫酸路线，无法与硫磺制酸工艺直接衔接。

CN101844879A提出了一种石膏分解煅烧生产硫酸和水泥的装置，该装置采用复合预热器，煅烧窑长度有所减少，将石膏高温煅烧分解制备二氧化硫，同时得到水泥熟料；该装置属于石膏传统高温分解，易形成熔体，窑内结疤，操作困难；该装置产出二氧化硫，无法与硫酸制酸工艺直接衔接，产品水泥存在市场容量问题。

综上可见，如何经济、高效、稳定的实现石膏分解是石膏分解工艺和装置需要解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置及其热裂解方法，本发明利用过热蒸汽激发活化热裂解石膏，大幅降低硫酸钙分解温度，实现石膏低温分解，采用热裂解炉替代传统的回转窑，提高了石膏的热解效率，有效避免了回转窑会出现的物料熔融结疤现象。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置，所述的热裂解系统装置包括反应单元，所述反应单元的进料口分别独立连接石膏进料单元和过热蒸汽进料单元，所述反应单元的出料口分别独立连接氧化钙出料单元和硫磺出料单元；

所述的反应单元包括热裂解炉。

本发明利用过热蒸汽激发活化热裂解石膏，大幅降低硫酸钙分解温度，实现石膏低温分解，制备得到的氧化钙可代替石灰石煅烧氧化钙，源头减排二氧化碳，且氧化钙又是良好的二氧化碳捕收剂，“碳中和”作用显著；制备得到的硫磺可用于制硫酸，降低硫磺进口依赖，与硫磺制硫酸工艺可实现无缝衔接；本发明提供的热裂解系统装置适用于天然石膏和各种工业副产石膏的分解，采用热裂解炉替代传统的回转窑，提高了石膏的热解效率，有效避免了回转窑会出现的物料熔融结疤现象。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的石膏进料单元沿物料流向包括依次连接的干燥装置和混合装置，向混合装置内通入焦粉并与石膏混合。

优选地，所述的过热蒸汽进料单元包括沿物料流向依次连接的蒸汽发生装置和蒸汽过热装置。

优选地，所述的蒸汽过热装置的壳体内设置有网状蓄热陶瓷。

优选地，所述蒸汽过热装置的夹套还连接所述的干燥装置，向蒸汽过热装置的夹套内通入热介质对蒸汽过热装置内的低温蒸汽进行加热形成过热蒸汽，加热后的热介质由夹套排出进入干燥装置用于干燥石膏。

本发明提供的蒸汽过热装置为间接换热设备，其内部为310S不锈钢材质，外部为耐火材料砌筑。蒸汽过热装置以天然气燃烧高温烟气作为热源，内部设有网状蓄热陶瓷，通过直接热传导，可将低温蒸汽高效转化成高温蒸汽。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的热裂解炉包括炉体和套设在所述炉体外周的夹套，所述的炉体内底部设置有喷嘴，所述的蒸汽过热装置连接所述的喷嘴。

优选地，所述的炉体内形成沸腾床结构。

本发明提供的热裂解炉为间接换热设备，其内部为310S不锈钢材质，外部为耐火材料砌筑。热裂解炉以天然气燃烧高温烟气作为热源，内部设有过热蒸汽进料喷嘴，使过热蒸汽均匀分布。热裂解炉为沸腾床结构，过热蒸汽自下而上通过石膏料层，使固体粉料呈微沸腾状，石膏分解过程的热质传递更充分，硫酸钙得以高效热裂解。

优选地，所述热裂解炉的夹套外接供热单元，所述的供热单元向热裂解炉的夹套内通入热介质，用于对热裂解炉内的物料进行加热。

优选地，所述的供热单元的出口端还接入所述的蒸汽过热装置的夹套，供热单元产生的热介质通入蒸汽过热装置的夹套，对低温蒸汽进行加热得到过热蒸汽。

优选地，所述的供热单元包括依次连接的助燃风机和天然气燃烧装置，所述天然气燃烧装置的出口端接入所述热裂解炉的夹套入口端。

优选地，所述热裂解炉的夹套出口端接入蒸汽过热装置与干燥装置之间的连接管路上，由热裂解炉夹套排出的热介质与蒸汽过热装置夹套排出的热介质混合后通入干燥装置内，对石膏进行干燥。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的氧化钙出料单元包括与热裂解炉出料口连接的氧化钙冷却装置。

