[實用新型]由硫磺氣體還原石膏制硫酸聯產水泥熟料的裝置

有效

• 申請號: 201520038836.0
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN204508809U
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 張國興;龐仁杰;劉景霞;馬燦園;陳琳玲
• 申請（專利權）人: 上海三夫工程技術有限公司
• 主分類號: C01B17/74
• 分類號: C01B17/74;C04B7/24
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術領域

本實用新型涉及化工生產，尤其涉及一種由硫磺氣體還原石膏制硫酸聯產水泥熟料的裝置。

背景技術

現有化工生產及燃煤煙氣脫硫副產大量的工藝廢渣石膏，這些石膏廢渣少量利用作建材、水泥緩凝劑等，大量都以堆存為主。為了減輕環境壓力，圍繞石膏的資源化利用多年來一直是科技工作者努力的方向。化學分解石膏制硫酸副產硅酸鹽水泥熟料是石膏資源化利用的重大課題。按照該工藝，化學工業生產副產石膏，石膏分解生產氧化鈣和二氧化硫，二氧化硫轉化又可制硫酸，氧化鈣進一步制成硅酸鹽作為水泥熟料或其它化工產品，如此循環利用，石膏得到了完全利用。

現有工業化生產石膏的還原大都采用焦炭或含硫煤為還原劑，屬于固體還原劑，還原反應為固--固反應，且碳還原產物最終為CO₂，存在于系統中不僅降低了體系有用組分SO₂的摩爾濃度，還增加了碳的排放，污染環境。

有不少文獻報道了用硫磺還原硫酸鹽的技術，硫磺還原產物為SO₂，與硫酸鹽被還原的產物SO₂疊加，可使系統氣相產物組分中SO₂的摩爾濃度提高，對后續生產工藝條件優化、裝置產能提高、能耗降低、成本下降極為有利，且沒有碳排放環境污染問題。

中國專利申請《一種由硫酸鈣和硫磺生產二氧化硫的方法》(申請號201110334126.9)，公開了一種利用液體硫磺還原硫酸鈣生產二氧化硫的方法，將配制好的水泥生料加入到多級旋風式預熱系統中進行預熱，物料溫度升高到600～950℃后進入還原爐，將液體硫磺噴入還原爐中，按液體硫磺與入旋風分離器石膏生料質量比為0.7～1.4控制，并控制還原爐中氧的體積比＜1.5％。還原爐反應生產物料與氣體一起由還原爐上部出來，經最低一級旋風式預熱器進行氣-固分離，固體物料0～90％再循環進入還原爐，10～100％的物料進入回轉窯，進入回轉窯的硫化鈣和未反應的硫酸鈣混合物，在氧氣體積濃度為2～9％的氧化氣氛、溫度為900～1450℃的條件下反應得到SO₂和水泥熟料。

該方法提供了硫磺還原硫酸鈣生產SO₂和水泥熟料的基本工藝，但系統設備配置、工藝控制條件、硫磺的用量、還原及后續的煅燒分解控制等方面還存在以下問題：

(1)溫度為120～160℃的液體硫磺加入還原爐時，會使固體物料溫度驟降，導致液體硫磺不能迅速氣化，并對硫酸鈣固體物料產生包裹現象，引起固體物料之間的黏連，從而嚴重影響固體物料的懸浮流化效果，降低硫酸鹽的還原效率及硫磺還原劑的利用率和反應速率。因此，在實際運用中幾乎無法做到該方法所描述的“反應速度快，幾秒完成還原反應”。

(2)該方法中，控制液體硫磺的加入量為液體硫磺與入旋風分離器的石膏生料的質量比為0.7～1.4，假如生料全部是硫酸鈣，相當于硫磺與生料中硫酸鈣的摩爾比為：2.975～5.95：1。

硫磺還原分解石膏的反應為：

CaSO₄(S)+2S(g)＝CaS(S)+2SO₂(g)

CaS(S)+3CaSO₄(S)＝4CaO(S)+4SO₂(g)。

總反應式為：2CaSO₄(S)+S(g)＝2CaO(S)+3SO₂(g)。

從總反應式看，分解1摩爾硫酸鈣只需要0.5摩爾硫磺，所以，該方法中硫磺的加入量是理論值的6～12倍。硫磺還原劑消耗量太大，還原劑成本太高，不經濟。

(3)該方法中控制還原爐中氧氣的體積比小于0.5％，氣態硫磺與硫酸鈣的摩爾比為2～4:1，溫度750～1000℃，控制硫化鈣與未反應的硫酸鈣摩爾比1:2～9:1。

首先還原爐中溫度750～1000℃條件下，有硫磺氣體存在時，不可能還有氧存在。在溫度大于250℃，有氧環境下，硫磺立刻自燃生成SO₂。因此，在還原爐中，硫磺與氧氣不可能共存。

其次，加入還原爐液體硫磺與生料中硫酸鈣的摩爾比為6～12:1，而又要求控制還原爐氣體硫磺與硫酸鈣的摩爾比是2～4:1，這二個指標實際上都是控制硫磺量，控制指標是矛盾的，也無法同時控制到二個值。按氣體硫磺與硫酸鈣摩爾比看，加入的還原劑量也太高。