CN213865389U - 利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统 - Google Patents

Abstract

利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，包括依次相连的氨化脱碳系统、磷石膏磨浸转化系统和固体渣水泥原料化系统，所述氨化脱碳系统包括蒸发降温装置和洗涤装置，所述磷石膏磨浸转化系统包括磷石膏输送装置、磨浸设备和搅拌池，所述固体渣水泥原料化系统包括压滤机、沉降池和固体渣库。本实用新型在将水泥窑窑尾废气降温后，利用氨水将废气中的CO₂进行洗涤生成碳酸铵溶液，同时利用碳酸铵溶液与磷石膏中的硫酸钙反应生成硫酸铵溶液和固体废渣，固体废渣全部进入水泥系统作为原料，大大节约了化石原料用量，整个处理过程中没有废水排放，水泥窑废气经处理后实现达标排放，真正实现了水泥行业的低碳减排，有利于环境保护。

Description

利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统

技术领域

本实用新型属于属于环境保护、资源循环利用处理技术领域，具体涉及利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统。

背景技术

随着我国磷复肥工业的发展，工业废渣磷石膏的利用成为行业发展不容忽视的问题。每生产一吨磷酸(100％P₂O₅)产生磷石膏5-6t(干基)，实物量约7t。磷石膏中除含CaSO₄外，还含有未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等多种杂质，这些杂质在一定程度上影响着磷石膏的利用。据有关资料统计，我国磷石膏年产排量在5000-6000万吨，截止目前，磷石膏的累计堆存量已超过2亿吨。

目前，磷石膏综合利用的途径主要有：一是磷石膏制建材产品，如：建筑石膏粉、建筑砌块等。二是磷石膏制化工原料，如：磷石膏制硫酸联产水泥、磷石膏制硫酸钾、硫酸铵、硫酸钾铵等。三是磷石膏制水泥缓凝剂。四是磷石膏做盐碱土壤的改良剂。五是磷石膏制硫酸钙晶须(纤维石膏)。

磷石膏制硫酸联产水泥是磷石膏综合利用的重要方面。据资料报道，我国的硫资源对外的依存度高达60％以上，每年需要大量进口硫磺，磷石膏制硫酸联产水泥不仅能使磷石膏中的硫、钙等资源得到充分利用，而且可使我国的硫磺进口需求降至最低，有效平抑硫磺市场价格波动。因此，发展磷石膏制硫酸联产水泥，可以有效缓解我国硫资源短缺的状况。

磷石膏制硫酸联产水泥主要有以下问题：(1)制酸和制水泥同步进行两系统互相干扰，由于煅烧窑况复杂，一方面烧制的水泥熟料质量难以实现稳定优质高产，另一方面窑气中SO₂含量低，提纯制酸成本高；(2)磷石膏分解需要还原气氛，而水泥生产不能出现还原气氛，因此，一步法制酸联产水泥生产过程中存在无法解决的技术矛盾；(3)磷石膏制酸过程中为了提高窑气中SO₂含量采用加硫磺等作为还原剂，但是硫磺的升华熔融容易造成管道堵塞，影响水泥窑安全运转。

同时，气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因，温室气体包括二氧化碳(CO₂)、水蒸气(H₂O)、甲烷(CH₄)、氮氧化物(NO_X)等，而二氧化碳是最主要的温室气体，其含量增加对增强温室效应的贡献大约为70％。作为我国经济建设的支柱型产业，水泥工业为经济的发展和社会的进步做出了巨大贡献，同时也消耗了大量的资源和能源。据统计分析，生产1吨水泥约排放0.9吨CO₂，按2016年全国水泥产量预估23亿吨测算，共排放了20亿吨CO₂，水泥工业约占全国工业CO₂排放量的15％。目前，水泥行业脱硫脱硝技术虽已成熟，但碳捕捉技术仍在起步，水泥工业CO2减排任务将变得越来越艰巨。