优选地，所述的氧化钙冷却装置内设置有氧化钙换热通道，空气流经氧化钙换热通道，与氧化钙换热升温后排出。

优选地，所述的氧化钙换热通道的出口端接入助燃风机的进口端，由氧化钙冷却装置排出的空气进入助燃风机，并由助燃风机送入天然气燃烧装置。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的硫磺出料单元包括与热裂解炉出气口依次连接的除尘组件、克劳斯炉、硫磺转化装置和硫磺冷却装置。

需要说明的是，克劳斯炉、硫磺转化装置和硫磺冷却装置均为克劳斯工艺标准配置设备，其结构为本领域技术人员所公知，本发明的发明点不在于此，在此不再赘述。各部件的功能为：含硫气体在克劳斯炉中燃烧，在硫磺转化装置中转换和捕集，在硫磺冷却装置中冷却得到硫磺。

优选地，所述的除尘组件包括沿物料流向依次连接的电除尘装置和布袋除尘装置。

优选地，所述的电除尘装置和布袋除尘装置的底部卸料口均接入热裂解炉的顶部回料口，所述的电除尘装置和布袋除尘装置底部收集的粉尘回流至热裂解炉内。

本发明采用电除尘装置和布袋除尘装置组合进行含硫气体净化，电除尘装置和布袋除尘装置均为耐高温耐腐设备，能高效脱除含硫气体中的固体粉尘。

优选地，所述的硫磺冷却装置内设置有硫磺换热通道，空气流经硫磺换热通道，与硫磺换热升温后排出。

优选地，所述的硫磺换热通道的出口端接入助燃风机的进口端，由硫磺换热通道排出的空气进入助燃风机，并由助燃风机送入天然气燃烧装置。

第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法包括：

石膏进料单元向热裂解炉内送入石膏和焦炭粉，过热蒸汽进料单元向热裂解炉内通入过热蒸汽，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应，生成氧化钙和含硫气体，氧化钙经氧化钙出料单元处理后得到氧化钙产品，含硫气体经硫磺出料单元处理后得到硫磺产品。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(Ⅰ)干燥后的石膏与焦粉混合后通入热裂解炉，蒸汽发生装置产生的低温蒸汽通入蒸汽过热装置，天然气燃烧装置产生的烟气通入蒸汽过热装置，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉，蒸汽过热装置夹套排出的烟气进入干燥装置对石膏进行干燥；

(Ⅱ)天然气燃烧装置产生的烟气通入热裂解炉的夹套对热裂解炉内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体；由热裂解炉夹套排出的烟气与蒸汽过热装置夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置对石膏进行干燥；

(Ⅲ)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，含硫气体经除尘后通入克劳斯炉，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的石膏在600～700℃下进行干燥，例如可以是600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、660℃、670℃、680℃、690℃或700℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，干燥后的石膏含水率≤3wt％，例如可以是0.1wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％或3wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的焦粉粒径为150～180μm，例如可以是150μm、152μm、154μm、156μm、158μm、160μm、162μm、164μm、166μm、168μm、170μm、170μm、174μm、176μm、178μm或180μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的石膏与焦粉的质量比为(2～3):1，例如可以是2.0:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1或3.0:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的低温蒸汽的温度为130～150℃，例如可以是130℃、132℃、134℃、136℃、138℃、140℃、142℃、144℃、146℃、148℃或150℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的天然气燃烧装置产生的烟气温度为1100～1200℃，例如可以是1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的过热蒸汽的温度为600～700℃，例如可以是600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、660℃、670℃、680℃、690℃或700℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述的热裂解反应的温度为1050～1100℃，例如可以是1050℃、1055℃、1060℃、1065℃、1070℃、1075℃、1080℃、1085℃、1090℃、1095℃或1100℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅲ)中，所述的氧化钙产品的收率≥97％，例如可以是97％、97.2％、97.4％、97.6％、97.8％、98％、98.2％、98.4％、98.6％、98.8％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的硫磺产品的收率≥96％，例如可以是96％、96.2％、96.4％、96.6％、96.8％、97％、97.2％、97.4％、97.6％、97.8％或98％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明利用过热蒸汽激发活化热裂解石膏，大幅降低硫酸钙分解温度，实现石膏低温分解，制备得到的氧化钙可代替石灰石煅烧氧化钙，源头减排二氧化碳，且氧化钙又是良好的二氧化碳捕收剂，“碳中和”作用显著；制备得到的硫磺可用于制硫酸，降低硫磺进口依赖，与硫磺制硫酸工艺可实现无缝衔接；本发明提供的热裂解系统装置适用于天然石膏和各种工业副产石膏的分解，采用热裂解炉替代传统的回转窑，提高了石膏热解效率，有效避免了回转窑会出现的物料熔融结疤现象。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的热裂解系统装置的结构示意图。

