CN112984784A - 基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法 - Google Patents

基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化工技术领域，涉及一种基于SO2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法，1)SO2与O2混合气体在等离子体热风炉作用下形成SO2和O2的等离子体热风混合气体；2)形成的SO2和O2混合等离子体热风气体向分解炉提供热量，在温度1400～1650℃下，硫酸钙分解生成分解氧化产物和分解气；3)氧化产物收集待用；分解气直接回收制硫酸、或部分返回作为气源或部分返回调节SO2和O2等离子体热风气体的温度；SO2和O2物质的量比为1：1/2。本发明采用等离子体热风炉向分解系统供热，输出温度高，设备少，成本低，实现清洁生产；产生的分解，制硫酸或循环回用，节约资源。

Description

基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统 及方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法。
背景技术
硫酸钙在在温度1350～1400℃下，发生分解反应CaSO4→CaO+SO2+1/2O2；此分解过程中对于温度控制较为重要，现有的供热系统大多采用的燃料包括固体、液体和气体；具体的主要采用煤，分解一顿硫酸钙需要煤600～700公斤，消耗大，成本高，且污染大，同时煤粉(碳素)存在时，分解温度会大大降低，影响分解效率；而气体一般采用高炉剩余煤气、焦炉剩余煤气以及其他工业剩余煤气，通过高压鼓风机和热风炉将这些气体加热后对生石灰提供煅烧所需的高温，但是，由于采用的都是剩余煤气，必须进行脱焦处理，不易控制使用；同时煤气中存在其他气体，分解气中SO2含量在10～15％，还有分解气中有N2和CO2存在，使得高浓度SO2分解气的收集较为困难且流程长；此外，现有的热风炉若要求输出高温，对设备要求严格，且设备多。
发明内容
为了解决上述硫酸钙分解存在的问题，本发明提供一种基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统及方法，采用等离子体热风炉供热，输出温度高，设备少，成本低，实现清洁生产；产生的分解气，可直接再利用或循环回用，节约资源。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法包括：
1)SO2与O2混合气体作为气源在等离子体热风炉作用下形成SO2和O2等离子体热风气体；
2)硫酸钙物料进入分解窑内，同时采用步骤1)形成的SO2和O2等离子体热风气体向分解炉提供热量，在温度1400～1650℃下，硫酸钙分解生成分解产物和分解气；
3)步骤2)生成的分解氧化产物收集待用；步骤2)生成的分解气直接回收制硫酸、或部分返回作为气源或部分返回调节SO2和O2等离子体热风气体的温度。
进一步的，所述步骤2)中，分解窑为回转窑或沸腾炉。
进一步的，所述步骤1)中，SO2和O2物质的量比为1：1/3～1。
进一步的，所述步骤1)中，SO2和O2物质的量比为1：1/2。
一种实现基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法的系统包括分解窑以及与分解窑相连通的等离子体热风炉；所述等离子体热风炉包括炉体以及置于炉体外壳上的等离子体发生器；所述等离子体发生器与炉体内部相连通；所述等离子体发生器上设置与等离子体发生器相连通的启动气源入口；所述炉体上设置热风气体出口；所述启动气源入口外接SO2和O2混合气体管路；所述热风气体出口经分解窑与启动气源入口相连通；所述分解窑上分别设置物料进口和物料出口。
进一步的，所述等离子体发生器为一个或多个。
进一步的，所述炉体上还设置与分解窑相连通的调温气体入口。
进一步的，所述系统还包括冷却收集罐；所述分解窑经冷却收集罐分别与调温气体入口和启动气源入口相连通。
进一步的，所述系统还包括设置在冷却收集罐与启动气源入口之间的第一控制阀。
进一步的，所述系统还包括设置在冷却收集罐与调温气体入口之间的第二控制阀。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法，包括：1)SO2与O2混合气体作为气源在等离子体热风炉作用下形成SO2和O2等离子体热风气体；2)硫酸钙物料进入分解窑(1)内，同时采用步骤1)形成的SO2和O2等离子体热风气体向分解炉提供热量，在温度1400～1650℃下，硫酸钙分解生成分解产物和分解气；3)步骤2)生成的分解氧化产物收集待用；步骤2)生成的分解气直接回收制硫酸、或部分返回作为气源或部分返回调节SO2和O2等离子体热风气体的温度。本发明采用SO2和O2混合气体作为气源，并通过等离子体发生器向分解过程供热，实现清洁生产，同时生产线中未带入其他杂质气体，分解气为SO2和O2，可以直接回收制硫酸，或部分回用作为启动气源，或部分调节热风气体温度，保证分解反应进行，节约资源，降低成本。
2、本发明提供的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统包括分解窑以及与分解窑相连通的等离子体热风炉；所述等离子体热风炉包括炉体以及置于炉体外壳上的等离子体发生器；所述等离子体发生器与炉体内部相连通；所述等离子体发生器上设置与等离子体发生器相连通的启动气源入口；所述炉体上设置热风气体出口；所述启动气源入口外接SO2和O2混合气体管路；所述热风气体出口经分解窑与启动气源入口相连通。采用SO2与O2气源经过等离子体发生器可获得的1400～1650℃高温，有助于CaSO4分解，且设备简单，成本低。