硫酸铵是一种优良的氮肥(俗称肥田粉)，适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，提高果实品质和产量，增强作物对灾害的抵抗能力，可作基肥、追肥和种肥。硫酸铵也是一种基础合格原料，能与食盐进行复分解反应制造氯化铵，与硫酸铝作用生成铵明矾，与硼酸等一起制造耐火材料，加入电镀液中能增加导电性，同时也是食品酱色的催化剂，鲜酵母生产中培养酵母菌的氮源，酸性染料染色助染剂，皮革脱灰剂。此外，还用于啤酒酿造，化学试剂和蓄电池生产及生物化学方面等。还有一个重要作用就是开采稀土，开采以硫酸铵作原料，采用离子交换形式把矿土中的稀土元素交换出来，再收集浸出液除杂、沉淀、压榨、灼烧后即成稀土原矿，每开采生产1吨稀土原矿约需5吨硫酸铵。近年来，我国硫酸铵的需求呈稳定增长态势。

发明专利CN102303874A公布了一种聚晶法转化磷石膏制备硫酸铵的方法，属资源综合利用、化工技术领域，涉及一种以(硫酸法)湿法磷酸行业副产磷石膏为主要原料，采用聚晶法转化磷石膏生产硫酸铵的方法。本发明生产工艺包括以下步骤：(1)采用湿法磷酸工业排放的磷石膏为原料，经预处理后得到净制磷石膏；(2)以水洗涤过滤工序碳酸钙滤饼产生的含硫铵一洗液在碳化塔中吸收氨和二氧化碳，制得硫碳铵溶液；(3)以碳酸钙聚晶核发生器与带搅拌的多釜或者带搅拌的多分区槽式反应器串联组成转化结晶器；(4)对转化结晶器连续排出的反应料浆进行过滤，得到滤饼及含硫酸铵w％38-40的滤液；(5)对步骤⑷得到的滤饼用清水进行二次逆流洗涤，将得到的含硫铵一洗液送至碳化塔吸收气氨和二氧化碳制取硫碳铵液；(6)采用硫酸对(4)步骤得到的含硫酸铵滤液进行中和脱碳然后离心分离得到含湿硫酸铵结晶，分离母液循环浓缩；对含湿硫酸铵结晶进行干燥得到成品硫酸铵，但对处理后的大量残渣没有处理方法。

实用新型内容

为了克服现有技术中的问题，本实用新型提供一种利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，将水泥窑窑尾废气降温后，将废气中的CO₂利用氨水进行洗涤生成碳酸铵溶液，同时利用碳酸铵溶液与磷石膏中的硫酸钙反应生成硫酸铵溶液和固体废渣，使水泥窑废气达标排放的同时，处理过程中没有废水排放，固体废渣全部进入水泥系统作为原料，大大节约了化石原料用量，真正实现了水泥行业的低碳减排，有利于环境保护。

为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，包括依次相连的氨化脱碳系统、磷石膏磨浸转化系统和固体渣水泥原料化系统。

所述氨化脱碳系统包括蒸发降温装置和洗涤装置，所述蒸发降温装置的烟气进口与水泥窑窑尾废气的输送管道相连，所述蒸发降温装置的烟气出口与洗涤装置的烟气进口相连，所述蒸发降温装置的溶液进口与蒸发溶液池相连，所述蒸发降温装置的溶液出口与溶液收集池相连；所述洗涤装置的烟气出口与抽风机相连，所述洗涤装置的溶液进口与氨水池相连，所述洗涤装置的溶液出口与储液池相连；

所述磷石膏磨浸转化系统包括磷石膏输送装置、磨浸设备和搅拌池，所述磨浸设备的进料口分别与储液池和磷石膏输送装置相连，所述磨浸设备的出料口与搅拌池的泥浆进口相连；

所述固体渣水泥原料化系统包括压滤机、沉降池和固体渣库，所述压滤机的泥浆进口与搅拌池的泥浆出口相连，所述压滤机的固体出口与固体渣库相连，所述压滤机的液体出口与沉降池液体进口相连，所述沉降池底部固体残渣出口与压滤机的泥浆进口相连，所述沉降池中部的液体出口与蒸发降温装置的溶液进口相连，所述沉降池顶部的助剂进口与助剂库相连。