其中，1-蒸汽发生装置；2-蒸汽过热装置；3-助燃风机；4-天然气燃烧装置；5-热裂解炉；6-氧化钙冷却装置；7-混合装置；8-干燥装置；9-电除尘装置；10-布袋除尘装置；11-克劳斯炉；12-硫磺转化装置；13-硫磺冷却装置。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置，所述的热裂解系统装置如图1所示，包括反应单元，所述反应单元的进料口分别独立连接石膏进料单元和过热蒸汽进料单元，反应单元的出料口分别独立连接氧化钙出料单元和硫磺出料单元。

石膏进料单元沿物料流向包括依次连接的干燥装置8和混合装置7，向混合装置7内通入焦粉并与石膏混合。过热蒸汽进料单元包括沿物料流向依次连接的蒸汽发生装置1和蒸汽过热装置2，蒸汽过热装置2的壳体内设置有网状蓄热陶瓷。蒸汽过热装置2还连接干燥装置8，向蒸汽过热装置2的夹套内通入热介质对蒸汽过热装置2内的低温蒸汽进行加热形成过热蒸汽，加热后的热介质由夹套排出进入干燥装置8用于干燥石膏。

反应单元包括热裂解炉5，热裂解炉5包括炉体和套设在炉体外周的夹套，炉体内底部设置有喷嘴，蒸汽过热装置2连接喷嘴，炉体内形成沸腾床结构。热裂解炉5的夹套外接供热单元，供热单元向热裂解炉5的夹套内通入热介质，用于对热裂解炉5内的物料进行加热。供热单元的出口端还接入蒸汽过热装置2的夹套，供热单元产生的热介质通入蒸汽过热装置2的夹套，对低温蒸汽进行加热得到过热蒸汽。供热单元包括依次连接的助燃风机3和天然气燃烧装置4，天然气燃烧装置4的出口端接入热裂解炉5的夹套入口端。热裂解炉5的夹套出口端接入蒸汽过热装置2与干燥装置8之间的连接管路上，由热裂解炉5夹套排出的热介质与蒸汽过热装置2夹套排出的热介质混合后通入干燥装置8内，对石膏进行干燥。

氧化钙出料单元包括与热裂解炉5出料口连接的氧化钙冷却装置6，氧化钙冷却装置6内设置有氧化钙换热通道，空气流经氧化钙换热通道，与氧化钙换热升温后排出。氧化钙换热通道的出口端接入助燃风机3的进口端，由氧化钙冷却装置6排出的空气进入助燃风机3，并由助燃风机3送入天然气燃烧装置4。

硫磺出料单元包括与热裂解炉5出气口依次连接的除尘组件、克劳斯炉11、硫磺转化装置12和硫磺冷却装置13。除尘组件包括沿物料流向依次连接的电除尘装置9和布袋除尘装置10，电除尘装置9和布袋除尘装置10的底部卸料口均接入热裂解炉5的顶部回料口，电除尘装置9和布袋除尘装置10底部收集的粉尘回流至热裂解炉5内。硫磺冷却装置13内设置有硫磺换热通道，空气流经硫磺换热通道，与硫磺换热升温后排出。硫磺换热通道的出口端接入助燃风机3的进口端，由硫磺换热通道排出的空气进入助燃风机3，并由助燃风机3送入天然气燃烧装置4。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)石膏在600～700℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率≤3wt％，干燥后的石膏与150～180μm粒径的焦粉按照(2～3):1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的130～150℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1100～1200℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到600～700℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出的烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下在发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1050～1100℃；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率≥97％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率≥96％。