3、本发明提供的炉体上还设置与分解窑相连通的调温气体入口。基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统还包括冷却收集罐；所述分解窑经冷却收集罐分别与调温气体入口和启动气源入口相连通。还包括设置在冷却收集罐与启动气源入口之间的第一控制阀。还包括设置在冷却收集罐与调温气体入口之间的第二控制阀。经分解炉产生的末端分解气进行回收后，由于系统中只有SO2和O2气体，可回收收集制硫酸；可作为调温气体返回炉体内，保证从炉体出来的热风气体能满足分解CaSO4所需的反应温度；也可作为启动气源返回参与反应，循环利用，节约资源。
附图说明
图1为本发明提供的硫酸钙分解和分解气回收系统示意图；
其中：
1—分解窑；2—冷却收集罐；3—等离子体热风炉；4—炉体；5—等离子体发生器；6—启动气源入口；7—热风气体出口；8—调温气体入口；9—第一控制阀；10—第二控制阀。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
实施例1
参见图1，本实施例提供的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统包括分解窑1以及与分解窑1相连通的等离子体热风炉3。
本实施例提供的等离子体热风炉3包括炉体4以及置于炉体4外壳上的等离子体发生器5；等离子体发生器5与炉体4内部相连通。等离子体发生器5上设置与等离子体发生器5相连通的启动气源入口6；炉体4上设置热风气体出口7；启动气源入口6外接SO2和O2混合气体管路；热风气体出口7经分解窑1与启动气源入口6相连通，分解窑1上分别设置物料进口和物料出口，物料进口与物料出口相连通。
分解窑1上分别设置进气口和出气口，进气口与出气口相连通。进气口与热风气体出口7相连通；出气口与启动气源入口6相连通。
等离子体发生器5为两个，两个等离子体发生器5设置在炉体4外壳上。(也可以是一个，置于炉体4侧壁上)。
本实施例提供的炉体4上还设置与分解窑1相连通的调温气体入口8。炉体4内部铺设保温层和耐火层。出气口与调温气体入口8相连通。
本实施例提供的等离子体热风炉3还包括与等离子体发生器5电性相连的电源。使用时，通过电源控制等离子体发生器5工作或断开。
本实施例提供的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收系统还包括冷却收集罐2；分解窑1经冷却收集罐2分别与调温气体入口8和启动气源入口6相连通。出气口与冷却收集罐2相连通。出气口经冷却收集罐2分别与调温气体入口8和启动气源入口6相连通。
冷却收集罐2与启动气源入口6之间设置第一控制阀9。冷却收集罐2与调温气体入口8之间设置第二控制阀10。
本实施例提供的分解窑1为沸腾炉(也可替换成回转窑)。
本实施例提供的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法包括：
1)SO2与O2混合气体作为气源在等离子体热风炉作用下形成SO2和O2等离子体热风气体；
2)硫酸钙物料从物料进口进入分解窑1内，同时采用步骤1)形成的SO2和O2等离子体热风气体从进气口进入分解炉1中，向分解炉1提供热量，在温度1400～1650℃下，硫酸钙分解生成分解产物和分解气；
3)步骤2)生成的分解氧化产物从物料出口收集待用；步骤2)生成的分解气从出气口出来后，直接回收制硫酸、或部分返回作为气源或部分返回调节SO2和O2等离子体热风气体的温度。
本实施例中，步骤1)中，SO2和O2物质的量比为1：1/3～1：1的范围内，优选的，SO2和O2物质的量比为1：1/2，因为CaSO3→CaO+SO2+1/2O2，分解气体为SO2+1/2O2，这样当启动气源中SO2和O2物质的量比为1：1/2时，整个系统气体处于一个平衡状态，生产系统能稳定运行。
本实施例中，原料硫酸钙经过预处理后从物料进口进入分解窑1中，由等离子体热风炉3中向分解窑1供热，具体的是，SO2与O2气体经启动气源入口6经过等离子体发生器5后形成温度为1400～1650℃范围内的SO2和O2等离子热风气体，并从热风气体出口7出来通过风机从进气口吹入分解窑1中，在SO2和O2等离子热风气体的作用下，硫酸钙发生分解反应CaSO3→CaO+SO2+1/2O2，生成分解产物和分解气体；分解产物氧化钙从物料出口出来，能作为水泥原料至水泥窑中，分解气体从出气口进入冷却收集罐2中收集，由于整个系统中只有SO2和O2循环，收集的分解气体可作为生产硫酸的原料，生成硫酸，实现资源再利用；也可作为调温气体，从调温气体入口8进入炉体4内，调节炉体4内热风气体的温度以满足分解CaSO4所需的温度；也可作为离子体发生器5的启动气源至启动气源入口6，循环利用，减少气源原料的消耗，降低成本。
本实施例中，等离子体热风炉3向分解窑1提供热源，等离子体热风炉3通过等离子体发生器5快速产生高温热风，满足硫酸钙煅烧对温度的需求，替代现有的气热供热，设备少，成本低，且供热过程清洁化；分解后生成的CaO可以用作烧制水泥的原料，送去水泥回转窑；分解窑1末端出来的分解气，具有多个用途，实现分解气循环利用，节约成本。
此外，本发明提供的生产线可还用于磷石膏、脱硫石膏的分解以及分解气的收集。