在一个优选的实施方案中，所述蒸发降温装置包括干燥塔和至少2级蒸发降温塔，所述干燥塔的烟气进口与水泥窑窑尾废气的输送管道相连，所述干燥塔的烟气出口与第一级蒸发降温塔的烟气进口相连，所述干燥塔的固体出口与储存库相连，第一级蒸发降温塔的烟气出口与第二级蒸发降温塔的烟气进口相连，第一级蒸发降温塔的溶液进口与第二级蒸发降温塔的溶液出口相连，第一级蒸发降温塔的溶液出口与溶液收集池和干燥塔液体进口相连，第二级蒸发降温塔的溶液进口与蒸发溶液池和沉降池中部的液体进口相连，依次类推。

在一个优选的实施方案中，所述蒸发降温塔为圆柱体结构，顶部设有至少2个溶液喷头，蒸发降温塔内部设有至少2层钢丝网，所述蒸发降温塔底部溶液出口与蒸发溶液池相连。

在一个优选的实施方案中，所述洗涤装置包括至少两级洗涤塔，第一级洗涤塔的烟气出口与第二级洗涤塔的烟气进口相连，第二级洗涤塔的烟气出口与排风扇相连，第二级洗涤塔的溶液进口与氨水池相连，第二级洗涤塔的溶液出口与第一级洗涤塔的溶液进口相连，第一级洗涤塔的溶液出口与储液池相连。

在一个优选的实施方案中，所述洗涤塔为圆柱体结构，顶部设有至少2个氨水喷头，洗涤塔内部设有至少2层钢丝网。

在一个优选的实施方案中，所述磷石膏输送装置包括依次相连的磷石膏库，喂料计量称和输送机，所述输送机的出料口与磨浸设备的进料口相连。

在一个优选的实施方案中，所述磨浸设备为球磨机或砂磨机中的一种。

利用本系统进行水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵，步骤如下：

水泥窑窑尾废气处理和磷石膏制备硫酸铵的方法，包括以下步骤：

步骤1、将温度为100-200℃的含有CO₂的水泥窑窑尾废气进行降温处理得到温度≤60℃的水泥窑窑尾废气；

步骤2、将步骤1中得到的温度≤60℃的水泥窑窑尾废气利用浓度为4-10％的氨水溶液进行洗涤，氨水用量为废气中CO₂摩尔质量的1.5-2倍，反应得到溶液A，控制反应后气体中CO₂残留量为1-3％，实现清洁排放；

步骤3、将步骤2中得到的溶液A与磷石膏混合后进行磨浸转化，其中溶液A和磷石膏中硫酸钙摩尔质量之比为2-2.5：1，反应后进行固液分离后得到溶液B和固体残渣，其中固体残渣用作水泥原料使用；

步骤4、步骤3中得到的溶液B加入石灰质后进行静置沉淀得到上部清液和下部泥浆，其中上部清液用于对步骤1中的温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气进行降温，下部泥浆继续进行步骤3中的固液分离。

本实用新型有益效果如下：

(1)本实用新型通过氨化收集水泥窑窑尾废气中的CO₂气体，同时也将废气中的SO₂、NOx等基本吸收成为铵盐进入溶液中，水泥窑废气得到净化达标排放；同时，本发明处理过程中没有废水排放、减少了废气中有害气体的并排放、固体废渣全部进入水泥系统作为原料、大大节约了化石原料用量，真正实现了水泥行业的低碳减排，有利于环境保护。

(2)本实用新型利用水泥窑窑尾废气氨化回收窑尾废气中的CO₂气体，利用产生的碳酸铵溶液磨浸转化处理磷石膏，使磷石膏转化成硫酸铵产品和主要含量为碳酸钙的固体渣，其中硫酸铵是化肥和化工原料，而碳酸钙固体渣是水泥生产原料，再回到水泥生产，解决了大量磷石膏造成的环境危害，实现了变废为宝和资源综合利用。

(3)本实用新型工艺流程简单、设备为国内常规设备、技术控制方便、工程投资小。处理过程中的外购原料为氨水，1吨50％左右氨水可以净化处理约1.5Nm³的水泥窑废气，同时，还可以处理约1.7吨左右的磷石膏，生产1吨硫酸铵，获得约0.9吨水泥原料，处置过程中利用了水泥窑排放的低温废气余热脱水，不需增加煤耗，处置成本低，经济效益好。