实施例1

本实施例提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)磷石膏(含水量为30wt％，其中结晶水为15wt％，自由水为15wt％)在600℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率为2.8wt％，干燥后的石膏与150μm粒径的焦粉按照2:1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的130℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1100℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到600℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出的烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1050℃，石膏热裂解率为99.1％；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率为97.2％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率为96.5％。

实施例2

本实施例提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)脱硫石膏(含水量为25wt％，其中结晶水为15wt％，自由水为10wt％)在620℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率为2.5wt％，干燥后的石膏与156μm粒径的焦粉按照2.2:1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的134℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1120℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到620℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1060℃，石膏热裂解率为99.3％；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率为98.1％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率为97.3％。

实施例3

本实施例提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)天然石膏(含水量为23wt％，其中结晶水为18wt％，自由水为5wt％)在640℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率为1.8wt％，干燥后的石膏与162μm粒径的焦粉按照2.4:1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的138℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1140℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到640℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1070℃，石膏热裂解率为99.5％；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率为98.3％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率为98.2％。

实施例4

本实施例提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)磷石膏(含水量为35wt％，其中结晶水为20wt％，自由水为15wt％)在660℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率为1.3wt％，干燥后的石膏与168μm粒径的焦粉按照2.6:1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的142℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1160℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到660℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1080℃，石膏热裂解率为99.2％；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率为97.8％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率为97.5％。

实施例5

本实施例提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)脱硫石膏(含水量为32wt％，其中结晶水为18wt％，自由水为14wt％)在680℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率为0.9wt％，干燥后的石膏与174μm粒径的焦粉按照2.8:1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的146℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1180℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到680℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1090℃，石膏热裂解率为99.4％；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率为97.6％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率为96.8％。

实施例6

本实施例提供了一种采用上述具体实施方式提供的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(1)天然石膏(含水量为24wt％，其中结晶水为19wt％，自由水为5wt％)在700℃下进行干燥，干燥后的石膏含水率为0.5wt％，干燥后的石膏与180μm粒径的焦粉按照3:1的质量比进行混合后通入热裂解炉5，蒸汽发生装置1产生的150℃的低温蒸汽通入蒸汽过热装置2，天然气燃烧装置4产生的1200℃的烟气通入蒸汽过热装置2，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到700℃的过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉5，蒸汽过热装置2夹套排出烟气进入干燥装置8对石膏进行干燥；

(2)天然气燃烧装置4产生的烟气通入热裂解炉5的夹套对热裂解炉5内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体，热裂解反应的温度为1100℃，石膏热裂解率为99.3％；由热裂解炉5夹套排出的烟气与蒸汽过热装置2夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置8对石膏进行干燥；

(3)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，氧化钙产品的收率为97.5％；含硫气体经除尘后通入克劳斯炉11，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品，硫磺产品的收率为96.2％。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种采用过热蒸汽分解石膏的热裂解系统装置，其特征在于，所述的热裂解系统装置包括反应单元，所述反应单元的进料口分别独立连接石膏进料单元和过热蒸汽进料单元，所述反应单元的出料口分别独立连接氧化钙出料单元和硫磺出料单元；

所述的反应单元包括热裂解炉。

2.根据权利要求1所述的热裂解系统装置，其特征在于，所述的石膏进料单元沿物料流向包括依次连接的干燥装置和混合装置，向混合装置内通入焦粉并与石膏混合；

优选地，所述的过热蒸汽进料单元包括沿物料流向依次连接的蒸汽发生装置和蒸汽过热装置；

优选地，所述的蒸汽过热装置的壳体内设置有网状蓄热陶瓷；

优选地，所述蒸汽过热装置的夹套还连接所述的干燥装置，向蒸汽过热装置的夹套内通入热介质对蒸汽过热装置内的低温蒸汽进行加热形成过热蒸汽，加热后的热介质由夹套排出进入干燥装置用于干燥石膏。

3.根据权利要求1或2所述的热裂解系统装置，其特征在于，所述的热裂解炉包括炉体和套设在所述炉体外周的夹套，所述的炉体内底部设置有喷嘴，所述的蒸汽过热装置连接所述的喷嘴；