Claims (10)

1.一种基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法，其特征在于：所述方法包括：
1)SO2与O2混合气体作为气源在等离子体热风炉作用下形成SO2和O2等离子体热风气体；
2)硫酸钙物料进入分解窑(1)内，同时采用步骤1)形成的SO2和O2等离子体热风气体向分解炉提供热量，在温度1400～1650℃下，硫酸钙分解生成分解产物和分解气；
3)步骤2)生成的分解氧化产物收集待用；步骤2)生成的分解气直接回收制硫酸、或部分返回作为气源或部分返回调节SO2和O2等离子体热风气体的温度。
2.根据权利要求1所述的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法，其特征在于：所述步骤1)中，SO2和O2物质的量比为1：1/3～1。
3.根据权利要求2所述的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法，其特征在于：所述步骤1)中，SO2和O2物质的量比为1：1/2。
4.根据权利要求2所述的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法，其特征在于：所述步骤2)中，分解窑(1)为回转窑或沸腾炉。
5.一种实现权利要求4所述的基于SO2与O2等离子体热风炉的CaSO4分解和分解气回收方法的系统；其特征在于：所述系统包括分解窑(1)以及与分解窑(1)相连通的等离子体热风炉(3)；所述等离子体热风炉(3)包括炉体(4)以及置于炉体(4)外壳上的等离子体发生器(5)；所述等离子体发生器(5)与炉体(4)内部相连通；
所述等离子体发生器(5)上设置与等离子体发生器(5)相连通的启动气源入口(6)；所述炉体(4)上设置热风气体出口(7)；所述启动气源入口(6)外接SO2和O2混合气体管路；所述热风气体出口(7)经分解窑(1)与启动气源入口(6)相连通；所述分解窑(1)上分别设置物料进口和物料出口。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述等离子体发生器(5)为一个或多个。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述炉体(4)上还设置与分解窑(1)相连通的调温气体入口(8)。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述系统还包括冷却收集罐(2)；所述分解窑(1)经冷却收集罐(2)分别与调温气体入口(8)和启动气源入口(6)相连通。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述系统还包括设置在冷却收集罐(2)与启动气源入口(6)之间的第一控制阀(9)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述系统还包括设置在冷却收集罐(2)与调温气体入口(8)之间的第二控制阀(10)。
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