附图说明

图1为本实用新型系统的结构示意图；

上述附图标记：

11、第一级蒸发降温塔；12、第二级蒸发降温塔；13、干燥塔；14、储存库；15、降温溶液池；

21、第一级洗涤塔；22、第二级洗涤塔；23、排风扇；24、氨水池；25、储液池；26、洗涤氨水收集池；

31、磷石膏库；32、喂料计量称；33、输送机；34、磨浸设备；35、搅拌池；

41、压滤机；42、沉降池；43、固体渣库；44、助剂库。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，包括依次相连的氨化脱碳系统、磷石膏磨浸转化系统和固体渣水泥原料化系统。

氨化脱碳系统包括蒸发降温装置和洗涤装置，其中蒸发降温装置的烟气进口与水泥窑窑尾废气的输送管道相连，蒸发降温装置的烟气出口与洗涤装置的烟气进口相连，蒸发降温装置的溶液进口与蒸发溶液池相连，蒸发降温装置的溶液出口与溶液收集池相连；洗涤装置的烟气出口与抽风机相连，洗涤装置的溶液进口与氨水池相连，洗涤装置的溶液出口与储液池相连。

优选地，蒸发降温系统包括干燥塔13和至少2级蒸发降温塔，其中干燥塔13的烟气进口与水泥窑窑尾废气的输送管道相连，干燥塔13的烟气出口与第一级蒸发降温塔11的烟气进口相连，干燥塔13的固体出口与储存库14相连，第一级蒸发降温塔11的烟气出口与第二级蒸发降温塔12的烟气进口相连，第一级蒸发降温塔11的溶液进口与第二级蒸发降温塔12的溶液出口相连，第一级蒸发降温塔11的溶液出口与溶液收集池(图上未示出)和干燥塔13液体进口相连，第二级蒸发降温塔12的溶液进口与蒸发溶液池(图上未示出)和沉降池35中部的液体进口相连，依次类推。

在具体生产实施过程中，分别设置2级蒸发降温塔，温度约为100-200℃水泥窑窑尾废气通过管道输送从第一级蒸发降温塔11下部侧壁上的烟气进口进入，穿过第一级蒸发降温塔11后进入第二级蒸发降温塔12，废气运行的同时蒸发溶液池内的液体，进入第二级蒸发降温塔12内，通过第二级蒸发降温塔12后进入降温溶液池15中，通过降温溶液池15底部的阀门控制进入第一级蒸发降温塔11内，对经过2个蒸发降温塔内的废气进行蒸发降温，最后从第一级蒸发降温塔11排出的水溶液进入溶液收集池内储存，降温后约为50-60℃的水泥窑窑尾废气进入洗涤塔内。

在初始生产时，降温溶液为水，此时第一级蒸发降温塔11的溶液出口与溶液收集池相连的管道打开，与干燥塔13液体进口的管道关闭，第二级蒸发降温塔12的溶液进口与蒸发溶液池相连的管道打开，与沉降池35中部的液体进口相连的管道关闭，利用水溶液对废气进行降温时，溶液收集池和蒸发溶液池可以合并为一个水池。

生产过程中，当后期生产出硫酸铵溶液时，第一级蒸发降温塔11的溶液出口与干燥塔13液体进口的管道打开，与溶液收集池相连的管道关闭，第二级蒸发降温塔12的溶液进口与沉降池35中部的液体进口相连的管道打开，与蒸发溶液池相连的管道关闭，利用产生的硫酸铵溶液对废气进行降温，最后硫酸铵溶液从干燥塔13排出硫酸铵固体产品。

初始生产时，由于废气运行顺序和用于蒸发降温的水溶液的运行顺序相反，进入第一级蒸发降温塔11的废气温度高，此时降温溶液温度有所升高，水分有所减少，经过第一级蒸发降温塔11降温初步降温后，进入第二级蒸发降温塔12内，此时第二级蒸发降温塔12内用于降温的水溶液水分多，更加有利于对已经经过初步降温的废气进行降温。

生产过程中，利用干燥塔13和两级蒸发降温塔进行降温，由于废气运行顺序和用于蒸发降温的硫酸铵溶液的运行顺序相反，进入干燥塔13内的废气温度高，而此时进入干燥塔13内的硫酸铵溶液已经被蒸发掉大部分水分，高浓度的硫酸铵经过高温废气后水分全部蒸发，变成固体从干燥塔13底部排出，进入第二级蒸发降温塔12后，废气温度较低，而此时刚进入的硫酸铵溶液浓度低，水分较多，更加有利于对已经经过初步降温的废气进行降温。