优选地，所述的炉体内形成沸腾床结构；

优选地，所述热裂解炉的夹套外接供热单元，所述的供热单元向热裂解炉的夹套内通入热介质，用于对热裂解炉内的物料进行加热；

优选地，所述的供热单元的出口端还接入所述的蒸汽过热装置的夹套，供热单元产生的热介质通入蒸汽过热装置的夹套，对低温蒸汽进行加热得到过热蒸汽；

优选地，所述的供热单元包括依次连接的助燃风机和天然气燃烧装置，所述天然气燃烧装置的出口端接入所述热裂解炉的夹套入口端；

优选地，所述热裂解炉的夹套出口端接入蒸汽过热装置与干燥装置之间的连接管路上，由热裂解炉夹套排出的热介质与蒸汽过热装置夹套排出的热介质混合后通入干燥装置内，对石膏进行干燥。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热裂解系统装置，其特征在于，所述的氧化钙出料单元包括与热裂解炉出料口连接的氧化钙冷却装置；

优选地，所述的氧化钙冷却装置内设置有氧化钙换热通道，空气流经氧化钙换热通道，与氧化钙换热升温后排出；

优选地，所述的氧化钙换热通道的出口端接入助燃风机的进口端，由氧化钙冷却装置排出的空气进入助燃风机，并由助燃风机送入天然气燃烧装置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的热裂解系统装置，其特征在于，所述的硫磺出料单元包括与热裂解炉出气口依次连接的除尘组件、克劳斯炉、硫磺转化装置和硫磺冷却装置；

优选地，所述的除尘组件包括沿物料流向依次连接的电除尘装置和布袋除尘装置；

优选地，所述的电除尘装置和布袋除尘装置的底部卸料口均接入热裂解炉的顶部回料口，所述的电除尘装置和布袋除尘装置底部收集的粉尘回流至热裂解炉内；

优选地，所述的硫磺冷却装置内设置有硫磺换热通道，空气流经硫磺换热通道，与硫磺换热升温后排出；

优选地，所述的硫磺换热通道的出口端接入助燃风机的进口端，由硫磺换热通道排出的空气进入助燃风机，并由助燃风机送入天然气燃烧装置。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的热裂解系统装置分解石膏的热裂解方法，其特征在于，所述的热裂解方法包括：

石膏进料单元向热裂解炉内送入石膏和焦炭粉，过热蒸汽进料单元向热裂解炉内通入过热蒸汽，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应，生成氧化钙和含硫气体，氧化钙经氧化钙出料单元处理后得到氧化钙产品，含硫气体经硫磺出料单元处理后得到硫磺产品。

7.根据权利要求6所述的热裂解方法，其特征在于，所述的热裂解方法具体包括如下步骤：

(Ⅰ)干燥后的石膏与焦粉混合后通入热裂解炉，蒸汽发生装置产生的低温蒸汽通入蒸汽过热装置，天然气燃烧装置产生的烟气通入蒸汽过热装置，利用烟气作为间接加热热源对低温蒸汽进行加热得到过热蒸汽，过热蒸汽通入热裂解炉，蒸汽过热装置夹套排出的烟气进入干燥装置对石膏进行干燥；

(Ⅱ)天然气燃烧装置产生的烟气通入热裂解炉的夹套对热裂解炉内的原料进行加热，石膏在焦炭粉和过热蒸汽的协同作用下发生热裂解反应生成氧化钙和含硫气体；由热裂解炉夹套排出的烟气与蒸汽过热装置夹套排出的烟气汇合后通入干燥装置对石膏进行干燥；

(Ⅲ)氧化钙经冷却后排出得到氧化钙产品，含硫气体经除尘后通入克劳斯炉，反应生成硫磺，硫磺冷却后排出得到硫磺产品。

8.根据权利要求7所述的热裂解方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述的石膏在600～700℃下进行干燥；

优选地，干燥后的石膏含水率≤3wt％；

优选地，所述的焦粉粒径为150～180μm；

优选地，所述的石膏与焦粉的质量比为(2～3):1；

优选地，所述的低温蒸汽的温度为130～150℃；

优选地，所述的天然气燃烧装置产生的烟气温度为1100～1200℃；

优选地，所述的过热蒸汽的温度为600～700℃。

9.根据权利要求7或8所述的热裂解方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述的热裂解反应的温度为1050～1100℃。

10.根据权利要求7-9任一项所述的热裂解方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述的氧化钙产品的收率≥97％；

优选地，所述的硫磺产品的收率≥96％。

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