优选地，蒸发降温塔为圆柱体结构，顶部设有至少2个溶液喷头，蒸发降温塔内部设有至少2层钢丝网，蒸发降温塔底部溶液出口与蒸发溶液池相连。

在具体实施过程中，干燥塔13、第一级蒸发降温塔11和第二级蒸发降温塔12制成圆柱体仓储结构，规格根据废气量决定，一般设计考虑断面风速不高于4m/s，塔内停留时间不小于2s，塔顶设有不少于2个溶液喷头，在本实施例中，设置3个溶液喷头，烟气从塔底部进入，从顶部排出，塔的中部设有不少于2层约10x10mm钢丝网，有利于增加烟气与溶液的接触面积，加快热交换和反应速度。

优选地，洗涤装置包括至少两级洗涤塔，第一级洗涤塔21的烟气出口与第二级洗涤塔22的烟气进口相连，第二级洗涤塔22的烟气出口与排风扇23相连，第二级洗涤塔22的溶液进口与氨水池24相连，第二级洗涤塔22的溶液出口与第一级洗涤塔21的溶液进口相连，第一级洗涤塔21的溶液出口与储液池25相连。

在具体实施过程中，本实施例中设置2级洗涤塔，温度约为50-60℃的水泥窑窑尾废气从第一级洗涤塔21下部侧壁上的烟气进口进入，依次穿过第一级洗涤塔21和第二级洗涤塔22，从第二级洗涤塔22的顶部通过排风扇23排出，废气运行的同时储存于氨水池24中浓度约为4-10％的氨水溶液进入第二级洗涤塔22内，氨水溶液与废气中的CO₂气体发生反应生成碳酸铵溶液，生成的碳酸铵溶液和未发生反应的氨水溶液从第二级洗涤塔22的底部排出后进入洗涤氨水收集池26内，通过洗涤氨水收集池26底部的阀门控制后进入第一级洗涤塔21内，未发生反应的氨水溶液此时在第一级洗涤塔21内全部与CO₂发生反应生成碳酸铵溶液，所有碳酸铵溶液进入储液池25内进行储存。

设置两级洗涤塔，废气运行方向和用于洗涤的氨水溶液的运行顺序相反，进入第一级洗涤塔21内时，废气中的CO₂含量高，而此时溶液中的氨水含量较低，因此氨水能全部发生反应，反应后液体中不会残留氨水溶液，废气进入第二级洗涤塔22内时，此时溶液中氨水含量高，废气中剩余的CO₂含量有所降低，因此大部分的CO₂气体会发生反应，使排放出的废气中CO₂含量最低。

优选地，所述洗涤塔为圆柱体结构，顶部设有至少2个氨水喷头，洗涤塔内部设有至少2层钢丝网。

在具体实施过程中，第一级洗涤塔21和第二级洗涤塔22为圆柱体仓储结构，规格根据废气量决定，一般设计考虑断面风速不高于4m/s，塔内停留时间不小于2s，塔顶设有不少于2个溶液喷头，在本实施例中，设置3个溶液喷头，烟气从塔底部进入，从顶部排出，塔的中部设有不少于2层约10x10mm钢丝网，有利于增加烟气与溶液的接触面积，加快热交换和反应速度。氨水池中氨水溶液采用市购氨水，通过加水溶液配制成浓度约为4-10％来使用，使用时根据烟气量和烟气中CO₂浓度确定使用量，氨水用量为废气中CO₂摩尔质量的1.5-2倍，反应得到碳酸铵溶液，控制反应后气体中CO₂残留量为1-3％，实现清洁排放。

优选地，磷石膏磨浸转化系统包括磷石膏输送装置、磨浸设备34和搅拌池35，其中磨浸设备34的进料口分别与储液池25和磷石膏输送装置相连，磨浸设备34的出料口与搅拌池的泥浆进口相连。

优选地，磷石膏输送装置包括依次相连的磷石膏库31，喂料计量称32和输送机33，其中输送机33的出料口与磨浸设备34的进料口相连。磨浸设备34为球磨机或砂磨机中的一种。

在具体实施过程中，磷石膏采用专门车辆运送至磷石膏库31内，通过磷石膏库31底部的卸料坑进行卸料后，通过喂料计量称32称量后，利用输送机33运送到磨浸设备34中，在本实施例中，磨浸设备34为湿法球磨机。洗涤后产生的碳酸铵溶液和磷石膏一起送入湿法球磨机中进行磨浸处理，其中碳酸铵和磷石膏中硫酸钙摩尔质量之比为2-2.5：1，将磨浸转化形成的泥浆送入搅拌池35进行搅拌，控制溶液中碳酸铵含量为1-3％。

在实际生产过程中，若磷石膏处理量增加，生产中产生的碳酸铵溶液不足时，可以加入市购的碳酸铵予以补充。

优选地，固体渣水泥原料化系统包括压滤机41、沉降池42和固体渣库43，压滤机41的泥浆进口与搅拌池35的泥浆出口相连，压滤机41的固体出口与固体渣库43相连，压滤机41的液体出口与沉降池42液体进口相连，沉降池42底部固体残渣出口与压滤机41的泥浆进口相连，沉降池42中部的液体出口与蒸发降温装置的溶液进口相连，沉降池42顶部的助剂进口与助剂库44相连。

在具体实施过程中，搅拌池35内的泥浆通过泥浆泵运送至压滤机41内进行固液分离，压滤后得到的固体残渣用作水泥原料使用，主要成分为碳酸钙，在磨浸转化反应过程中，磷石膏中的硫酸根全部进入溶液形成硫酸铵，剩余部分主要为不溶于水的物质组成，主要包括碳酸钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁、少量未反应完的石膏、水分及微量元素等，这些组成基本为水泥的基本成份，完全可以替代部分石灰石、粘土质原料用于水泥生产。

压滤后得到的液体为主要成份为硫酸铵的溶液，将液体成份送入沉降池42中，通过沉降池42顶部的助剂库44加入石灰质助剂后消除溶液中残留的碳酸铵、氟离子及磷酸根离子等杂质，经过沉降池静置沉淀后，上部清液为硫酸铵溶液，送入第二级蒸发降温塔12内用于对水泥窑窑尾废气进行降温，最终获得硫酸铵结晶固体；下部的泥浆用泵抽吸送到压滤机41继续进行分离，重复上述过程。

实施例2

利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，步骤如下：

步骤1、将温度为100-200℃的含有CO₂的水泥窑窑尾废气进行降温处理得到温度≤60℃的水泥窑窑尾废气；

步骤2、将步骤1中得到的温度≤60℃的水泥窑窑尾废气利用浓度为4-10％的氨水溶液进行洗涤，氨水用量为废气中CO₂摩尔质量的1.5-2倍，反应得到溶液A，控制反应后气体中CO₂残留量为1-3％，实现清洁排放；

步骤3、将步骤2中得到的溶液A与磷石膏混合后进行磨浸转化，其中溶液A和磷石膏中硫酸钙摩尔质量之比为2-2.5：1，反应后进行固液分离后得到溶液B和固体残渣，其中固体残渣用作水泥原料使用；

步骤4、步骤3中得到的溶液B加入石灰质后进行静置沉淀得到上部清液和下部泥浆，其中上部清液用于对步骤1中的温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气进行降温，下部泥浆继续进行步骤3中的固液分离。

上述制备过程中溶液A为碳酸铵溶液，溶液B为主要为硫酸铵，同时还包含有一些残留的碳酸铵、氟离子及磷酸根离子等杂质的溶液。反应原理为水泥窑窑尾废气中的主要含有的CO₂气体与氨水溶液发生反应生成碳酸铵溶液，同时也将废气中的SO₂、NOx等气体基本吸收成为铵盐进入溶液中，此时废气可以达标排放；利用生成的碳酸铵溶液与磷石膏中硫酸钙发生反应，磷石膏中的硫酸根全部进入溶液形成硫酸铵，剩余部分主要为不溶于水的物质组成，主要包括碳酸钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁、少量未反应完的石膏、水分及微量元素等，这些组成基本为水泥的基本成份，完全可以替代部分石灰石、粘土质原料用于水泥生产，去除硫酸铵溶液中的杂质后，将硫酸铵溶液用于水泥窑窑尾废气的降温的同时，生成硫酸铵固体产品。

利用本系统进行水泥窑窑尾废气处理和磷石膏制备硫酸铵的具体制备过程如下：

一、对水泥窑窑尾废气降温处理

初始生产时，将温度约为100-200℃水泥窑窑尾废气通过管道输送至第一级蒸发降温塔内，穿过第一级蒸发降温塔后进入第二级蒸发降温塔，废气运行的同时水溶液进入第二级蒸发降温塔内，通过第二级蒸发降温塔后进入第一级蒸发降温塔内，由于废气运行顺序和用于蒸发降温的水溶液的运行顺序相反，进入第一级蒸发降温塔的废气温度高，此时降温溶液温度有所升高，水分有所减少，经过第一级蒸发降温塔降温初步降温后，进入第二级蒸发降温塔内，此时第二级蒸发降温塔内用于降温的水溶液水分多，更加有利于对已经经过初步降温的废气进行降温。水溶液经过2个蒸发降温塔内的废气进行蒸发降温，最后从第一级蒸发降温塔排出，此时水泥窑窑尾废气约为50-60℃然后进入洗涤塔内。

生产过程中，将温度约为100-200℃水泥窑窑尾废气通过管道输送进入干燥塔内，然后穿过第一级蒸发降温塔和第二级蒸发降温塔，此时后期反应产生的硫酸铵溶液进入第二级蒸发降温塔内，分别通过第二级蒸发降温塔和第一级蒸发降温塔后进入干燥塔内，由于废气运行顺序和用于蒸发降温的硫酸铵溶液的运行顺序相反，进入干燥塔内的废气温度高，而此时进入干燥塔内的硫酸铵溶液已经被蒸发掉大部分水分，高浓度的硫酸铵经过高温废气后水分全部蒸发，变成固体从干燥塔底部排出，进入第二级蒸发降温塔后，废气温度较低，而此时刚进入的硫酸铵溶液浓度低，水分较多，更加有利于对已经经过初步降温的废气进行降温。硫酸铵溶液经过2个蒸发降温塔和干燥塔内的废气进行蒸发降温，最后经过完全干燥后变成硫酸铵固体从干燥塔底部排出，降温后约为50-60℃的水泥窑窑尾废气进入洗涤塔内。

二、降温后的水泥窑窑尾废气的洗涤

温度约为50-60℃的水泥窑窑尾废气依次穿过第一级洗涤塔和第二级洗涤塔，废气运行的同时浓度约为4-10％的氨水溶液进入第二级洗涤塔和第一级洗涤塔内，氨水用量根据废气量而定，具体为氨水用量为废气中CO₂摩尔质量的1.5-2倍。在第二级洗涤塔中，氨水溶液与废气中的CO₂气体发生反应生成碳酸铵溶液，生成的碳酸铵溶液和未发生反应的氨水溶液从第二级洗涤塔的底部排出后进入第一级洗涤塔内，未发生反应的氨水溶液此时在第一级洗涤塔内全部与CO₂发生反应生成碳酸铵溶液，由于废气运行方向和用于洗涤的氨水溶液的运行顺序相反，进入第一级洗涤塔内时，废气中的CO₂含量高，而此时溶液中的氨水含量较低，因此氨水能全部发生反应，反应后液体中不会残留氨水溶液，废气进入第二级洗涤塔内时，此时溶液中氨水含量高，废气中剩余的CO₂含量有所降低，因此大部分的CO₂气体会发生反应，而通过第二级洗涤塔顶部排放出的废气中CO₂含量最低，此时控制反应后气体中CO₂残留量为1-3％，实现清洁排放。反应生成的所有碳酸铵溶液后续进入湿法球磨机内与磷石膏发生反应。

三、磷石膏的磨浸转化处理

磷石膏采用专门车辆运送至磷石膏库内，通过磷石膏库底部的卸料坑进行卸料后，通过喂料计量称称量后，利用输送机运送到湿法球磨机内，与洗涤后产生的碳酸铵溶液一起进行磨浸处理，其中碳酸铵和磷石膏中硫酸钙摩尔质量之比为2-2.5：1，将磨浸转化形成的泥浆送入搅拌池进行搅拌，控制溶液中碳酸铵含量为1-3％。

四、气体处理

将搅拌池内的泥浆通过泥浆泵运送至压滤机内进行固液分离，压滤后得到的固体残渣用作水泥原料使用，主要成分为碳酸钙在磨浸转化反应过程中，磷石膏中的硫酸根全部进入溶液形成硫酸铵，剩余部分主要为不溶于水的物质组成，主要包括碳酸钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁、少量未反应完的石膏、水分及微量元素等，这些组成基本为水泥的基本成份，完全可以替代部分石灰石、粘土质原料用于水泥生产。

压滤后得到的液体为主要成份为硫酸铵的溶液，将液体成份送入沉降池中，加入石灰质助剂后消除溶液中残留的碳酸铵、氟离子及磷酸根离子等杂质，经过沉降池静置沉淀后，上部清液为硫酸铵溶液，送入第二级蒸发降温塔内用于对水泥窑窑尾废气进行降温，最终获得硫酸铵结晶固体；下部的泥浆用泵抽吸送到压滤机继续进行分离，重复上述过程。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对于本实用新型所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，包括依次相连的氨化脱碳系统、磷石膏磨浸转化系统和固体渣水泥原料化系统；

所述氨化脱碳系统包括蒸发降温装置和洗涤装置，所述蒸发降温装置的烟气进口与水泥窑窑尾废气的输送管道相连，所述蒸发降温装置的烟气出口与洗涤装置的烟气进口相连，所述蒸发降温装置的溶液进口与蒸发溶液池相连，所述蒸发降温装置的溶液出口与溶液收集池相连；所述洗涤装置的烟气出口与抽风机相连，所述洗涤装置的溶液进口与氨水池相连，所述洗涤装置的溶液出口与储液池相连；

所述磷石膏磨浸转化系统包括磷石膏输送装置、磨浸设备和搅拌池，所述磨浸设备的进料口分别与储液池和磷石膏输送装置相连，所述磨浸设备的出料口与搅拌池的泥浆进口相连；

所述固体渣水泥原料化系统包括压滤机、沉降池和固体渣库，所述压滤机的泥浆进口与搅拌池的泥浆出口相连，所述压滤机的固体出口与固体渣库相连，所述压滤机的液体出口与沉降池液体进口相连，所述沉降池底部固体残渣出口与压滤机的泥浆进口相连，所述沉降池中部的液体出口与蒸发降温装置的溶液进口相连，所述沉降池顶部的助剂进口与助剂库相连。

2.根据权利要求1所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，

所述蒸发降温装置包括干燥塔和至少2级蒸发降温塔，所述干燥塔的烟气进口与水泥窑窑尾废气的输送管道相连，所述干燥塔的烟气出口与第一级蒸发降温塔的烟气进口相连，所述干燥塔的固体出口与储存库相连，第一级蒸发降温塔的烟气出口与第二级蒸发降温塔的烟气进口相连，第一级蒸发降温塔的溶液进口与第二级蒸发降温塔的溶液出口相连，第一级蒸发降温塔的溶液出口与溶液收集池和干燥塔液体进口相连，第二级蒸发降温塔的溶液进口与蒸发溶液池和沉降池中部的液体进口相连，依次类推。

3.根据权利要求2所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，

所述蒸发降温塔为圆柱体结构，顶部设有至少2个溶液喷头，蒸发降温塔内部设有至少2层钢丝网，所述蒸发降温塔底部溶液出口与蒸发溶液池相连。

4.根据权利要求1所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，

所述洗涤装置包括至少两级洗涤塔，第一级洗涤塔的烟气出口与第二级洗涤塔的烟气进口相连，第二级洗涤塔的烟气出口与排风扇相连，第二级洗涤塔的溶液进口与氨水池相连，第二级洗涤塔的溶液出口与第一级洗涤塔的溶液进口相连，第一级洗涤塔的溶液出口与储液池相连。

5.根据权利要求4所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，所述洗涤塔为圆柱体结构，顶部设有至少2个氨水喷头，洗涤塔内部设有至少2层钢丝网。

6.根据权利要求1所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，所述磷石膏输送装置包括依次相连的磷石膏库，喂料计量称和输送机，所述输送机的出料口与磨浸设备的进料口相连。

7.根据权利要求1或6所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的系统，其特征在于，所述磨浸设备为球磨机或砂磨机中的一种。

Images